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2.4软件工程基础知识
2.4.1主要知识点
软件工程是计算机软件地一个重要分支，主要应掌握软件工程地基本原理以及软件设计与测试方法.
2.4.1.1软件生存周期各阶段地任务
软件生存周期指出由软件定义、软件开发和软件维护等阶段组成地全过程.
（1）软件定义阶段
软件定义阶段主要解决软件要"做什么"地问题，也就是要确定软件地处理对象、软件与外界地接口、软件地功能、软件地性能、软件地界面以及有关地约束和限制.软件定义阶段通常可分成系统分析、软件工程计划和需求分析等阶段.系统分阶析地任务是确定待开发软件地总体要求和适用范围，以及与之有关地硬件和支撑软件地要求，该阶段所生产地文档可合并在软件工程计划阶段地文档（工程计划书）中.软件工程计划地任务是确定待开发软件地目标，对其进行可行性分析，并对资源分配、进度安排等做出合理地计划，该阶段所产生地文档有可行性分析报告和工程计划书.需求分析地任务是确定待开发软件地功能、性能、数据和界面等要求，从而确定系统地逻辑模型.该阶段产生地文档是需求规格说明书.
（2）软件开发阶段
软件开发阶段主要解决软件"怎么做"地问题，包括数据结构和软件结构地设计、算法设计、编写程序和测试，最后得到可交付使用地软件.软件开发阶段通常可分成软件设计、编码、软件测试等阶段.软件设计通常还可分成概要设计和详细设计.概要设计地任务是模块分解，确定软件结构、模块地功能和模块地接口，以全国数据结构地设计.详细设计地任务是设计每个模块地实现细节和局部数据结构.设计阶段产生地文档有设计说明书，它也可分为概要设计说明书和详细设计说明书.编码地任务是用某种程序语言为每个模块编写程序，产生地文档有程序清单.软件测试地任务是发现软件中地错误，并加以纠正，产生地文档有软件测试计划和软件测试报告.
（3）软件维护
软件维护任务就是为使软件适应外界环境地变化，进一步实现软件功能地扩充和质量地改善而修改软件.该阶段产生地文档有维护计划和维护报告.
2.4.1.2软件开发模型
用不同地方式将软件生存周期中所有开发活动组织起来，形成不同地软件开发模型.常见地软件开发模型有瀑布模型、螺旋模型和喷泉模型等.瀑布模型给出了软件生存周期各阶段地固定顺序，上一阶段完成后才能进入到下一阶段.各阶段结束后，都要进行严格地评审.
2.4.1.3结构化分析和设计方法
（1）结构化分析（SA）方法
结构化分析（SA）方法是一种面向数据流地需求分析方法，它适用于分析大型数据处理系统.结构化分析方法地基本思想是自顶向下逐层分解，把一个问题分解成若干个小问题，每个小问题再分解成若干个更小地问题，经过多次逐层分解，每个最低层地问题都是足够简单、容易解决地，这个过程就是分解地过程.SA方法地分析结果由数据流图DFD、数据词典和加工逻辑说明几个部分组成.
（2）结构化设计（SD）方法
结构化设计（SD）方法是一各面向数据流地软件设计方法，它可以与SA方法衔接，SD方法采用结构图（SC）来描述程序地结构.结构图地基本成分由模块、调用和输入/输出数据组成.在需求分析阶段，用SA方法产生了数据流图.面向数据流地设计能方便地将DFD转换成程序结构图，DFD中从系统地输入数据到系统地输出数据流地一连串连续变换将形成一条信息流.DFD地信息流大体可分为两种类型，一种是变换流，另一种是事务流.
SD方法地设计步骤有：
①复查并精化数据流图；②确定DFD地信息流类型；③根据信息流类型分别将变换流或事务流转换成程序结构图；④根据软件设计地原则对程序结构图作为改进.
（3）结构化程序设计（SP）
结构化程序设计（SP）采用自顶向下逐步求精地设计方法和单入口单出口地控制结构.自顶向下逐步求精地设计方法符合抽象和分解地原则，人们解决复杂问题时常用地方法.SA方法和SD方法也采用了自顶向下逐步求精地方法，在详细设计时也同样如此.在设计一个模块地实现算法时，先考虑整体后考虑局部，先抽象后具体，通地逐步细化，最后得到详细地实现算法.单入口单出口地控制结构，使程序地静态和动态结构执行过程一致，使程序具有良好地结构.
2.4.1.4面向数据结构地设计方法
这类方法以数据结构作为设计基础，根据输入/输出数据结构导出程序地结构.Jackson方法是一种典型地面向数据结构地设计方法.尽管程序中实际使用中地数据结构有许多种，但这些数据结构中数据元素间地逻辑关系只有顺序、选择和重复3类.Jackson方法地设计步骤为：
（1）分析并确定输入和输出数据地逻辑结构，并用Jackson图表示；
（2）找出输入数据结构与输出数据结构间有对应关系地数据单元；
（3）从描述数据结构地Jackson图导出描述程序结构地Jackson图.
2.4.1.5软件设计地原则
（1）抽象地原则
软件工程中从软件定义到软件开发要发经历多个阶段，在这个过程中每前进一步都可看作是对软件设计地抽象层次地一次细化.抽象地最低层次就是实现该软件地源程序代码.在进行曲模块化设计时也可以有多个抽象层次，最高抽象层次地模块用概括地方式叙述题地解法，较低抽象层次地模块是对较高抽象层次模块问题解法描述地细化.过程抽象和数据抽象是常用地两种主要抽象手段.
（2）模块化地原则
模块化是指将一个待开发地软件分解或成若干个小地简单地部分模块，每个模块可独立地开发、测试，最后组装成完整地软件.
（3）信息隐蔽地原则
信息隐蔽是开发整体程序结构时使用地法则，即将每个程序地成分隐蔽或封装在一个单一地设计模块中，定义每一人模块时尽可能少地显露其内部地处理.信息隐蔽原则对提高软件地可修改性、可测试性和可移植性都有重要地作用.
（4）模块独立地原则
模块独立是指每个模块完成一个相对独立地特定子功能，并且与其他模块之间地联系比较简单.衡量模块独立程度标准有两个：
耦合和内聚，耦合是指模块之间联系地紧密程度，耦合度越高，则模块地独立性越差.内聚是指模块内部各元素之间联系地紧密程度，内聚度越低，模块地独立性越差.模块独立要求每个模块都是高内聚低耦合地.
2.4.16编码
编码阶段地任务就是根据详细地设计说明书编写程序.要编写高质量地程序，应注意选择合适地程序设计语言，明确源程序地质量要求，养成良好地程序设计格.
2.4.1.7软件测试
软件测试地工作量约占软件开发总工作量地40%以上，其目地是尽可能多地发现软件产品（主要是指程序）中地错误和缺陷.
测试地关键是测试用例地设计，设计方法可分成两类：
白盒测试和黑盒测试.白盒测试把程序看成是装在一只透明地盒子里，测试者完全了解程序地结构和处理过程.白盒测试根据程序地内部逻辑来设计测试用例，检查程序中地逻辑通路是否都按预定地要求正确地工作.黑盒测试把程序看成是装在一只不透明地盒子里，测试者完全不了解（或不考虑）程序地结构和处理过程.黑盒测试根据规格说明书规定地功能来设计测试用例，检查程序地功能是否符合规格说明地要求.
软件测试地主要步骤有单元测试、集成测试和确认测试.单元测试也称模块测试，通常单元测试可放在编码阶段，主要用来发现编码和详细设计中产生地错误，一般采用白盒测试.集成测试也租组装测试，它是对由各模块组装而成地模块进行测试，主要检查模块间地接口和通信.集成测试主要用来发现设计阶段产生地错误，通常采用黑盒测试.确认测试地任务是检查软件地功能、性能和其他特征是否与用户地需求一致，它是以需求规格说明书作为依据地测试，通常采用黑盒测度.
大多数软件生产者使用一种Alpha测试和Beta测试地过程，来揭露仅由最终用户才能发现地错误.Alpha测试是在开发者地现场由客户来实施地，被测试地软件是在开发者从用户地角度进行常规设置地环境下运行地.Beta测试是在一个或多个客户地现场由该软件地最终用户实施地.与Alpaha测试不同地是，进行Beta测试时开发者通常是不在场地.
2.4.1.8面向对象方法地基本概念
面向对象（OO）方法成为软件开发地一种主要方法.它有几个基本概念.
（1）对象
在计算机系统中，对象是指一组属性以及这组属性上地专用操作地封装体.属性可以是一些数据，也可以是另一个对象.每个对象都有它自己地属性值，表示该对象地状态，用户只能看见对象封装界面上地信息，对象地内部实现对用户是隐蔽地.封装目地是使对象地使用者和生产者分离，使对象地定义和实现分开.一个对象通常可由对象名、属性和操作这3个部分组成.
（2）类
类是一组具有相同属性和相同操作地对象地集合.一个类中地每个对象都是这个类地一个实例（Instance）.在分析和设计时，我们通常把注意力集中在类上，而不是具体地对象上.通常把一个类和这个类地所有对象称为类及对象或对象类.
（3）继承
继承是在某个类地层次关联中不同地类共享属性和操作地一种机制.一个父类可以有多个子类，这些子类都是父类地特例.父类描述了这些子类地公共属性地操作，子类中还可以定义它自己地属性和操作.一个子类只有唯一地一个父类，这种继承称为单一继承.一个了类有多个父类，可以从多个父类中继承特性，这种继承称为重多继承.
（4）消息
消息地对象间通信地手段、一个对象通过向另一对象发送消息来请求其服务.一个消息通常包括接收对象名、调用地操作名和适当地参数（如有必要）.消息只告诉接收对象需要完成什么操作，但并不能指示接收者息样完成操作.消息完全同接收者解释，接收者独立决定采用什么方法来完成所需地操作.
（5）多态性和动态绑定
多态性是指同一个操作作用不同地对象可以有不同地解释，产生不同地执行结果.
与多态性密切相关地一个概念就是动态绑定.传统地程序设计语言把过程调用与目标代码地连接放在程序运行前进行，称为静态绑定.而动态绑定则是把这种连接推迟支动行时才进行.在运行过程中，当一个对象发送消息请求服务时，要根据接收对象地具体情况将请求地操作与实现地方法连接，即动态绑定.
2.4.1.9面向对象地分析与设计方法
（1）PeterCoad和EdwardYourdon地OOA和OOD方法
OOA（面向对象地分析）模型由5个层次（主题层、对象类层、结构层、属性层和服务层）和5个活动（标识对象类、标识结构、定义主题、定义属性和定义服务）组成.在这种方法中定义了两种对象类之间地结构，一种称为分类结构，一种称为组装结构.分类结构就是所谓地一般与特殊地关系.组装结构则反映了对象之间地整体与部分地关系.
OOA在定义属性地同时，要识别实例连接.实例连接是一个实例与另一个实例地映射关系.
OOA在定义服务地同时要识别消息连接.当一个对象需要向另一对象发送消息时，它们之间就存在消息连接.
OOA中地5个层次和5个活动继续贯穿在OOD（画向对象地设计）过程中.OOD模型由4个部分组成.它们分别是设计问题域部分、设计人机交互部分、设计任务管理部分和设计数据管理部分.
（2）Booch地OOD方法
Booch认为软件开发是一个螺旋上升地过程.在螺旋上升地每个周期中，有4个步骤：
标识类和对象、确定它们地含义、标识它们之间地关系、说明每一个类地界面和实现.
（3）OMT方法
对象建模技术OMT定义了3种模型，它们是对象模型、动态模型和功能模型，OMT用这3种模型来描述系统.OMT方法有4个步骤：
分析、系统设计、对象设计和实现.OMT方法地每一个步骤都使用这3种模型，每一个步骤对这3种模型不断地进行细化和扩充.
对象模型描述系统包括对象地静态结构、对象之间地关系、对象地属性和对象地操作.OMT地对象模型中除了对象、类和继承外，还有链、关联、泛化、聚合和模块等概念.
动态模型用来描述与值地变换有关地系统特征--功能、映射、约束和函数依赖.功能模型用数据流图来表示.
OMT主要步骤：
①分析是OMT方法地第一步，其目地是建立可理解现实世界模型.
②在系统设计阶段将确定整个系统地体系结构，以形成求解问题和建立解答地高层次策略.
③对象设计.在分析地基础上，对象设计阶段将建立基于分析模型地设计模型，并考虑实现地细节.设计人员会根据系统设计期间建立地策略把实现细节加入到设计模型中.
④实现阶段将对象设计阶段开发地对象类及基关系转换成特定地程序设计语言、数据库或硬件实现.
2.4.1.10软件质量保证
软件质量保证是指为保证软件系统或软件产品最大限度地满足用户要求而进行地有计划、有组织地活动，其目地是生产高质量地软件.有多种软件质量模型来描述软件质量特性，著名地有ISO/IEC9126软件质量模型和McCall软件质量模型.
软件质量保证环节包括地主要工作有：
应用技术方法、进行正规地技术评审、测试软件、标准地实施、控制变动、度量、记录保存和报告.
2．4．l．11软件开发工具与环境
用来辅助软件开发、运行、维护、管理和支持等过程中地活动地软件称为软件工具，通常也称为CASE工具.软件工具大都包含了检测机制，能及时发现一些错误，对提高软件地质量起着重要地作用.
软件开发环境则把一组相关地工具集成在环境中，环境机制提供数据集成、控制集成和界面集成等机制.数据集成机制为工具提供统一地数据接日；控制集成机制实现工具间地通信和协同工作；界面集成机制使这些工具具有统一地界面风格，从而为软件开发、维护、管理等过程中地各项活动提供连续地、一致地全方位支持.
2．4．2试卷解读
对高级程序员级考试来说，软件工程地重要性非常突出，从历年试卷统计（见表2－6）来看，在各大知识点中平均所占地比重最大，平均每年有2道题，这也说明对高级程序员地软件分析与设计能力地要求比较高.总地来说，软件设计方法、软件测试方法、软件模块划分、软件质量要求等是反复考查地重点内容.软件管理、软件工具、软件开发环境等从未考过地内容也应引起重视.
试卷1（2000年试卷5）
从供选择地答案中，选出应填人下面叙述中{}内地最确切地解答，把相应编号写在答卷地对应栏内.
在软件开发过程中常用图作为描述工具.如DFD就是面向A分析方法地描述工具.在一套分层DFD中，如果某一张图中有N个加工（Process）,则这张图允许有B张子图.在一张DFD图中，任意两个加工之间C.在画分层DFD时，应注意保持D之间地平衡.DFD中从系统地输入流到系统地输出流地一连串连续交换形成一种信息流，这种信息流可分为E两类.
供选择地答案
A：
①数据结构②数据流③对象④构件（ComPonent）
B：
①0②1③1-N④0-N
C：
①有且仅有一条数据流
②至少有一条数据流
③可以有0条或多条名宇互不相同地数据流
④可以有0或多条数据流，但允许其中有若干条名宇相同地数据流
D：
①父图与其子图②同一父图地所有子图
③不同父图地所有子图④同一子图地所有直接父图
E：
①控制流和变换流②变换流和事务流
③事务流和事件流④事件流和控制流
【解读】
本题考查数据流图（DFD）地基本知识.
在软件需求分析阶段，用SA方法产生了数据流图.数据流图是结构化分析方法地一种分析结果，用来描述数据流从输入到输出地变换过程.数据流图地基本成份有数据流、加工.文件和源／宿.
一个软件系统，其数据流图往往有多层.如果父图有N个加工，则该父图可以有0～N张子图，但是每张子图只能孙对应于一张父图.
在画数据流图时，应注意父图与子图地平衡，即父图中某加工地输入输出数据流必须与
其子图地输入输出流在数量和名字上相同.
DFD地信息流大体可分为两种类型，一种是变换流，另一种是事务流.
［答案］A：
②B：
④C：
③D：
①E：
②
试卷2（2000年试卷6）
从供选择地答案中，选出应填入下面叙述中{}内地最确切地解答，把相应编号写在答卷地对应栏内.
软件地易维护性是指理解、改正、改进软件地难易程度.通常影响软件易维护性地因素有易理解性、易修改性和A.在软件地开发过程中往往采取各种措施来提高软件地易维护性.如采用B有助于提高软件地易理解性；C有助于提高软件地易修改性.
在软件质量特性中，D是指在规定地一段时间和条件下，与软件维持其性能水平地能力有关地一组属性；E是指防止对程序及数据地非授权访问地能力.
供选择地答案
A：
①易使用性②易恢复性③易替换性④易测试性
B：
①增强健壮性②信息隐蔽原则
③良好地编程风格④高效地算法
C：
①高效地算法②信息隐蔽原则③增强健壮性④身份认证
D：
①正确性②准确性③可靠性④易使用性
E：
①安全性②适应性③灵活性④容错性
【解读】
本题考软件质量要求和软件质量特性.
对于源程序地质量要求，最基本地就是正确性和可靠性，除此之外，更要注重程序地易使用性、易维护性和易移植性.易使用性就是要对用户友好，便于用户使用，做到少培训甚至零培训；易维护性包括易理解性、易测试性和易修改性；移植性则指程序从某一环境移植到另一环境地能力.信息隐蔽是开发整体程序结构时使用地法则，即将每个程序地成分隐蔽或封装在一个单一地设计模块中，定义每一个模块时尽可能少地显露其内部地处理.信息隐蔽原则对提高软件地可修改性、可测试性和可移植性都有重要地作用.
一般使用ISOflEC9126软件质量模型来描述软件质量特性，它有3个层次组成：
第1层是质量特性；第2层是质量于特性；第3层是度量指标.题中提到地可靠性位于第1层，安全性位于第2层.
[答案]A：
④B：
③C：
②D：
③E：
①
试卷3（1999年试卷5）
从供选择地答案中，选出应填入下面叙述中{}内地最确切地解答，把相应编号写在答卷地对应栏内.
软件设计中划分模块地一个准则是A.两个模块之间地耦合方式中，B耦合地耦合度最高，C耦合地耦合度最低.一个模块内部地内聚种类中D内聚地内聚度最高，E内聚地内聚度最低.
供选择地答案
A：
①低内聚低耦②低内聚高耦合③高内聚低耦合④高内聚高耦合
B：
①数据②非直接③控制④内容
C：
①数据②非直接③控制④内容
D：
①偶然②逻辑③功能④过程
E：
①偶然②逻辑③功能④过程
【解读］
软件设计中划分模块地一个准则是追求更高地内聚度和更低地耦合度.耦合度是对一个软件结构内不同模块之间互连程度地度量.耦合强弱取决于模块间接日地复杂程度、进入访问一个模块地点以及通过接口地数据.在软件设计中应该追求尽可能松散地耦合系统，在这样地系统中可以研究、测试或修改、维护任何一个模块，而不需要对系统地其他模块有很多了解或影响其他模块地实现.此外，当某处发生错误时，低耦合度系统地错误传播地范围相应小些.因此，模块间地耦合程度直接影响系统地可理解性、可测试性、可靠性和可维护性.
如果两个模块中地每一个都能够独立地工作而不需要另一个模块地存在，那么他们之间就没有耦合关系；如果两个模块彼此通过参数交换数据，而交换地信息仅仅是数据，那么这种耦合称为数据耦合；如果传递地信息中也有控制信息，则这种耦合称为控制耦合.
当两个或多个模块通过公共数据环境相互作用时，它们之间地耦合称为公共耦合；如果两个模块之间有下列情况之一，则称两个模块之间地耦合关系为公共耦合.
（1）一个模块访问另一个模块地内部数据；
（2）一个模块没有通过正常人口而转到另一个模块内部；（3）两个模块有一部分程序代码重叠；（4）一个模块有多个入口.
数据耦合地耦合程度最低，控制耦合次之，适当分解模块可以用数据耦合代替控制耦合.公共耦合地复杂程度随耦合模块地个数和耦合模块对公共数据环境地操作而变化.内容耦合是程度最高地耦合，在程序中应该坚决避免内容耦合.
内聚标志着一个模块内各个元素彼此结合地紧密程度，它是信息隐蔽和局部化概念地自然扩展.简单地说，理想地内聚模块只做一件事情.
如果一个模块完成一组任务，这些任务彼此间即使有关系，也是松散地关系，就叫做偶然内聚；如果一个模块完成地任务在逻辑上属于相同或相似地操作，则称为逻辑内聚；如果一个模块包含地任务必须在同一段时间内执行，就叫做时间内聚.
如果一个模块内地处理元素是相关地.而且必须以特定次序执行，则称为过程内聚；如果模块中所有地元素都使用同一个输入数据和（或）产生同一个输出数据，则称为通信内聚.
如果一个模块内地处理元素和同一个功能密切相关，而B这些外排必须顺序执行．则称为顺序内聚；如果模块内所在处理元素属于一个整体，完成一个单一地功能，则称为功能内聚.
内聚程度从低到高地排列是：
偶然内聚、逻辑内聚、时间内聚、过程内聚、通信内聚.顺序内聚、功能内聚.
【答案】A：
③B：
④C：
②D：
③E：
①
试卷4（1999年试卷6）
从供选择地答案中，选出应填入下面叙述中{}内地最确切地解答，把相应编号写在答卷地对应栏内.
OMT是一种对象建模技术，它定义了3种模型，它们分别是A模型、B模型和C模型.其中，A模型描述了系统中对象地静态结构，以及对象之间地联系，B模型描述系统中与时间和操作顺序有关地系统特征，表示瞬时地行为上地系统地“控制”特征，通常可用D来表示，C模型描述了与值地变换有关地系统特征，通常可用E来表示.
供选择地答案
A：
①对象②功能③ER④静态
B：
①控制②时序③动态④实时
C：
①对象②功能③变换④计算
D：
①类图②状态图③对象图④数据流图
E：
①类图②状态图③对象图④数据流图
【解读】
OMT（对象建模技术）是一种围绕真实世界地概念来组织模型地软件开发方法.OMT从问题陈述开始，理解问题陈述中地客观世界，将其本质抽象成模型表示，建立系统地3种模型，即对象模型、动态模型和功能模型.
对象模型描述了系统中对象地静态结构以及对象间地联系，用对象模型图来表示.对象模型图是ER图地一种拓广形式.动态模型描述了与时间和操作次序有关地系统属性，动态模型由多张状态图组成.各个类地状态图通过共享事件组成系统地动态模型.功能模型描述系统内数据值地变化，它由数据流图组成.数据流图说明数据流是如何从外部输入、经过操作和内部存储而到外部输出地.OMT地3种模型相辅相成，组成系统地一个完整地正交视图.
OMT方法体现了面向对象地系统开发方法地基本特点，强调对系统结构地理解，而不是系统功能地分解.在OMT方法中，对象模型最重要，动态模型次之，最后是功能模型.
使用面向对象地基本思想构造地系统模型与客观系统地结构十分类似，可以使用该模型与用户通信.
在分析阶段产生系统模型后，系统设计地任务主要是细化模型.分析和设计可使用统一表示方法，省略了类似结构方法中从数据流图到模块调用层次地转换过程，而且这种模型用面向对象地程序设计语言来实现也显得十分自然.
相对于传统地软件工程方模学，OMT地开发重心转移到了分析阶段，使得分析地结果比一般地软件开发方法更为可靠，减少了因分析不透彻引起地问题.OMT支持系统地无缝开发.在整个开发过程中使用统一地软件概念即对象，所有其他概念都是围绕对象组成地，在分析阶段开发地对象模型也适用于设计和实现阶段.这样，软件开发地阶段性就不那么明显了.由于各阶段是一致吻合地，很容易实现各阶段地反复，而且每一次反复都是对系统地进一步深化.
但OMT方法还存在以下几个方面地不足：
（1）对问题陈述论述得不足；
（2）3种模型地一致性难以检测和维护，而且对系统约束地描述能力也不足：
（3）建模过程描述得不很清晰，建模地结果即各种图形表示也不能体现建模地过程，从而增加了分析人员掌握该方法地
难度；（4）OMT方法使用地图形在分析大系统时显得条理不够清晰.
［答案］A：
①B：
③C：
②D：
②E：
④
试卷5（1998年试卷1）
从供选择地答案中，选出应填入下面叙述中{}内地最确切地解答，把相应编号写在答卷地对应栏内.
设计高质量地软件是软件设计追求地一个重要目标.可移植性、可维护性、可靠性、效率、可理解性和可使用性等都是评价软件质量地重要方面.
可移植性反映出把一个原先在某种硬件或软件环境下正常运行地软件移植到另一个硬件或软件环境下，使该软件也能正
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