1.3.3  软件工程基础

1．软件定义与软件特点
软件的定义是重点掌握的内容。
计算机软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，是包括程序、数据及相关文档的完整集合。它具有以下特点：
（1）软件是一种逻辑实体，而不是物理实体，具有抽象性。
（2）软件的生产与硬件不同，它没有明显的制作过程。
（3）软件在运行、使用期间不存在磨损、老化问题。
（4）软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性，受计算机系统的限制，这导致了软件移植的问题。

（5）软件复杂性高，成本昂贵。
（6）软件开发涉及诸多的社会因素。

2．软件危机与软件工程

重点掌握软件危机与软件工程的概念，软件工程产生的背景、研究目标与研究内容。
软件工程概念的出现源自软件危机。
软件危机是泛指在计算机软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。主要表现在：软件需求的增长得不到满足、软件开发成本和进度无法控制、软件质量难以保证、软件不可维护或维护程度非常低、软件的成本不断提高、软件开发生产率的提高赶不上硬件的发展和应用需求的增长等。

为了消除软件危机，逐步形成了软件工程的概念，软件工程是试图用工程、科学和数学的原理与方法研制、维护计算机软件的有关技术及管理方法。其主要思想是强调在软件开发过程中需要应用工程化原则。

软件工程具有方法、工具和过程三个要素。方法是完成软件工程项目的技术手段；工具支持软件的开发、管理、文档生成；过程支持软件开发的各个环节的控制、管理。
软件工程的目标是，在给定成本、进度的前提下，开发出具有有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性且满足用户需求的产品。
基于软件工程的目标，软件工程研究的内容主要包括：软件开发技术和软件工程管理。
为了达到软件工程目标，在软件开发过程中，必须遵循以下基本原则：抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性。

3．软件生命周期
通常，将软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程称为软件生命周期。一般包括可行性研究与需求分析、设计、实现、测试、交付使用以及维护等活动。
4．软件开发工具与软件开发环境

软件开发工具和环境的使用进一步提高了软件的开发效率、维护效率和软件质量。软件开发工具的完善和发展促进了软件开发方法的进步和完善，促进了软件开发的高速度和高质量。

软件开发环境或称软件工程环境是全面支持软件开发全过程的软件工具集合。这些软件工具按照一定的方法或模式组合起来，支持软件生命周期内的各个阶段和各项任务的完成。
1.3.4  结构化分析方法

1．需求分析
需求分析的概念、主要工作以及常用的需求分析方法是考试的重点。
软件需求是指用户对目标软件系统在功能、行为、性能、设计约束等方面的期望。需求分析的任务是发现需求、求精、建模和定义需求的过程。
需求分析阶段的工作主要包括需求获取、需求分析、编写需求规格说明书和需求评审四个方面。

常见的需求分析方法有结构化分析方法和面向对象的分析方法（OOA—Object Oriented method）。
其中，在结构化分析方法中，主要包括：面向数据流的结构化分析方法（Structured Analysis，SA）、面向数据结构的Jackson方法（Jackson System Development method，JSD）、面向数据结构的结构化数据系统开发方法（Data Stuctured，DSSD）

2．结构化分析方法
结构化分析方法是结构化程序设计理论在软件需求分析阶段的运用。结构化分析的常用工具主要有以下四种，是需要重点掌握的内容。
（1）数据流图（Data Flow Diagram，DFD）：数据流图是描述数据处理过程的工具，是需求理解的逻辑模型的图形表示，它从数据传递和加工的角度，来刻画数据流从输入到输出的移动变换过程。数据流图中的主要图形元素所代表的功能如下所述。

圆圈：表示加工（或转换）。
箭头：表示数据流。
双直线：表示存储文件（数据源）。
矩形框：表示源、潭，是系统和环境的接口，属系统之外的实体。

（2）数据字典（Data Dictionary，DD）：数据字典是结构化分析方法的核心。数据字典是对所有与系统相关的数据元素的一个有组织的列表，以及精确的、严格的定义，使得用户和系统分析员对于输入、输出、存储成分和中间计算结果有共同的理解。概括地说，数据字典的作用是对DFD中出现的被命名的图形元素的确切    解释。

（3）判定树：从问题定义的文字描述中分清哪些是判定的条件，哪些是判定的结论，根据描述材料中的连接词找出判定条件之间的从属关系、并列关系、选择关系，根据它们构造判定树。

（4）判定表：判定表与判定树相似，当数据流图中的加工要依赖于多个逻辑条件的取值，即完成该加工的一组动作是由于某一组条件取值的组合而引发的，使用判定表描述比较适宜。

3．软件需求规格说明书
软件需求规格说明书是需求分析阶段的最后成果，是软件开发中的重要文档之一。
软件需求规格说明书的作用是：
① 便于用户、开发人员进行理解和交流。
② 反映出用户问题的结构，可以作为软件开发工作的基础和依据。

③ 作为确认测试和验收的依据。
软件需求规格说明书是作为需求分析的一部分而制定的可交付文档。该说明把在软件计划中确定的软件范围加以展开，制定出完整的信息描述、详细的功能说明、恰当的检验标准以及其他与需要有关的数据。
1.3.5  结构化设计方法

重点掌握软件设计的概念、过程、软件设计的基本原理等。
1．软件设计的基本概念
软件设计是软件工程的重要阶段，是一个把软件需求转换为软件表示的过程。从工程管理的角度来看，软件设计分两步完成（概要设计和详细设计）。

概要设计将软件需求转化为软件体系结构、确定系统级接口、全局数据结构或数据库模式。
详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据结构的细节。

2．软件设计的基本原理
（1）抽象
抽象是一种思维工具，就是把事物本质的共同特性提取出来而不考虑其他细节。

（2）模块化
模块是指把一个待开发的软件分解成若干小的简单的部分。每个模块可以完成一个特定的子功能，各个模块可以按一定的方法组装起来成为一个整体，从而实现整个系统的功能。
模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。

（3）信息隐蔽
信息隐蔽是指在一个模块内包含的信息（过程或数据），对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的。

（4）模块独立性
模块独立性是指每个模块只完成系统要求的独立的子功能，且与其他模块的联系最少、接口简单。
模块的独立程度是评价设计好坏的重要度量标准。通常从耦合性和内聚性两个度量标准衡量软件的模块独立性。

① 内聚性
内聚性是一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密程度的度量，内聚是从功能角度来度量模块内的联系。一个模块的内聚性越强则该模块的模块独立性越强。
在各种内聚性中，内聚性由弱到强的是：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。

② 耦合性
耦合性是模块间互相连接的紧密程度的度量。一个模块与其他模块的耦合性越强则该模块的模块独立性越弱。
在各种耦合性中，耦合度由高到低的顺序是：内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合、非直接耦合。
总之，耦合性与内聚性是模块独立性的两个定性标准，耦合与内聚是相互关联的。在程序结构中，各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。一般较优秀的软件设计，应尽量做到高内聚，低耦合，即减弱模块之间的耦合性和提高模块内的内聚性，有利于提高模块的独立性。

3．概要设计
概要设计的基本任务是：对系统进一步分解，划分模块及确定模块的层次结构。
4．详细设计
详细设计的任务，是为软件结构图中的每一个模块确定实现算法和局部数据结构，用某种选定的表达工具表示算法和数据结构的细节。
常用的工具有程序流程图、N-S图、PAD图、过程设计语言（PDL）等。