计算机软件技术基础

1.1.1 软件工程的形成与发展
1.软件发展的三个阶段
1.程序设计时期（1946年到60年代中期）
软件开发方法从机器语言编程到软件工程方法，经历了三个阶段。
生产方式是手工生产、个体劳动。只有程序，无软件的概念。
2.软件时期（60年代中期至70年代中期） 程序不再是硬件的附属，有软件的概念。 作坊式的生产方式已难满足软件生产的质量和数量上的要求。 出现了“软件危机”。 3.软件工程时期（70年代至今） 1968年、1969年北大西洋公约组织成员国的软件工件者召开了两 个研讨会，提出了“软件工程”这一述语，根本目的在于克服 “软件危机”中所遇到的困难问题，从此进入软件工程时代。
面向对象方法和技术是自80年代以来逐渐形成的一种分析问
题和解决问题的新方法，其基本出发点就是尽可能按照人类认 识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。客观世界是由许 多具体的事物或事件、抽象的概念和规则等组成的，因此，我 们将要加以研究的事、物、概念都称为对象。面向对象的方法 正是以对象作为最基本的元素，以对象作为分析问题，解决问 题的核心。
2、结构化设计 结构化设计方法，亦称SD（Structured Design）方法。是 一种面向数据流的设计方法，目的在于确定软件的结构。 (1)SD方法的基本思想 其基本思想是：根据SA方法中的数据流图建立一个良好的
模块结构图（例如SC图或软件层次方框图）；运用模块化的 设计原理控制系统的复杂性，即设计出模块相对独立的，模 块结构图深度、宽度都适当的，单入口单出口的，单一功能 的模块结构的软件结构图或软件层次方框图。
1、面向对象分析（OOA）
把对象作为现实世界的抽象表示，然后定义对象的属性 和专门操纵那些属性的服务，属性和服务被看成对象的特
问题定义
定义 阶段 或行性研究
（目标与范围说明）
（可行性论证报告）
需求分析 设 计
开发 阶段 编 程
（需求说明书）
（设计文档）
百度文库（程序）
测 试
运行与维护
（测试报告）
维护 阶段 传统的软件工程范型――瀑布模型
（维护报告）
1.2 软件开发方法 两种不同的开发方法：结构化开发方法和面向对象的开发方法。 1.2.1 结构化开发方法 一、结构化分析 1.结构化分析方法，亦称SA（Structured Analysis）方法。 (1)SA方法的特点： ①核心思想：自顶向下和逐步求精。 ②基本手段：分解和抽象。 分解：把大问题分割成若干小问题，然后分别解决。 抽象： 略去细节，先考虑问题最本质的属性。 ③使用了描述需求说明书的几个规范工具。 即数据流图、数据词典、小说明（加工逻辑的描述）等，使文 档规范化。 (2)数据流图（Data Flow Diagram，简称DFD图） SA方法采用“分解”的方法来描述一个复杂的系统，数据流图 是描述系统中数据流程的图形工具，它标识了一个系统的逻辑输 入和逻辑输出以及把逻辑输入转换为逻辑输出所需要的加工处理。
2.软件危机 (1) 软件危机的主要表现： 1)软件开发成本和进度的估计常常很不准确。 2)用户往往对已完成的软件不满意。 3)软件的质量常被怀疑。 4)软件极难维护。
5)缺乏良好的软件文档。
6)软件开发生产率提高的速度远远跟不上计算机应用迅速普及深 入的趋势。
(2)软件危机的产生原因
一般以为,软件危机的发生与软件产品的特征和软件产品开
内聚有六种，从小到大如下： ①偶然内聚，即一个模块由多任务组成，这些任务之间关系松 散或根本没联系； ②逻辑内聚:即一个模块完成的任务在逻辑上相同或相似； ③时间内聚:即一个模块所包含的任务必须在同一时间内执行； ④通信内聚:即一个模块内所有处理元素集中于相同的数据结 构； ⑤顺序内聚:即一个模块中所有处理元素都是为完成同一功能 而且必须顺序执行；
第一章 软件工程 第二章 数据结构 第三章 操作系统 第四章 数据库技术
第五章 面向对象程序设计
第六章 计算机网络 第七章 网页设计 综合练习题
第一章 软件工程
本章简单介绍软件工程的形成和发展，重点介绍软件开发
的不同方法和软件测试策略与方法，最后就软件开发环境和
软件重用技术作一简要介绍。 1.1 概述 软件工程的提出源于20世记60年代末期出现的“软件危 机”，并在较短的时间内发展成一个完整的学科方向，30多 年来，在理论研究和工程实践两个方面作了大量的工作。
3、软件工程 1983年IEEE定义为：“软件工程是开发、运行、维护和修 复软件的系统方法”。 软件工程学的多个分支 (1)软件工程方法学 方法学是研究软件构造技术的学问。一个软件从定义、开发 到维护，都需要有适当的方法。 (2)软件工程环境 对最终用户而言，环境就是他们运行程序所使用的计算机系 统。 对于应用软件开发人员，环境是开发活动的舞台。 软件工具是环境中最活跃的成分。所谓工具，在这里泛指一 切帮助开发软件的软件。在软件开发的各个方面都研制了许多 有效的工具。集成化工具的自动切换，可以明显提高软件的生 产率。 (3)软件工程管理 软件工程管理的目的，是为了按照软件的预算和进度完成项 目计划，实现预期的经济和社会效益。
(4)SD方法的设计过程 使用SD方法的基础是数据流图。正如前面所述，几乎所有软 件在分析阶段都可以表示为数据流图，所以SD方法基本上可适 用于任何软件的开发工作。 用SD方法进行总体设计的过程大致如下： （1）研究、分析和审查数据流图，从软件的需求说明书弄清 楚数据流加工的过程； （2）根据数据流图确定数据流图的类型； （3）从数据流图导出系统的初始软件结构图； （4）改进初始软件结构图，直到符合要求为止； （5）复查。 (5)软件结构的描述方式 在SD方法中，软件结构用一种结构图来描述，它是设计说明 书的一部分。结构图描述了软件模块结构，并反映了模块和模 块间联系等特性。
1.1.2 软件工程范型 1、传统的软件工程范型――瀑布模型 瀑布模型是1976年由B· Boehm提出的，是基于软件生存周 W· 期的一种范型。它将软件生存周期分为定义、开发、维护三个 阶段，每个阶段又分为若干个子阶段，各子阶段的工作顺序展 开，如自上而下的瀑布。(见后图) 定义阶段：分析用户需求。 问题定义：收集、分析、理解、确定用户的要求。 可行性研究：确定对问题是否有可行的解决办法。 需求分析：确定用户对软件系统的全部需求。 开发阶段： 设计：设计软件系统的模块层次结构、数据库结构、模块控制 流程等。 编程：将每个模块的控制流程纺出相应的程序。 测试：检查并排除软件中的错误，提高软件的可靠性。 维护阶段： 运行与维护：维护软件系统的正常运行。 各个阶段确均有相应的文档。
发与维护的方法不正确有关。 其一：软件是逻辑的系统部件而不是物理的系统部件，以程
序和文档形式存在，具有无形性。
其二：软件规模越来越大，功能越来越强，导致软件结构非 常复杂。 (3)解决软件危机的途径 方法是要充分吸取和借鉴人类长期以来从事各种工程项目 所积累的行之有效的原理、概念、技术和方法，并应用于软 件开发的实践中，将软件开发变成一种组织良好、管理严密、 各类人员协同完成的工程项目
1.2.2 面向对象开发方法 面向对象技术是一种非常实用而强有力的软件开发方法。 面向对象软件开发方法又称OOSD（Object-Oriented Software Development）。OOSD包括面向对象分析（OOA）、面向对 象设计（OOD）和面向对象程序设计（OOP）三个方面 。其 中OOP是基础，OOA和OOD是应用OOP的机制。
此方法提供了描述软件系统的工具，提出了评价模块结构
图质量的标准，即模块之间的联系越松散越好，而模块内各 成分之间的联系越紧凑越好。
(2)SD方法的设计原理 1）模块化: 模块化就是把系统划分为若干个模块，从而获得满足问题需要 的一个解的过程。 2）模块的独立性: 模块独立性有两个定性的度量标准，即内聚和耦合。耦合有六 种，从小到大如下： ①两个模块完全独立（没有任何联系）； ②数据耦合:即两个模块只通过数据进行交换； ③状态耦合:即两个模块之间通过控制状态进行传递； ④环境耦合:即两个模块之间通过公共环境进行数据存取； ⑤公共块耦合:即多个模块引用一个全程数据区； ⑥内容耦合:即一个模块使用保存在另一模块内部的数据或控制 信息，或转移进入另一个模块中间时，或一个模块有多个入口时。 由此看出模块间耦合性越小越好。
事务处理型: 另一类数据流图可看成是对一个数据流经过某种加工后， 按加工的结果选择一个输出数据流继续执行的处理。这种 类型的处理可以抽象为事务处理型。在事务处理中，输入 数据流称为事务流，加工称为事务中心，若干平行数据流 称为事务路径。当事务流中的事务送到事务中心后，事务 中心分析每一事务，根据事务处理的特点和性质选择一个 事务路径继续进行处理。
(2)方框图（N-S图）：图形描述工具。限制了随意的控制转移。
顺序结构
选择结构
多分支选择结构
先判定型循环结构
后判定型循环结构
(3)结构化编码方法 ①对源程序的编码要求:最基本要求是源程序的正确性，同时 还要考虑其可读性、可理解性、可测试性和可维护性。 ②写程序的风格:一个好的源程序意味着源程序代码逻辑简明 清晰，易读易懂。 编码原则： • 程序内部文档应选取含义鲜明的名字，注解正确，程序清单 层次清晰，布局合理。 • 数据说明和次序应该标准化，个别复杂的数据结构应加注释。 • 每个语句应该简单直接，不能为提高效率而使程序变得过份 复杂。 • 对输入数据应进行合法性检查；对输出数据要加输出数据的 标志。 • 在程序编码阶段以不影响程序的清晰度和可读性为前提，尽 可能提高效率。
⑥功能内聚:一个模块所有处理都完成一个而且仅完成一个功
能。 内聚性给出模块的内在联系，因此内聚性越大越好。
3）模块的设计准则
①通过模块的分解和合并，提高模块的独立性； ②模块调用个数最好不要超过五个；
③降低模块接口的复杂性；
④一个模块的所有下属模块应该包括该模块受某一 判定影响的所有模块的集合； ⑤模块应设计成单入口和单出口； ⑥模块的大小要适中，一般在50句左右。
数据 流图的基本符号：
(1)数据流 (2)加工 (3)数据存储 (4)数据源点或终点。 画各层数据流图应注意的问题： 1 (1)父图和子图平衡 (2)子图的编号 (3)数据守恒
(3)数据词典（Data Dictionary，简称DD） 对数据流图中包含的所有元素的定义的集合构成了数据字典。 数据词典中有四种类型的条目：数据流、文件、数据项和加工。 （1）数据流条目 数据流条目给出某个数据流的定义，它通常是列出该数据流的 各组成数据项。 如：课程=课程名+教员+教材+课程表 课程表={星期几+第几节+教室} （2）文件条目 文件条目给出某个文件的定义。 订单文件=订单编号+顾客名称+产品名称+订货数量+交货日期 （3）数据项条目 数据项条目给出某个数据单项的定义。 学号编号=1～9999 （4）加工条目 加工条目又称小说明。小说明中应精确地描述用户要求某个加工 做什么。
3、详细设计和编码 (1)详细设计的任务 为软件结构图中的每一个模块确定采用的算法和块内数据 结构，用某种选定的表达工具给出清晰的描述。 (2)详细设计的描述工具 ①程序流程图 也称为程序框图，独立于任何一种程序设计语言，比较直 观、清晰、易于掌握。 任何复杂的程序流程图都可以由以下不同类型的基本结构 组合或嵌套而成： 顺序结构 选择结构(IF-THEN-ELSE) 多分支选择结构(CASE) 先判定循环结构(WHILE) 后判定循环结构(UNTIL)
(3)数据流图的类型 数据流图通常分为两大类型:转换处理型和事务处理型. 转换处理型: 由于大多数数据流图都可看成是对输入数据进行转换而得 到输出数据的处理，因此可把这类处理抽象为转换处理型。 转换处理过程大致分为输入数据，变换数据和输出数据三步； 它包含的数据流有输入流、转换流、输出流三个部分。在输 入流中，信息由外部形式转换为内部形式的结果；在输出流 中，信息由内部形式的结果转换为外部形式数据流出系统。 转换处理型的数据流图。