软件工程基础

软件工程基础一、软件工程概述

1.1软件工程的定义软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效、实用和高质量软件的学科。它涉及到软件开发的全过程，包括需求分析、设计、编码、测试、维护等阶段，旨在提高软件的质量和可维护性，降低软件开发成本，满足用户的需求。

1.2软件工程的目标软件工程的主要目标是开发出满足用户需求的高质量软件。具体包括以下几个方面：1.正确性：软件应能正确地实现用户的需求，完成预定的功能。2.可靠性：软件在规定的环境下和时间内，应能可靠地运行，不会出现故障。3.效率：软件应能有效地利用系统资源，提高运行效率。4.可维护性：软件应易于维护，便于修改和扩展。5.可移植性：软件应能在不同的硬件平台和操作系统上运行。

1.3软件工程的原则为了实现软件工程的目标，需要遵循以下一些原则：1.抽象：将复杂的系统分解为若干个简单的模块，降低系统的复杂度。2.信息隐蔽：将模块的内部实现细节隐藏起来，只对外提供接口，提高模块的独立性和可维护性。3.模块化：将软件系统划分为若干个独立的模块，每个模块完成特定的功能，便于开发和维护。4.局部化：将相关的功能和数据集中在一个模块中，减少模块之间的耦合度。5.一致性：软件系统的各个部分应保持一致的风格和规范，便于理解和维护。6.完整性：软件系统应具备完整的功能，满足用户的需求。7.可验证性：软件系统应能通过测试等手段验证其正确性和可靠性。

二、软件生命周期

2.1软件生命周期的概念软件生命周期是指软件从提出需求开始，经过开发、使用和维护，直到最终退役的全过程。它包括软件定义、软件开发和软件维护三个时期，每个时期又可进一步划分为若干个阶段。

2.2软件生命周期的阶段1.软件定义时期问题定义：明确要解决的问题是什么。可行性研究：研究问题是否有可行的解决方案，包括技术可行性、经济可行性和操作可行性等。需求分析：确定软件的功能、性能、数据等方面的需求，编写需求规格说明书。2.软件开发时期总体设计：将软件需求转化为软件的总体结构，包括模块划分、模块之间的接口等。详细设计：对总体设计中的每个模块进行详细设计，包括算法设计、数据结构设计等。编码：根据详细设计的结果，使用某种编程语言编写程序代码。测试：对编写好的程序进行测试，发现并修复其中的错误。3.软件维护时期改正性维护：修复软件在运行过程中发现的错误。适应性维护：使软件适应新的运行环境，如硬件升级、操作系统升级等。完善性维护：对软件进行功能扩展和性能优化，以满足用户不断变化的需求。预防性维护：对软件进行预防性的修改，以提高软件的可维护性和可靠性。

2.3软件生命周期各阶段的任务和文档1.问题定义阶段任务：明确要解决的问题是什么。文档：问题定义报告，简要描述问题的性质、规模和目标。2.可行性研究阶段任务：研究问题是否有可行的解决方案。文档：可行性研究报告，包括技术可行性分析、经济可行性分析和操作可行性分析等内容。3.需求分析阶段任务：确定软件的功能、性能、数据等方面的需求。文档：需求规格说明书，详细描述软件的需求。4.总体设计阶段任务：将软件需求转化为软件的总体结构。文档：总体设计说明书，包括软件的模块划分、模块之间的接口等内容。5.详细设计阶段任务：对总体设计中的每个模块进行详细设计。文档：详细设计说明书，包括模块的算法设计、数据结构设计等内容。6.编码阶段任务：根据详细设计的结果，编写程序代码。文档：程序清单，即编写好的程序代码。7.测试阶段任务：对编写好的程序进行测试。文档：测试计划、测试用例和测试报告等，记录测试的过程和结果。8.软件维护阶段任务：对软件进行维护。文档：维护记录，记录软件维护的过程和内容。

三、软件开发方法

3.1结构化开发方法1.结构化分析方法概述：结构化分析是一种面向数据流的需求分析方法，它从数据传递和加工的角度，以数据流图为主要工具，对系统的逻辑模型进行描述。工具：数据流图（DFD）、数据字典（DD）、加工逻辑说明等。2.结构化设计方法概述：结构化设计是一种面向数据流的软件设计方法，它以结构化分析所产生的数据流图为基础，按一定的规则映射成软件的模块结构。原则：模块独立性原则，包括高内聚和低耦合。工具：系统结构图（SC）等。3.结构化编程方法概述：结构化编程是一种基于模块结构和控制结构的编程方法，它要求程序具有良好的结构，易于理解和维护。原则：自顶向下、逐步求精、模块化和结构化。

3.2面向对象开发方法1.面向对象分析方法概述：面向对象分析是一种从问题域的角度分析系统的方法，它将问题域中的事物抽象为对象，通过对对象的属性和行为的描述来建立系统的模型。概念：对象、类、封装、继承、多态等。工具：用例图、类图、对象图、状态图、活动图等。2.面向对象设计方法概述：面向对象设计是一种基于面向对象分析的结果进行软件设计的方法，它将分析阶段的模型转化为设计阶段的模型，包括系统的总体架构设计、类的设计、数据库设计等。原则：开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则、单一职责原则等。工具：类图、对象图、构件图、部署图等。3.面向对象编程方法概述：面向对象编程是一种基于面向对象设计的结果进行程序实现的方法，它使用面向对象的编程语言来实现系统的功能。语言：Java、C++、Python等。

3.3敏捷开发方法1.敏捷开发的概念敏捷开发是一种轻量级的软件开发方法，它强调快速响应变化，通过团队合作和迭代开发来交付软件。2.敏捷开发的原则个体和交互胜过过程和工具。可工作的软件胜过详尽的文档。客户合作胜过合同谈判。响应变化胜过遵循计划。3.敏捷开发的方法Scrum：一种迭代式增量开发方法，通过短周期的迭代来交付软件。XP（极限编程）：一种强调快速反馈和持续改进的开发方法，注重代码质量和客户满意度。

四、软件项目管理

4.1软件项目计划1.项目计划的内容项目概述：包括项目的目标、范围、背景等。项目进度计划：制定项目的进度安排，包括各个阶段的开始时间和结束时间。项目资源计划：确定项目所需的资源，包括人力、物力、财力等。项目风险管理计划：识别项目可能面临的风险，并制定相应的应对措施。2.项目计划的制定步骤收集信息：收集与项目相关的各种信息，包括需求、资源、时间等。制定草案：根据收集到的信息，制定项目计划的草案。评审和修改：组织相关人员对项目计划草案进行评审，根据评审意见进行修改和完善。确定最终计划：经过评审和修改后，确定项目的最终计划。

4.2软件项目进度管理1.进度管理的工具甘特图：一种直观的进度管理工具，通过图表的形式展示项目的进度安排。PERT图：一种用于估计项目工期的工具，通过分析项目的关键路径来确定项目的最短工期。2.进度控制的方法跟踪进度：定期跟踪项目的实际进度，与计划进度进行对比。分析偏差：分析实际进度与计划进度之间的偏差，找出偏差的原因。采取措施：根据偏差的原因，采取相应的措施来调整项目进度，确保项目能够按时完成。

4.3软件项目成本管理1.成本估算的方法类比估算：根据类似项目的成本来估算当前项目的成本。自下而上估算：对项目的各个工作任务进行详细的成本估算，然后汇总得到项目的总成本。参数估算：根据项目的某些参数，如工作量、工期等，来估算项目的成本。2.成本控制的方法监控成本：定期监控项目的实际成本，与预算成本进行对比。分析偏差：分析实际成本与预算成本之间的偏差，找出偏差的原因。采取措施：根据偏差的原因，采取相应的措施来控制项目成本，确保项目在预算范围内完成。

4.4软件项目质量管理1.质量管理的体系ISO9000质量管理体系：一种国际标准的质量管理体系，为企业提供了一套质量管理的框架和方法。CMMI（能力成熟度模型集成）：一种用于评估软件企业成熟度的模型，帮助企业提高软件开发的质量和效率。2.质量保证的措施制定质量计划：明确项目的质量目标和质量保证措施。进行质量评审：定期对项目的文档和代码进行质量评审，发现并解决质量问题。开展质量测试：对项目进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、安全测试等，确保软件的质量。

4.5软件项目风险管理1.风险识别的方法头脑风暴法：组织相关人员进行头脑风暴，识别项目可能面临的风险。德尔菲法：通过匿名的方式征求专家的意见，识别项目可能面临的风险。检查表法：根据以往项目的经验，制定检查表，识别项目可能面临的风险。2.风险评估的方法定性评估：根据风险的可能性和影响程度，对风险进行定性评估。定量评估：通过计算风险的概率和影响程度，对风险进行定量评估。3.风险应对的措施风险规避：对于高风险的事件，采取规避措施，避免风险的发生。风险减轻：采取措施降低风险的发生概率或影响程度。风险转移：将风险转移给其他方，如购买保险、签订合同等。风险接受：对于低风险的事件，采取接受风险的措施，不做特别的处理。

五、软件测试

5.1软件测试的基本概念1.软件测试的定义软件测试是为了发现程序中的错误而执行程序的过程。它通过各种测试手段，对软件的功能、性能、可靠性等方面进行验证，确保软件的质量。2.软件测试的目的发现错误：通过测试发现软件中的错误，以便及时修复。验证功能：验证软件是否满足用户的需求，实现预定的功能。提高质量：通过测试提高软件的质量，增强软件的可靠性和稳定性。

5.2软件测试的原则1.尽早测试：在软件开发的早期阶段就开始进行测试，尽早发现问题。2.全面测试：对软件的各个方面进行全面的测试，包括功能、性能、可靠性等。3.重点测试：对软件的关键功能和重要模块进行重点测试。4.避免测试自己的代码：测试人员应避免测试自己编写的代码，以免对错误视而不见。5.及时反馈：及时将测试中发现的问题反馈给开发人员，以便及时修复。

5.3软件测试的方法1.黑盒测试方法概述：黑盒测试是一种基于功能的测试方法，它不考虑软件的内部结构和实现细节，只关注软件的功能是否正确。测试用例设计方法：等价类划分法、边界值分析法、因果图法等。2.白盒测试方法概述：白盒测试是一种基于结构的测试方法，它考虑软件的内部结构和实现细节，通过对代码的分析来设计测试用例。测试用例设计方法：逻辑覆盖法、基本路径测试法等。

5.4软件测试的过程1.测试计划：制定测试计划，明确测试的目标、范围、方法、进度等。2.测试设计：根据测试计划，设计测试用例，包括测试输入、预期输出等。3.测试执行：按照测试用例执行测试，记录测试结果。4.测试评估：对测试结果进行评估，分析软件是否存在问题，是否满足用户的需求。

5.5软件测试工具1.功能测试工具：如Selenium、QTP等，用于自动化功能测试。2.性能测试工具：如LoadRunner、JMeter等，用于测试软件的性能。3.缺陷管理工具：如Jira、Bugzilla等，用于管理软件测试过程中发现的缺陷。

六、软件维护

6.1软件维护的概念软件维护是指软件系统交付使用后，为了改正错误或满足新的需求而对软件进行修改的过程。它是软件生命周期的最后一个阶段，对于软件的长期运行和持续发展具有重要意义。

6.2软件维护的类型1.改正性维护：修复软件在运行过程中发现的错误。2.适应性维护：使软件适应新的运行环境，如硬件升级、操作系统升级等。3.完善性维护：对软件进行功能扩展和性能优化，以满足用户不断变化的需求。4.预防性维护：对软件进行预防性的修改，以提高软件的可维护性和可靠性。

6.3软件维护的过程1.维护请求：用户提出软件维护的请求，说明维护的原因和要求。2.维护分析：对维护请求进行分析，确定维护的类型和范围。3.维护设计：根据维护分析的结果，进行维护设计，包括修改方案的设计、测试用例的设计等。4.维护实施：按照维护设计的结果，进行软件的修改和测试。5.维护验证：对维护后的软件进行验证，确保软件的质量和功能符合要求。

6.4软件维护的管理1.维护计划：制定软件维护计划，明确维护的目标、范围、方法、进度等。2.维护记录：记录软件维护的过程和内容，包括维护请求、维护分析、维护设计、维护实施、维护验证等。3.维护评估：对软件维护的