软件工程概论.ppt

1、软件工程概论,说明,软件工程是关于软件设计开发的方法论和工具库 软件的概念 软件工程的意义 软件工具和软件方法 典型工具方法介绍 在公共基础部分约占25%（即约7-8分左右）,软件及软件工程,-第一个主题问题,对软件的认识,软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分 离开软件，计算机将一事无成 软件的主要组成部分是程序,软件的概念,软件包括程序、数据及其相关文档的完整集合。 程序 是完成特定功能和满足性能要求的指令序列。 数据 是程序执行允许的基础和操作的对象。 文档 是与程序开发、维护和使用有关的图文材料。,软件的特点-1,软件是一种逻辑实体，而不是具体的物理实体。因而它具有抽象性 软件的生

2、产与硬件不同，在它的开发过程中没有明显的制造过程 在软件的运行和使用期间，没有硬件那样的机械磨损和老化问题；可永久使用，轻松复制，传播极快 软件的开发和运行经常受到计算机系统的限制，对计算机系统有着不同程度的依赖性 软件的开发至今尚未完全摆脱手工艺的开发方式,软件的特点-2,1）软件的复杂性 2）软件的不可见性 3）软件的不断变化性,软件失效曲线,由于经常的维护和修改，软件的失效与理想状态差距巨大,软件与硬件成本的比例,软件成本迅速提高， 现在已经总成本的超过90%,软件的发展阶段,第一阶段20世纪60年代中期以前 个体化生产 提高时空效率上 称为程序设计阶段 第二阶段从20世纪60年代中期到

3、70年代末期 作坊式生产 出现了“软件车间” 软件开发开始形成产品 称为程序系统阶段。,软件的发展阶段,第三阶段从20世纪70年代中期到20世纪80年代末期 产业化生产 出现了众多大型的“软件公司”。 第四阶段从20世纪80年代末期开始 软件产业大发展 普遍采用更先进的“面向对象”的技术 利用可视化的集成开发环境 软件工程的理论与方法基本成熟 称为软件工程阶段,软件的规模,类别 参加人员数 研制期限 源程序行数 微型 1 14周 0.5k 小型 1 16月 1k2k 中型 25 12年 5k50k 大型 520 23年 50k100k 甚大型 1001000 45年 1M 极大型 200050

4、00 510年 1M10M,软件危机的典型事例,20世纪80年代初 美国Sperry公司为国税局开发联邦税收表格自动处理系统,系统第一次交付运行后，华盛顿邮报称：该系统并不称职，却花费了双倍于预期的费用，而且必须尽快有新系统来代替他。,1985年 在已经花费了10300万美元的基础上，Sperry又追加了9000万美元的设备费用投入。 系统错误导致国税局无法如期退税，国税局因此增加了4020万美元的利息支出。 工作人员为此大量加班，国税局为此额外支出2230万美元的加班工资。,1996年 洛杉矶时报（3月29日）称：国税局至今仍无有力的信息化建设计划，只有一个六千页的技术文档而已 国会议员 J

5、im Lightfoot 将此项目称为“一个因规划不利而痛苦挣扎的40000亿美元的败笔”,典型问题,90年代，IBM公司负责开发的“OS/360系统” 包括4000个模块 约100万条指令 花费了5000人年的工程量 经费达数千万美元 结果却失败了,典型问题,1996年6月，美国Ariane 5火箭在升空37秒后爆炸；直接损失70亿美元 原因是浮点数转换为整数时，发生溢出而程序系统没有做相应的异常处理 1991年海湾战争时，因程序的累加计时器设计错误，导致一枚导弹误伤了在沙特地区的28名美国士兵性命的事故,典型问题,2003年8月12日爆发的“冲击波”病毒，瞬间导致全球范围内数以亿计的计算机

6、中毒 全球有40万台主机被感染；全国有几十万台计算机被感染；直接损失为几十亿美元 追究其根本原因，病毒中有一段文字最能说明问题：“比尔盖茨，你为什么要暴露这样的漏洞？别光顾着挣钱了，好好收拾你的软件吧。” 之后，微软逐步加快了系统漏洞检测和补丁发布的速度,问题的原因归结为软件危机,出现问题的根本原因统一归结为“软件危机” “软件危机”表现在软件应用的许多方面,软件危机意义,软件危机是指在计算机软件的开发、使用与维护过程中所遇到的一系列严重问题和难题 软件危机的主要表现： 1）软件开发成本和维护成本常常高出预算。 2）软件开发进度远远长于计划进度。 3）软件开发设计完成并交付使用运行后，却发现并

7、不能满足或实现用户的实际需求。 4）软件产品的质量不能保证，用户在使用过程中经常出现问题和故障。 5）没有完整的软件技术文档资料，使软件的运行维护面临重重困难。 6）软件开发生产速度和效率的提高远远不及用户对软件发展的需求。,出现软件危机的根本原因,在主观上缺乏对软件及其特点的正确认识 客观上没有建立软件产品的开发生产规范 缺少对软件产品开发生产的组织与管理,软件危机的原因,很难制定软件开发的计划、进度、经费预算 很难全面准确确定和表示软件需求 很难确定和统一公认的方法和规范 很难系统完善地进行软件测试，运行后必然暴露问题,解决软件危机的途径,从观念上端正认识 从技术上建立规范 从组织上完善管

8、理,从技术和管理上解决的途径,借鉴成熟的工程思想；把工程领域中行之有效的工程学知识运用到软件开发工作中来 即将“工程化”思想导入软件的开发生产 “工程化”的基本思想就是用工程、科学和数学的原则和方法，来开发、维护计算机软件的有关技术和管理软件开发的组织活动 于是，开创了计算机科学技术的一个新的研究领域,软件工程意义,国标GB/T114571995中关于软件工程术语的定义是：软件工程是软件开发、运行、维护和引退的系统方法。 软件工程的经典定义(1993年，IEEE提出)： 1- 把系统的、规范的、可度量的途径应用于软件开发、运行和维护的过程，也就是把工程化应用于软件中 2- 研究1-中提到的途径

9、,软件工程的基本原理,用分阶段的生命周期计划严格管理； 坚持进行阶段评审； 实行严格的产品控制； 采用现代程序设计技术； 结果应能清楚地审查； 开发小组的人员应该少而精； 承认不断改进软件工程实践的必要性。,软件工程的研究内容,软件工程的主要研究内容包括软件开发技术和软件工程管理 软件开发技术包含了软件开发方法、软件工具和软件过程 软件工程管理包含了软件工程经济和软件生产的组织管理,软件工程的目标,软件工程的目标是在给定成本、进度的前提下，开发出具有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性并满足用户需求的软件产品 这也是软件评估的标准 从不同的使用者角度评价软

10、件质量，不同的对象关心的问题有所区别。,软件工程管理的研究,软件工程管理包括软件费用管理、人员组织、工程计划管理、软件配置管理、项目的组织管理等各方面内容 对于软件工程的理论体系，他们同软件开发技术一样，是不可缺少的组成部分，对于软件工程管理的研究同样也是十分重要 没有他们，软件工程将不是一个完整的体系和系统,软件开发技术的研究,软件开发技术的研究包括 软件开发的过程 软件工程的方法 软件开发的工具 称软件工程的三要素,软件工程三要素,软件工程中的过程是由为最终实现软件开发的总任务而进行的阶段划分，以及各阶段工作目标，共同组成的工作框架 软件工程中的方法是完成软件开发各阶段中各项工作任务的技术

11、手段 软件工程使用的工具是为方法的运用而提供的支持软件的开发、管理和文档生成的支撑环境,软件生命周期,一个软件的全过程又被称为“软件的生命周期” “软件生命周期”是软件工程理论中最重要的概念 “软件生命周期”由三个时期组成 软件定义时期 软件开发时期 软件维护时期 并进一步划分为八个阶段,问题定义 可行性研究 需求分析 总体设计 详细设计 程序编码 软件测试 运行与维护,1-问题定义,该阶段是软件生存其中最短的阶段 确定系统的目标、规模和基本任务 对系统用户和使用单位进行调查，建立“问题定义报告”,2-可行性分析,对问题定义阶段确定的系统目标进行全面的分析，具体地确定工程的规模，并估计系统的成

12、本和效益，确定问题是否具有可行性，决定系统是否需要开发的结论 经济可行性：确定系统的硬件资源和软件资源的需求规格，估算软件开发成本，分析系统的经济效益是否能超过它的总成本以及市场的需求情况 技术可行性：分析现有的技术能否实现系统目标 形成可行性分析报告；解决做不做的问题,3-需求分析,分析、整理、提炼用户的需求，定义软件的功能 建立完整的用户需求分析模型 模型是用专门技术手段记录描述的数据组织形式、功能结构和控制方式，分别对应数据模型、功能模型和控制模型 编写软件需求规格说明书 解决“做什么”的问题,软件设计,软件设计的任务是解决“如何做”的问题 软件设计包括总体(概要)设计、详细设计和程序编

13、码； 前者解决功能划分、结构确定和模块定义； 中者解决各模块的具体算法； 最后书写程序代码,4-总体设计,总体设计也称为概要设计 将系统功能划分到模块 确定每个模块的功能 确定模块间的调用关系 确定模块间的接口及信息通信 评价模块结构的质量 编写总体设计文档：设计说明书、集成测试计划书,5-详细设计,为总体设计确定的每一个模块确定具体的算法和局部的数据结构 用专门工具记录描述算法和数据结构的细节 将细节的描述汇总成为详细设计说明书,6-编码,作为软件设计的最后一个阶段 根据详细设计的结果 选择适当的计算机语言 把软件的设计转换成计算机可以接受的程序代码 本阶段的文档是“源程序清单”,7-软件测

14、试,测试不是为了证明程序是正确的，而是设法暴露程序中的错误和缺陷 测试只能说明程序有错，而不能证明程序无错 测试是程序执行的过程，目的在于发现错误 一个好的测试在于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 一般应当避免由开发者测试自己的程序 通过有限次的测试就能发现程序中的所有错误是不可能的，即完全测试是不可能的。所以程序也不可能具有百分之百的可靠性。 软件测试的结果是软件测试报告,软件测试过程实施,单元测试是针对各个程序模块（程序单元）进行的模块正确性的测试， 目的在于发现该模块中的错误；,集成测试是将各个组成模块按设计要求进行组装测试， 测试的目的是为了确定各模块接口

15、的通信的正确性， 测试的依据是总体设计时确定的“集成测试计划书”,确认测试也称为验收测试，是测试验证软件的功能和性能是否满足 需求规格说明书确定的标准，一般采用黑盒测试方法,系统测试是将开发的软件与硬件环境、数据和人员等其他系统元素组合在一 起，进行综合测试，评估软件在系统环境下的性能，发现存在和潜在的错误,软件测试工作按照单元测试、集成测试、确认测试和系统测试的顺序组织实施。,8-软件的运行维护,软件交付使用，进入运行与维护 维护是必须的；运行维护工作包括 确定运行维护方案 纠正错误 改进系统 完善性能 扩充功能 评审验收,软件过程的意义和目标,阶段划分与执行顺序,“软件生命周期”不仅仅确定

16、了软件开发全过程的各个阶段划分，还同时确定各个阶段应该完成的工作任务 但，并没有统一地确定各个阶段的执行顺序 在一个实际的软件开发活动中，各个阶段的执行能够顺序往往是不同的 往往会出现“阶段重复”或“阶段迭代”,软件工程将“阶段划分”和“执行顺序”综合考虑，采用一种非文字的图形方式，抽象概括地描述实际的软件开发活动，称为“软件生命周期模型”；又称为“软件开发模型” 由于各个阶段执行顺序不同，软件生命周期模型也有多种类型 瀑布模型 演化模型 螺旋模型 喷泉模型,软件生命周期模型,典型的模型_瀑布模型,瀑布模型是最传统、最古老、应用最普遍、最广泛的软件生命周期模型；也称为“生命周期模型” 瀑布模型

17、包含了软件生命周期的8个阶段,瀑布模型,问题定义,软件测试,运行维护,需求分析,可行性研究,总体设计,详细设计,编码,瀑布模型的特点,1.阶段间具有顺序性和依赖性。必须等前一阶段的工作完成后，才开始后一阶段的工作；前一阶段的输出文档是后一阶段的输入文档；只有保证前阶段工作的正确，后阶段的工作才有可能获得正确的结果 2.推迟编码的观点。在编码阶段之前设置了分析和设计的多个阶段，并要求在各分析和设计阶段未完成之前不进行编码 3.质量保证的观点。每个阶段必须完成规定的文档;每个阶段结束前都必须完成文档审查,软件开发方法简介,-第二个主题问题,软件开发方法,软件开发方法是软件开发过程所遵循的方法和步骤

18、；集中体现为： 软件分析方法 软件设计方法 程序设计方法 分为结构化方法和面向对象方法 结构化方法的核心和基础是结构化程序设计的理论,结构化方法,着眼于数据流向，自顶向下，逐层分解，建立系统的数据处理流程和实现方式 结构化方法也称为面向过程的方法 按照 “自顶向下”和“逐步求精”的原则，将整个问题地分解为一系列的具有一定逻辑关系的“子问题” 一个较大的问题又可分解为或包含着更小的问题 针对每个问题，进行软件设计和编写程序代码,面向对象方法,将问题分解为一系列功能独立又互相联系的“对象” 针对每个对象进行规划设计、编写程序代码,结构化方法下的软件开发工具,-第三个主题问题,1-结构化需求分析与工

19、具,结构化分析就是使用软件工程提供的工具，在充分分析用户需求的基础上，建立软件系统功能的逻辑模型 常用的工具 数据流图 数据字典 判断树 判断表,数据流图,是根据数据处理的过程,描述用户需求的的工具 是需求分析中，理解和记录用户需求的图形表示 他最终表述的软件系统的全部功能,数据流图4个基本图符,一个数据流图的例,8,7,6,6,5,4,3,2,1,9,数据流与数据加工的关系,利用数据流图分析软件功能,数据流图是为表示和记录用户需求，由软件工程提供的工具 支持的是结构化的分析方法 即自顶向下，逐层分解，逐步求精 最终以分层的数据流图，反映系统的整体功能,分层的结构化需求分析例,分层的数据流图,

20、在多层数据流图中，顶层数据流图仅包含一个加工，它代表的是整个软件系统。它的输入流是该系统的输入数据，输出流是系统所输出数据 底层数据流图是指其加工不需再做分解的数据流图，它处在最底层 中间层数据流图则表示对其上层父图的细化。它的每一加工都可能继续再细化，形成子数据流图,一个典型的例,考生登记,考前处理,成绩输入,计算总分,输出成绩,成绩排序,考生录取,录取通知,综合整理,考生文件,考生成绩,上例的顶层数据流图,考生,考生,成绩处理及 考生录取系统,考生情况,考生成绩,考生成绩单,录取通知书,结构化总体设计常用工具,结构图 表示模块与模块间的联系 结构图符号：,一般模块 数据信息 控制信息,将数

21、据流图转化为结构图,简单地讲，总体设计的任务是确定用结构图描述的系统功能的模块结构 从“软件工具”角度而言，就是将“数据流图”转换为“结构图” 数据流图有“变换型数据流图”和“事务型数据流图”之分 不同类型的数据流图的转换方法和步骤不同,一个典型的软件结构图,结构图中涉及的术语,深度：软件结构的控制层次。 上级模块：调用下级模块或其他模块的模块。 宽度：软件结构的最大控制跨度，即最大模块层 的模块数量。 扇入：可以调用一个给定模块的模块数量。 扇出：一个模块直接调用的其他模块数量 原子模块：位于叶子结点的模块,一个典型的软件结构图,深度宽度扇出扇入适当,深度大：控制模块过于简单 宽度大：系统的

22、控制过于集中 扇出过大：模块过分复杂 扇入过大：共享该模块的上级模块数太大 顶层应该是高扇出；中间逐步减少；底层高扇入,3-结构化详细设计工具,详细设计的根本任务是确定软件系统各模块的算法 常用的工具包括 程序流程图 N-S图 PAD，问题分析图 PDL，过程设计语言，即伪码,程序流程图图符,开始或停止,程序控制流,条件判断,操作处理,用程序流程符号表示程序的算法和流程,输入与输出,程序流程图,使用程序流程图符描述的程序基本结构,数值选大,程序流程图例,N-S图图标,N-S图，也叫做盒图是一种符合结构化程序设计原则的图形描述工具 为表示不同的控制结构，在N-S图中规定了五种基本的图形构件,N-

23、S图表示的例,软件测试及方法,-第四个主题问题,黑盒测试,黑盒测试是把程序看成是一个黑盒子，只检查程序功能是否满足规定的要求 黑盒测试时，测试人员完全不考虑程序内部的逻辑结构和内部特性，只依据程序的需求规格说明书，检查程序的功能是否符合它的功能说明 黑盒测试又叫做功能测试或数据驱动测试,黑盒测试的目标,黑盒测试方法是在程序输入输出接口上进行的测试，主要是为了发现以下功能性的错误: 是否有不正确或遗漏了的功能? 在接口上，输入能否正确地接受? 能否输出正确的结果? 是否有数据结构错误或外部信息(例如数据文件)访问错误? 性能上是否能够满足要求? 是否有初始化或终止性错误?,黑盒测试问题,用黑盒测

24、试方法发现程序中所有可能的错误，应该在所有可能的输入条件中，确定测试数据，来检查程序是否都能产生正确的输出 但这是不可能的,一个事例,假设一个程序P有输入量X和Y及输出量Z。在字长为32位的计算机上运行。若X、Y取整数，按黑盒方法进行穷举测试： 可能采用的测试数据组： 232232264 如果测试一组数据需要1毫秒，一年工作365 24小时，完成所有测试需5亿年。,常用方法,常用的方法为： 等价分类法 边界分析法根据边界的情况为目标设定测试用例 因果图法输入为因，输出为果，设计一个测试表 错误推测法凭经验或直觉推测可能存在的错误,等价类划分是一种典型的黑盒测试方法 等价类划分方法把所有可能的输

25、入数据，即程序的输入域划分成若干个部分；然后从每一部分中选取少数有代表性的数据做为测试用例，而进行测试,等价类划分法,使用这一方法设计测试用例要经历划分等价类和选取测试用例两步。 划分等价类等价类是指某个输入域的子集合。在该子集合中，各个输入数据对于揭露程序中的错误都是等效的。测试某等价类的代表值，就等价于对这一类其它的数值都进行了测试,等价类划分法,有效等价类：是指对于程序的规格说明来说，是合理的，有意义的输入数据构成的集合 无效等价类：是指对于程序的规格说明来说，是不合理的，无意义的输入数据构成的集合 在设计测试用例时，要同时考虑有效等价类和无效等价类的设计,有效类和无效类,如果输入条件规

26、定了取值范围，或值的个数，则可以确立一个有效等价类和两个无效等价类 例如，在程序的规格说明中，对输入条件有要求： “ 数据可以从1到999 ” 则有效等价类是“1数据999” 两个无效等价类是“数据1”或“数据999”,等价类划分的原则,如果输入条件规定了输入值的集合，或者是规定了“必须如何”的条件，这时可确立一个有效等价类和一个无效等价类 例如，在计算机语言中对变量标识符一般规定为“以字母打头的字符”。那么所有以字母打头的构成有效等价类，而不在此集合内（如不以字母打头）的归于无效等价类,等价类划分的原则,如果输入条件是一个布尔量，则可以确定一个有效等价类和一个无效等价类。 如果规定了输入数据

27、的一组值，而且程序要对每个输入值分别进行处理。这时可为每一个输入值确立一个有效等价类，此外针对这组值确立一个无效等价类，它是所有不允许的输入值的集合。,等价类划分的原则,例如，在教师上岗方案中规定对教授、副教授、讲师和助教分别计算分数，做相应的处理。因此可以确定4个有效等价类为教授、副教授、讲师和助教；一个无效等价类，它是所有不符合以上身分的人员的输入值的集合。,典型的黑盒测试例,对于“计算1/X(X为整数)”的程序的测试时，可以设置2个有效的等价类(负整数和正整数)和一个无效的等价类(0) 然后分别从3个类中选取3个数值输入，进行3次测试,1/X,测试用例：2，-3，0,白盒测试,把测试对象

28、看做一个透明的盒子，它允许测试人员利用程序内部的逻辑结构及有关信息，设计或选择测试用例，对程序所有逻辑路径进行测试 通过测试的结果，确定实际的状态是否与预期的状态一致 白盒测试又称为结构测试或逻辑驱动测试,白盒测试的思想原则,保证所测程序中每一条独立路径，都至少测试一次； 保证所测程序中的所有判定的每一个分支，即取“真”与取“假”的两种情况，都至少测试一次； 保证所测程序中的所有判定表达式中的每一个条件的不同取值，都至少测试一次； 保证在所测程序中的每一个循环，都在循环的边界和运行界限内，循环体各至少执行一次,白盒测试的工作量例,对一个具有多重选择和多重循环嵌套的程序，不同的路径数目可能是天文

29、数字 本例给出一个小程序的流程图，它包括了一个执行20次的循环。 包含的不同执行路径数达520条 假定对每一条路径进行测试需要1毫秒，假定一年工作365 24小时， 实现所有路径测试，需3170年。,逻辑覆盖测试法,逻辑覆盖是以程序内部的逻辑结构为基础的设计测试用例的技术。“逻辑结构”主要是指由判断、分支、条件所表示的程序结构 它是最常用的白盒测试方式；他由一系列的测试过程构成：,语句覆盖 判定覆盖 条件覆盖 判定条件覆盖 路径覆盖 条件组合覆盖,(A1) and (B=0),(A=2) or (X1),X=X/A,X=X+1,T,T,F,F,a,b,d,c,e,测试举例,语句覆盖就是设计若干

30、个测试用例，运行被测程序，使得每一可执行语句至少执行一次 在图例中，正好所有的可执行语句都在路径ace上，所以选择该路径设计测试用例，就可以覆盖所有的可执行语句,语句覆盖,为本例设计满足语句覆盖的测试用例是:【输入(2, 0, 4)，输出结果为(2, 0, 3)】 覆盖 ace,语句覆盖测试用例,判定覆盖就是设计若干个测试用例，运行被测程序，使得程序中每个判断的取“真”分支和取“假”分支，至少经历一次 判定覆盖又称为分支覆盖,判断覆盖,【(2, 0, 4)，(2, 0, 3)】覆盖 ace 【(1, 1, 1)，(1, 1, 1)】覆盖 abd 【(2, 1, 1)，(2, 1, 2)】覆盖

31、abe 【(3, 0, 3)，(3, 1, 1)】覆盖 acd,判断覆盖测试用例,条件覆盖就是设计若干个测试用例，运行被测程序，使得程序中构成判断的每个条件的可能取值，至少执行一次 对于第一个判断： 条件 A1 取真为 ，取假为 条件 B0 取真为 ，取假为 对于第二个判断： 条件A2 取真为 ，取假为 条件X1 取真为T4 ，取假为,条件覆盖,测试用例 覆盖分支 条件取值 【(2, 0, 4)，(2, 0, 3)】 (a,c,e) 【(1, 0, 1)，(1, 0, 1)】 (a,b,d) 【(2, 1, 1)，(2, 1, 2)】 (a,b,e) 或采用测试用例为（合法的，均至少一次） 【(1, 0, 3)，(1, 0, 4)】 (a,b,e) 【(2, 1, 1)，(2, 1, 2)】 (a,b,e),条件覆盖测试用例,