软件工程概论和设计方法

1、软件工程概论和设计方法共 8学时主要内容程序设计的基本原理系统分析方法软件总体设计软件详细设计程序编码程序测试与维护面向对象的程序设计方法 计算机软件：计算机运行所需要的各种程序和数据的总称，包括操作系统，汇编程序，编译程序、数据库、文本编辑及维护使用手册等。2-1软件工程基本原理计算机软件的重点组成部分是计算机程序，指以一定的算法语言为基础而编制的，能够使计算机作出信息处理并产生一定结果的指令或指令组合。 软件的发展程序设计时代（1946年-1956年）程序系统时代（1956年-1968年）软件工程时代（1968年-至今）2-1软件工程基本原理一、软件工程的基本原理 1、软件工程的概念：是指

2、导计算机软件开发和维护的工程学科。 采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来，这就是软件工程。1968年在德国国际会议上正式提出。 软件工程产生过程，“软件危机”说。是指在计算机软件开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。1）对软件开发成本和进度的估计不准确；2）用户对软件系统不满意；3）软件产品的质量靠不住；4）软件不可维护；5）没有适当的文档资料；6）软件成本逐年提高；7）软件开发效率低。 2、软件工程的基本原理： 1983年著名的软件工程专家Boehm总结了TRW公司多年开发软件的经验，提出了软件工程的七条

3、基本原理，这七条基本原理的主要内容如下： 用分阶段的生命周期计划严格管理 坚持进行阶段评审 实行严格的产品控制 采用现代程序设计技术 结果应能清楚地审查 开发小组的人员应该少而精 承认不断改进软件工程实践的必要性软件生命周期：指一个软件从提出开发要求开始到该软件报废为止的整个时期。软件生命周期划分遵循的原则：要使各阶段的任务尽可能相对独立，同一阶段各项任务性质尽可能相同。从而降低每个阶段任务的复杂程度，简化不同阶段之间的联系，有利于软件开发工程的组织管理。 软件生命周期由软件定义、软件开发和软件维护三个时期组成，每个时期又进一步划分成若干个阶段。二、生命周期各阶段的基本任务 软件定义时期的任务

4、是确定软件开发工程必须完成的总目标；确定工程的可行性；导出实现工程目标应该采用的策略及系统必须完成的功能；估计完成该项工程需要的资源和成本，并且制定工程进度表。包括问题定义、可行性研究和需求分析三个阶段。软件开发时期具体设计和实现在前一个时期定义的软件，它通常由下述四个阶段组成：系统设计，详细设计，编码和测试。软件维护时期的主要任务是使软件持久地满足用户的需要。具体地说，当软件在使用过程中发现错误时应该加以改正；当环境改变时应该修改软件以适应新的环境；当用户有新要求时应该及时改进软件以满足用户的新需要。软件生命周期的三个阶段：三 软件生命周期每个阶段的基本任务结束标准（1）软件定义期： 1）问

5、题定义 2）可行性研究 3）需求分析 1）问题定义（“要解决的问题是什么”） 系统分析员应该提出关于问题性质、工程目标和规模的书面报告。 应力求软件开发人员、用户以及使用部门负责人对问题的性质、工程目标及规模取得完全一致的看法，一旦问题明确以后，分析员应提交书面报告 给用户与使用部分负责人进行审查。问题定义阶段是软件生命周期中最简短的阶段，一般只需要一天甚至更少的时间。Back 2）可行性研究（“对于上一个阶段所确定的问题有行得通的解决的方法吗”） 系统分析员需要进行一次大大压缩和简化了的系统分析和设计的过程，也就是在较抽象的高层次上进行的分析和设计的过程。可行性研究应该比较简短，研究问题的范

6、围，探索这个问题是否值得去解，是否有可行的解决办法。可行性研究可能要反复多遍，应该导出系统的高层逻辑模型(通常用数据流图表示)，并且在此基础上更准确、更具体地确定工程规模和目标，推荐一个可行方案，供有关部门审批。对建议的系统进行仔细的成本效益分析是这个阶段的主要任务之一。Back 3）需求分析（为解决这个问题目标系统必须做什么） 主要是确定目标系统必须具备哪些功能。 用户了解他们所面对的问题，知道必须做什么，但是通常不能完整准确地表达出他们的要求，更不知道怎样利用计算机解决他们的问题；软件开发人员知道怎样用软件实现人们的要求，但是对特定用户的具体要求并不完全清楚。因此，系统分析员在需求分析阶段

7、必须和用户密切配合，充分交流信息，以得出经过用户确认的系统逻辑模型。通常用数据流图、数据字典和简要的算法表示系统的逻辑模型。 确定系统的综合要求：功能、性能、运行要求以将来可能提出的一些要求；对系统的数据要求进行分析：数据元素的分类和规范化、描绘实体之间的关系图、进行事物分析与数据模型的建立；推导出系统的详细模型系统：修正开发方案，并建立模型系统。具体任务：经过上述一系列的分析后，工作人员还要编写文档:系统功能说明;系统对数据的要求;用户系统描述 提出可选择方案 选择合理方案 推荐最佳方案 功能分解 设计软件结构 制定测试计划 提交文档1）系统设计”怎样实现目标系统“ （2） 软件开发阶段如何

8、解决这个问题，应该考虑几种可能的解决方案。例如，目标系统的一些主要功能是用计算机自动完成还是用人工完成，如果使用计算机，那么是使用批处理方式还是人机交互方式；信息存储使用传统的文件系统还是数据库。2）详细设计 “应该怎样具体的实现这个系统呢？”。 这个阶段的任务还不是编写程序，而是设计出程序的详细 规格说明。这种规格说明的作用很类似于其他工程领域中的工程师经常使用的工程蓝图，他们应该包含必要的细节，程序员可根据他们写出实际的程序代码。编码是将系统设计和详细设计阶段中的结果翻译成用某种程序设计语言书写的程序。选择适当的程序设计语言使程序内有良好的文档资料。规范的数据格式说明、简单清晰的语句结构和

9、合理的输入输出格式充分利用已有的软件工具来帮助编码3）编码 4）测试 这个阶段的关键任务是通过各种类型的测试使软件达到预定的要求。最基本的测试是集成测试和验收测试。所谓集成测试是根据设计的软件结构，把经过单元测试检验的模块按某种选定的策略装配起来，在装配过程中对程序进行必要的测试。所谓验收测试则是按照规格说明书的规定，由用户或在用户积极参加下对目标系统进行验收。 测试目的是要尽量发现程序中的错误，而决不能证明程序的正确性。 （3）软件维护 维护阶段的关键任务是，通过各种必要的维护活动使系统持久地满足用户的需要。 改正性维护，也就是诊断和改正在使用过程中发现的软件错误； 适应性维护，即修改软件以

10、适应环境的变化； 完善性维护，即根据用户的要求改进或扩充软件使它更完善； 预防性维护，即修改软件为将来的维护活动预先做准备。2-2 系统分析方法 系统分析主要包括软件的可行性分析和系统的需求分析。一、 可行性研究 1概述 可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。必须记住，可行性研究的目的不是解决问题，而是确定问题是否值得去解。必须分析几种主要的可能解法的利弊，从而判断原定的系统目标和规模是否现实，系统完成后所能带来的效益是否达到值得投资开发这个系统的程度。因此，可行性研究实质上是要进行一次大大压缩简化了的系统分析和设计的过程。 一般说来，至少应该从下述三方面研究

11、每种解法的可行性：(1)技术可行性；(2)经济可行性；(3)操作可行性。 2可行性研究的步骤 1）复查系统规模和目标2）研究目前正在使用的系统分析员访问关键人员，仔细阅读和分析有关的材料，以便对问题定义阶段书写的关于规模和目标的报告书进一步复查确认，改正含糊或不确切的叙述，清晰地描述对目标系统的一切限制和约束。 现有的系统是信息的重要来源。显然，如果目前有一个系统正被人使用，那么这个系统必定能完成某些有用的工作，因此，新的目标系统必须也能完成它的基本功能；另一方面，如果现有的系统是完美无缺的，用户自然不会提出开发新系统的要求，因此，现有的系统必然有某些缺点，新系统必须能解决旧系统中存在的问题。

12、此外，运行使用旧系统所需要的费用是一个重要的经济指标，如果新系统不能增加收入或减少使用费用，那么从经济角度看新系统就不如旧系统。 3）导出新系统的高层逻辑模型 优秀的设计过程通常总是从现有的物理系统出发，导出现有系统的逻辑模型，再参考现有系统的逻辑模型，设想目标系统的逻辑模型，最后根据目标系统的逻辑模型建造新的物理系统。 通过前一步的工作，分析员对目标系统应该具有的基本功能和所受的约束已有一定了解，能够使用数据流图，描绘数据在系统中流动和处理的情况，从而概括地表达出他对新系统的设想。通常为了把新系统描绘得更清晰准确，还应该有一个初步的数据字典，定义系统中使用的数据。 这个步骤的目的是了解现有系

13、统能做什么，而不是了解它怎样做这些工作。分析员应该画出描绘现有系统的高层系统流程图，并请有关人员检验它对现有系统的认识是否正确。千万不要花费太多时间去了解和描绘现有系统的实现细节。 4）重新定义问题 新系统的逻辑模型实质上表达了分析员对新系统必须做什么的看法。分析员应该和用户一起再次复查问题定义、工程规模和目标，这次复查应该把数据流图和数据字典作为讨论的基础。如果分析员对问题有误解或者用户曾经遗漏了某些要求，那么现在是发现和改正这些错误的时候了。 可行性研究的前四个步骤实质上构成一个循环。分析员定义问题，分析这个问题，导出一个试探性的解；在此基础上再次定义问题，再一次分析这个问题，修改这个解；

14、继续这个循环过程，直到提出的逻辑模型完全符合系统目标。 5）导出和评价供选择的解法 分析员应该从他建议的系统逻辑模型出发，导出若干个较高层次的物理解法供比较和选择。导出供选择的解法的最简单的途径，是从技术角度出发考虑解决问题的不同方案。当从技术角度提出了一些可能的物理系统之后，应该根据技术可行性的考虑初步排除一些不现实的系统。其次可以考虑操作方面的可行性。分析员应该根据使用部门处理事务的原则和习惯检查技术上可行的那些方案，去掉其中从操作方式或操作过程的角度看用户不能接受的方案。接下来应该考虑经济方面的可行性。 6）推荐行动方针 7）草拟开发计划8）书写文档提交审查根据可行性研究结果应该做出的一

15、个关键性决定是，是否继续进行这项开发工程。分析员必须清楚地表明他对这个关键性决定的建议。分析员应该进一步为推荐的系统草拟一份开发计划，除了工程进度表之外还应该估计对各种开发人员和各种资源的需要情况，应该指明什么时候使用以及使用多长时间。此外还应该估计系统生命周期每个阶段的成本。最后应该给出下一个阶段(需求分析)的详细进度表和成本估计。 应该把上述可行性研究各个步骤的结果写成清晰的文档，请用户和使用部门的负责人仔细审查，以决定是否继续这项工程以及是否接受分析员推荐的方案。 3系统流程图 在进行可行性研究时需要了解和分析现有的系统，并以概括的形式表达对现有系统的认识，进入设计阶段以后应该把设想的新

16、系统的逻辑模型转变成物理模型，因此需要描绘未来的物理系统的概貌。怎样概括地描绘一个物理系统呢? 系统流程图是描绘物理系统的传统工具。它的基本思想是用图形符号以黑盒子形式描绘系统里面的每个部件(程序，文件，数据库，表格，人工过程等等)。 系统流程图表达的是信息在系统各部件之间流动的情况，而不是对信息进行加工处理的控制过程，因此尽管系统流程图使用的某些符号和程序流程图中用的符号相同，但是它却是物理数据流图而不是程序流程图。1）系统流程图使用的符号 表2-1 基本符号符 号名 称说 明处理能改变数据值或数据位置的加工或部件，例如程序、处理机、人工加工等都是处理。输入/输出表示输入或输出，是一个广义的

17、不指明具体设备的符号。连接指出转到图的另一部分或从图的另一部分转来，通常在同一页上。换页连接指出转到另一页上或由另一页转来。数据流用来连接其他符号，指明数据流动方向。表2-2 系统符号符 号名 称说 明穿孔卡片表示用穿孔卡片输入或输出，也可表示穿孔卡片文件。文档通常表示打印输出，也可表示用打印终端输入数据。磁带磁带输入/输出，或表示一个磁带文件。联机存储表示任何形式的联机存储，包括磁盘、磁鼓、软盘和海量存储器等。磁盘磁盘输入/输出，也可表示存储在磁盘上的文件或数据库。磁鼓磁鼓输入/输出，也可表示存储在磁鼓上的文件或数据库。符 号名 称说 明显示CRT终端或类似的显示部件，可用于输入或输出，也可

18、即输入又输出。人工输入人工输入数据的脱机处理，如填写表格。人工操作人工完成的处理，如会计在工资支票上签名。辅助操作使用设备进行的脱机操作。通信链路通过远程通信线路或链路传送数据。表2-2 系统符号 某企业一个库房，存放该厂生产需要的物品，库房中的各种物品的数量及各种物品库存量临界值等数据记录在库存文件上，当库房中物品数量有变化时，应更新库存文件，某物品库存量少于库存的临界值则报告采购部门。物品的发放和接受称为变更记录有键盘输入微机中例：库存管理系统的系统流程图输入变更记录库存管理模块库存清单主文件 报告生成模块订货报告订货信息 4数据流图(DFD) 数据流图描绘信息流和数据从输入移动到输出的过

19、程中所经受的变换！描述系统的分解，即系统有那几部分组成，各部分之间的联系等。 数据流图描绘系统的逻辑模型，图中没有任何具体的物理元素，只是描绘信息在系统中流动和处理的情况。 因为数据流图是逻辑系统的图形表示，即使不是专业的计算机技术人员也容易理解，所以是极好的通信工具。此外，设计数据流图只需考虑系统必须完成的基本逻辑功能，完全不需要考虑如何具体地实现这些功能，所以它也是软件设计的很好的出发点。 例：飞机机票预定系统的数据流程图为旅行社把预定机票的旅客的信息输入机票预订系统，系统为旅客安排航班打印出取票通知单（付有应交的账款），旅客在飞机起飞前一天凭取票通知等交款取票，系统检查无误输出机票给旅客

20、。旅行社预订机票准备机票记账旅客航班目录记账文件订票单航班费用账单机票 1）符号 如图2-1(a)所示，数据流图有四种基本符号：正方形(或立方体)表示数据的源点或终点；圆角矩形(或圆形)代表变换数据的处理；开口矩形(或两条平行横线)代表数据存储；箭头表示数据流，即特定数据的流动方向。 或 数据的源点/终点 或 交换数据的处理，加工 或 数据存储 数据流图2-1（a） 数据存储和数据流都是数据，仅仅所处的状态不同。数据存储是处于静止状态的数据，数据流是处于运动中的数据。 除了上述四种基本符号之外，有时也使用几种附加符号。星号（*）表示数据流之间是“与”关系（同时存在）；加号(+)表示“或”关系；

21、号表示只能从中选一个（互斥的关系）。图2-1(b)给出了这些附加符号的含义。图2-1（b） 例： 假设一家工厂的采购部每天需要一张定货报表，报表按零件编号排序，表中列出所有需要再次定货的零件。对于每个需要再次定货的零件应该列出下述数据：零件编号，零件名称，定货数量，目前价格，主要供应者，次要供应者。零件入库或出库称为事务，通过放在仓库中的CRT终端把事务报告给定货系统。当某种零件的库存数量少于库存量临界值时就应该再次定货。 5数据字典 数据字典是关于数据的信息的集合，也就是对数据流图中包含的所有元素的定义的集合。 1）数据字典的内容 一般说来，数据字典应该由对下列四类元素的定义组成：(1)数据

22、流；(2)数据流分量(即数据元素)；(3)数据存储；(4)处理。 2）定义数据的方法 定义绝大多数复杂事物的方法，都是用被定义的事物的成分的某种组合表示这个事物，这些组成成分又由更低层的成分的组合来定义。 Next 数据库的重要部分是数据字典。它存放有数据库所用的相关信息，对用户来说是一组只读的表。数据字典内容包括： 1、数据库中所有模式对象的信息，如表、视图、簇、及索引等。 2、分配多少空间，当前使用了多少空间等。 3、列的缺省值。 4、约束信息的完整性。 5、用户的名字。 6、用户及角色被授予的权限。 7、用户访问或使用的审计信息。 8、其它产生的数据库信息。 Back 数据字典中定义就是

23、对数据自顶向下的分解， 3）数据字典的用途 数据字典最重要的用途是作为分析阶段的工具。在数据字典中建立的一组严密一致的定义很有助于改进分析员和用户之间的通信，因此将消除许多可能的误解。对数据的这一系列严密一致的定义也有助于改进在不同的开发人员或不同的开发小组之间的通信。 4）数据字典的实现 目前实现数据字典有三种常见的途径：全人工过程，全自动化过程(利用数据字典处理程序)和混合过程(用正文编辑程序，报告生成程序等已有的实用程序帮助人工过程)。 不论使用哪种途径实现的数据字典都应该具有下述特点：(1)通过名字能方便地查阅数据的定义；(2)没有冗余；(3)尽量不重复在规格说明的其他组成部分中已经出现的信息；(4)容易更新和修改；(5)能单独处理描述每个数据元素的信息；(6)定义的书写方法简单方便而且严格。 此外，如果再带有产生交叉参照表、错误检测、一致性校验等功能则更好。 6成本效益分析 一