《软件工程》课程总结

一、软件工程概述

软件工程是计算机软件开发的过程、方法和工具的学科。我们的软件工程课程主要讲了如下内容

1. 软件生命周期

软件生命周期是从软件目标的提出、定义、开发、维护，直到最终被丢弃的整个过程。

比较有趣的是，大部分人觉得软件中大部分错误是编码错误，但据统计，设计错误占软件错误的63%，编码仅占37%。

2. 软件开发模型

软件开发模型是对软件过程的建模，需要确定任务及执行顺序，保证质量和适应需求变化。

常见的软件开发模型：

• 瀑布模型
• 原型模型
• 增量模型
• 螺旋模型

二、软件开发的计划时期

通常，在计划时期，我们要完成问题定义以及可行性研究分析。

1. 问题定义

2. 可行性研究

在最短时间内，花费最小代价，确定定义的项目是不是可能实现和值得开发的。

• 经济可行性
• 技术可行性
• 运行可行性
• 法律可行性

三、需求分析

在需求分析阶段，我们要建立目标系统的逻辑模型，并形成《软件需求规格说明》。

目标系统的逻辑模型即反复与用户交流，调查“系统必须要做什么”，建立原型系统。

数据流图、数据字典、加工处理

1. 数据流图(Data Flow Diagram)

顶层DFD是系统的基本逻辑模型，包含一个加工处理和若干输入输出流

顶层DFD图中不应该出现外部存储

分层细化DFD的原则：

• 父子图平衡：将一个加工处理分解为一系列子加工时，分解前后的输入输出数据流必须相同。
• 区分全局文件与外部项

DFD图绘制规则：

• 顶层数据流图不要出现数据存储
• 数据存储之间、外部实体之间、数据存储与外部实体之间不能出现数据流
• 数据流是单向的，不能出现双向箭头。
• 任何加工都必须有输入和输出数据流

2. 数据字典

包括数据元素（数据项）、数据流、数据存储。

数据流

对DFD图中数据流的描述。

数据流名：

别名：

组成：

备注：

数据存储

对DFD图中的数据存储的描述

文件名：

组成：

组织：

按某一字段，某种顺序排列

备注：

数据元素

数据元素是对数据流、数据存储中的字典条目（组成）的解释

数据项名：

别名：

取值：

备注：

3. 加工逻辑

加工逻辑用来描述DFD中每个加工能够“做什么”。

通常使用结构化语言、判定表、判定树、IPO图来描述加工逻辑。

4. 结构化分析方法(Structured Analysis)

在20世纪70年代中期，提出来了一种成为结构化设计(structured design)的软件设计技术。而在70年代后期，又有人提出了与SD配套的结构化分析(SA)技术，合称为结构化分析与设计方法。

SA的指导思想是自顶向下、逐步分解（对应于我们DFD图的绘制步骤），SA方法的步骤有：

• 分层细化DFD图
• 定义数据字典
• 定义加工逻辑

四、概要设计

在需求分析阶段得出了DFD图、数据字典之后，从需求分析阶段的结果除法，概要设计进行软件结构设计与**数据设计**，编写《概要设计说明书》。

• 软件结构设计：是概要设计的主要工作，分析系统由哪些模块组成，优化模块间的关系。
• 数据设计：将需求分析阶段创建的数据字典，转换为实现系统所需的数据结构（ER图等）。

1. 软件结构设计

通过软件结构设计，建立软件良好的模块结构，确定模块、模块间的关系

内聚与耦合

对于软件结构，有这么一句话：宁要塔型，不要饼型，提倡翁型

• 内聚：模块内部各成分之间的关联越高，即内聚越强

  功能内聚、顺序内聚、通信内聚、过程内聚、时间内聚、逻辑内聚、偶然内聚。

  内聚程度依次降低

• 耦合：模块之间的联系越小，即耦合越松散

  非直接耦合、数据耦合、特征耦合、控制耦合、外部耦合、公共耦合、内容耦合（最高的耦合）

  耦合程度依次升高。

图形工具

层次图（H图）与结构图（SC图）

结构化设计方法（SD）

将系统的逻辑模型DFD图转换为软件结构图（H图、SC图）

2. 数据设计（PPT没有？？）

五、详细设计

在详细设计阶段，我们要确定每个模块的算法与数据结构，为每个模块设计一组测试用例，编写《详细设计说明书》

1. 详细设计工具

为了确定每个模块的算法，我们使用了描述算法的工具——程序流程图、N-S盒图以及PAD图。

2. 人机界面设计

人机界面应该具有一些特性：

• 可使用性
• 灵活性
• 可靠性

界面设计要遵守的一些原则：

• 用户界面适合于软件的功能
• 容易理解
• 风格一致
• 及时反馈信息
• 出错处理
• 适应各种用户
• 国际化
• 个性化
• 合理的布局
• 和谐的色彩

六、编码

程序设计语言的特性、程序的设计风格会深刻的影响软件的质量和可维护性。我们编码的目标是要产生正确可靠、简明清晰、具有较高效率的源程序。

七、测试

• 软件测试是为了证明程序有错，而不是证明程序无错误
• 一个好的测试用例是在于它能发现至今未发现的错误
• 一个成功的测试是发现了至今未发现的错误

1. 测试步骤

• 单元测试：集中对源代码实现的每一个程序模块进行测试
• 集成测试：把测试过的模块组装起来，主要对模块间接口开展测试
• 确认测试：检查已实现的软件是否满足了需求规格说明书中的各种需求
• 系统测试：把经过确认后的软件纳入实际运行环境中，与其他系统成分组合在一起测试。

2. 测试方法

Testing is the process of executing a program with the intent of finding errors.

具体可以分为两大类测试方法

• 静态测试：主要进行代码复审，检查程序的静态结构，可以采用代码会审、走查、借助静态分析器进行自动化测试。
• 动态测试：在设定的测试用例上执行被测程序的过程。
  • 黑盒测试
  • 白盒测试

白盒测试用例的设计

我们可以在程序流程图的基础上，使用逻辑覆盖法设计白盒测试用例。

对于逻辑覆盖法：

• 语句覆盖：将程序的每个语句至少执行一次

• 判定覆盖：每个判定的每个分支路径至少执行一次

• 条件覆盖：每个条件的真假两种情况至少执行一次

  满足条件覆盖不一定满足判定覆盖

• 判定/条件覆盖：每个条件的真假、每个判定的每个分支路径至少执行一次

• 条件组合覆盖：每个判定的所有条件的各种可能组合至少执行一次

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我们也可以在程序同的基础上，使用路径测试法设计白盒测试用例。

对于路径测试法：

• 点覆盖：每个节点至少执行一次
• 边覆盖：每条边至少执行一次
• 路径覆盖：每条路径至少执行一次

黑盒测试用例设计

黑盒测试用例设计时，可以采取的方法有等价类划分、边界值分析、错误推测法。

3. 单元测试

4. 集成测试

5. 确认测试

6. 系统测试

$\alpha$测试：是用户在模拟操作环境下进行的测试，软件开发人员与QA人员也应参加

$\beta$测试：是由软件的多个用户在实际操作环境下进行的测试。即是在开发者无法控制的环境下进行的软件现场应用。

7. 其他

除了上述测试外，测试还可以分为好多种类：

• 功能测试

• 可靠性测试

• 强度（压力）测试：高并发访问等

• 性能测试：通常与强度测试结合

  应该差不多吧

• 启动/停止测试

• 回复测试

• 配置测试

• 安全性测试

• 回归测试

8. 各种测试工具

体验了一下NUnit系列的JUnit与CPPUnit，感觉很棒

八、软件维护

九、面向对象软件工程

面向对象方法是以对象为核心的软件开发方法，按照人对客观世界认识的规律和解决问题的方法与过程开发软件，描述问题空间与实现在结构上一致。

**UML**是对象管理组织（OMG）采纳的基于面向对象技术的标准建模语言

Unified Modeling Language——统一建模语言

面向对象 = 对象 + 类 + 继承 + 通信

1. UML模型基本组成

① 要素：Use Case、Actor、Class、Interface

② 关系：

• 关联关系：当一个类的对象作为另一个类的成员变量时，两个类之间有关联关系。

  聚合关系：整体与部分的关系，整体消失但对象不消失，部分的对象可以被多个整体共享

  球队与球员、电脑与CPU主存等

  组合关系：整体与部分之间具有很强的所有关系和一致的生命周期，部分不能独立于整体而存在。

  活人与跳动的心脏

• 依赖关系：一个模型元素的变化会影响到另一个的模型元素

• 泛化关系：被称为继承关系，为通信而存在的关系

• 实现关系：类对接口的实现

③ 图：

• 静态图：类图、对象图、用例图
• 动态图：顺序图、状态图、协作图、活动图

2. 用例图

Use Case图用于描述拟建系统和外部环境的关系。

Actor

**主导Actor：**初始化Use Case，主动要求得到结果，触发交互活动，至少有一个。

其他Actor：仅参与Use Case，在某个时刻与Use Case通信。

Use Case间的关系

• Include：包含关系

  

  用户不论是对账户内容的增加还是删除，都需要先登录。表明删除Use Case与增加Use Case用例都include（包含）了登录Use Case

• Extend：用例的某一部分是可选的系统行为

  

  用户打电话时，可以选择使用呼叫等待或是呼叫转移等增值服务，此时呼叫等待Use Case与呼叫转移Use Case extend了打电话Use Case的功能。

• Generalization

用例规约

用例图是骨架，用例规约是其内在的精髓

3. 类图

4. 序列图

• 对象
• 对象生存线
• 控制焦点
• 消息