1、第第8章章 軟件工程基礎軟件工程基礎 8.1 軟件工程的基本概念軟件工程的基本概念 8.2 結構化分析方法結構化分析方法8.3 軟件設計軟件設計8.4 軟件測試軟件測試8.5 程序的調試程序的調試二級大綱之三二級大綱之三-軟件工程基礎軟件工程基礎l 軟件工程基本概念，軟件生命周期概念，軟件工軟件工程基本概念，軟件生命周期概念，軟件工具與軟件開發環境。具與軟件開發環境。 l 結構化分析方法，數據流圖，數據字典，軟件需結構化分析方法，數據流圖，數據字典，軟件需求規格說明書。求規格說明書。 l 結構化設計方法，總體設計與詳細設計。結構化設計方法，總體設計與詳細設計。 l 軟件測試的方法，白盒測試與黑

2、盒測試，測試用軟件測試的方法，白盒測試與黑盒測試，測試用例設計，軟件測試的實施，單元測試、集成測試例設計，軟件測試的實施，單元測試、集成測試和系統測試。和系統測試。 l 程序的調試，靜態調試與動態調試。程序的調試，靜態調試與動態調試。 本章重點內容本章重點內容l軟件的定義及分類軟件的定義及分類l軟件生命周期的概念軟件生命周期的概念l軟件工程的定義、原理、目標及原則軟件工程的定義、原理、目標及原則l數據流圖、數據字典、軟件需求規格說數據流圖、數據字典、軟件需求規格說明書明書l軟件設計的基本原理與原則軟件設計的基本原理與原則l白盒測試和黑盒測試白盒測試和黑盒測試8.1軟件工程的基本概念軟件工程的基

3、本概念 8.1.1軟件定義與軟件特點軟件定義與軟件特點 8.1.2軟件危機與軟件工程軟件危機與軟件工程8.1.3軟件工程的目標與原則軟件工程的目標與原則8.1.4軟件工程過程與軟件生命周期軟件工程過程與軟件生命周期8.1.5軟件開發工具與軟件開發環境軟件開發工具與軟件開發環境 8.1.1軟件定義與軟件特點軟件定義與軟件特點 軟件（軟件（Software ） 是能夠完成預定功能和性是能夠完成預定功能和性能的可執行的計算機程序和使程序正常執行所需能的可執行的計算機程序和使程序正常執行所需要的數據，加上描述程序的操作和使用的文檔要的數據，加上描述程序的操作和使用的文檔 。 可簡明表述為：可簡明表述為

4、： 軟件程序數據文檔軟件程序數據文檔如如:系統處理的數據、幫助文檔等。系統處理的數據、幫助文檔等。軟件的定義軟件的定義n 軟件是一種邏輯實體，而不是物理實體，具有抽軟件是一種邏輯實體，而不是物理實體，具有抽象性象性 n 軟件沒有明顯的制作過程軟件沒有明顯的制作過程 n 軟件在運行、使用期間不存在磨損、老化問題軟件在運行、使用期間不存在磨損、老化問題 n 軟件的功能依賴于硬件和軟件的運行環境以及人軟件的功能依賴于硬件和軟件的運行環境以及人們對它的操作們對它的操作 n 軟件開發復雜性高、周期長、成本昂貴軟件開發復雜性高、周期長、成本昂貴 n 軟件開發涉及許多的社會因素軟件開發涉及許多的社會因素 8

5、.1.1軟件定義與軟件特點軟件定義與軟件特點 軟件的特點軟件的特點n 系統軟件系統軟件 是為擴大計算機系統的功能，充分利用系統資是為擴大計算機系統的功能，充分利用系統資源，提高計算機使用效率，方便用戶使用計算機源，提高計算機使用效率，方便用戶使用計算機而開發的軟件。例如，操作系統、數據庫管理系而開發的軟件。例如，操作系統、數據庫管理系統、編輯程序、語言處理系統等統、編輯程序、語言處理系統等 。n 應用軟件應用軟件 基于系統軟件之上，為解決用戶特定問題而開發基于系統軟件之上，為解決用戶特定問題而開發的軟件。例如：文字處理軟件的軟件。例如：文字處理軟件Word、圖形處理軟、圖形處理軟件件Photo

6、shop等。等。 n 支撐軟件支撐軟件 （工具軟件）（工具軟件）介于系統軟件和應用軟件之間，協助用戶開發軟介于系統軟件和應用軟件之間，協助用戶開發軟件的工具型軟件，又稱為軟件開發環境例如：微件的工具型軟件，又稱為軟件開發環境例如：微軟公司的軟公司的Visual Studio.NET等。等。 8.1.1軟件定義與軟件特點軟件定義與軟件特點 軟件分類（三類）軟件分類（三類）8.1.2 軟件危機與軟件工程軟件危機與軟件工程 是指計算機軟件在它的開發和維護過程中所遇是指計算機軟件在它的開發和維護過程中所遇到的一系列嚴重問題。其中，到的一系列嚴重問題。其中，軟件開發與維護的方軟件開發與維護的方法不正確法

7、不正確是產生軟件危機的是產生軟件危機的主要原因主要原因。 什么是軟件危機？什么是軟件危機？什么是軟件工程？什么是軟件工程？國家標準（國家標準（GB）中指出：是指應用于計算機）中指出：是指應用于計算機軟件的定義、開發和維護的一整套方法、工具、文軟件的定義、開發和維護的一整套方法、工具、文檔、實踐標準和工序。檔、實踐標準和工序。軟件工程由軟件工程由方法、工具方法、工具和和過程過程三部分組成三部分組成(三要素三要素)n 方法：方法：完成軟件開發各項任務的技術手段；完成軟件開發各項任務的技術手段；n 工具：工具：能夠自動或半自動支持軟件開發、管理、文能夠自動或半自動支持軟件開發、管理、文檔生成的開發平

8、臺、開發語言等開發工具。檔生成的開發平臺、開發語言等開發工具。n 過程：過程：支持軟件開發的各個環節的控制、管理過程支持軟件開發的各個環節的控制、管理過程8.1.2 軟件危機與軟件工程軟件危機與軟件工程 軟件工程的組成軟件工程的組成8.1.3 軟件工程的目標與原則軟件工程的目標與原則在給定成本、進度的前提條件下，開發出具在給定成本、進度的前提條件下，開發出具有有有效性、可修改性、可靠性、可禮節性、可有效性、可修改性、可靠性、可禮節性、可維護性、可重用性、可適應性、可移植性、可維護性、可重用性、可適應性、可移植性、可追蹤性回答、可互操作性且滿足用戶需求的追蹤性回答、可互操作性且滿足用戶需求的產產

9、品。品。 軟件工程的目標軟件工程的目標8.1.3 軟件工程的目標與原則軟件工程的目標與原則 為達到軟件工程的目標，在軟件開發過為達到軟件工程的目標，在軟件開發過程中必須程中必須遵循抽象、信息隱蔽、模塊化、局遵循抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性、可驗證性部化、確定性、一致性、完備性、可驗證性等工程原則。等工程原則。 軟件工程的原則軟件工程的原則8.1.4軟件工程過程與軟件生命周期軟件工程過程與軟件生命周期是指為了是指為了獲得高質量軟件所需要完成的一系列獲得高質量軟件所需要完成的一系列彼此相關的活動彼此相關的活動，它規定了完成各項任務的工作，它規定了完成各項任務的工作步驟。步

10、驟。軟件工程過程通常包含四種基本的過程軟件工程過程通常包含四種基本的過程：l 軟件規格說明軟件規格說明（規定軟件的功能及其運行的限制規定軟件的功能及其運行的限制 ）l 軟件開發軟件開發（生產滿足規格說明的軟件）（生產滿足規格說明的軟件）l 軟件確認軟件確認（確認軟件能滿足用戶提出的要求）（確認軟件能滿足用戶提出的要求）l 軟件演進軟件演進（為滿足用戶變更要求，（為滿足用戶變更要求，軟件必須在使軟件必須在使用過程中演進。用過程中演進。 ）什么是軟件工程過程？什么是軟件工程過程？是指將軟件產品或軟件系統是指將軟件產品或軟件系統從設計、投入使從設計、投入使用到被淘汰的全過程用到被淘汰的全過程，又稱為

11、，又稱為軟件生存周期軟件生存周期。 8.1.4軟件工程過程與軟件生命周期軟件工程過程與軟件生命周期什么是軟件的生命周期什么是軟件的生命周期軟件生命周期分為三個時期軟件生命周期分為三個時期(每個時期分為若干階段）每個時期分為若干階段）n軟件計劃（定義）期軟件計劃（定義）期：又分為三個階段。：又分為三個階段。n軟件開發期軟件開發期：又分為四個階段。：又分為四個階段。n運行維護期運行維護期：運行維護階段。：運行維護階段。問題定義問題定義軟件定義期軟件定義期 軟件實現軟件實現運行維護運行維護可行性研究可行性研究需求分析需求分析 退役退役詳細設計詳細設計軟件測試軟件測試概要設計概要設計軟件開發期軟件開發

12、期運行維護期運行維護期軟軟件件生生命命周周期期的的劃劃分分圖圖示示8.1.4軟件工程過程與軟件生命周期軟件工程過程與軟件生命周期8.1.5 軟件開發工具與軟件開發環境軟件開發工具與軟件開發環境 用來用來輔助軟件開發、運行、維護、管理、輔助軟件開發、運行、維護、管理、支持支持等活動過程中的等活動過程中的軟件軟件稱為軟件開發工具。稱為軟件開發工具。軟件開發工具軟件開發工具是指支持軟件產品開發和維護而使用的是指支持軟件產品開發和維護而使用的一一組軟件組軟件，它由，它由軟件工具集軟件工具集和和環境集成機制環境集成機制（即（即為工具集成和軟件開發、維護和管理提供統一為工具集成和軟件開發、維護和管理提供統

13、一的支持的支持 ）組成。）組成。 軟件開發環境軟件開發環境8.2 結構化分析方法結構化分析方法8.2.1需求分析需求分析8.2.2結構化分析方法結構化分析方法8.2.3數據流圖數據流圖8.2.4數據字典數據字典8.2.5軟件規格說明書軟件規格說明書8.2.1 需求分析需求分析是指用戶對是指用戶對目標軟件目標軟件系統在系統在功能、行為、性功能、行為、性能、設計約束能、設計約束等方面的等方面的期望期望。需求分析分為四個階段需求分析分為四個階段 需求獲取、需求分析、編寫需求規格說明書、需求獲取、需求分析、編寫需求規格說明書、需求評審需求評審需求分析的方法（一般分為兩類）需求分析的方法（一般分為兩類）

14、 結構化分析結構化分析方法和方法和面向對象的分析面向對象的分析方法方法兩類。兩類。什么軟件需求分析什么軟件需求分析8.2.2 結構化分析方法結構化分析方法是一種簡單實用、應用廣泛的分析方法是一種簡單實用、應用廣泛的分析方法 。 SA方法的基本思想和步驟方法的基本思想和步驟是采用是采用“分解分解”（模塊化）和（模塊化）和“抽象抽象”（抽抽取事物最基本的特性和行為、忽略非基本的細取事物最基本的特性和行為、忽略非基本的細節節。）。）的的基本手段基本手段，自頂向下逐層分解，使復，自頂向下逐層分解，使復雜的問題有效地被控制。雜的問題有效地被控制。 SA方法方法利用結構化程序設計的思想，滿足結構化利用結構

15、化程序設計的思想，滿足結構化程序設計的特點。程序設計的特點。結構化分析結構化分析(SA，Structured Analysis)方法方法8.2.2 結構化分析方法結構化分析方法 2 1 3 A 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2A: 學生信息管理系統學生信息管理系統1: 學生信息管理學生信息管理2: 院系信息管理院系信息管理3: 課程信息管理課程信息管理1.1：學生信息增加學生信息增加1.2：學生信息刪除學生信息刪除1.3：學生信息查詢：學生信息查詢2.1：院系信息增加院系信息增加2.2：院系信息修改院系信息修改 圖圖8.2 分解和抽象分解和抽象 結構化分析方法舉例結構化分析方法舉例8.2

16、.3 數據流圖數據流圖是是描述描述系統中系統中數據流程的圖形數據流程的圖形工具，它工具，它標識標識了一個系統的邏輯了一個系統的邏輯輸入輸入和邏輯和邏輯輸出輸出，以及把邏，以及把邏輯輸入轉換成邏輯輸出所需的加工處理。輯輸入轉換成邏輯輸出所需的加工處理。圖圖8.3 數據流圖的圖形符號數據流圖的圖形符號外部實體外部實體數據流數據流加工加工數據存儲數據存儲數據流圖數據流圖(Data Flow Diagram，簡稱，簡稱DFD) 8.2.3 數據流圖數據流圖學生學生學生處學生處各院系各院系學生信息文件學生信息文件 修修改改查詢查詢查詢結查詢結果果 報表報表查詢條查詢條件件 建建檔檔統統計計登記登記修改信

17、息修改信息統計要統計要求求圖圖8.4 學生信息管理系統數據流圖學生信息管理系統數據流圖數數據據流流圖圖應應用用舉舉例例 8.2.3 數據流圖數據流圖DFD中的中的數據流數據流可分為：可分為： 變換流變換流、事務流事務流兩種兩種數據流圖的類型（兩種）數據流圖的類型（兩種）取得取得數據數據變換變換數據數據輸出輸出數據數據圖圖8.5 變換型數據流圖變換型數據流圖圖圖8.6 事務型數據流圖事務型數據流圖事務事務中心中心活動活動流流1活動活動流流3活動活動流流2輸入流輸入流 8.2.4 數據字典數據字典數據字典中有數據字典中有4種類型的條目：種類型的條目：數據流、數據數據流、數據項、數據存儲和加工。項、

18、數據存儲和加工。數據流圖必須與數據字典數據流圖必須與數據字典（Data Dictionary）配套使用配套使用，才能完整地描述軟件需求。，才能完整地描述軟件需求。什么是數據字典什么是數據字典數據字典用于描述數據流的內容。數據字典用于描述數據流的內容。 8.2.4 數據字典數據字典數據字典應用舉例數據字典應用舉例例如：例如：某教務系統的學生成績庫文件的某教務系統的學生成績庫文件的數據字典數據字典描述如下描述如下：文件名：文件名：學生成績庫學生成績庫記錄定義：記錄定義：學生成績學生成績 = 學號學號+姓名姓名+課程代碼課程代碼+成成績績+必修必修|選修選修學號：學號：由由6位數字組成位數字組成姓名

19、：姓名：24個漢字個漢字課程代碼：課程代碼：8位字符串位字符串成績：成績：13位十進制整數位十進制整數文件組織：文件組織：以學號為關鍵字遞增排列以學號為關鍵字遞增排列 8.2.5軟件需求規格說明書軟件需求規格說明書是需求分析階段的最后成果，是軟件開發過是需求分析階段的最后成果，是軟件開發過程的重要文檔之一。其程的重要文檔之一。其主要特點如下：主要特點如下：u 正確性正確性 u 無岐義性無岐義性 u 完整性完整性 u 可驗證性可驗證性 u 一致性一致性 u 可理解性可理解性 u 可追蹤性可追蹤性 什么是軟件需求規格說明書什么是軟件需求規格說明書8.3 軟件設計軟件設計8.3.1軟件設計概述軟件設

20、計概述8.3.2總體設計總體設計8.3.3詳細設計詳細設計8.3.1 軟件設計概述軟件設計概述 軟件設計是開發階段最重要的步驟。軟件設計是開發階段最重要的步驟。u從從工程管理工程管理的角度：可分為的角度：可分為概要設計概要設計和和詳細詳細設計設計兩部分。兩部分。u從從技術觀點技術觀點的角度，可分為軟件的角度，可分為軟件結構設計、結構設計、數據設計、接口設計數據設計、接口設計和和過程設計過程設計4個步驟。個步驟。需求需求說明說明書書總體設總體設計計軟件軟件結構結構復審復審詳細設計詳細設計模塊模塊描述描述可接受可接受設計設計說明說明書書修改修改修改修改復審復審圖圖8.7 軟件設計流程圖軟件設計流程

21、圖軟件設計的基本原理和原則軟件設計的基本原理和原則l 模塊化模塊化l 抽象抽象l 信息隱藏與封裝信息隱藏與封裝l 模塊獨立性模塊獨立性：指模塊間的：指模塊間的耦合耦合和模塊的和模塊的內聚內聚。u耦合：耦合：模塊之間互相連接的模塊之間互相連接的緊密程度緊密程度。 u內聚：內聚：一個模塊內部各個元素彼此結合的緊密一個模塊內部各個元素彼此結合的緊密程度程度 結論：結論：模塊模塊獨立性獨立性比較比較強強的模塊應是的模塊應是高內聚低耦高內聚低耦合合的模塊。的模塊。8.3.1 軟件設計概述軟件設計概述 8.3.2 總體設計總體設計l設計軟件系統結構設計軟件系統結構(簡稱軟件結構簡稱軟件結構)l數據結構及數

22、據庫設計數據結構及數據庫設計l編寫概要設計文檔編寫概要設計文檔l 評審評審總體設計的基本任務總體設計的基本任務總體設計（也稱概要設計）有四個主要任務總體設計（也稱概要設計）有四個主要任務8.3.3 詳細設計詳細設計 n為每個模塊進行詳細的為每個模塊進行詳細的算法設計算法設計。n為模塊內的為模塊內的數據結構進行設計數據結構進行設計。 n 對數據結構進行對數據結構進行物理設計物理設計，即確定數據庫的，即確定數據庫的物理結構。物理結構。n 根據軟件系統的類型，進行根據軟件系統的類型，進行代碼、輸入代碼、輸入/輸出輸出格式、人機對話等設計格式、人機對話等設計。n 編寫編寫詳細設計詳細設計說明書說明書。

23、n 評審評審。詳細設計的具體任務詳細設計的具體任務8.4軟件測試軟件測試8.4.1軟件測試的基本概念軟件測試的基本概念8.4.2軟件測試的方法軟件測試的方法 8.4.3測試用例設計測試用例設計 8.4.4軟件測試的實施軟件測試的實施8.4.1 軟件測試的基本概念軟件測試的基本概念為發現為發現程序中的程序中的錯誤錯誤而而執行程序執行程序的過程。的過程。軟件測試的基本思想軟件測試的基本思想：根據軟件開發各階段的規格說明和程序的根據軟件開發各階段的規格說明和程序的內部結構而精心內部結構而精心設計出一批測試用例設計出一批測試用例，并利用，并利用測試用例測試用例來運行程序來運行程序，以，以發現發現程序程

24、序錯誤錯誤的過程。的過程。 軟件測試的定義軟件測試的定義8.4.2軟件測試的方法軟件測試的方法 l 靜態測試：靜態測試：不實際運行被測程序不實際運行被測程序，而只是靜態，而只是靜態地檢查程序代碼、界面或文檔中可能存在的錯地檢查程序代碼、界面或文檔中可能存在的錯誤的過程。誤的過程。l 動態測試動態測試，實際運行被測程序實際運行被測程序，輸入相應的測，輸入相應的測試數據，檢查實際輸出結果和預期結果是否相試數據，檢查實際輸出結果和預期結果是否相符的過程。符的過程。 靜態測試與動態測試靜態測試與動態測試8.4.2軟件測試的方法軟件測試的方法就是就是為測試而設計的數據為測試而設計的數據，由由測試輸入數據

25、測試輸入數據和和預期的輸出結果預期的輸出結果兩部分組成。兩部分組成。動態測試動態測試的關鍵是設計高效、合理的測試用例。的關鍵是設計高效、合理的測試用例。測試用例的設計方法測試用例的設計方法（一般分為兩類）：（一般分為兩類）： 白盒測試方法白盒測試方法和和黑盒測試方法黑盒測試方法。 什么是測試用例什么是測試用例8.4.2軟件測試的方法軟件測試的方法白盒測試方法白盒測試方法u 白盒測試（白盒測試（也稱結構測試或邏輯驅動測試）：也稱結構測試或邏輯驅動測試）：它是它是知道產品內部工作過程知道產品內部工作過程，通過測試來，通過測試來檢測檢測產品內部動作產品內部動作是否按照規格說明書的規定正常是否按照規格

26、說明書的規定正常進行，按照程序進行，按照程序內部的結構內部的結構測試程序，檢驗程測試程序，檢驗程序中的序中的每條通路每條通路是否都有能按預定要求正確工是否都有能按預定要求正確工作，而不管它的功能。作，而不管它的功能。 白盒測試的主要方法白盒測試的主要方法有有邏輯覆蓋測試、基本邏輯覆蓋測試、基本路徑測試路徑測試等等，主要用于軟件內部操作的驗證。主要用于軟件內部操作的驗證。8.4.2軟件測試的方法軟件測試的方法u黑盒測試（黑盒測試（也稱功能測試或數據驅動測試），它也稱功能測試或數據驅動測試），它是在是在已知產品已知產品所應具有的所應具有的功能功能，通過測試來檢測，通過測試來檢測每個每個功能是否都能

27、正常使用功能是否都能正常使用。在測試時，只檢查。在測試時，只檢查程序功能是否按照需求規格說明書的規定正常使程序功能是否按照需求規格說明書的規定正常使用，程序是否能適當地接收輸入數據而產生正確用，程序是否能適當地接收輸入數據而產生正確的輸出信息，并且保持外部信息（如數據庫或文的輸出信息，并且保持外部信息（如數據庫或文件）的完整性。件）的完整性。黑盒測試方法黑盒測試方法主要有主要有等價類劃分法、邊界值分析法、等價類劃分法、邊界值分析法、因果圖、錯誤推測法因果圖、錯誤推測法等，等，主要用于軟件確認測試主要用于軟件確認測試。黑盒測試方法黑盒測試方法8.4.4軟件測試的實施軟件測試的實施軟件從編碼結束到交付用戶使用，需要經過軟件從編碼結束到交付用戶使用，需要經過4 個步個步驟驟。 軟件測試的實施步驟軟件測試的實施步驟系統測試系統測試確認測試（驗收）確認測試（驗收）單元測試（模塊）單元測試（模塊）集成測試（組裝）集成測試（組裝）8.5 程序的調試程序的調試8.5.1程序調試的基本概念程序調試的基本概念8.5.2程序的調試方法程序的調試方法 8.5.3程序的靜態調試程序的靜態調試 8.5.4程序的動態調試程序的動態調試 8.5.1 程序調試的基本概念程序調試的基本概念程序調試（也稱排錯或糾錯）程序調試（也稱排錯或