软件工程(第2版)

项目1项目的市场调研1

任务1.1系统的研发背景1

1.1.1学生信息管理问题的提出1

1.1.2国内外研发现状2

任务1.2系统研发的理论基础3

1.2.1软件的定义及其特点3

1.2.2软件危机4

1.2.3软件工程的提出5

任务1.3制订软件计划6

1.3.1问题的定义6

1.3.2可行性研究7

1.3.3系统的开发计划9

任务1.4实验实训10

小结11

习题11

项目2需求分析13

任务2.1需求分析概述13

2.1.1需求分析的任务14

2.1.2需求分析应注意的问题15

2.1.3需求分析的原则16

2.1.4需求分析的过程16

任务2.2需求分析的方法18

2.2.1结构化分析方法18

2.2.2面向对象的分析方法22

任务2.3统一建模语言UML27

2.3.1UML的基本概念27

2.3.2UML语言概述28

2.3.3静态建模30

任务2.4需求分析规格说明书36

2.4.1需求分析规格说明书的作用36

2.4.2需求分析规格说明书的格式及内容36

任务2.5实验实训36

小结37

习题37

项目3软件项目的总体设计39

任务3.1总体设计的基本内容39

3.1.1软件设计的定义项目3软件项目的总体设计【学习目标】 通过本项目的学习，能够使读者了解到软件项目总体设计的任务和目标，总体设计的准则，以及软件设计原理。 了解结构化的设计方法和面向对象的软件设计方法。 掌握数据设计方法，以及ER图、概念数据模型和物理数据模型的设计方法。 本阶段完成系统的大致设计并明确系统的数据结构与软件结构。软件需求分析阶段已经完全弄清楚了软件的各种需求，较好地解决了所开发的软件“做什么”的问题，下一步要着手对软件系统进行设计，也就是考虑应该“怎么做”的问题。软件设计是软件项目开发过程的核心，需求规格说明是软件设计的重要输入，也为软件设计提供了基础。软件设计过程是将需求规格转化为一个软件实现方案的过程。任务3.1总体设计的基本内容对于任何工程项目来说，在施工之前，总要先完成设计。从软件总体设计阶段开始正式进入软件的实际开发阶段。本阶段完成系统的大致设计并明确系统的数据结构与软件结构。软件总体设计的核心内容就是依据需求规格或规格定义，合理、有效地实现产品规格中定义的各项需求。它注重框架设计、总体结构设计、数据库设计、接口设计、网络环境设计等。总体设计是将产品分割成一些可以独立设计和实现的部分，保证系统的各个部分可以和谐地工作。设计过程是不断地分解系统模块，从高层分解到低层分解。3.1.1软件设计的定义软件需求讲述的是“做什么”，而软件设计解决的是“怎么做”的问题。软件设计是将需求描述的“做什么”问题变为一个实施方案的创造性的过程，使得整个项目在逻辑上和物理上能够得以实现。软件设计是软件工程的核心部分，软件工程中有三类主要开发活动： 设计、编码、测试。而设计是个开发活动，也是重要的活动，是软件项目实现的关键阶段。设计质量的高低直接决定了软件项目的成败，缺乏或者没有软件设计的过程会产生一个不稳定的、甚至是失败的软件系统。良好的软件设计是进行快速软件开发的根本，没有良好的设计，会将时间花在不断的调试上，无法添加新功能，修改时间越来越长，随着给程序打上一个又一个的补丁，新的功能需要更多的代码实现，就变成一个恶性循环了。我们将软件设计分为两个级别，一个是高级设计，也称为概要设计(或者总体设计)；另外一个设计是低级设计，也称为详细设计。概要设计是从需求出发，描述了总体上系统架构应该包含的组成要素。概要设计尽可能模块化，因此描述了各个模块之间的关联。详细设计主要是描述实现各个模块的算法和数据结构以及用特定计算机语言实现的初步描述，例如变量、指针、进程、操作符号以及一些实现机制。3.1.2总体设计的目标学生信息管理系统应尽量采用学校现有软硬件环境以及先进的管理系统开发方案，从而达到充分利用学校现有资源，提高系统开发水平和应用效果的目的。同时，系统应符合学校学生信息管理的规定，满足对学校学生信息管理需要，并达到操作过程中的直观、方便、实用、安全等要求。根据总体设计的任务，明确设计所终达到的目标，依据现有资源，选取合理的系统解决方案，设计的软件模块的结构，有一个全面而精准的数据库设计，同时制订详细的测试计划，书写相关的文档资料。 3.1.3总体设计的步骤由系统设计人员来设计软件，就是根据若干规定和需求，设计出功能符合需要的系统。一个软件基本的模型框架一般由数据输入、数据输出、数据管理、空间分析4部分组成。但随着具体开发项目的不同，在系统环境、控制结构和内容设计等方面都有很大的差异，因此，设计人员开发软件时必须遵循正确的步骤。(1) 根据用户需要，确定要做哪些工作，形成系统的逻辑模型。(2) 将系统分解成一组模块，各个模块分别满足所提出的要求。(3) 将分解出来的模块按照是否能满足正常的需求进行分类，对不能满足正常需求的模块要进一步调查研究，以确定是否能进行有效的开发。(4) 制订工作计划，开发有关的模块，并对各模块进行一致行动测试以及系统的后运行。3.1.4总体设计的基本任务1. 设计软件结构为了实现目标系统，终必须设计出组成这个系统的所有程序和数据库文件。对于程序则首先进行结构设计，具体方法如下。(1) 采用某种设计方法，将一个复杂的系统按功能分成模块。(2) 确定每个模块的功能。(3) 确定模块之间的调用关系。(4) 确定模块之间的接口，即模块之间传递的消息。(5) 评价模块结构的质量。软件结构的设计是以模块为基础的。在需求分析阶段，通过某种分析方法把系统分解成层次结构。在设计阶段，以需求分析的结果为依据，共实现的角度划分模块，并组成模块的层次结构。软件结构的设计是总体设计的关键一步，直接影响到详细设计与编程工作。软件系统的质量及一些整体特性都在软件结构的设计中决定。2.  数据结构及数据库设计对于大型数据处理的软件系统，除了软件结构设计外，数据结构与数据库设计也是重要的。数据结构的设计采用逐步细化的方法。在需求分析阶段通过数据字典对数据的组成、操作约束和数据之间的关系等方面进行描述，确定数据的结构特性，在总体设计阶段要加以细化，而详细设计阶段则规定具体的实现细节。3. 编写总体设计文档编写总体设计文档的内容如下。(1) 总体设计的说明书。即总体设计阶段结束时提交的技术文档，主要内容如下。①  引言： 编写的目的、背景、定义、参考资料。②  总体设计： 需求规定、运行环境、基本设计概念和处理流程、软件结构。③  接口设计： 用户接口、外部接口、内部接口。④  运行设计： 运行模块组合、运行控制、运行时间。⑤ 系统数据结构设计： 逻辑结构设计、物理结构设计。数据结构和程序的关系。⑥ 系统出错处理设计： 出错信息、补救措施、系统恢复设计。(2)  数据库设计说明书。主要给出所使用的数据库管理系统DBMS简介，数据库概念模型、逻辑设计和结果。(3)  用户手册。对需求分析阶段的用户手册进行补充和修改。(4)  修订测试计划。对测试策略、方法和步骤提出明确要求。4.  评审在该阶段，对设计部分是否完整实现需求中规定的功能、性能等要求，设计方案的可行性、关键的处理及内外部接口定义的正确性、有效性，以及各部分之间的一致性都要进行评审。3.1.5总体设计的准则总体设计一是要覆盖需求分析的全部内容；二是要作为详细设计的依据。其设计过程是一系列迭代的步骤，它们使设计者能够描述要构造的软件系统的特征。总体设计与其他所有设计过程一样，是受创造性的技能、以往的设计经验和良好的设计灵感，以及对质量的深刻理解等一些关键因素影响的，它需要转变设计视点，全面提高系统可扩展性，实现工具式的可扩充功能。总体设计模型和建筑师的房屋设计类似，即首先表示出要构造的事务整体，设计房屋的整体结构，然后在细化局部，提供构造每个细节的指南。同样软件设计模型提供了软件元素的组织框架图。对此，许多专家，如Davis 曾提出一系列软件设计的原则，下面予以简单介绍。1.  Davis 的设计准则(1) 设计过程应该考虑各种可选方案，根据需求、资源情况、设计概念来决定设计方案。(2) 设计应该可以跟踪需求分析模型。(3) 设计资源都是有限的。(4) 设计应该体现统一的风格。(5) 设计的结构应该尽可能满足变更的要求。(6) 设计的结构应该能很好地处理异常情况。(7) 设计不是编码，编码也不是设计。(8) 设计的质量评估应该是在设计的过程中进行，而不是事后进行的。(9) 设计评审的时候，应该关注一些概念性的错误，而不是关注细节问题。设计之前的规范性很重要，如命名规则，在设计中要尽可能提倡复用性，同时保证设计有利于测试。2.  命名规则(Naming Rule)软件工程技术强调规范化： 为了使由许多人共同开发的软件系统能正确无误地工作，开发人员必须遵守相同的约束规范(用统一的软件开发模型来统一软件开发步骤和应进行的工作，用产品描述模型来规范文档格式，使其具有一致性和兼容性)，这些规范要求有一个规范统一的命名规则，这样才能摆脱个人生产方式，进入标准化、工程化阶段。一般系统开发的命名遵循以下规则： (1)  变量名只能由大小写英文字母，下划线“_”，以及阿拉伯数字组成。而且个字符必须是大小写英文字母或者下划线，不能是数字。(2) 全局变量、局部变量的命名必须用英文首字母简写来命名。(3) 数据库表名、字段名等命名必须用英文来命名。命名应尽量体现数据库、字段的功能。3. 术语定义(Terms Glossary)前面我们强调了软件工程的规范化，这不仅要求命名规则的规范和统一，而且要求系统中的关键术语具有性，并且定义明确，不具有二义性。下面是在学生信息管理系统中所用到的部分术语，请读者参考理解，如表31所示。表31术语定义序号术语的名称术语的定义1总体结构软件系统的总体逻辑结构。本系统采用面向对象的设计方法，所以总体逻辑结构为部件的组装图2概念数据模型CDM关系数据库的逻辑设计模型，包括一张逻辑ER图及其相应的数据字典3物理数据模型PDM关系数据库的物理设计模型，包括一张物理表关系图及其相应的数据字典4角色数据库中享有某些特权操作的用户5子系统具有相对独立功能的小系统，一个大的软件系统可以划分为多个子系统，每个子系统可由多个模块或多个部件组成6模块具有功能独立、能被调用的信息单元7参考资料指本文件书写时用到的其他资料4. 参考资料参考资料是指本文件书写时用到的其他资料。需要列出有关资料的作者、标题、编号、发表日期、出版单位或资料来源，可包括以本书从实用、够用的角度出发，以学生信息管理系统为主线，采用任务驱动案例教学的方式，详细讲述了软件工程的基本原理、概念、技术和方法。本书共9个项目，内容包括： 项目的市场调研、需求分析、软件项目的总体设计、软件项目的详细设计、软件项目的实现、软件项目的测试、软件维护、软件项目的管理、软件项目的开发总结。本书适合计算机专业的本科生、专科生和专升本学生作为教材使用，也适合从事研发工作的软件工作者和广大计算机用户参考或自学使用。......