软件工程知识要点.docx
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软件工程知识要点
《软件工程》知识要点
第一章软件工程概述
一、重点掌握的内容：
软件和软件工程的基本概念
二、一般掌握内容：
传统软件工程和面向对象软件工程的比较以及软件工程的应用
三、主要知识点：
软件：
软件是能够完成预定功能和性能的可执行的计算机程序和使程序正常执行所需要的数据，加上描述程序的操作和使用的文档。
可见，软件的定义由三部分组成：
（1）在运行中能提供所希望的功能和性能的指令集（即程序）；
（2）使程序能够正确运行的数据结构；
（3）描述程序研制过程、方法所用的文挡。
软件是一种产品，同时又是开发和运行产品的载体。
作为一种产品，它表达了由计算机硬件体现的计算潜能。
作为开发运行产品的载体，软件是计算机工作的基础、信息通信的基础，也是创建和控制其他程序的基础。
软件的特征：
（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。
（2）软件是通过人们的智力活动，把知识与技术转化成信息的一种产品，是在研制、开发中被创造出来的。
（3）软件成为产品后，其生产只是简单的拷贝，不同于硬件制造。
（4）在软件的运行和使用期间，没有硬件那样的机械磨损、老化问题，但维护过程比硬件复杂的多，甚至会引发新的错误。
软件危机：
指的是软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题。
出现软件危机的原因：
（1）软件维护费用急剧上升，直接威胁计算机应用的扩大。
（2）软件生产技术进步缓慢，大大落后于需求的增长，进一步加剧了软件危机。
软件工程：
是指导计算机软件开发和维护的工程学科。
采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来。
程序设计方法的两次飞跃：
（1）结构化程序设计的出现，程序设计风格从“追求技巧与效率”;变为“清晰第一、效率第二”；
（2）从结构化程序设计到面向对象的程序设计。
面向过程的程序设计思想：
程序=数据结构+算法；
面向对象的程序设计思想：
程序=对象+消息。
第二章软件开发模型
一、重点掌握的内容：
软件生存周期的有关概念，面向对象的基本概念
二、一般掌握的内容：
软件开发的各种模型的特征
三、主要知识点：
软件生存周期：
一个软件从定义到开发、使用和维护，直到最终被弃用，要经历一个漫长的时期，通常把软件经历的这个漫长的时期称为生存周期。
软件生存周期一般可分为以下阶段：
·问题定义
·可行性研究
·需求分析
·设计
·编码
·测试
·运行与维护
软件生存期也可以分为三个大的阶段：
计划阶段、开发阶段和维护阶段。
对象：
是现实世界中个体或事物的抽象表示，是它的属性和相关操作的统一封装体。
类:
用于表示某些对象的共同特征（属性和操作），对象是类的实例。
继承：
是现实世界中遗传关系的直接模拟，可用来表示类之间的内在联系以及对属性和操作的共享。
子类可以沿用父类的某些特征，同时子类也可以具有自己独立的属性和特征。
聚集：
除继承关系外，现实世界中还大量存在着“部分-整体”关系。
如飞机可由发动机、机身、机械控制系统、电子控制系统等构成。
在面向对象方法学中这种关系表示为类之间的聚集关系。
消息：
消息传递是对象与其外部世界相互关联的唯一途径。
对象可以向其他对象发送消息以请求服务，也可以响应其他对象传来的消息，完成自身固有的某些操作，从而服务于其他对象。
软件开发模型：
软件开发模型是跨越整个软件生存周期的系统开发、运作、维护所实施的全部工作和任务的结构框架。
瀑布模型即生存周期模型，由B.M.Boehm提出，是软件工程的基础模型。
其核心思想是按工序将问题化简，将功能的实现与设计分开，便于分工协作。
采用结构化的分析与设计方法，将逻辑实现与物理实现分开。
此外，还有螺旋模型、第四代技术模型、原型模型、构件组装模型、混合模型等软件开发模型。
快速原型模型的主要做法是：
首先建立一个能够反映用户主要需求的原型，让用户实际看一看为了系统的概貌，以便判断哪些功能是符合需要的，哪些方面还需要改进。
然后将原型反复改进，最终建立完全符合用户需要的新系统。
增量模型是瀑布模型的顺序特征与快速原型法的迭代特征相结合的产物。
这种模型把软件看成一系列相互联系的增量，在开发过程的各次迭代中，每次完成其中的一个增量。
螺旋模型是目前实际开发中最常用的一种软件开发模型，它在结合瀑布模型与快速原型的基础上还增加了风险分析。
构件集成模型利用预先封装好的软件构件来构造应用软件系统，它融合了螺旋模型的很多特征，支持软件开发的迭代方法。
第三章软件需求分析
一、重点掌握的内容：
两种分析模型及两种分析方法
二、一般掌握的内容：
需求分析的任务与步骤、需求获取的方法和软件需求说明书的内容
三、主要知识点：
两种分析模型：
结构化分析模型和面向对象分析模型。
OOA是采用面向对象的思想进行软件需求分析建模的过程。
DFD、DD和PSPEC：
这是早期结构化分析模型的基本组成部分；
CFD、CSPEC、STD：
这是对早期结构化分析模型的扩展成分，用以适应实时软件的建模需要；
E-R图：
适应于描述具有复杂数据结构的软件数据模型；
用例图，对象-关系图，对象-行为图：
适应于OOA的分析模型。
数据流图：
（1）组成符号：
4种基本图形符号。
圆框、箭头、方框、双杠（或单杠）。
（2）DFD的性质：
与程序流程图不同，前者是软件分析阶段的工具，只需考虑软件“干什么”，后者用于表示程序的过程设计，关心的是软件“怎么干”。
需求分析是，常常用分层DFD图由粗到精地表示同一软件在不同抽象级别上的功能模型。
数据字典：
作用：
对软件中的每个数据规定一个定义条目，以保持数据在系统中的一致性。
出现在软件中的数据，可分为3种情况：
（1）只含一个数据的数据项（或数据元素）；
（2）由多个数据项组成的数据流；
（3）数据文件或数据库。
加工说明：
是对DFD中每个加工所作的说明。
由输入数据、加工逻辑或输出数据等部分组成。
加工说明通常用结构化语言、判定表或判定树作为描述工具。
需要注意的是：
加工说明的作用是说明“做什么”，而不是“怎么做”。
结构化的分析方法：
结构化分析方法是面向数据流进行需求分析的方法。
结构化分析方法使用数据流图DFD与数据字典DD来描述，面向数据流问题的需求分析适合于数据处理类型软件的需求描述。
其核心思想是分解化简问题，将物理与逻辑表示分开，对系统进行数据与逻辑的抽象。
具体来说，结构化分析方法就是用抽象模型的概念，按照软件内部数据传递、变换的关系，自顶向下逐层分解，直到找到满足功能要求的所有可实现的软件为止。
重点掌握结合实例画数据流图和定义数据字典。
面向对象的分析方法：
与结构化分析方法相比，发生了根本的变化。
后者从数据的“输入-加工-输出”着眼，在分析中着重于功能的分解。
而OOA则是利用对象的概念和方法来构建软件需求模型，更加关注对象的内在性质，以及对象的关系与行为。
OOA从理解系统的使用实例开始，建立系统需求的静态逻辑模型和动态逻辑模型。
（结合第七章统一建模语言UML）
静态逻辑模型包括用例图、类图、对象图、构件图和部署图。
其中用例图描述系统功能；类图描述系统的静态结构，描述各种类及其关系，结构，层次等；对象图描述系统在某个时刻的静态结构；构件图描述实现系统的元素的组织；部署图描述系统环境元素的配置。
动态逻辑模型包括状态图、时序图、协作图和活动图。
用以描述对象之间的互相作用。
状态图描述一个特定对象的所有可能状态及引起其状态转移的事件；时序图用来描述对象之间动态的交互关系，着重体系对象间消息传递的时间顺序；协作图用于描述相互协作的对象间的交互关系和链接关系；活动图用来描述系统元素的活动，即可用来描述操作（类的方法）的行为，也可以描述用例和对象内部的工作过程。
需求分析的任务：
它的基本任务是准确地回答“系统必须做什么？
”这个问题。
需求分析所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软件同其它系统元素的接口细节，定义软件的其它有效性需求。
需求分析的任务不是确定系统如何完成它的工作，而是确定系统必须完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。
一般说来，需求分析阶段的任务包括下述几方面：
①确定对系统的综合需求
对系统的综合需求主要有：
系统功能需求、系统性能需求、运行需求、将来可能提出的需求。
②分析系统的数据需求
③导出系统的逻辑模型
就是在理解当前系统“怎样做”的基础上，抽取其“做什么”的本质，明确目标系统要“做什么”，可以导出系统的详细的逻辑模型。
具体做法是：
首先确定目标系统与当前系统的逻辑差别；然后将变化部分看作是新的处理步骤,对功能图（一般为数据流图）及对象图进行调整；最后由外及里对变化的部分进行分析，推断其结构，获得目标系统的逻辑模型。
通常用数据流图、数据字典和主要的处理算法描述这个逻辑模型。
④修正系统开发计划
在经过需求分析阶段的工作，分析员对目标系统有了更深入更具体的认识，因此可以对系统的成本和进度做出更准确的估计，在此基础上应该对开发计划进行修正。
⑤开发原型系统
使用原型系统的主要目的是，使用户通过实践获得关于未来的系统将怎样为他们工作的更直接更具体的概念，从而可以更准确地提出和确定他们的要求。
需求分析的步骤：
1.调查研究；2．分析与综合；3．书写文档；4．需求分析评审
需求分析的原则：
其基本原则可概括为:
（1）必须能够表达和理解问题的数据域和功能域；
（2）按自顶向下、逐层分解问题；（3）要给出系统的逻辑视图和物理视图。
结合实例画数据流图：
1、一家工厂的采购部每天需要一张定货报表，报表按零件编号排序，表中列出所有需要再次定货的零件。
对于每个需要再次定货的零件应该列出下述数据：
零件编号，零件名称，定货数量，目前价格，主要供应者，次要供应者。
零件入库或出库称为事务，通过放在仓库中的CRT终端把事务报告结定货系统。
当某种零件的库存数量少于库存量临界值时就应该再次定货。
2、图书馆的预定图书子系统有如下功能：
（1）由供书部门提供书目给订购组；
（2）订书组从各单位取得要订的书目；
（3）根据供书目录和订书书目产生订书文档留底；
（4）将订书信息（包括数目，数量等）反馈给供书单位；
（5）将未订书目通知订书者；
（6）对于重复订购的书目由系统自动检查，并把结果反馈给订书者。
试根据要求画出该问题的数据流程图，并把其转换为软件结构图。
（提示：
数据流图分两步进行，先画出订书系统的顶层DFD，分析系统的源点和终点；第二层DFD图中，系统分为三个加工：
选择检查、整理归类和登录书目）
3、为方便储户，某银行拟开发计算机储蓄系统。
储户填写的存款单或取款单由业务员键入系统。
如果是存款，系统记录存款人姓名、住址、存款类型、存款日期、利率等信息，并印出存款单给储户；如果是取款，系统计算利息并印出利息清单给储户。
第四章软件设计概述
一、重点掌握内容：
软件设计的概念、原理和思想
二、一般掌握内容：
软件设计的任务、文档和复审
三、主要知识点：
模块：
是一个拥有明确定义的输入、输出和特征的程序实体。
模块的所有输入都是实现功能必不可少的，所有输出都有动作产生。
模块化：
就是把程序划分成若干个模块，每个模块具有一个子功能，把这些模块集总起来组成一个整体，可以完成指定的功能，实现问题的要求。
模块化设计：
把大型软件按照规定的原则划分成一个个较小的、相对独立但又相互关联的模块。
分解和模块独立性，是实现模块化设计的重要指导思想。
抽象：
就是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节。
信息隐藏：
模块中所包括的信息不允许其它不需要这些信息的模块调用。
模块独立性：
是软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体子功能，而和软件系统中其他的模块接口是简单的。
模块独立的概念是模块化、抽象、信息隐藏等概念的直接结果。
独立性从两个方面来衡量：
即模块本身的内聚和模块之间的耦合。
内聚：
标志一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度。
按照从弱到强的顺序，分为：
偶然性内聚、逻辑性内聚、时间性内聚、过程性内聚、通信性内聚、顺序性内聚、功能性内聚。
耦合：
是对一个软件结构内各个模块之间互连程度的度量。
耦合强弱取决于模块间接口的复杂程度，调用模块的方式，以及通过接口的信息。
按照从弱到强的顺序，分为：
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。
软件设计的任务：
把分析阶段产生的软件需求说明转换为用适当手段表示的软件设计文档。
不管采用何种软件设计方法，软件设计一般都包括数据设计、体系结构设计、接口时间和过程设计等内容。
软件设计的“四项基本原则”：
模块独立性，低耦合，高内聚，公共模块。
软件设计任务分两个阶段完成：
第一个阶段是概要设计，包括结构设计和接口设计，并编写概要设计文档；
第二个阶段是详细设计阶段，其任务是确定各个软件组件的数据结构和操作，产生描述个软件组件的详细设计文档。
设计文档及其复审：
软件设计说明书的内容以及复审的原则、内容和两种复审方式。
第五章传统的设计方法
一、重点掌握内容:
结构化设计方法、过程设计的原则和方法
二、了解内容：
Jackson方法，Warnier方法
三、主要知识点：
结构化设计方法：
是一种面向数据流的设计方法，中心任务就是把用DFD图表示的系统分析模型转换为软件结构的设计模型，确定软件的体系结构与接口。
掌握SC图的组成符号以及SC图中的模块调用：
简单调用、选择调用和循环调用。
数据流图的类型：
变换型结构和事务型结构。
变换型结构：
由3部分组成，传入路径，变换中心，输出路径。
系统的传入流经过变换中心的处理，变换为系统的传出流。
事务型结构：
有至少一条接受路径，一个事务中心与若干条动作路径组成。
当外部信息沿着接受路径进入系统后，经过事务中心获得某一个特定值，就能据此启动某一条动作路径的操作。
结构化方法的步骤：
（1）复审DFD图，必要时可再次进行修改或细化；
（2）鉴别DFD图所表示的软件系统的结构特征，确定它所代表的软件结构是属于变换型还是事务型；
（3）按照SD方法规定的一组规则，把DFD图转换为初始的SC图。
变换型DFD图初始SC图
事务型DFD图初始SC图
着重掌握变换映射的方法和事务映射的方法。
能熟练应用这两种方法把DFD图转换为软件结构图。
结构设计的优化规则：
（1）对模块分割、合并和变动调用关系的指导规则：
以提高模块独立性为首要标准，除此之外，适当考虑模块的大小。
（2）保持高扇入/低扇出原则。
（3）作用域/控制域规则：
1、作用域不要超出控制域的范围；
2、软件系统的判定，其位置离受它控制的模块越近越好。
过程设计的原则与方法：
（1）清晰第一的设计风格：
大多数情况下，应该优先考虑程序的清晰度，把效率的考虑放在第二位。
（除开少数使用特别频繁，或者实时程序）
（2）结构化的控制结构：
所有的模块都只使用单入口单出口的3种基本控制结构—顺序、选择和循环。
（3）GOTO语句不应滥用，但也不必完全禁止。
（4）逐步细化的实现方法。
过程设计中常用的表达工具：
流程图、N-S图、PDL语言
程序流程图：
程序流程图又称之为程序框图，它是软件开发者最熟悉的一种算法表达工具。
它独立于任何一种程序设计语言，比较直观和清晰地描述过程的控制流程，易于学习掌握。
在流程图中只能使用下述的五种基本控制结构。
①顺序型；②选择型；③while型循环；④until型循环；⑤多情况型选择。
N-S图：
Nassi和Shneiderman提出了一种符合结构化程序设计原则的图形描述工具，称为盒图，又称为N-S图。
在N-S图中，为了表示五种基本控制结构，规定了五种图形构件。
①顺序型；②选择型；③WHILE重复型；④UNTIL重复型；⑤多分支选择型。
要求:
能熟练使用这三种表达工具表示模块的逻辑过程，并能相互转换。
书上123页第10题.
面向数据结构的分析设计方法：
①Jackson系统开发方法（JSD）：
Jackson系统开发方法（JSD,JacksonSystemDevelopment）是一种典型的面向数据结构的分析设计方法，它是以信息驱动的，是将信息转换成软件的程序结构。
②Warnier方法：
Warnier程序设计方法是由法国人J.D.Warnier提出的另一种面向数据结构的设计方法，又称为逻辑构造程序的方法，简称LCP（LogicalConstructionofPrograms）方法。
Warnier方法的原理和Jackson方法类似，也是从数据结构出发设计程序，但是这种方法的逻辑更严格。
第六章面向对象设计方法
一、重点掌握内容：
面向对象的基本概念和特征
二、一般掌握内容：
面向对象的分析与设计方法
四、主要知识点：
面向对象设计是将分析阶段产生的OOA模型转换为软件实现做准备的OOD模型。
OOD模型可以归结为包含4个层次的金字塔形状，由底层向上移位分别为子系统设计、类和对象设计、消息设计和责任设计。
●子系统设计包含子系统及其协作关系的表示，他描述了整个系统的总体结构。
●类和对象层包含类层次关系，使得系统能够以通用化方式创建不断逼近特殊需求，也包含了每个对象的设计表示。
●消息层描述对象间的消息模型，包含使得每个对象能够和其协作者通信的细节，建立了系统的外部和内部接口。
●责任层包含针对每个对象的所有属性和操作的数据结构和算法的设计。
OOD的工作可以通过两个层次的抽象来完成----系统设计和对象设计。
在子系统设计中，涉及4类构件：
领域构件、人机交互构件、任务管理构件和数据管理构件。
对象设计强调从问题领域的概念转换成计算机领域的概念，重点在于如何列举与解决问题，实现相关的类、关联、属性与操作，定义实现时所需的对象的算法与数据结构。
设计一个新的面向对象的系统时，可以用两种方法来使用设计模板：
继承和复合。
当两种选择并存时，复合应该优先于继承。
第七章统一建模语言UML
一、重点掌握内容：
UML的组成、特点和应用、各种元素之间的关系
二、一般掌握内容：
静态模型、动态模型
三、主要知识点：
了解UML中模型元素及其图形表示。
UML模型中两类图—静态图和动态图中各有哪些内容。
标准建模语言UML适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统，而且适用于系统开发的不同阶段。
第八章编码和语言选择
一、重点掌握内容：
编码的风格
二、一般掌握内容：
编码的目的和语言
三、主要知识点：
编码的目的：
使用选定的程序设计语言，把模块的过程性描述翻译为用该语言书写的源程序（或源代码）。
程序的质量主要是由设计的质量决定的。
但是，编码的风格和使用的语言，对编码的质量也有重要的影响。
编码的风格：
（1）使用标准的控制结构
（2）避免使用容易引起混淆的结构和语句：
1、模糊的“then-if”结构
2、冗余的空“then”语句和空“else”语句
3、费解的深层嵌套结构
（3）有限制地使用GOTO语句
3种常见的关于GOTO语句的应用：
用于构造新的控制结构，用于提前退出循环和用于转向出错处理。
注意：
即使在这3种情况下，仍然在遵守一些约束条件。
（4）实现源程序的文档化
（5）满足运行工程学的输入输出风格
要求能根据程序源代码对代码的可读性做出分析、比较和判断。
第九章软件测试
一、重点掌握内容
测试基本概念、黑盒测试法、白盒测试法
二、一般掌握内容
软件纠错、多模块测试策略、面向对象系统测试
三、主要知识点
测试与纠错：
测试是通过在计算机上执行程序，暴露程序中潜在的错误,目的是为了发现程序中的错误。
纠错通过定位和纠正错误，消除软件故障，保证程序的可靠运行。
测试的特性：
（1）挑剔性：
测试是为了证明程序有错，而不是证明程序无错。
（与程序正确性证明相反）
（2）复杂性：
设计测试用例是，需要考虑到各种可能出现的情况切忌挂一漏万。
要兼顾合理输入与不合理输入数据。
（3）不彻底性和经济性：
一切实际测试都是不彻底的，测试是相对的，不能穷尽所有的测试。
要据人力物力安排测试，并选择好测试用例与测试方法。
测试的种类：
按照测试过程是否在实际应用环境中来分，有静态分析与动态测试。
静态分析技术：
不执行被测软件，可对需求分析说明书、软件设计说明书、源程序做结构检查、流程分析、符号执行来找出软件错误。
一般用人工方式脱机王成，称为人工测试或代码评审；也可借助静态分析器自动完成。
动态测试分为两类：
黑盒测试法，根据程序的功能来设计测试用例；白盒测试法，根据被测程序的内部结构设计测试用例。
通常的做法是，用黑盒法设计基本的测试方案，再用白盒法补充一些方案。
测试用例的设计是软件测试的中心内容。
测试一个程序要使用多个测试用例，而每一个测试用例都应包括一组测试数据和一个相应的预期的测试结果。
黑盒测试法中的3种常用技术：
等价分类法、边界值分析法、错误猜测法。
要求能熟练运用三种方法设计测试用例。
白盒测试法：
早期常用逻辑覆盖测试法，目前常用路径测试法设计测试用例。
逻辑覆盖测试法：
用流程图来设计测试用例，考察的重点是图中的判断框。
按差错能力由弱到强分为5种覆盖标准：
语句覆盖---每条语句至少执行一次；判定覆盖---每一判定的每个分支至少执行一次；条件覆盖---每一判定中的每个条件，分别按“真”、“假”至少各执行一次；判定/条件覆盖---同时满足判定覆盖和条件覆盖的要求；条件组合覆盖---求出判定中所有条件的各种可能组合值，每一可能的条件组合至少执行一次。
要求能根据题目要求的覆盖条件设计测试用例。
路径测试法：
用程序图来设计测试用例，考察的重点是测试的路径。
路径测试的特征：
（1）满足结构测试的最低要求---完全覆盖。
（2）有利于安排循环测试。
一般来说，对单循环测试的路径测试可包括：
零次循环、一次循环、典型次数的循环、最大值次循环。
对于多重嵌套循环，根据程序实际需要选择。
要求能熟练掌握流程图与程序图之间的转换，并能根据程序图设计合理的路径覆盖测试用例。
软件的纠错策略：
多模块程序的测试包括4个层次：
单元测试的实施步骤：
⏹编译
静态分析器检查
代码评审
办公桌检查
走查和代码会审
动态测试
测试驱动模块：
在单元测试中，代替被测模块上级模块的测试软件。
测试桩模块：
在单元测试中，代替被测模块下级模块的测试软件。
集成测试的策略：
自顶向下、由底向上和从两头逼近的混合方式。
确认测试的目的在于确认组装完毕的程序是否满足软件需求规格说明书的要求。
系统测试的目的是检查软件安装到系统中以后，能否与系统的其余部分协调运行，并且完成SRS对它的要求。
设计面向对象的测试用例是需要注意两点：
（1）继承的成员函数需要测试：
对父类中已经测试过的成员函数，根据具体情况仍然需要在子类中重新测试。
（2）子类的测试用例可以参照父类。
第十章软件复用
一、重点掌握内容
软件复用、领域工程以及CBSD的基本概念
二、一般掌握内容
复用的重要性及粒度划分、领域工程的活动内容、面向对象与软件复用
三、主要知识点
软件复用：
在构造新的软件系统的过程中，对已存在的软件人工制品的使用技术。
领域工程：
通过领域分析找出最优复用，把它们设计和构造为可复用构件，进而建立大规模的软件构件仓库的过程。
CBSD：
是指在软件系统开发中使用已有软件构件的方法和技术。
第十一章软件维护
一、重点掌握内容
升级会员 