第三章軟件工程基礎(chǔ)

第三章

軟件工程基礎(chǔ)【考點】軟件定義與軟件特點軟件指的是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，包括程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的完整集合。名稱

描述

程序軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶需求開發(fā)的、用程序設(shè)計語言描述的、適合計算機執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文檔與程序的開發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的圖文資料軟件的特點：軟件是一種邏輯實體，具有抽象性；軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒有明顯的制作過程；軟件在運行、使用期間不存在磨損、老化問題；軟件的開發(fā)、運行對計算機系統(tǒng)具有依賴性，受計算機系統(tǒng)的限制，這導(dǎo)致了軟件移植的問題；軟件復(fù)雜性高，成本昂貴；軟件開發(fā)涉及諸多的社會因素。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的不同，軟件可分應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和支撐軟件（或工具軟件）。名稱描述應(yīng)用軟件為解決特定領(lǐng)域的應(yīng)用而開發(fā)的軟件，如辦公自動化軟件系統(tǒng)軟件計算機管理自身資源，提高計算機使用效率并為計算機用戶提供各種服務(wù)的軟件，如操作系統(tǒng)支撐軟件（或工具軟件）支撐軟件是介于兩者之間，協(xié)助用戶開發(fā)軟件的工具性軟件?！究键c2】軟件的生命周期軟件生命周期是指軟件產(chǎn)品從提出、實現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用退役的整個過程。可分為軟件定義，軟件開發(fā)及軟件維護(hù)3個階段。軟件生命周期中，能夠準(zhǔn)確確定軟件系統(tǒng)必須做什么和必須具備哪些功能的階段是：需求分析。

定義階段

開發(fā)階段

維護(hù)階段【考點3】軟件危機和軟件工程的概念軟件危機泛指在計算機軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重的問題，集中表現(xiàn)在成本，質(zhì)量。生產(chǎn)效率等幾個方面。所謂軟件工程是指采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法指導(dǎo)軟件的開發(fā)與維護(hù)。是建立并使用完善的工程化原則，以較經(jīng)濟(jì)的手段獲得，能在實際機器上有效運行的可靠軟件的一系列方法；軟件工程的主要思想強調(diào)在軟件開發(fā)過程中需要應(yīng)用工程化原則。軟件工程的核心思想是把軟件當(dāng)作一個工程產(chǎn)品來處理。軟件工程包括3個要素：方法，工具和過程名稱描述方法方法是完成軟件工程項目的技術(shù)手段工具工具支持軟件的開發(fā)、管理、文檔生成過程過程支持軟件開發(fā)的各個環(huán)節(jié)的控制、管理【考點4】軟件工程過程軟件工程過程是把軟件轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關(guān)的資源活動，包含4種基本活動：（1）P(plan)——軟件規(guī)格說明；

（2）D(do)——軟件開發(fā)；（3）C(check)——軟件確認(rèn)；

（4）A(action)——軟件演進(jìn)?！究键c5】軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理軟件工程的理論和技術(shù)性研究的內(nèi)容主要包括軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。（2）數(shù)據(jù)設(shè)計將分析時創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；（3）接口設(shè)計是描述軟件內(nèi)部、軟件和協(xié)作系統(tǒng)之間以及軟件與人之間如何通信；（4）過程設(shè)計則是把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換為軟件的過程性描述。從工程管理角度來看，軟件設(shè)計分兩步完成：概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。（1）概要設(shè)計將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)、確定系統(tǒng)級接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫模式；（2）詳細(xì)設(shè)計確立每個模塊的實現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。【考點11】軟件設(shè)計的基本原理1、軟件設(shè)計中應(yīng)該遵循的基本原理和與軟件設(shè)計有關(guān)的概念：模塊化：把程序劃分成獨立命名且可獨立訪問的模塊，每個模塊完成一個子功能。抽象化：抽出事物的本質(zhì)特性而暫時不考慮它們的細(xì)節(jié)。信息隱藏和局部化：信息隱蔽是指在一個模塊內(nèi)包含的信息（過程或數(shù)據(jù)），對于不需要這些信息的其他模塊來說是不能訪問的，實現(xiàn)信息隱蔽依靠對象的封裝。模塊獨立性：模塊獨立性是指每個模塊只完成系統(tǒng)要求的獨立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡單。模塊的獨立程度是評價設(shè)計好壞的重要度量標(biāo)準(zhǔn)?！究键c12】耦合性和內(nèi)聚性衡量軟件的模塊獨立性是用耦合性和內(nèi)聚性兩個定性的度量標(biāo)準(zhǔn)。耦合性：是對一個軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互聯(lián)程度的度量。耦合性的強弱取決于模塊間接口的復(fù)雜程度。內(nèi)聚性：是一個模塊內(nèi)部各個元素間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。一個模塊的內(nèi)聚性越強則該模塊的模塊獨立性越強。一個模塊與其他模塊的耦合性越強則該模塊的模塊獨立性越弱。在結(jié)構(gòu)程序設(shè)計中，模塊劃分的原則是模塊內(nèi)具有高內(nèi)聚度，模塊間具有低耦合度。耦合度由低到高：非直接耦合，數(shù)據(jù)耦合，標(biāo)記耦合，控制耦合，外部耦合，公共耦合，內(nèi)容耦合。內(nèi)聚性由強到弱：功能內(nèi)聚，順序內(nèi)聚，通信內(nèi)聚，過程內(nèi)聚，時間內(nèi)聚，邏輯內(nèi)聚，偶然內(nèi)聚?！究键c13】結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法結(jié)構(gòu)化分析方法是面向數(shù)據(jù)流自頂而下，逐步求精進(jìn)行需求分析的方法，基本思想將軟件設(shè)計成由相對獨立，單一功能的模塊組成的結(jié)構(gòu)，與結(jié)構(gòu)分析方法銜接使用，以數(shù)據(jù)流圖為基礎(chǔ)得到軟件的模塊結(jié)構(gòu)，適用于變換型結(jié)構(gòu)和事物型結(jié)構(gòu)的目標(biāo)系統(tǒng)。1、概要設(shè)計的任務(wù)：（1）劃分出組成系統(tǒng)的物理元素

（2）設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)2、概要設(shè)計的工具：結(jié)構(gòu)圖（SC-StructureChart）也稱程序結(jié)構(gòu)圖，在結(jié)構(gòu)圖中，模塊用一個矩形表示，箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。可以用帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過程中來回傳遞的信息。還可用帶實心圓的箭頭表示傳遞的是控制信息，空心圓箭心表示傳遞的是數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)圖的基本形式：基本形式、順序形式、重復(fù)形式、選擇形式。結(jié)構(gòu)圖有四種模塊類型：傳入模塊、傳出模塊、變換模塊和協(xié)調(diào)模塊。程序結(jié)構(gòu)圖中的專業(yè)術(shù)語：名稱描述深度表示控制的層數(shù)上級模塊，從屬模塊上，下兩層模塊a和b，且有a調(diào)用b，則a是上級模塊，b是從屬模塊寬度整體控制跨度（最大模塊的層）的表示扇入調(diào)用該模塊的模塊個數(shù)扇出一個模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)原子模塊樹中位于葉子節(jié)點的模塊3、面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法任何軟件系統(tǒng)都可以用數(shù)據(jù)流圖表示，典型的數(shù)據(jù)流類型有兩種：變換型和事務(wù)型。變換型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由輸入、中心變換、輸出三部分組成。4、設(shè)計的準(zhǔn)則（1）提高模塊獨立性。（2）模塊規(guī)模適中。（3）深度，寬度，扇出和扇入適當(dāng)。如果深度過大，則說明有的控制模塊可能簡單了，如果寬度過大，則說明系統(tǒng)的控制過于集中，扇出過大說明模塊過分復(fù)雜，需要控制和協(xié)調(diào)過多的下級模塊，應(yīng)適當(dāng)加中間層次，扇出過小可以把模塊進(jìn)一步分解成若干小模塊，或合并到上級模塊中，扇入越大則共享該模塊的上級數(shù)目越多。好的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)通常頂層高扇出，中間扇出較少，底層高扇入。（4）使模塊的作用域在該模塊的控制域內(nèi)。（5）減少模塊的接口和界面的復(fù)雜性。（6）設(shè)計成單入口，單出口的模塊。（7）設(shè)計功能可預(yù)測的模塊。詳細(xì)設(shè)計常用的設(shè)計工具（工程設(shè)計工具）：圖形工具，表格工具和語言工具。圖形工具：程序流程圖：箭頭表示控制流，方框表示加工步驟，菱形表示邏輯條件。N-S圖：有五種基本圖形。PAD圖：問題分析圖，有五種基本圖型。表格工具：判定表。語言工具：PDL——過程設(shè)計語言（結(jié)構(gòu)化的英語和偽碼）?！究键c14】軟件測試的目標(biāo)和準(zhǔn)則軟件測試的目標(biāo)：發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。軟件測試的準(zhǔn)則：（1）所有測試都是應(yīng)追溯到需求。（2）嚴(yán)格執(zhí)行測試計劃，排除測試的隨意性。（3）充分注意測試中的群集表現(xiàn)。程序中存在錯誤的概率與該程序中已發(fā)現(xiàn)的錯誤數(shù)成正比。（4）程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。（5）窮舉測試不可能。窮舉測試是把程序所有可能的執(zhí)行路徑都進(jìn)行檢查，即使小規(guī)模的程序的執(zhí)行路徑數(shù)也相當(dāng)大，不可能窮盡，說明測試只能證明程序有錯，不能證明程序中無錯。（6）妥善保存測試計劃，測試用例出錯統(tǒng)計和最終分析報告。【考點15】軟件測試方法是否需要執(zhí)行被測軟件的角度分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試;按功能分為白盒測試和黑盒測試1、靜態(tài)測試和動態(tài)測試靜態(tài)測試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量。不實際運行軟件，主要通過人工進(jìn)行。動態(tài)測試是通過運行軟件來檢驗軟件中的動態(tài)行為和運行結(jié)果的正確性。動態(tài)測試的關(guān)鍵是使用設(shè)計高效、合理的測試用例。測試用例就是為測試設(shè)計的數(shù)據(jù)，由測試輸入數(shù)據(jù)（輸入值集）和預(yù)期的輸出結(jié)果（輸出值集）兩部份組成。測試用例的設(shè)計方法一般分為兩類：黑盒測試方法和白盒測試方法。2、白盒測試和黑盒測試（1）白盒測試白盒測試也稱為結(jié)構(gòu)測試或邏輯測試，是把程序看成裝在一只透明的白盒子里，測試者完全了解程序的結(jié)構(gòu)和處理過程。它根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯來設(shè)計測試用例，檢查程序中的邏輯通路是否都按預(yù)定的要求正確地工作。白盒測試的基本原則：（1）保證所測模塊中每一獨立路徑至少執(zhí)行一次。（2）保證所測模塊所有判斷的每一分支至少執(zhí)行一次。（3）保證所測模塊每一循環(huán)都在邊界條件和一般條件下至少各執(zhí)行一次。（4）驗證所有內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有效性。（5）按照白盒測試的基本原則，“白盒”法是窮舉路徑測試。白盒測試的方法：邏輯覆蓋，基本路經(jīng)測試。（2）黑盒測試黑盒測試也稱功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試，是把程序看成一只黑盒子，測試者完全不了解，或不考慮程序的結(jié)構(gòu)和處理過程。它根據(jù)規(guī)格說明書的功能來設(shè)計測試用例，檢查程序的功能是否符合規(guī)格說明的要求。黑盒測試的方法：等價劃分法，邊界值分析法，錯誤推測法?！究键c16】軟件測試的實施軟件測試過程分4個步驟，即單元測試、集成測試、驗收測試（確認(rèn)測試）和系統(tǒng)測試。單元測試是對軟件設(shè)計的最小單位——模塊進(jìn)行正確性檢驗的測試，單元測試的根據(jù)是源程序和詳細(xì)設(shè)計說明書，單元測試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析和動態(tài)測試。單元測試期間對模塊進(jìn)行的測試：模塊接口，局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，重要的執(zhí)行通路，出錯處理通路，邊界條件。驅(qū)動模塊相當(dāng)于被測模塊的主程序，它接收測試數(shù)據(jù)，并傳給所測模塊，輸出實際測試結(jié)果樁模塊通常用于代替被測模塊調(diào)用的其他模塊，其作用僅做少量的數(shù)據(jù)操作，是一個模擬子程序。集成測試是測試和組裝軟件的系統(tǒng)化技術(shù)，主要目的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯誤，集成測試的依據(jù)是概要設(shè)計說明書。集成測試的方法：非增量方式組裝和增量方法組裝。增量方式包括自頂而下的增量方式，自底而上的增量方式和混合增量方式。確認(rèn)測試的任務(wù)是驗證軟件的功能和性能，確認(rèn)測試的實施首先運用黑盒測試方法，對軟件進(jìn)行有效性測試，即驗證被測軟件是否滿足需求規(guī)格說明確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。檢查軟件產(chǎn)品是否符合需求定義的過程是：確認(rèn)測試。系統(tǒng)測試是通過測試確認(rèn)的軟件，作為整個基于計算機系統(tǒng)的一個元素，與計算機硬件、外設(shè)、支撐軟件、數(shù)據(jù)和人員等其他系統(tǒng)元素組合在一起，在實際運行（使用）環(huán)境下對計算機系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測試和確認(rèn)測試。系統(tǒng)測試的具體實施一般包括：功能測試、性能測試、操作測試、配置測試、外部接口測試、安全性測試等?！究键c17】程序調(diào)試在對程序進(jìn)行了成功的測試之后將進(jìn)入程序調(diào)試（通常稱Debug，即排錯）。程序的調(diào)試任務(wù)是診斷和改正程序中的錯誤。程序調(diào)試和軟件測試的區(qū)別：（1）軟件測試是盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，而程序調(diào)試先要發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤，然后借助于一定的調(diào)試工具去執(zhí)行找出軟件錯誤的具體位置