第5章 软件工程基础知识

5.1 软件工程

5.1.1 定义

P：软件规格说明

D：软件开发

C：软件确认

A：软件演化

 5.1.2 软件过程模型

        1、瀑布模型

瀑布模型：

        特点：前一个阶段的输出结果，是后一个阶段的输入

        缺点：需求明确、严格串行化

 2、原型模型

抛弃式原型和演化式模型

        3、螺旋模型

快速原型的基础上扩展，风险分析，4个阶段

(1)目标设定。为该项目进行需求分析，定义和确定这一个阶段的专门目标，指定对过程
和产品的约束，并且制订详细的管理计划。
(2)风险分析。对可选方案进行风险识别和详细分析，制定解决办法，采取有效措施避免
这些风险。
(3)开发和有效性验证。风险评估后，可以为系统选择开发模型，并且进行原型开发，即
开发软件产品。
(4)评审。对项目进行评审，以确定是否需要进入螺旋线的下一次回路，如果决定继续，
就要制订下一阶段计划

          5.1.3、敏捷模型

敏捷核心思想：

        1、适应性，而非预设性

        2、以人为本，而非以过程为本

        3、迭代增量式开发

       1、极限编程 XP

        2、水晶系列 Crystal

        3、Scrumn

                 5大会议：产品代表列表、Sprint计划会议、每日Scrumn、评审会、回顾会

        4、特征驱动 FDD

                6种关键的项目角色：项目经理、首席架构设计师、开发经理、主程序员、程
        序员和领域专家。
                FDD有5个核心过程：开发整体对象模型、构造特征列表、计划特征开发、

        特征设计和特征构建

          5.1.4、统一过程模型 RUP

9个核心核心工作流

        业务建模、需求、分析与设计、实现、测试、部署、配置与变更管理、项目管理、环境

4个阶段

        ● 初始 (inception) 阶段：定义最终产品视图和业务模型，并确定系统范围。
        ● 细化 (elaboration) 阶段：设计及确定系统的体系结构，制订工作计划及资源要求。
        ● 构造 (construction) 阶段：构造产品并继续演进需求、体系结构、计划直至产品提交。
        ● 移交 (transition) 阶段：把产品提交给用户使用。

3个特点

        用例驱动、体系结构为中心、迭代与增量

4+1视图

• 分析人员和测试人员关心的是系统的行为，会侧重于用例视图；
• 用户关心的是系统的功能，会侧重于逻辑视图；
• 程序员关心的是系统的配置、装配等问题，会侧重于实现视图；
• 系统集成人员关心的是系统的性能、可伸缩性、吞吐率等问题，会侧重于进程视图；
• 系统工程师关心的是系统的发布、安装、拓扑结构等问题，会侧重于部署视图

        5.1.5、软件成熟度模型

5个等级

1)Level 1 初始级
处于成熟度级别1级时，过程通常是随意且混乱的。这些组织的成功依赖于组织内人员的
能力与英雄主义。成熟度1级的组织也常常能产出能用的产品与服务，但它们经常超出在计划
中记录的预算与成本。
2)Level2已管理级    项目管理（成本、进度、质量）
在该等级下，意味着组织要确保策划、文档化、执行、监督和控制项目级的过程，并且需
要为过程建立明确的目标，并能实现成本、进度和质量目标等。
3)Level3已定义级        企业管理（企业标准化、行业标准化）
在这一等级，企业能够根据自身的特殊情况定义适合自己企业和项目的标准流程，将这套
管理体系与流程予以制度化，同时企业开始进行项目积累，企业资产的收集。
4)Level 4量化管理级  
在成熟度4级，组织建立了产品质量、服务质量以及过程性能的定量目标。成熟度级别3
级与4级的关键区别在于对过程性能的可预测。
5)Level 5优化级
在优化级水平上，企业的项目管理达到了最高的境界。成熟度级别5级关注于通过增量式
的与创新式的过程与技术改进，不断地改进过程性能。处于成熟度5级时，组织使用从多个项
目收集来的数据对整体的组织级绩效进行关注。

        5.2、需求工程

 3个层次

        业务需求：组织高层次目标

        用户需求：用户对软件产品的期望

        功能需求：开发人员必须实现的功能

5个阶段

        需求获取：用户面谈、需求联合会议、问卷调查、现场观察、原型、头脑风暴

        需求分析

        需求规格说明书

        需求确认与验证

        需求管理：变更控制、版本控制、需求跟踪、需求状态跟踪

                       需求跟踪（正向跟踪、反向跟踪）：定义其他需求的连接链

                       变更控制过程：问题分析和变更描述、变更分析和成本计算、变更实现

         5.3 系统分析与设计（结构化）

                1、结构化分析

        数据流程DFD：以图形方式，表示业务系统中的数据处理过程和数据流，功能模型

               数据流、处理、数据存储、外部实体

        数据字典：元数据目录，所有数据定义的集合，数据进行定义和描述，数据模型

                2、结构化设计 

 概要设计的主要任务是确定软件系统的结构，对系统进行模块划分，确定每个模块的功能、接口和模块之间的调用关系；

详细设计的主要任务是为每个模块设计实现的细节。

         程序流程图又称为程序框图，是使用最广泛然的一种描述程序逻辑结构的工具。它用方框表示一个处理步骤，菱形表示一个逻辑条件，箭头表示控制流向。其优点是：结构清晰，易于理解，易于修改。缺点是：只能描述执行过程而不能描述有关的数据。
        N S 流程图，也称为盒图，是一种强制使用结构化构造的图示工具，也称为方框图。其具有以下特点：功能域明确、不可能任意转移控制、很容易确定局部和全局数据的作用域、很容易表示嵌套关系及模板的层次关系。
        PAD 图是一种改进的图形描述方式，可以用来取代程序流程图，相比程序流程图更直观，结构更清晰。最大的优点是能够反映和描述自顶向下的历史和过程。

                3、数据库设计

 数据库设计的内容包括：需求分析、概念结构设计（ER图：视图-联系图）、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库的实施和数据库的运行和维护

 5.4 面向对象

        1、面向对象分析 OOA

OOA大致上遵循如下5个基本步骤。
(1)确定对象和类。这里所说的对象是对数据及其处理方式的抽象，它反映了系统保存和
处理现实世界中某些事物的信息的能力。类是多个对象的共同属性和方法集合的描述，它包括
如何在一个类中建立一个新对象的描述。
(2)确定结构。结构是指问题域的复杂性和连接关系。类成员结构反映了泛化-特化关系，
整体-部分结构反映整体和局部之间的关系。
(3)确定主题。主题是指事物的总体概貌和总体分析模型。
(4)确定属性。属性就是数据元素，可用来描述对象或分类结构的实例，可在图中给出，
并在对象的存储中指定。
(5)确定方法。方法是在收到消息后必须进行的一些处理方法：方法要在图中定义，并在
对象的存储中指定。对于每个对象和结构来说，那些用来增加、修改、删除和选择的方法本身
都是隐含的(虽然它们是要在对象的存储中定义的，但并不在图上给出),而有些则是显示的

        2、面向对象设计 OOD

在OOD 中，类可以分为3种类型：实体类、控制类和边界类。
实体类映射需求中的每个实体，是指实体类保存需要存储在永久存储体中的信息
控制类是用于控制用例工作的类，一般是由动宾结构的短语(“动词+名词”或“名词+动词”)转化来的名词。
控制类将用例的特有行为进行封装，控制对象的行为与特定用例的实现密切相关，当系统
执行用例的时候，就产生了一个控制对象，控制对象经常在其对应的用例执行完毕后消亡。通常情况下，控制类没有属性，但一定有方法。
边界类用于封装在用例内、外流动的信息或数据流。边界类位于系统与外界的交接处，包
括所有窗体、报表、打印机和扫描仪等硬件的接口，以及与其他系统的接口
 

        3、面向对象编程 OOP

封装、继承、多态

5.5 软件测试

         测试方法：

静态测试、动态测试

黑盒测试。黑盒测试将被测程序看成是一个黑盒，工作人员在不考虑任何程序内部结
构和特性的条件下，根据需求规格说明书设计测试实例，并检查程序的功能是否能够按照规范说明准确无误的运行。其主要是对软件界面和软件功能进行测试。对于黑盒测试行为必须加以量化才能够有效的保证软件的质量。
白盒测试。白盒测试主要是借助程序内部的逻辑和相关信息，通过检测内部动作是否
按照设计规格说明书的设定进行，检查每一条通路能否正常工作。白盒测试是从程序结构方面出发对测试用例进行设计。主要用于检查各个逻辑结构是否合理，对应的模块独立路径是否正常以及内部结构是否有效。常用的白盒测试法有控制流分析、数据流分析、路径分析、程序变异等。根据测试用例的覆盖程度，分为语句覆盖、判定覆盖、分支覆盖和路径覆盖等。
灰盒测试。灰盒测试介于黑盒与白盒测试之间。灰盒测试除了重视输出相对于输入的
正确性，也看重其内部的程序逻辑。

测试阶段：

        单元测试、基础测试、系统测试、性能测试、验收测试（alpha测试、被他测试）

        AB测试、web测试、链接测试

5.6 净室工程

净室软件工程中应用的技术手段主要有以下4种。
1.统计过程控制下的增量式开发 (Incremental Development )
增量开发基于产品开发中受控迭代的工程原理——控制迭代。增量开发不是把整个开发过
程作为一个整体，而是将其划分为一系列较小的累积增量。小组成员在任何时刻只须把注意力集中于工作的一部分，而无须一次考虑所有的事情。
2.基于函数的规范与设计
盒子结构方法按照函数理论定义了3种抽象层次：行为视图、有限状态机视图和过程视图。
规范从一个外部行为视图(称为黑盒)开始，然后被转化为一个状态机视图(称为状态盒),最
后由一个过程视图(明盒)来实现。盒子结构是基于对象的，并支持软件工程的关键原则：信
息隐藏和实现分离。
3.正确性验证
正确性验证被认为是CSE的核心，正是由于采用了这一技术，净室项目的软件质量才有了
极大的提高。
4.统计测试 (Statistically Based Testing) 和软件认证
净室测试方法采用统计学的基本原理，即当总体太大时必须采取抽样的方法。

 5.7基于构件的软件工程 CBSE

CBSE特征：可组装、可部署、文档化、独立性、标准化

主要活动：

        (1)系统需求概览；
        (2)识别候选构件； 
        (3)根据发现的构件修改需求；
        (4)体系结构设计；
        (5)构件定制与适配；
        (6)组装构件，创建系统。

组装方式：顺序、层次、叠加