軟件技術(shù)基礎(chǔ)

1.1軟件的基本概念1.2軟件工程1.3軟件生存周期1.4結(jié)構(gòu)化的軟件開發(fā)方法1.5面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法習(xí)題11.1.1軟件的特征

要理解軟件的含義，首先要了解軟件的特征。軟件是邏輯的而不是物理的產(chǎn)品，因此，軟件具有與硬件完全不同的特征。

(1)軟件的開發(fā)不是傳統(tǒng)意義上的生產(chǎn)制造。

軟件開發(fā)與硬件制造之間有一些相似之處，但卻有著本質(zhì)的區(qū)別。軟件產(chǎn)品的生產(chǎn)主要是腦力勞動(dòng)、手工開發(fā)方式，大部分產(chǎn)品是“定做”的。

1.1軟件的基本概念

(2)軟件不會(huì)“磨損”。

硬件在其生命初期有較高的故障率(這些故障主要是設(shè)計(jì)或制造的缺陷)，這些缺陷修正之后，故障率在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)降到一個(gè)很低的水平；隨著時(shí)間的推移，故障率又將提升。硬件故障率的變化曲線如圖1.1所示。圖1.1硬件故障率的變化曲線軟件并不受引起硬件磨損的環(huán)境因素的影響。因此，理論上講，軟件的故障率曲線呈現(xiàn)出如圖1.2所示的形式。軟件在其生命初期具有較高的故障率，但在這些錯(cuò)誤改正之后(我們假設(shè)理想情況下改正過程中并不引入其他錯(cuò)誤)，曲線就會(huì)趨于平穩(wěn)。軟件不會(huì)被磨損，不過它會(huì)退化，這一點(diǎn)可以通過圖1.2來解釋清楚。在其生命期中，軟件會(huì)經(jīng)歷修改(維護(hù))，隨著這些修改有可能會(huì)引入新的錯(cuò)誤，使得故障率曲線呈現(xiàn)為圖1.2所示的鋸齒形。圖1.2軟件故障率的理想曲線與實(shí)際曲線硬件和軟件之間的不同還表現(xiàn)在當(dāng)一個(gè)硬件構(gòu)件磨損時(shí)，可以用另外一個(gè)備用零件替換它，但對(duì)于軟件就沒有備用零件可以替換了。每一個(gè)軟件故障都表明了設(shè)計(jì)或是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成機(jī)器可執(zhí)行代碼的過程中存在錯(cuò)誤。因此，軟件維護(hù)要比硬件維護(hù)復(fù)雜得多。

(3)軟件的可復(fù)用性差，不能通過已有的構(gòu)件組裝而成。

我們先來看一下一個(gè)基于微處理器的控制硬件是如何設(shè)計(jì)和建造出來的。設(shè)計(jì)工程師畫一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字電路圖，做一些基本的分析以保證可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，然后查閱所需的元器件的目錄，每一個(gè)集成電路(通常稱為“IC”或“芯片”)都有一個(gè)零件編號(hào)、固定的功能、定義好的接口和一組標(biāo)準(zhǔn)的集成指南，每一個(gè)選定的零件都可以買到，由此可以很方便地組裝起一個(gè)基于微處理器的控制硬件。

在軟件開發(fā)中，采用一些已有的構(gòu)件組建一個(gè)軟件的方法，僅僅在小范圍內(nèi)得到應(yīng)用。多數(shù)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)還必須完全從零開始。1.1.2軟件的分類

軟件種類繁多，概括起來可分為兩類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

1．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指操作系統(tǒng)及與之相關(guān)的各種軟件的總稱。系統(tǒng)軟件是一組為其他程序服務(wù)的程序。一類系統(tǒng)軟件(如編譯器、編輯器和文件管理程序)所處理的信息結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，但又是確定的；還有一類系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和通信進(jìn)程等)則處理大量的非確定的信息。系統(tǒng)軟件具有以下特點(diǎn)：●與計(jì)算機(jī)硬件頻繁交互；

●支持多用戶；

●需要精細(xì)調(diào)度、資源共享及靈活的進(jìn)程管理的并發(fā)操作；

●復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

●多外部接口；

●具有可移植性，例如嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

常見的操作系統(tǒng)有DOS、UNIX、Linux以及Windows。

2．應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是指為用戶的特殊應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件。例如財(cái)務(wù)管理軟件、人力資源管理軟件。1.1.3軟件的發(fā)展

今天，軟件擔(dān)任著雙重角色，它是一種產(chǎn)品，同時(shí)又是開發(fā)和運(yùn)行產(chǎn)品的載體。作為一種產(chǎn)品，它擴(kuò)充了計(jì)算機(jī)硬件的功能；作為開發(fā)和運(yùn)行產(chǎn)品的載體，它是計(jì)算機(jī)控制

(操作系統(tǒng))的基礎(chǔ)、信息通信(網(wǎng)絡(luò))的基礎(chǔ)，也是創(chuàng)建和控制其他程序(軟件工具和環(huán)境)的基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代，同樣，計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展也大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。

(1)?20世紀(jì)60年代中期以前，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的早期階段。

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期階段，大多數(shù)人把軟件開發(fā)看成是不需預(yù)先計(jì)劃的事情。計(jì)算機(jī)編程很簡(jiǎn)單，沒有什么系統(tǒng)化的方法。軟件的開發(fā)沒有任何管理，一旦進(jìn)度拖后了或者成本提高了，程序員才開始手忙腳亂地彌補(bǔ)。由于那個(gè)時(shí)期的軟件很簡(jiǎn)單，因而他們的努力在一般情況下往往也會(huì)見效。當(dāng)通用的硬件已經(jīng)非常普遍的時(shí)候，軟件卻相反，對(duì)每一類應(yīng)用均需自行設(shè)計(jì)，應(yīng)用范圍很有限。此時(shí)，軟件產(chǎn)品還處在嬰兒階段，大多數(shù)軟件均是由使用它們的人員或組織自行開發(fā)的，軟件在使用過程中出現(xiàn)了問題，編寫軟件的人員必須負(fù)責(zé)修改。在這種個(gè)人化的軟件開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計(jì)往往僅是人們頭腦中的一種模糊想法，而軟件文檔根本就不存在。在早期，我們了解了很多關(guān)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程卻幾乎一無所知。

(2)從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第二階段。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第二階段跨越了從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期的十余年。其主要特征是：多道程序設(shè)計(jì)、多用戶系統(tǒng)引入了人機(jī)交互的新概念；交互技術(shù)打開了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新世界及硬件和軟件配合的新層次；實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠從多個(gè)源收集、分析和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，使得進(jìn)程的控制和輸出的產(chǎn)生以毫秒而不是分鐘來進(jìn)行；在線存儲(chǔ)的發(fā)展導(dǎo)致了第一代數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的出現(xiàn)。

第二階段的一個(gè)特點(diǎn)就是軟件產(chǎn)品的使用和“軟件作坊”的出現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，來自工業(yè)界、政府和學(xué)術(shù)界的人們紛紛開始開發(fā)各類軟件包，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的增多，新的問題出現(xiàn)了，當(dāng)發(fā)現(xiàn)軟件存在錯(cuò)誤或缺陷時(shí)，需要糾正部分代碼甚至全部代碼；當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)軟件進(jìn)行修改；當(dāng)硬件環(huán)境更新時(shí)，需要修改軟件以適應(yīng)硬件的變化。這些活動(dòng)統(tǒng)稱為軟件維護(hù)。在軟件維護(hù)上所花費(fèi)的精力開始以驚人的速度消耗資源。更糟糕的是，許多程序的個(gè)人化特性使得它們根本不能維護(hù)。這就是所謂的“軟件危機(jī)”。

(3)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第三個(gè)階段從20世紀(jì)70年代中期開始，并且跨越了整整10年。

在分布式系統(tǒng)中，多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的分布式處理和通信極大地提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性。廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)、高帶寬數(shù)字通信以及對(duì)“即時(shí)”數(shù)據(jù)訪問需求的增加都對(duì)軟件開發(fā)者提出了更高的要求。然而，軟件仍然繼續(xù)應(yīng)用于工業(yè)界和學(xué)術(shù)界，個(gè)人應(yīng)用很少。第三階段的另外一個(gè)特點(diǎn)是微處理器的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，微處理器的出現(xiàn)使得一系列智能產(chǎn)品紛紛面世，大到汽車，小到微型醫(yī)療設(shè)備等，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用真正成為大眾化的應(yīng)用。

(4)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的第四個(gè)階段已經(jīng)不再著重于單臺(tái)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)程序，而是面向計(jì)算機(jī)和軟件的綜合影響。

20世紀(jì)70年代后由復(fù)雜的操作系統(tǒng)控制的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)，配以先進(jìn)的應(yīng)用軟件已成為標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)迅速?gòu)募械闹鳈C(jī)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榉植嫉目蛻魴C(jī)/服務(wù)器環(huán)境。世界范圍的信息網(wǎng)提供了一個(gè)基本結(jié)構(gòu)，使得“信息高速公路”和“網(wǎng)際空間連通”成為可能。事實(shí)上，Internet可以看做是能夠被單個(gè)用戶訪問的“軟件”。軟件產(chǎn)業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)中不再是無足輕重的，由產(chǎn)業(yè)巨子(如微軟)所做的一個(gè)決定可能會(huì)帶來成百上千億美元的風(fēng)險(xiǎn)。隨著第四階段的進(jìn)展，一些新技術(shù)開始涌現(xiàn)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)在許多領(lǐng)域中迅速取代了傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法。雖然關(guān)于“第五代”計(jì)算機(jī)的預(yù)言仍是一個(gè)未知數(shù)，但是軟件開發(fā)的“第四代技術(shù)”確實(shí)改變了軟件界開發(fā)計(jì)算機(jī)程序的方式。專家系統(tǒng)和人工智能軟件終于從實(shí)驗(yàn)室里走了出來，進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用，解決了現(xiàn)實(shí)世界中的大量問題。結(jié)合模糊邏輯應(yīng)用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件揭示了模式識(shí)別和類似人的信息處理能力的可能性。虛擬現(xiàn)實(shí)和多媒體系統(tǒng)使得與最終用戶的通信可以采用完全不同的方法?！斑z傳算法”則提供了可以駐留于大型并行生物計(jì)算機(jī)上的軟件的潛在可能性。

1.1.4軟件危機(jī)

1．軟件危機(jī)的概念

軟件危機(jī)是指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。這些問題不僅僅是不能正常運(yùn)行的軟件才具有的，實(shí)際上，幾乎所有軟件都不同程度地存在這些問題，如開發(fā)周期延長(zhǎng)，成本增加，可靠性降低等。

具體來說，軟件危機(jī)主要有以下一些典型表現(xiàn)：

(1)對(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確。

(2)用戶對(duì)“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意。

(3)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量不可靠。

(4)軟件常常是不可維護(hù)的。

(5)軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。

(6)軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。

(7)軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度，既跟不上硬件的發(fā)展速度，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上計(jì)算機(jī)應(yīng)用迅速普及、深入的趨勢(shì)。

以上列舉的僅僅是軟件危機(jī)的一些明顯表現(xiàn)，與軟件開發(fā)和維護(hù)有關(guān)的問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

在軟件產(chǎn)業(yè)中，“危機(jī)”已經(jīng)伴隨我們走過了30多年的歷程。面向?qū)ο蠓椒?OO)就是在這種背景下誕生的，它使業(yè)界看到了成功的希望，同時(shí)也促使OO方法和技術(shù)的研究得以迅速發(fā)展。

2．產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因

在軟件開發(fā)和維護(hù)的過程中之所以存在這么多問題，一方面與軟件本身的特點(diǎn)有關(guān)，另一方面也和軟件開發(fā)與維護(hù)的方法不正確有關(guān)。

與軟件開發(fā)和維護(hù)有關(guān)的許多錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和做法的形成，可以歸因于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的早期階段軟件開發(fā)的個(gè)體化特點(diǎn)。錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)和做法主要表現(xiàn)為忽視軟件需求分析的重要性，認(rèn)為軟件開發(fā)就是寫程序并設(shè)法使之運(yùn)行，輕視軟件維護(hù)等。

了解產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因，澄清錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，建立起關(guān)于軟件開發(fā)和維護(hù)的正確概念，僅僅是解決軟件危機(jī)的開始，全面解決軟件危機(jī)需要一系列綜合措施。

3．消除軟件危機(jī)的途徑

為了消除軟件危機(jī)，首先應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)軟件有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，應(yīng)該推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來的開發(fā)軟件的成功的技術(shù)和方法，并且研究探索更好、更有效的技術(shù)和方法，盡快消除在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期發(fā)展階段形成的一些錯(cuò)誤概念和做法，應(yīng)該開發(fā)和使用更好的軟件工具。

總之，為了消除軟件危機(jī)，既要有技術(shù)措施(方法和工具)，又要有必要的組織管理措施。軟件工程正是從管理和技術(shù)兩方面研究如何更好地開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)軟件的一門新興

學(xué)科。1.2.1軟件工程的基本概念

概括地說，軟件工程是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科。采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)與維護(hù)軟件，把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和方法與當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)和方法相結(jié)合，經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)它，這就是軟件工程。

下面我們給出軟件工程的基本原理，以期對(duì)軟件工程的概念有更深刻的理解。1.2軟件工程

(1)用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理。

(2)堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審。

(3)實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制。

(4)采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

(5)結(jié)果應(yīng)能清楚地審查。

(6)開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精。

(7)承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性。1.2.2軟件工程方法學(xué)

通常把在軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)的集合稱為軟件工程方法學(xué)。

軟件工程方法學(xué)包括三個(gè)要素：方法、工具和過程。其中，方法是完成軟件開發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)的技術(shù)方法，回答“如何做”的問題；工具是為方法的運(yùn)用提供自動(dòng)的或半自動(dòng)的軟件支撐環(huán)境；過程是為了獲得高質(zhì)量的軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。

軟件工程方法學(xué)分為結(jié)構(gòu)化方法、Jackson方法、維也納方法（VDM）、面向?qū)ο蠓椒āＤ壳笆褂米顝V泛的軟件工程方法學(xué)是傳統(tǒng)方法學(xué)和面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)。1.2.3軟件工程的目標(biāo)

軟件工程的目標(biāo)是提高軟件的質(zhì)量與生產(chǎn)率，最終實(shí)現(xiàn)軟件的工業(yè)化生產(chǎn)。質(zhì)量是軟件需求方最關(guān)心的問題。生產(chǎn)率是軟件供應(yīng)方最關(guān)心的問題，老板和員工都想用更少的時(shí)間掙更多的錢。質(zhì)量與生產(chǎn)率之間有著內(nèi)在的聯(lián)系，高生產(chǎn)率必須以質(zhì)量合格為前提。從短期效益看，追求高質(zhì)量會(huì)延長(zhǎng)軟件開發(fā)時(shí)間并且增大費(fèi)用，似乎降低了生產(chǎn)率。從長(zhǎng)期效益看，高質(zhì)量將保證軟件開發(fā)的全過程更加規(guī)范流暢，大大降低了軟件的維護(hù)代價(jià)，提高了生產(chǎn)率，同時(shí)可獲得很好的信譽(yù)。質(zhì)量與生產(chǎn)率之間不存在根本的對(duì)立，好的軟件工程方法可以同時(shí)提高質(zhì)量與生產(chǎn)率。質(zhì)量與生產(chǎn)率的提高就是開發(fā)人員與項(xiàng)目經(jīng)理共同努力的結(jié)果。對(duì)開發(fā)人員而言，如果非得在質(zhì)量與生產(chǎn)率之間分個(gè)主次不可，那么應(yīng)該是質(zhì)量第一，生產(chǎn)率第二。這是因?yàn)椋?/p>

(1)質(zhì)量直接體現(xiàn)在軟件的每段程序中，高質(zhì)量自然是開發(fā)人員的技術(shù)追求，也是職業(yè)道德的要求。

(2)高質(zhì)量對(duì)所有的用戶都有價(jià)值，而高生產(chǎn)率只對(duì)開發(fā)方有意義。

(3)如果一開始就追求高生產(chǎn)率，則容易留下隱患。寧可進(jìn)度慢些，也要保證每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，以圖長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。軟件的質(zhì)量因素很多，如正確性、性能、可靠性、容錯(cuò)性、易用性、靈活性、可擴(kuò)充性、可理解性、可維護(hù)性等。有些因素相互重疊，有些因素則相互抵觸，要提高質(zhì)量是非常不容易的。

軟件工程的主要環(huán)節(jié)有人員管理、項(xiàng)目管理，其中包括可行性與需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、測(cè)試、維護(hù)等，如圖1.3所示。圖1.3軟件工程的主要環(huán)節(jié)1.3軟件生存周期1.3.1生存周期的劃分及各階段的主要任務(wù)概括地說，軟件生存周期由軟件定義、軟件開發(fā)和運(yùn)行維護(hù)三個(gè)時(shí)期組成，每個(gè)時(shí)期又可進(jìn)一步劃分成若干個(gè)階段。下面簡(jiǎn)要介紹上述各個(gè)階段應(yīng)該完成的基本任務(wù)。

(1)問題定義：?jiǎn)栴}定義階段必須回答的關(guān)鍵問題是“要解決的問題是什么”。

(2)可行性研究：這個(gè)階段要回答的關(guān)鍵問題是“上一個(gè)階段所確定的問題是否有行得通的解決辦法”。

(3)需求分析：這個(gè)階段的任務(wù)仍然不是具體地解決客戶的問題，而是準(zhǔn)確地回答“目標(biāo)系統(tǒng)必須做什么”這個(gè)問題。這個(gè)階段的另外一項(xiàng)重要任務(wù)是用正式文檔準(zhǔn)確地記錄對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求，這份文檔通常稱為需求說明(specification)。

(4)概要設(shè)計(jì)：這個(gè)階段的基本任務(wù)是概括地回答“怎樣實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)”這個(gè)問題。概要設(shè)計(jì)又稱為初步設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、高層設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)該設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)的幾種可能的方案。概要設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)程序的體系結(jié)構(gòu)，也就是確定程序由哪些模塊組成以及模塊間的關(guān)系。

(5)詳細(xì)設(shè)計(jì)：概要設(shè)計(jì)階段以抽象概括的方式提出了解決問題的辦法。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的任務(wù)就是把解法具體化，也就是回答“應(yīng)該怎樣具體地實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)”這個(gè)關(guān)鍵問題。這個(gè)階段的任務(wù)還不是編寫程序，而是設(shè)計(jì)出程序的詳細(xì)規(guī)格說明。

(6)編碼：這個(gè)階段的關(guān)鍵任務(wù)是寫出正確的容易理解、容易維護(hù)的程序模塊。

(7)測(cè)試：這個(gè)階段的關(guān)鍵任務(wù)是通過各種類型的測(cè)試(及相應(yīng)的調(diào)試)使軟件達(dá)到預(yù)定的要求。

(8)軟件維護(hù)：維護(hù)階段的關(guān)鍵任務(wù)是，通過各種必要的維護(hù)活動(dòng)使系統(tǒng)持久地滿足用戶的需要。通常有四類維護(hù)活動(dòng)：改正性維護(hù)，也就是診斷和改正在使用過程中發(fā)現(xiàn)的軟件錯(cuò)誤；適應(yīng)性維護(hù)，即修改軟件以適應(yīng)環(huán)境的變化；完善性維護(hù)，即根據(jù)用戶的要求改進(jìn)或擴(kuò)充軟件，使它更完善；預(yù)防性維護(hù)，即修改軟件，為將來的維護(hù)活動(dòng)做準(zhǔn)備。

在實(shí)際從事軟件開發(fā)工作時(shí)，軟件規(guī)模、種類、開發(fā)環(huán)境及開發(fā)時(shí)使用的技術(shù)方法等因素會(huì)影響階段的劃分。

生命周期模型規(guī)定了把生命周期劃分成哪些階段及各個(gè)階段的執(zhí)行順序，因此，也稱為過程模型。1.3.2軟件生存周期模型

軟件開發(fā)方法是指在規(guī)定的投資規(guī)模和時(shí)間限制內(nèi)，為實(shí)現(xiàn)符合用戶需求的高質(zhì)量軟件所制定的開發(fā)策略。人們提出了多種軟件開發(fā)策略，常見的軟件設(shè)計(jì)模型有瀑布模型(WaterfallModel)、增量模型(也叫漸進(jìn)模型)(IncreamentalModel)、快速原型模型(RapidPrototypeModel)、演化模型(EvolutionaryModel)、螺旋模型(SpiralModel)、噴泉模型(FountainModel)、智能模型(IntelligentModel)等。這里介紹其中主要的幾種模型。

1．瀑布模型

瀑布模型于1970年由W.Royce提出，其開發(fā)過程依照固定順序進(jìn)行，各階段的任務(wù)與工作結(jié)果如圖1.4所示。該模型嚴(yán)格規(guī)定各階段的任務(wù)，上一階段任務(wù)的輸出作為下一階段工作的輸入。此模型適合于用戶需求明確、開發(fā)技術(shù)比較成熟、工程管理嚴(yán)格的場(chǎng)合使用。其缺點(diǎn)是，由于任務(wù)順序固定，軟件研制周期長(zhǎng)，前一階段工作中造成的差錯(cuò)越到后期越大，而且糾正前期錯(cuò)誤的代價(jià)高。

在20世紀(jì)80年代之前，瀑布模型一直是唯一被廣泛采用的生命周期模型，現(xiàn)在它仍是軟件工程中應(yīng)用最廣泛的過程模型。圖1.4傳統(tǒng)的瀑布模型按照傳統(tǒng)的瀑布模型來開發(fā)軟件，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)階段間具有順序性和依賴性。

(2)推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)：清楚地區(qū)分邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)，盡可能推遲程序的物理實(shí)現(xiàn)，是按照瀑布模型開發(fā)軟件的一條重要的指導(dǎo)思想。

(3)質(zhì)量保證的觀點(diǎn)：每個(gè)階段都必須完成規(guī)定的文檔，沒有交出合格的文檔就是沒有完成該階段的任務(wù)；每個(gè)階段結(jié)束前都要對(duì)本階段所完成的文檔進(jìn)行評(píng)審，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題，改正錯(cuò)誤。

瀑布模型的開發(fā)過程如表1.2所示。實(shí)際的瀑布模型是帶“反饋環(huán)”的，如圖1.5所示(圖中實(shí)線箭頭表示開發(fā)過程，虛線箭頭表示維護(hù)過程)。當(dāng)在后面階段發(fā)現(xiàn)前面階段的錯(cuò)誤時(shí)，需要沿圖中左側(cè)的反饋線返回前面的階段，在修正前面階段的錯(cuò)誤之后，再回來繼續(xù)完成后面階段的任務(wù)。圖1.5實(shí)際的瀑布模型下面我們對(duì)瀑布模型的優(yōu)缺點(diǎn)作一總結(jié)。

瀑布模型具有順序性和依賴性，即后一階段的工作必須在前一階段的工作完成后才能開始。把邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)清楚地劃分開，是瀑布模型的重要指導(dǎo)思想。瀑布模型強(qiáng)調(diào)的是優(yōu)質(zhì)，即每一步都循序漸進(jìn)，及早消除隱患，從而保證軟件質(zhì)量。它的致命缺點(diǎn)在于只有做出精確的需求分析，才能取得預(yù)期的結(jié)果。由于各種客觀、主觀的原因，需求分析往往不很精確，常常給日后的開發(fā)帶來隱患。

2．快速原型模型

原型是指模擬某種產(chǎn)品的原始模型，在其它產(chǎn)業(yè)中經(jīng)常使用模型。例如，在建造一座樓房之前，先按一定的比例建造一個(gè)縮小的樓房模型，通過模型的外觀、形狀和顏色等可以對(duì)所要建造的樓房有一個(gè)直觀的理解和認(rèn)識(shí)。

軟件開發(fā)中的原型不同于最終的系統(tǒng)，兩者在功能范圍上的區(qū)別在于最終系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)軟件需求的全部功能，而原型只實(shí)現(xiàn)所選擇的部分功能。最終系統(tǒng)對(duì)所有的軟件需求都必須詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，而原型僅僅是為了試驗(yàn)和演示用的，部分功能需求可以忽略或者模擬實(shí)現(xiàn)?？焖僭湍Ｐ偷谋硎救鐖D1.6所示。圖1.6(a)是原型本身的表示，圖1.6(b)說明了原型的開發(fā)步驟?？梢钥闯?，采用快速原型模型開發(fā)軟件經(jīng)歷了快速分析、構(gòu)造原型、運(yùn)行原型、評(píng)價(jià)原型、根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行修改這樣一個(gè)過程。圖1.6快速原型模型采用快速原型模型開發(fā)軟件時(shí)，在開發(fā)的整體上仍然采用瀑布模型。按照引入原型的階段不同，快速原型分為以下三種類型：

(1)探索型：在需求分析階段引入原型，即用原型過程代替需求分析。把原型作為需求說明的補(bǔ)充形式，運(yùn)用原型盡可能使需求說明完整、準(zhǔn)確、一致、無二義性。

(2)實(shí)驗(yàn)型：用原型過程代替設(shè)計(jì)階段，即在總體設(shè)計(jì)階段使用原型。快速分析實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的方案，并構(gòu)造出原型，然后通過運(yùn)行考察設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性。

(3)演化型：用原型過程代替軟件開發(fā)的全部階段，通過原型過程的反復(fù)循環(huán)演化，直至得到軟件系統(tǒng)。在開發(fā)過程中并不強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格的階段性和高質(zhì)量的階段性文檔，不追求理想的開發(fā)模型。

3．增量模型

增量模型也稱為漸增模型，如圖1.7所示。使用增量模型開發(fā)軟件時(shí)，把軟件產(chǎn)品作為一系列的增量構(gòu)件來設(shè)計(jì)、編碼、集成和測(cè)試。每個(gè)構(gòu)件由多個(gè)相互作用的模塊構(gòu)成，并且能夠完成特定的功能。使用增量模型時(shí)，第一個(gè)增量構(gòu)件往往實(shí)現(xiàn)軟件的基本需求，提供最核心的功能。圖1.7增量模型增量模型在各個(gè)階段并不交付一個(gè)可運(yùn)行的完整產(chǎn)品，而是交付滿足客戶需求的可運(yùn)行產(chǎn)品的一個(gè)子集。整個(gè)產(chǎn)品被分解成若干個(gè)構(gòu)件，開發(fā)人員逐個(gè)構(gòu)件地交付產(chǎn)品。這樣做的好處是軟件開發(fā)可以較好地適應(yīng)變化，客戶可以不斷地看到所開發(fā)的軟件，從而降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。但是，增量模型也存在以下缺陷：

(1)由于各個(gè)構(gòu)件是逐漸并入已有的軟件體系結(jié)構(gòu)中的，所以加入的構(gòu)件不應(yīng)當(dāng)破壞已構(gòu)造好的系統(tǒng)部分，這需要軟件具備開放式的體系結(jié)構(gòu)。

(2)在開發(fā)過程中，需求的變化是不可避免的。增量模型的靈活性可以使其適應(yīng)這種變化，這一點(diǎn)大大優(yōu)于瀑布模型和快速原型模型，但也很容易退化為“邊做邊改”的模型，從而使軟件過程的控制失去整體性。

4．螺旋模型

軟件開發(fā)幾乎總要冒一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在軟件開發(fā)過程中必須及時(shí)識(shí)別和分析風(fēng)險(xiǎn)，并且采取適當(dāng)措施以消除或減少風(fēng)險(xiǎn)的危害。1988年，BarryBoehm正式發(fā)表了軟件系統(tǒng)開發(fā)的螺旋模型。

螺旋模型的基本思想是將瀑布模型和快速原型模型結(jié)合起來，強(qiáng)調(diào)了其他模型所忽視的風(fēng)險(xiǎn)分析，以盡量降低風(fēng)險(xiǎn)，其特別適合于大型復(fù)雜的系統(tǒng)。

5．噴泉模型(面向?qū)ο蟮纳嫫谀Ｐ?OO模型)

迭代是軟件開發(fā)過程中普遍存在的一種內(nèi)在屬性。經(jīng)驗(yàn)表明，軟件過程是各個(gè)階段之間的迭代或一個(gè)階段內(nèi)各個(gè)工作步驟之間的迭代。噴泉模型是一種以用戶需求為動(dòng)力，以對(duì)象作為驅(qū)動(dòng)的模型，這種模型在面向?qū)ο蠓缎椭斜仍诮Y(jié)構(gòu)化范型中更常見。圖1.8所示的噴泉模型是典型的面向?qū)ο笊芷谀Ｐ汀！皣娙边@個(gè)詞體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程中迭代和無縫的特性。圖1.8噴泉模型

噴泉模型的固有特征是：①迭代，指多次重復(fù)、演進(jìn)的過程；②無間隙，指各階段間無明顯的界限，支持分析和設(shè)計(jì)結(jié)果的自然復(fù)用。圖1.8噴泉模型噴泉模型與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生存期比較，具有更多的增量和迭代性質(zhì)，生存期的各個(gè)階段可以相互重疊和多次反復(fù)，而且在項(xiàng)目的整個(gè)生存期中還可以嵌入子生存期，就像水噴上去又可以落下來，可以落在中間，也可以落在最底部。為避免在使用噴泉模型開發(fā)軟件時(shí)開發(fā)過程過分無序，應(yīng)該把一個(gè)線性過程(例如，快速原型模型)作為總目標(biāo)。但是，同時(shí)也應(yīng)該記住，面向?qū)ο蠓缎捅旧硪蠼?jīng)常對(duì)開發(fā)活動(dòng)進(jìn)行迭代或求精。

6．各種模型的比較

每個(gè)軟件開發(fā)組織應(yīng)該選擇適合于該組織的軟件開發(fā)模型，并且應(yīng)該隨著當(dāng)前正在開發(fā)的特定產(chǎn)品的特性而變化，以減小所選模型的缺點(diǎn)，充分利用其優(yōu)點(diǎn)。表1.3列出了幾種常見模型的優(yōu)缺點(diǎn)。軟件過程是為了獲得高質(zhì)量軟件產(chǎn)品所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。軟件過程必須科學(xué)、合理，才能開發(fā)出高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品。

按照在軟件生命周期全過程中應(yīng)完成的任務(wù)的性質(zhì)，在概念上可以把軟件生命周期劃分成問題定義、可行性研究、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和單元測(cè)試、綜合測(cè)試以及維護(hù)等八個(gè)階段。實(shí)際上，從事軟件開發(fā)工作時(shí)，軟件規(guī)模、種類、開發(fā)環(huán)境及使用的技術(shù)方法等因素，都影響階段的劃分。因此，一個(gè)科學(xué)、有效的軟件過程應(yīng)該定義一組適合于所承擔(dān)的項(xiàng)目特點(diǎn)的任務(wù)集合。生命周期模型(即軟件過程模型)規(guī)定了把生命周期劃分成的階段及各個(gè)階段的執(zhí)行順序。本章介紹了五類典型的軟件生命周期模型。

瀑布模型歷史悠久、廣為人知，它的優(yōu)勢(shì)在于它是規(guī)范的、文檔驅(qū)動(dòng)的方法；這種模型的問題是，最終交付的產(chǎn)品可能不是用戶真正需要的。

快速原型模型正是為了克服瀑布模型的缺點(diǎn)而提出來的。它通過快速構(gòu)建起一個(gè)可運(yùn)行的原型系統(tǒng)，讓用戶試用原型并收集用戶反饋意見的辦法，來獲取用戶的真實(shí)需求。但是，需要軟件法開發(fā)技術(shù)和工具支持，需要用戶參與開發(fā)過程，參與原型的運(yùn)行和評(píng)價(jià)。

增量模型具有能在軟件開發(fā)的早期使投資獲得明顯回報(bào)和易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。但是，要求軟件具有開放結(jié)構(gòu)是使用這種模型時(shí)固有的困難。

風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的螺旋模型適用于大規(guī)模的內(nèi)部開發(fā)項(xiàng)目。但是，只有在開發(fā)人員具有風(fēng)險(xiǎn)分析和排除風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)及專門知識(shí)時(shí)，使用這種模型才會(huì)獲得成功。

當(dāng)使用面向?qū)ο蠓缎烷_發(fā)軟件時(shí)，軟件生命周期必須是循環(huán)的，也就是說，軟件過程必須支持反饋和迭代。噴泉模型是一種典型的適合于面向?qū)ο蠓缎偷倪^程模型。

每個(gè)軟件開發(fā)組織都應(yīng)該選擇適合于本組織及所要開發(fā)的軟件特點(diǎn)的軟件生命周期模型。這樣的模型應(yīng)該把各種生命周期模型的合適特性有機(jī)地結(jié)合起來，以便盡量減少它們的缺點(diǎn)，充分利用它們的優(yōu)點(diǎn)。1.4.1系統(tǒng)分析與定義

為了開發(fā)出真正滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品，首先必須知道用戶的需求。對(duì)軟件需求的深入理解是軟件開發(fā)工作獲得成功的前提和關(guān)鍵。不論我們把設(shè)計(jì)和編碼工作做得如何出色，不能真正滿足用戶需求的軟件只會(huì)給用戶帶來失望，給開發(fā)者帶來煩惱。

傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)采用結(jié)構(gòu)化分析(StructuredAnalysis，SA)技術(shù)來完成需求分析工作。1.4結(jié)構(gòu)化的軟件開發(fā)方法

1．需求分析的任務(wù)

需求分析是發(fā)現(xiàn)、求精、建模、規(guī)格說明和復(fù)審的過程。為了發(fā)現(xiàn)用戶的真正需求，首先應(yīng)該從宏觀角度調(diào)查、分析用戶所面臨的問題，也就是說，需求分析的第一步是盡可能準(zhǔn)確地了解用戶當(dāng)前的情況和需要解決的問題。

分析員對(duì)用戶提出的初步要求應(yīng)該反復(fù)求精、多次細(xì)化，才能充分理解用戶的需求，得出對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的完整、準(zhǔn)確和具體的要求。為了更好地理解問題，人們常常采用建立模型的方法。所謂模型，就是為了理解事物而對(duì)事物做出的一種抽象，是對(duì)事物的一種無歧義的書面描述。通常，模型由一組圖形符號(hào)和組織這些符號(hào)的規(guī)則構(gòu)成。結(jié)構(gòu)化分析就是一種建立模型的活動(dòng)，通常建立數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型等三種模型。

除了用分析模型表示軟件需求之外，還要寫出準(zhǔn)確的軟件需求規(guī)格說明。模型既是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是編寫軟件規(guī)格說明的基礎(chǔ)。

在分析軟件需求和編寫軟件規(guī)格說明的過程中，軟件開發(fā)者和軟件用戶都起著關(guān)鍵的、必不可少的作用。用戶與開發(fā)者之間需要通信、溝通的內(nèi)容非常多，在雙方交流信息的過程中很容易出現(xiàn)誤解或遺漏，也可能存在二義性。因此，不僅在整個(gè)需求分析過程中應(yīng)該采用行之有效的通信技術(shù)，集中精力縝密工作，而且對(duì)需求分析的結(jié)果(分析模型和規(guī)格說明)必須嚴(yán)格審查。

盡管目前存在許多不同的結(jié)構(gòu)化分析方法，但是，所有這些分析方法都遵守下述準(zhǔn)則：

●必須理解和表示問題的信息域，根據(jù)這條準(zhǔn)則應(yīng)該建立數(shù)據(jù)模型。

●必須定義軟件應(yīng)完成的功能，這條準(zhǔn)則要求建立功能模型。

●必須表示作為外部事件結(jié)果的軟件行為，這條準(zhǔn)則要求建立行為模型。

●必須對(duì)描述信息、功能和行為的模型進(jìn)行分解，用層次的方式展示細(xì)節(jié)。

●分析過程應(yīng)該從要素信息移向?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)。

2．需求分析的方法

軟件需求分析是與用戶通信的過程，總是從兩方或多方之間的通信開始的。用戶面臨的問題需要用基于計(jì)算機(jī)的方案來解決；開發(fā)者應(yīng)該對(duì)用戶的需求作出反應(yīng)，給用戶提供幫助，這樣就產(chǎn)生了相互通信的需求。

1)訪談

訪談(或稱為會(huì)談)是最早開始運(yùn)用的獲取用戶需求的技術(shù)，也是迄今為止仍然廣泛使用的主要的需求分析技術(shù)。訪談?dòng)袃煞N基本形式，分別是正式的和非正式的訪談。在正式的訪談中，系統(tǒng)分析員將提出一些事先準(zhǔn)備好的具體問題，例如，詢問客戶公司銷售的商品種類、雇用的銷售人員數(shù)目以及信息反饋時(shí)間的長(zhǎng)短等。在非正式的訪談中，將提出一些可以自由回答的開放性問題，以鼓勵(lì)被訪問的人員表達(dá)自己的想法，例如，詢問用戶為什么對(duì)目前正在使用的系統(tǒng)感到不滿意。當(dāng)需要調(diào)查大量人員的意見時(shí)，向被調(diào)查的人員分發(fā)調(diào)查表是一個(gè)十分有效的做法。

在對(duì)用戶進(jìn)行訪談的過程中，使用情景分析技術(shù)往往非常有效。所謂情景分析，就是對(duì)用戶運(yùn)用目標(biāo)系統(tǒng)解決某個(gè)具體問題的方法和結(jié)果進(jìn)行分析。

2)簡(jiǎn)易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù)

這種方法提倡用戶與開發(fā)者密切合作，共同標(biāo)識(shí)問題，提出解決方案的要素，商討不同的方法并指定基本的需求。現(xiàn)在，簡(jiǎn)易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù)已經(jīng)成為信息系統(tǒng)界使用的主流技術(shù)。盡管存在許多不同的簡(jiǎn)易應(yīng)用規(guī)格說明方法，但是它們遵循的基本準(zhǔn)則是相同的。

●在中立地點(diǎn)舉行由開發(fā)者和用戶雙方出席的會(huì)議。

●制定準(zhǔn)備會(huì)議和參加會(huì)議的規(guī)則。●提出一個(gè)議事日程，這個(gè)日程應(yīng)該足夠正式，以便能夠涵蓋所有要點(diǎn)；同時(shí)，這個(gè)日程又應(yīng)該足夠非正式，以便鼓勵(lì)自由思維。

●由一個(gè)“協(xié)調(diào)人”來主持會(huì)議，他既可以是用戶，也可以是開發(fā)者，還可以是從外面請(qǐng)來的人。

●使用一種“定義機(jī)制”(例如，工作表、圖表等)。

●目標(biāo)是標(biāo)識(shí)問題、提出解決方案的要素，商討不同的方案并制定初步的需求。

3)構(gòu)建軟件原型

構(gòu)建原型的要點(diǎn)是，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)用戶看得見的功能(例如屏幕顯示或打印報(bào)表)，省略目標(biāo)系統(tǒng)的“隱含”功能(例如修改文件)。

快速原型應(yīng)該具備的第一個(gè)特性是“快速”?？焖僭偷哪康氖潜M快向用戶提供一個(gè)可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)系統(tǒng)的模型，以便使用戶和開發(fā)者在目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”這個(gè)問題上盡可能快地達(dá)成共識(shí)。快速原型應(yīng)該具備的第二個(gè)特性是“容易修改”。如果原型的第一版不是用戶所需要的，就必須根據(jù)用戶的意見迅速地修改它，構(gòu)建出原型的第二版，以更好地滿足用戶的需求。在實(shí)際開發(fā)軟件產(chǎn)品時(shí)，“修改—試用—反饋”的過程可能要重復(fù)多遍，如果修改耗時(shí)過多，則勢(shì)必延誤軟件開發(fā)時(shí)間。

3．分析建模和軟件需求規(guī)格說明

結(jié)構(gòu)化分析實(shí)質(zhì)上是一種創(chuàng)建模型的活動(dòng)。通過需求分析而建立的模型必須達(dá)到下述三個(gè)基本目標(biāo)：描述用戶的需求；為軟件設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)；定義一組需求，一旦開發(fā)出軟件產(chǎn)品之后，就可以用這組需求作為標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)收該產(chǎn)品。為了達(dá)到上述目標(biāo)，在結(jié)構(gòu)化分析過程中導(dǎo)出的分析模型的形式如圖1.9所示。

通過需求分析除了創(chuàng)建分析模型之外，還應(yīng)該寫出軟件需求規(guī)格說明，它是分析階段的最終成果。圖1.9分析模型的結(jié)構(gòu)

4．實(shí)體—關(guān)系圖

數(shù)據(jù)模型包含三種相互關(guān)聯(lián)的信息：數(shù)據(jù)對(duì)象、描述數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性及數(shù)據(jù)對(duì)象彼此間相互連接的關(guān)系。

數(shù)據(jù)對(duì)象：是對(duì)軟件必須理解的復(fù)合信息的表示。所謂復(fù)合信息，是指具有一系列不同性質(zhì)或?qū)傩缘氖挛?，因此，僅有單個(gè)值的事物(例如寬度)不是數(shù)據(jù)對(duì)象。

屬性：定義了數(shù)據(jù)對(duì)象的性質(zhì)，應(yīng)根據(jù)對(duì)所要解決的問題的理解，來確定特定數(shù)據(jù)對(duì)象的一組合適的屬性。關(guān)系：數(shù)據(jù)對(duì)象彼此之間相互連接的方式稱為關(guān)系，也稱為聯(lián)系。關(guān)系分為一對(duì)一聯(lián)系(1∶1)，一對(duì)多聯(lián)系(1∶N)，多對(duì)多聯(lián)系(M∶N)。其中多對(duì)多聯(lián)系也具有屬性。

用實(shí)體—關(guān)系圖(EntityRelationshipDiagram)建立的數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)稱為E-R圖。相應(yīng)地，用E-R圖描繪的數(shù)據(jù)模型也可以稱為E-R模型。

E-R圖中包含了實(shí)體(即數(shù)據(jù)對(duì)象)、關(guān)系和屬性等三種基本成分。通常用矩形框代表實(shí)體，用連接相關(guān)實(shí)體的菱形框表示關(guān)系，用橢圓形或圓角矩形表示實(shí)體(或關(guān)系)的屬性，并用無向邊把實(shí)體(或關(guān)系)與其屬性連接起來。例如，圖1.10是某學(xué)校教學(xué)管理的E-R圖。圖1.10某學(xué)校教學(xué)管理的E-R圖

5．?dāng)?shù)據(jù)流圖

當(dāng)數(shù)據(jù)在軟件中移動(dòng)時(shí)，它將被一系列“變換”所修改。數(shù)據(jù)流圖(DFD)是一種圖形化技術(shù)，它描繪信息流和數(shù)據(jù)從輸入移動(dòng)到輸出的過程中所經(jīng)受的變換。

如圖1.11所示，數(shù)據(jù)流圖有四種基本符號(hào)：正方形(或立方體)表示數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或終點(diǎn)，是系統(tǒng)之外的人員或組織；圓形(或圓角矩形)代表變換數(shù)據(jù)的處理；兩條平行橫線(或矩形)代表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；箭頭表示數(shù)據(jù)流，即特定數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向。源點(diǎn)/終點(diǎn)與處理、處理與處理之間的數(shù)據(jù)流應(yīng)當(dāng)具有名稱，與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有關(guān)的數(shù)據(jù)流的名稱可以省略，因?yàn)橛脭?shù)據(jù)存儲(chǔ)的名稱就可以清楚表示了。圖1.11數(shù)據(jù)流圖的基本符號(hào)下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單例子來具體說明怎樣畫數(shù)據(jù)流圖。

【例1.1】假設(shè)一家工廠的采購(gòu)部每天需要一張訂貨報(bào)表，報(bào)表按零件編號(hào)排序，表中列出所有需要再次訂貨的零件。對(duì)于每個(gè)需要再次訂貨的零件，應(yīng)該列出下述數(shù)據(jù)：零件編號(hào)、零件名稱、定貨數(shù)量、目前價(jià)格、主要供應(yīng)者和次要供應(yīng)者。零件入庫(kù)或出庫(kù)稱為事務(wù)，通過放在倉(cāng)庫(kù)中的CRT終端把事務(wù)報(bào)告給訂貨系統(tǒng)。當(dāng)某種零件的庫(kù)存數(shù)量少于庫(kù)存量臨界值時(shí)，就應(yīng)該再次訂貨。

數(shù)據(jù)流圖有四種成分：源點(diǎn)或終點(diǎn)、處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流。因此，可采用以下步驟畫出訂貨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。首先要從問題描述中提取數(shù)據(jù)流圖的四種成分，接下來考慮數(shù)據(jù)的處理與加工，最后考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流。一旦把數(shù)據(jù)流圖的四種成分都分離出來以后，就可以著手畫數(shù)據(jù)流圖了。任何系統(tǒng)的基本模型都是由若干個(gè)數(shù)據(jù)源點(diǎn)/終點(diǎn)以及一個(gè)處理組成的，這個(gè)處理就代表了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)加工變換的基本功能。對(duì)于上述的訂貨系統(tǒng)可以畫出如圖1.12所示的頂層數(shù)據(jù)流圖來表示基本系統(tǒng)模型，在頂層和數(shù)據(jù)流圖中突出表明了數(shù)據(jù)的源點(diǎn)、終點(diǎn)和系統(tǒng)的輸入、輸出。圖1.12訂貨系統(tǒng)的基本系統(tǒng)模型——頂層數(shù)據(jù)流圖下一步應(yīng)該把基本系統(tǒng)模型細(xì)化，得到描繪系統(tǒng)的主要功能的0層數(shù)據(jù)流圖。圖1.13是系統(tǒng)的0層數(shù)據(jù)流圖，系統(tǒng)中含有處理事務(wù)和產(chǎn)生報(bào)表兩個(gè)子系統(tǒng)，所給出的處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都加了編號(hào)，這樣做的目的是便于引用和追蹤。

接下來應(yīng)該對(duì)功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖中描繪的系統(tǒng)主要功能進(jìn)一步細(xì)化，對(duì)0層數(shù)據(jù)流圖中的每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)一步分解，得到1層數(shù)據(jù)流圖。圖1.14是將事務(wù)處理子系統(tǒng)進(jìn)一步分解的訂貨系統(tǒng)的1層數(shù)據(jù)流圖。圖1.13訂貨系統(tǒng)的功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖——0層數(shù)據(jù)流圖圖1.14將事務(wù)處理子系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)化的數(shù)據(jù)流圖——1層數(shù)據(jù)流圖在對(duì)數(shù)據(jù)流圖分層細(xì)化時(shí)，必須保持信息的連續(xù)性，也就是說，當(dāng)把一個(gè)處理分解為一系列處理時(shí)，分解前和分解后的輸入/輸出數(shù)據(jù)流必須相同。

數(shù)據(jù)流圖中每個(gè)成分的命名是否恰當(dāng)，直接影響數(shù)據(jù)流圖的可理解性，因此，給這些成分起名字時(shí)應(yīng)該仔細(xì)推敲。命名時(shí)應(yīng)注意以下問題：為數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲(chǔ))命名時(shí)，名字應(yīng)代表整個(gè)數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲(chǔ))的內(nèi)容，而不是僅僅反映它的某些成分；不要使用空洞的、缺乏具體含義的名字(如“數(shù)據(jù)”、“信息”、“輸入”之類)；如果在為某個(gè)數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲(chǔ))起名字時(shí)遇到了困難，則很可能是對(duì)數(shù)據(jù)流圖分解不恰當(dāng)而造成的，應(yīng)該試試重新分解，看是否能克服這個(gè)困難。通常先為數(shù)據(jù)流命名，然后為與之相關(guān)聯(lián)的處理命名，這樣命名比較容易，而且體現(xiàn)了人們習(xí)慣的“由表及里”的思考過程。名字應(yīng)該反映整個(gè)處理的功能，而不是它的一部分功能；名字最好由一個(gè)具體的及物動(dòng)詞，加上一個(gè)具體的賓語(yǔ)組成；應(yīng)該盡量避免使用“加工”、“處理”等空洞籠統(tǒng)的動(dòng)詞作名字；通常名字中僅包括一個(gè)動(dòng)詞，如果必須用兩個(gè)動(dòng)詞才能描述整個(gè)處理的功能，則把這個(gè)處理再分解成兩個(gè)處理可能更恰當(dāng)些；如果在為某個(gè)處理命名時(shí)遇到了困難，則很可能是發(fā)現(xiàn)了分解不當(dāng)?shù)嫩E象，應(yīng)考慮重新分解。

6．?dāng)?shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典是為了描述在結(jié)構(gòu)化分析過程中定義的對(duì)象的內(nèi)容，而使用的一種半形式化的工具。

數(shù)據(jù)字典中的每個(gè)條目是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中所出現(xiàn)的每個(gè)成分的精確、嚴(yán)格的定義，從而使得用戶和系統(tǒng)分析員雙方對(duì)構(gòu)成輸入、輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，以及加工處理邏輯有共同的理解。雖然可以使用自然語(yǔ)言描述數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的條目，但是為了更加清晰簡(jiǎn)潔起見，建議采用下列符號(hào)：

=?——等價(jià)于(或定義為)。

+?——和(即連接兩個(gè)分量)。例如：X=a+b，表示X由數(shù)據(jù)項(xiàng)a和b組成。

[…|…]——或(即從方括號(hào)內(nèi)列出的若干個(gè)分量中選擇一個(gè))，通常用“|”號(hào)分開供選擇的分量。例如：X=[a?|?b]，表示X由數(shù)據(jù)項(xiàng)a或b組成。

{…}——重復(fù)(即重復(fù)花括號(hào)內(nèi)的分量)，常常使用上限和下限進(jìn)一步注釋表示重復(fù)的花括號(hào)。一種注釋方法是在花括號(hào)的右邊用上角標(biāo)和下角標(biāo)分別表明重復(fù)的上限和下限；另一種注釋方法是在括號(hào)左側(cè)標(biāo)明重復(fù)的下限，在括號(hào)的右側(cè)標(biāo)明重復(fù)的上限。例如：X={a}，表示X由若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)a組成。X=或X=，表示X中最少出現(xiàn)2次a，最多出現(xiàn)5次a。5和2分別為重復(fù)次數(shù)的上、下界。

(…)——可選(即圓括號(hào)里的數(shù)據(jù)項(xiàng)可有可無)。例如：X=(a)，表示數(shù)據(jù)項(xiàng)a可在X中出現(xiàn)，也可不出現(xiàn)。

“…”——基本數(shù)據(jù)項(xiàng)。例如：X=“a”，表示X可取的數(shù)據(jù)項(xiàng)為字符a。

..——連接符。例如：X=1..9，表示X可取1到9中任意一個(gè)值。

(1)數(shù)據(jù)流條目的主要內(nèi)容舉例如下：

數(shù)據(jù)流名稱：訂貨報(bào)表

別名：無

簡(jiǎn)述：提供給采購(gòu)員的訂貨項(xiàng)目

來源：加工2“產(chǎn)生報(bào)表”

去向：外部實(shí)體“采購(gòu)員”

數(shù)據(jù)流量：100份/周

組成：編號(hào)+訂貨日期+銀行賬號(hào)+貨物名稱+規(guī)格+數(shù)量

其中，數(shù)據(jù)流量指單位時(shí)間內(nèi)(每小時(shí)、每天、每周、每月)的傳輸次數(shù)。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)條目的主要內(nèi)容舉例如下：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名稱：庫(kù)存清單

別名：無

簡(jiǎn)述：存放庫(kù)存所有可供貨物的信息

組成：編號(hào)+貨物名稱+規(guī)格+數(shù)量+單價(jià)

組織方式：索引文件，以貨物編號(hào)為關(guān)鍵字

查詢要求：按關(guān)鍵字查詢或模糊查詢

(3)數(shù)據(jù)項(xiàng)是不可再分解的數(shù)據(jù)單位，條目主要內(nèi)容舉例如下：

數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱：貨物編號(hào)

別名：G-No,G-Num,Goods-No

簡(jiǎn)述：本公司所有貨物的編號(hào)

類型：字符串

長(zhǎng)度：10

取值范圍及含義：第1位：進(jìn)口/國(guó)產(chǎn)

第2～4位：類別

第5～7位：規(guī)格

第8～10位：品名編號(hào)

(4)加工條目主要描述基本加工的處理邏輯，其內(nèi)容舉例如下：

加工名稱：產(chǎn)生報(bào)表

編號(hào)：2

激發(fā)條件：定時(shí)檢測(cè)訂貨信息

優(yōu)先級(jí)：普通

輸入：訂貨信息

輸出：訂貨報(bào)表

加工邏輯：根據(jù)庫(kù)存清單加工邏輯主要描述該加工“做什么”，即實(shí)現(xiàn)加工的策略，而不是實(shí)現(xiàn)加工的細(xì)節(jié)，只是描述如何將輸入數(shù)據(jù)流變換為輸出數(shù)據(jù)流的規(guī)則。為了使加工邏輯直觀，易于理解，可以采用上面所采用的結(jié)構(gòu)化形式語(yǔ)言，也可以采用判定表或判定樹。

7．結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言

結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言是介于自然語(yǔ)言和形式語(yǔ)言之間的一種半形式化語(yǔ)言。它是在自然語(yǔ)言的基礎(chǔ)上加了一些限定，使用有限的詞匯和有限的語(yǔ)句來描述加工邏輯，它的結(jié)構(gòu)可分為外層和內(nèi)層兩層。

(1)外層用來描述控制結(jié)構(gòu)，采用順序、選擇、重復(fù)三種基本結(jié)構(gòu)。

①順序結(jié)構(gòu)：是一組祈使語(yǔ)句、選擇語(yǔ)句、重復(fù)語(yǔ)句的順序排列。

②選擇結(jié)構(gòu)：一般用IF-THEN-ELSE-ENDIF，CASE-OF-ENDCASE等關(guān)鍵字。

③重復(fù)結(jié)構(gòu)：一般用DO-WHILE-ENDDO，REPEAT-UNTIL等關(guān)鍵字。

(2)內(nèi)層一般采用祈使語(yǔ)句，使用數(shù)據(jù)字典中的名詞和有限的自定義詞，啟動(dòng)詞含義要具體，盡量不用形容詞和復(fù)詞來修飾。還可以使用一些簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算符號(hào)。

例如某工廠對(duì)部分職工重新分配工作的政策是：年齡在20歲以下者，初中文化程度脫產(chǎn)學(xué)習(xí)，高中文化程度當(dāng)電工；年齡在20歲至40歲之間者，中學(xué)文化程度男性當(dāng)鉗工，女性當(dāng)車工，大學(xué)文化程度當(dāng)技術(shù)員；年齡在40歲以上者，中學(xué)文化程度當(dāng)材料員，大學(xué)文化程度當(dāng)技術(shù)員。

IF年齡<20THEN

IF文化程度=初中THEN脫產(chǎn)學(xué)習(xí)

ELSE工作為電工

ENDIF

ELSEIF年齡≤40THEN

IF文化程度=大學(xué)THEN工作為技術(shù)員

ELSEIF性別=男THEN工作為鉗工

ELSE工作為車工

ENDIF

ENDIF

ELSEIF文化程度=大學(xué)THEN工作為技術(shù)員

ELSE工作為材料員

ENDIF

ENDIF

ENDIF

8．判定表

在有些情況下，數(shù)據(jù)流圖中的每個(gè)加工的一組動(dòng)作依賴于多個(gè)邏輯條件的取值。用判定表能夠清晰、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乇硎緩?fù)雜的條件組合與應(yīng)做的動(dòng)作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

一張判定表由四部分組成，左上部列出所有條件，左下部是所有可能做的動(dòng)作，右上部是表示各種條件組合的一個(gè)矩陣，右下部是與每種條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。判定表右半部的每一列實(shí)質(zhì)上是一條規(guī)則，規(guī)定了與特定的條件組合相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。我們用判定表來描述上述例子。為了使判定表清晰，可以先給出條件取值表，如表1.4所示。在條件取值表的基礎(chǔ)上再給出判定表，如表1.5所示。

9．判定樹

判定樹是判定表的變形，一般情況下它比判定表更直觀，且易于理解和使用。

上述例子用判定樹描述如下：1.4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)(StructuredDesign，SD)技術(shù)，完成軟件設(shè)計(jì)工作，通常把軟件設(shè)計(jì)工作劃分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。概要設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是，通過仔細(xì)分析軟件規(guī)格說明，適當(dāng)?shù)貙?duì)軟件進(jìn)行功能分解，從而把軟件劃分為模塊，并且設(shè)計(jì)出完成預(yù)定功能的模塊結(jié)構(gòu)。詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)每個(gè)模塊的內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定完成每個(gè)模塊功能所需要的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

1．結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)化分析的關(guān)系

軟件設(shè)計(jì)必須依據(jù)對(duì)軟件的需求來進(jìn)行，結(jié)構(gòu)化分析的結(jié)果為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)提供了最基本的輸入信息。

分析模型的每個(gè)元素都提供了創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型時(shí)所需要的信息。圖1.15描繪了軟件設(shè)計(jì)過程中的信息流，由數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型清楚地表示的軟件需求并傳送給軟件設(shè)計(jì)者，由他們使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來完成數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)。

在軟件設(shè)計(jì)期間做出的決策將最終決定軟件開發(fā)能否成功，更重要的是，這些設(shè)計(jì)決策將決定軟件維護(hù)的難易程度。圖1.15軟件設(shè)計(jì)過程中的信息流

2．軟件設(shè)計(jì)的概念和原理

軟件設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)問題就是軟件質(zhì)量問題。通過下面幾個(gè)概念和原理，有助于我們對(duì)衡量軟件質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)比較清楚的理解。

1)模塊化

模塊是由邊界元素限定的相鄰的程序元素(例如，數(shù)據(jù)說明，可執(zhí)行的語(yǔ)句)的序列，而且有一個(gè)總體標(biāo)識(shí)符來代表它。像Pascal語(yǔ)言中的Begin…end對(duì)，或者C、C++和Java語(yǔ)言中的｛…｝對(duì)，都是邊界元素的例子。因此，過程、函數(shù)、子程序和宏等都可作為模塊。面向?qū)ο蠓缎椭械膶?duì)象是模塊，對(duì)象內(nèi)的方法也是模塊。模塊是構(gòu)成程序的基本構(gòu)件。圖1.16展示出了軟件中模塊的數(shù)量與軟件成本之間的關(guān)系。圖1.16模塊的數(shù)量和軟件成本之間的關(guān)系模塊化就是把程序劃分成獨(dú)立命名且可獨(dú)立訪問的模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，把這些模塊集成起來構(gòu)成一個(gè)整體，可以完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，從而滿足用戶的需求。

通常按照以下五條標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

(1)模塊可分解性：如果一種設(shè)計(jì)方法提供了把問題分解為子問題的系統(tǒng)化機(jī)制，那么，它就能降低整個(gè)問題的復(fù)雜性，從而可以實(shí)現(xiàn)一種有效的模塊化解決方案。

(2)模塊可組裝性：如果一種設(shè)計(jì)方法能把現(xiàn)有的(可重用的)設(shè)計(jì)構(gòu)件組裝成新系統(tǒng)，那么，它就能提供一種并非一切都從頭開始做的模塊化解決方案。

(4)模塊連續(xù)性：如果對(duì)系統(tǒng)需求的微小修改只導(dǎo)致對(duì)個(gè)別模塊而不是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的修改，那么，修改所引起的副作用將最小。

(5)模塊保護(hù)性：如果在一個(gè)模塊內(nèi)出現(xiàn)異常情況時(shí)，其影響局限在該模塊內(nèi)部，那么，由錯(cuò)誤引起的副作用將最小。采用模塊化原理可以使軟件結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計(jì)，也容易閱讀和理解。因?yàn)槌绦蝈e(cuò)誤通常局限在有關(guān)的模塊及它們之間的接口中，所以模塊化使軟件容易測(cè)試和調(diào)試，從而有助于提高軟件的可靠性。因?yàn)樽儎?dòng)往往只涉及少數(shù)幾個(gè)模塊，所以模塊化能夠提高軟件的可修改性。模塊化也有助于軟件開發(fā)工程的組織管理，一個(gè)復(fù)雜的大型程序可以由許多程序員分工編寫不同的模塊，并且可以進(jìn)一步分配技術(shù)熟練的程序員編寫困難的模塊。

2)抽象

人類在認(rèn)識(shí)復(fù)雜現(xiàn)象的過程中使用的最強(qiáng)有力的思維工具是抽象。人們?cè)趯?shí)踐中認(rèn)識(shí)到，在現(xiàn)實(shí)世界中一些事物、狀態(tài)或過程之間總存在著某些相似的方面(共性)，把這些相似的方面集中和概括起來，暫時(shí)忽略它們之間的差異，這就是抽象?；蛘哒f，抽象就是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時(shí)不考慮它們的細(xì)節(jié)。

3)逐步求精

逐步求精是人類解決復(fù)雜問題時(shí)采用的基本技術(shù)，也是許多軟件工程技術(shù)(例如，規(guī)格說明技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，測(cè)試和集成技術(shù))的基礎(chǔ)。逐步求精就是“為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對(duì)問題細(xì)節(jié)的考慮”。

求精實(shí)際上是細(xì)化過程。我們從高抽象級(jí)別定義的功能陳述(或信息描述)開始，也就是說，該陳述僅僅概念性地描述了功能或信息，但是并沒有提供功能的內(nèi)部工作情況或信息的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。求精要求設(shè)計(jì)者細(xì)化原始陳述，隨著每個(gè)后續(xù)求精(細(xì)化)步驟的完成而提供越來越多的細(xì)節(jié)。抽象與求精是一對(duì)互補(bǔ)的概念。抽象使得設(shè)計(jì)者能夠說明過程和數(shù)據(jù)，同時(shí)卻忽略低層細(xì)節(jié)；求精則是在設(shè)計(jì)過程中揭示出低層細(xì)節(jié)。這兩個(gè)概念都有助于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)演化過程中創(chuàng)造出完整的設(shè)計(jì)模型。

4)信息隱藏

應(yīng)用模塊化原理時(shí)，自然會(huì)產(chǎn)生的一個(gè)問題是：“為了得到最好的一組模塊，應(yīng)該怎樣分解軟件”。信息隱藏原理指出：應(yīng)該這樣設(shè)計(jì)和確定模塊，使得一個(gè)模塊內(nèi)部所包含的信息(內(nèi)部邏輯和內(nèi)部數(shù)據(jù))對(duì)于不需要這些信息的模塊來說，是不能訪問的。

5)模塊獨(dú)立

“模塊獨(dú)立”概念是模塊化、抽象、逐步求精和信息隱藏等概念的直接結(jié)果，也是完成有效的模塊設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)。模塊的獨(dú)立程度可以由兩個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)來度量，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別稱為耦合和內(nèi)聚。耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴(連接)的緊密程度；內(nèi)聚衡量一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度。

(1)耦合。耦合是對(duì)一個(gè)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)不同模塊之間互連程度的度量。耦合的強(qiáng)弱取決于模塊間接口的復(fù)雜程度，進(jìn)入或訪問一個(gè)模塊的點(diǎn)，以及通過接口的數(shù)據(jù)。

在軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該追求盡可能松散耦合的系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，可以研究、測(cè)試或維護(hù)任何一個(gè)模塊，而不需要對(duì)系統(tǒng)的其他模塊有很多了解。此外，由于模塊間聯(lián)系簡(jiǎn)單，發(fā)生在一處的錯(cuò)誤傳播到整個(gè)系統(tǒng)的可能性就很小。因此，模塊間的耦合程度強(qiáng)烈影響系統(tǒng)的可理解性、可測(cè)試性、可靠性和可維護(hù)性。耦合性有六種類型，耦合度由大到小分別是：

①內(nèi)容型：一個(gè)模塊直接引用另一個(gè)模塊內(nèi)部的信息，或通過非正常入口而轉(zhuǎn)入另一個(gè)模塊內(nèi)部。

②公共型：兩個(gè)模塊引用共同的全程數(shù)據(jù)區(qū)(如全局變量或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、共享的通信區(qū)、外存儲(chǔ)器上的文件和物理設(shè)備等)。

③控制型：一個(gè)模塊傳送給另一個(gè)模塊的信息是用于控制該模塊內(nèi)部邏輯的控制信號(hào)(如傳遞的是開關(guān)、標(biāo)志等控制變量)。④復(fù)合型：一個(gè)模塊傳送給另一個(gè)模塊的參數(shù)是一個(gè)復(fù)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如參數(shù)是結(jié)構(gòu)體、數(shù)組名)。

⑤數(shù)據(jù)型：一個(gè)模塊傳送給另一個(gè)模塊的參數(shù)是單個(gè)的數(shù)據(jù)項(xiàng)(如參數(shù)為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)，且采用值傳遞方式)。

⑥無直接型：模塊之間沒有直接的關(guān)系，相互之間不傳遞任何信息。

總之，耦合是影響軟件復(fù)雜程度的一個(gè)重要因素。應(yīng)該采取下述設(shè)計(jì)原則：盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合，限制公共環(huán)境耦合的范圍，完全不用內(nèi)容耦合。

(2)內(nèi)聚。內(nèi)聚標(biāo)志一個(gè)模塊內(nèi)各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度，它是信息隱蔽和局部化概念的自然擴(kuò)展。簡(jiǎn)單地說，理想內(nèi)聚的模塊只做一件事情。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該力求做到高內(nèi)聚，通常中等程度的內(nèi)聚也是可以采用的，而且效果和高內(nèi)聚相差不多。但低內(nèi)聚很糟糕，不要使用。

內(nèi)聚和耦合是密切相關(guān)的，模塊內(nèi)的高內(nèi)聚往往意味著模塊間的松耦合。內(nèi)聚和耦合都是進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的有力工具，但實(shí)踐表明，內(nèi)聚更重要，應(yīng)該把更多的注意力集中到提高模塊的內(nèi)聚程度上。模塊間的耦合程度強(qiáng)烈影響系統(tǒng)的可理解性、可測(cè)試性、可靠性和可維護(hù)性。內(nèi)聚性有六種類型，由小到大分別是：

①偶然型：模塊中各元素之間沒有任何聯(lián)系。

②邏輯型：將幾個(gè)邏輯上相似的功能放在一個(gè)模塊中，通過參數(shù)確定該模塊完成哪一個(gè)功能。

③瞬時(shí)型：將需要同時(shí)執(zhí)行的元素放在同一個(gè)模塊中，如初始化模塊(對(duì)各變量置初值，打開多個(gè)文件等)。

④通信型：模塊中的元素引用共同的數(shù)據(jù)。⑤順序型：模塊中某個(gè)元素的輸出是另一個(gè)元素的輸入。

⑥功能型：模塊中僅包括完成某個(gè)具體任務(wù)所必需的所有元素。

事實(shí)上，沒有必要精確確定內(nèi)聚的級(jí)別。重要的是，設(shè)計(jì)時(shí)力爭(zhēng)做到高內(nèi)聚，并且能夠辨認(rèn)出低內(nèi)聚的模塊，有能力通過修改設(shè)計(jì)來提高模塊的內(nèi)聚程度，降低模塊間的耦合程度，從而獲得較高的模塊獨(dú)立性。

3．面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法

面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法的目標(biāo)是給出設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)的一個(gè)系統(tǒng)化的途徑。

在軟件工程的需求分析階段，通常用數(shù)據(jù)流圖描繪信息在系統(tǒng)中加工和流動(dòng)的情況。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法定義了一些不同的“映射”，利用這些映射可以把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件結(jié)構(gòu)。因?yàn)槿魏诬浖到y(tǒng)都可以用數(shù)據(jù)流圖表示，所以面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法理論上可以設(shè)計(jì)任何軟件的結(jié)構(gòu)。通常所說的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，也就是基于數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法。

面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法把信息流映射成軟件結(jié)構(gòu)，信息流的類型決定了映射的方法。信息流有變換流和事務(wù)流兩種類型。

1)變換分析

變換分析是一系列設(shè)計(jì)步驟的總稱，經(jīng)過以下步驟能夠把具有變換流特點(diǎn)的數(shù)據(jù)流圖按預(yù)先確定的模式映射成軟件結(jié)構(gòu)：

(1)復(fù)查基本系統(tǒng)模型。

(2)復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖。

(3)確定數(shù)據(jù)流圖具有變換特性還是事務(wù)特性。

(4)確定輸入流和輸出流的邊界，從而孤立出變換中心。

(5)完成“第一級(jí)分解”。

(6)完成“第二級(jí)分解”。使用設(shè)計(jì)度量和啟發(fā)規(guī)則對(duì)第一次分割得到的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)一步精化。

上述七個(gè)設(shè)計(jì)步驟的目的是，開發(fā)出軟件的整體表示。也就是說，一旦確定了軟件結(jié)構(gòu)，就可以把它作為一個(gè)整體來復(fù)查，從而能夠評(píng)價(jià)和精化軟件結(jié)構(gòu)。在這個(gè)時(shí)期進(jìn)行修改只需要很少的附加工作，但是卻能夠?qū)浖馁|(zhì)量特別是軟件的可維護(hù)性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2)事務(wù)分析

雖然在任何情況下都可以使用變換分析方法設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)，但是在數(shù)據(jù)流具有明顯的事務(wù)特點(diǎn)時(shí)，也就是有一個(gè)明顯的“發(fā)射中心”(事務(wù)中心)時(shí)，還是以采用事務(wù)分析方法為宜。事務(wù)分析的設(shè)計(jì)步驟和變換分析的設(shè)計(jì)步驟大部分相同或類似，主要差別僅在于由數(shù)據(jù)流圖到軟件結(jié)構(gòu)的映射方法不同。對(duì)于一個(gè)大系統(tǒng)，常常把變換分析和事務(wù)分析應(yīng)用到同一個(gè)數(shù)據(jù)流圖的不同部分，由此得到的子結(jié)構(gòu)形成“構(gòu)件”，可以利用它們構(gòu)造出完整的軟件結(jié)構(gòu)。

3)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題

考慮設(shè)計(jì)優(yōu)化問題時(shí)應(yīng)該記住，“一個(gè)不能工作的‘最佳設(shè)計(jì)’的價(jià)值是值得懷疑的”。軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)該致力于開發(fā)能夠滿足所有功能和性能要求，而且按照設(shè)計(jì)原理和啟發(fā)式設(shè)計(jì)規(guī)則衡量是值得接收的軟件。

應(yīng)該在設(shè)計(jì)的早期階段盡量對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行精化，可以導(dǎo)出不同的軟件結(jié)構(gòu)，然后對(duì)它們進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較，力求得到“最好”的結(jié)果。

4．面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，信息都有清楚的層次結(jié)構(gòu)，而輸入數(shù)據(jù)、內(nèi)部存儲(chǔ)的信息(數(shù)據(jù)庫(kù)或文件)以及輸出數(shù)據(jù)都可能有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既影響程序的結(jié)構(gòu)，又影響程序的處理過程，重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)通常由具有循環(huán)控制結(jié)構(gòu)的程序來處理，選擇數(shù)據(jù)(即可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)的信息)要用帶有分支控制結(jié)構(gòu)的程序來處理。層次的數(shù)據(jù)組織通常和使用這些數(shù)據(jù)的程序的層次結(jié)構(gòu)十分相似。面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法的最終目標(biāo)是得出對(duì)程序處理過程的描述。這種設(shè)計(jì)方法并不明顯地使用軟件結(jié)構(gòu)的概念，模塊是設(shè)計(jì)過程的副產(chǎn)品，對(duì)于模塊獨(dú)立原理也沒有給予應(yīng)有的重視。因此，這種方法最適合于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段使用，也就是說，在完成了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，可以使用面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法來設(shè)計(jì)每個(gè)模塊的處理過程。

面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法又稱為Jackson方法，其基本思想是從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出發(fā)建立對(duì)應(yīng)的程序結(jié)構(gòu)。所以，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特別適合于企事業(yè)事務(wù)管理類的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

在事務(wù)處理的程序中，雖然實(shí)際使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)種類繁多，但是它們的數(shù)據(jù)元素彼此間的邏輯關(guān)系卻只有順序、選擇和重復(fù)三類，因此，邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也只有這三類。

1)順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)元素組成，每個(gè)元素按確定次序出現(xiàn)一次。圖1.17是表示順序結(jié)構(gòu)的Jackson圖的一個(gè)例子。圖中，A由B、C、D三個(gè)元素順序組成，每個(gè)元素只出現(xiàn)一次，出現(xiàn)的次序依次是B、C和D。圖1.17順序結(jié)構(gòu)的Jackson示例圖

2)選擇結(jié)構(gòu)

選擇結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包含兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)元素，每次使用這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，按一定條件從這些數(shù)據(jù)元素中選擇一個(gè)。圖1.18是“三選一”結(jié)構(gòu)的Jackson圖。圖中，A是B或C或D中的某一個(gè)(注意：在B、C和D的右上角有小圓圈標(biāo)記)。圖1.18選擇結(jié)構(gòu)的Jackson示例圖

3)重復(fù)結(jié)構(gòu)

重復(fù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)根據(jù)使用時(shí)的條件由一個(gè)數(shù)據(jù)元素出現(xiàn)零次或多次構(gòu)成。圖1.19表示重復(fù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖。圖中，A由B出現(xiàn)N次(N≥0)組成(注意：在B的右上角有星號(hào)標(biāo)記)。圖1.19重復(fù)結(jié)構(gòu)的Jackson示例圖

4)改進(jìn)的Jackson圖

Jackson結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法基本上由下述五個(gè)步驟組成：

第一步：分析并確定輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，并用Jackson圖描繪這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

第二步：找出輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元。所謂有對(duì)應(yīng)關(guān)系是指有直接的因果關(guān)系，在程序中可以同時(shí)處理的數(shù)據(jù)單元(對(duì)于重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)單元，必須重復(fù)的次序和次數(shù)都相同才可能有對(duì)應(yīng)關(guān)系)。圖1.20(a)表示順序結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)元素B、C、D中的任一個(gè)都不能是選擇結(jié)構(gòu)或重復(fù)結(jié)構(gòu)(即不能是右上角有小圓圈或星號(hào)標(biāo)記的元素)。

圖1.20(b)是選擇結(jié)構(gòu)，A是元素B，或是元素C，或是元素D。S右面括號(hào)中的i是分支條件的編號(hào)。

圖1.20(c)是可選結(jié)構(gòu)，A是元素B，或者不出現(xiàn)(可選結(jié)構(gòu)是選擇結(jié)構(gòu)的一種常見特殊形式)。

圖1.20(d)是重復(fù)結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)束條件的編號(hào)為i。圖1.20改進(jìn)的Jackson圖第三步：用下述三條規(guī)則從描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖導(dǎo)出描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖。

(1)為每對(duì)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)單元，按照它們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中的層次在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次畫一個(gè)處理框(注意，如果這對(duì)數(shù)據(jù)單元在輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所處的層次不同，則和它們對(duì)應(yīng)的處理框在程序結(jié)構(gòu)圖中所處的層次與它們之中在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖中層次低的那個(gè)對(duì)應(yīng))。

(2)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對(duì)應(yīng)的處理框。

(3)根據(jù)輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中剩余的每個(gè)數(shù)據(jù)單元所處的層次，在程序結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)層次分別為它們畫上對(duì)應(yīng)的處理框。

第四步：列出所有操作和條件，并且把它們分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置。

第五步：用偽碼表示程序。(Jackson方法中使用的偽碼和Jackson圖是完全對(duì)應(yīng)的。)

總之，描繪程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖應(yīng)該綜合輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系而導(dǎo)出。在導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)圖的過程中，由于改進(jìn)的Jackson圖規(guī)定在構(gòu)成順序結(jié)構(gòu)的元素中不能有重復(fù)出現(xiàn)或選擇出現(xiàn)的元素，因此可能需要增加中間層次的處理框。

【例1.2】一個(gè)正文文件由若干個(gè)記錄組成，每個(gè)記錄是一個(gè)字符串。要求統(tǒng)計(jì)每個(gè)記錄中空格字符的個(gè)數(shù)，以及文件中空格字符的總個(gè)數(shù)。要求的輸出數(shù)據(jù)格式是，每復(fù)制一行輸入字符串之后，另起一行印出這個(gè)字符串中的空格數(shù)，最后印出文件中空格的總個(gè)數(shù)。

按照順序、選擇和重復(fù)三種類型的Jackson圖，我們通過圖1.21、1.22、1.23來描述各數(shù)據(jù)元素彼此間的邏輯關(guān)系。圖1.21表示輸入/輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson圖圖1.22描繪統(tǒng)計(jì)空格程序結(jié)構(gòu)的Jackson圖圖1.23把操作和條件分配到程序結(jié)構(gòu)圖的適當(dāng)位置軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出所要開發(fā)的軟件模型，傳統(tǒng)的軟件工程方法學(xué)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)技術(shù)完成軟件設(shè)計(jì)工作。軟件設(shè)計(jì)在軟件工程過程中處于技術(shù)核心地位，是軟件開發(fā)過程中決定軟件產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵階段。軟件設(shè)計(jì)必須依據(jù)對(duì)軟件產(chǎn)品的需求來進(jìn)行，因此，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)把結(jié)構(gòu)化分析的結(jié)果作為基本輸入信息。由數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型描述的軟件需求被傳送給軟件設(shè)計(jì)者，以便他們采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法完成數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)。為了獲得高質(zhì)量的軟件設(shè)計(jì)結(jié)果，應(yīng)該遵循模塊化、抽象、逐步求精、信息隱藏和模塊獨(dú)立等基本設(shè)計(jì)原理，特別是其中的模塊獨(dú)立原理，對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)具有非常重要、十分具體的指導(dǎo)作用?？偨Y(jié)眾多軟件工程師在開發(fā)軟件的長(zhǎng)期實(shí)踐中所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，形成了一些啟發(fā)規(guī)則，這些啟發(fā)規(guī)則雖然不像上述基本原理那樣普遍適用，但在許多場(chǎng)合仍然能給軟件設(shè)計(jì)者以有益的啟示，有助于設(shè)計(jì)出有效模塊化的軟件。通常，使用層次圖或結(jié)構(gòu)圖表示軟件結(jié)構(gòu)，這些圖形工具具有形象直觀、容易理解的優(yōu)點(diǎn)，讀者應(yīng)該學(xué)會(huì)用這類圖形描繪軟件結(jié)構(gòu)。

面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)的一種系統(tǒng)化的方法，它定義了一些映射規(guī)則，可以把數(shù)據(jù)流圖變換成軟件的初步結(jié)構(gòu)。得出軟件的初步結(jié)構(gòu)之后，還必須根據(jù)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，以基本設(shè)計(jì)原理和啟發(fā)規(guī)則為指南，對(duì)所得到的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)優(yōu)化，才能設(shè)計(jì)出令人滿意的軟件體系結(jié)構(gòu)。1.4.3編碼和軟件測(cè)試

通常把編碼和測(cè)試統(tǒng)稱為實(shí)現(xiàn)。

所謂編碼，就是把軟件設(shè)計(jì)翻譯成計(jì)算機(jī)可以理解的形式——用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言書寫的程序。作為軟件工程的一個(gè)階段，編碼是設(shè)計(jì)的自然結(jié)果。雖然軟件的質(zhì)量主要取決于軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，但是所選用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)和編碼風(fēng)格也會(huì)對(duì)軟件的可靠性、可讀性、可測(cè)試性和可維護(hù)性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。無論怎樣強(qiáng)調(diào)軟件測(cè)試的重要性和它對(duì)軟件可靠性的影響都不過分。在開發(fā)大型軟件系統(tǒng)的漫長(zhǎng)過程中，面對(duì)著極其錯(cuò)綜復(fù)雜的問題，人的主觀認(rèn)識(shí)不可能完全符合客觀現(xiàn)實(shí)，與工程密切相關(guān)的各類人員之間的通信和配合也不可能完美無缺，因此，在軟件生命周期的每個(gè)階段都不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。我們力求在每個(gè)階段結(jié)束之前通過嚴(yán)格的技術(shù)審查，盡可能早地發(fā)現(xiàn)并糾正差錯(cuò)。經(jīng)驗(yàn)表明，審查并不能發(fā)現(xiàn)所有差錯(cuò)，此外，在編碼過程中還不可避免地會(huì)引入新的錯(cuò)誤。如果在軟件投入使用之前沒有發(fā)現(xiàn)并糾正軟件中的大部分差錯(cuò)，則這些差錯(cuò)遲早會(huì)在軟件使用過程中暴露出來，那時(shí)不僅改正這些錯(cuò)誤的代價(jià)更高，而且往往會(huì)造成很惡劣的后果。測(cè)試的目的就是在軟件投入使用之前，盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。目前軟件測(cè)試仍然是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，它是對(duì)軟件規(guī)格說明、設(shè)計(jì)和編碼的最后復(fù)審。軟件測(cè)試在軟件生命周期中橫跨兩個(gè)階段。通常在編寫出每個(gè)模塊之后就對(duì)它做必要的測(cè)試(稱為單元測(cè)試)，模塊的編寫者和測(cè)試者是同一個(gè)人，編碼和單元測(cè)試屬于軟件生命周期的同一個(gè)階段。在這個(gè)階段結(jié)束之后，對(duì)軟件系統(tǒng)還應(yīng)該進(jìn)行各種綜合測(cè)試，這是軟件生命周期中的另一個(gè)獨(dú)立的階段，通常由專門的測(cè)試人員承擔(dān)這項(xiàng)工作。大量統(tǒng)計(jì)資料表明，軟件測(cè)試的工作量往往占軟件開發(fā)總工作量的40%以上，在極端情況，測(cè)試那種關(guān)系人的生命安全的軟件所花費(fèi)的成本，可能相當(dāng)于軟件工程其他步驟總成本的3～5倍。因此，必須高度重視軟件測(cè)試工作，決不要以為寫出程序之后軟件開發(fā)工作就接近完成了。實(shí)際上，大約還有同樣多的開發(fā)工作量需要完成。

僅就測(cè)試而言，它的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。軟件工程的根本目標(biāo)是開發(fā)出高質(zhì)量的完全符合用戶需要的軟件，因此，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后，還必須診斷并改正錯(cuò)誤，這就是調(diào)試的目的。在對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行收集和評(píng)價(jià)的時(shí)候，軟件所達(dá)到的可靠性也就開始明朗了。

1．編碼

1)選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

總的說來，高級(jí)語(yǔ)言明顯優(yōu)于匯編語(yǔ)言，因此，除了在很特殊的應(yīng)用領(lǐng)域(例如，對(duì)程序執(zhí)行時(shí)間和使用的空間都有很嚴(yán)格限制的情況；需要產(chǎn)生任意的甚至非法的指令序列；體系結(jié)構(gòu)特殊的微處理機(jī)，以至于在這類機(jī)器上通常不能實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言編譯程序)，或者大型系統(tǒng)中執(zhí)行時(shí)間非常關(guān)鍵的(或直接依賴于硬件的)一小部分代碼需要用匯編語(yǔ)言編寫之外，其他程序應(yīng)該一律用高級(jí)語(yǔ)言編寫。為了使程序容易測(cè)試和維護(hù)，以減少生命周期的總成本，選用的高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)該有理想的模塊化機(jī)制，以及可讀性好的控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；為了便于調(diào)試和提高軟件可靠性，語(yǔ)言的特點(diǎn)應(yīng)該使編譯程序能夠盡可能多地發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤；為了降低軟件開發(fā)和維護(hù)的成本，選用的語(yǔ)言應(yīng)該有良好的獨(dú)立編譯機(jī)制。上述這些要求是選擇語(yǔ)言的理想標(biāo)準(zhǔn)，但是在實(shí)際選用語(yǔ)言時(shí)不能僅僅考慮理論上的標(biāo)準(zhǔn)，還必須同時(shí)考慮實(shí)用方面的各種限制。

2)編碼風(fēng)格

源程序代碼的邏輯簡(jiǎn)明、清晰、易理解是衡量程序質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。為了做到這幾點(diǎn)，應(yīng)該遵循下述規(guī)則。

規(guī)則1：源程序文檔化。

所謂源程序文檔化，包括恰當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)符命名、適當(dāng)?shù)淖⑨尯统绦虻囊曈X組織等。

標(biāo)識(shí)符包括模塊名、變量名、常量名、標(biāo)號(hào)名、子程序名、數(shù)據(jù)區(qū)名以及緩沖區(qū)名等，這些名字應(yīng)當(dāng)“按意取名”。例如，表示次數(shù)的用Times，表示總量的用Total，表示平均值的用Average，表示和的用Sum等。名字不是越長(zhǎng)越好，應(yīng)當(dāng)選擇精煉的、意義明確的名字，必要時(shí)可使用縮寫名字，但縮寫規(guī)則要一致。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，在一個(gè)程序中一個(gè)標(biāo)識(shí)符只應(yīng)用于一種用途。程序的注釋就是對(duì)程序的說明，是程序員與日后的程序讀者之間通信的重要手段。注釋決不是可有可無的，一些正規(guī)的程序文本中，注釋行的數(shù)量占到整個(gè)源程序的1/3到1/2，甚至更多。注釋分為序言性注釋和功能性注釋。

(1)序言性注釋：通常置于每個(gè)模塊的開頭部分，它應(yīng)當(dāng)給出模塊的整體說明，對(duì)于理解模塊具有引導(dǎo)作用。序言性注釋包括：

●說明模塊的用途、功能；

●說明模塊的接口：調(diào)用形式、參數(shù)描述及從屬模塊清單；