《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第二版）》-課件第7章 第15講 程序設(shè)計(jì)方法和軟件工程基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系主要教學(xué)內(nèi)容程序設(shè)計(jì)方法1軟件工程基礎(chǔ)2小結(jié)3計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念和基本特征。2了解面向主體的程序設(shè)計(jì)方法；掌握軟件工程的基本概念。3掌握軟件工程的生命周期；了解軟件的測試方法；了解優(yōu)質(zhì)軟件的評價(jià)方面。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系重點(diǎn)與難點(diǎn)

面對對象程序設(shè)計(jì)的基本概念與基本思想，軟件工程的目標(biāo)、軟件生命周期、軟件測試方法與軟件質(zhì)量的評價(jià)是本講的重點(diǎn)，面向?qū)Τ绦蛟O(shè)思想的領(lǐng)悟是本講的難點(diǎn)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.程序設(shè)計(jì)方法對象是獨(dú)立存在的客觀事物，是組成程序的構(gòu)件，由屬性和方法構(gòu)成。以模塊化設(shè)計(jì)為中心，結(jié)構(gòu)按功能劃分成若干個(gè)模塊。模塊功能通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)。用主體模擬人的思想和行為，用多主體系統(tǒng)模擬社會(huì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)面向主體程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法由迪克斯特拉(E.W.dijkstra)在1969年提出?；舅枷耄喊岩粋€(gè)待求解的問題按功能自頂向下分解成一個(gè)個(gè)相對簡單的子問題，即小模塊；然后用子程序或函數(shù)來解決這些子問題，用子程序或函數(shù)之間的數(shù)據(jù)通信來模擬這些子問題間的聯(lián)系；最后把這些子程序或函數(shù)裝配起來以形成解決問題的完整程序。開發(fā)方法：自上向下，逐步分解，分而治之計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1.各模塊相對獨(dú)立、功能單一、結(jié)構(gòu)清晰、接口簡單2.控制了程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性3.提高元件的可靠性4.縮短開發(fā)周期5.避免程序開發(fā)的重復(fù)勞動(dòng)6.易于維護(hù)和功能擴(kuò)充1.代碼的可重用性差

2.可維護(hù)性差

3.穩(wěn)定性差計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員直接用一種稱為“對象”的程序構(gòu)件來描述客觀問題中的實(shí)體，并用“對象”間的“消息”來模擬實(shí)體間的聯(lián)系，用“類”來模擬這些實(shí)體間的共性。

（1）對象

對象是獨(dú)立存在的客觀事物。例如，一個(gè)人、一臺(tái)電腦、一輛汽車等都是一個(gè)對象。每個(gè)對象都有其相應(yīng)的屬性及附屬于它的行為。例如：一輛汽車有型號、外殼、顏色等特性，又有啟動(dòng)、加速、停止等行為。換檔開大燈剎車開冷氣顏色排檔數(shù)排氣量輪胎型號基本概念計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)對象有兩個(gè)特征：屬性狀態(tài)和行為。例如：一個(gè)人有他的身高或體重作屬性，

并有他的行為：如唱歌、打球、騎摩托車、開汽車。而在程序設(shè)計(jì)中，軟件對象的概念由真實(shí)世界對象而來。對象的概念是面向?qū)ο螅浖ο髮顟B(tài)保存在變量或稱數(shù)據(jù)字段里。而行為則借助方法為工具來實(shí)現(xiàn)。datafield1datafieldnmethod1methodn數(shù)據(jù)字段（狀態(tài)）方法（行為）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)又如：在下圖中，有一個(gè)對話框?qū)ο?，三個(gè)標(biāo)簽對象，三個(gè)文本框?qū)ο?，兩個(gè)命令按鈕對象，這些對象的組合構(gòu)成了加法運(yùn)算程序的界面。

作為對象之一的“確定”命令按鈕的主要屬性有按鈕的寬度與高度，按鈕的標(biāo)題等；方法是用戶為命令按鈕寫的程序代碼。該程序代碼將兩個(gè)文本框中的數(shù)相加顯示在第三個(gè)文本框中。圖1加法運(yùn)算程序計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（2）類類在漢語詞典中的解釋為“很多相似事物的綜合，如種類、類別、人類等”。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，類是具有相同屬性和相同操作（服務(wù)）的對象的集合，是一個(gè)抽象的概念，而一個(gè)對象則是類的一個(gè)“實(shí)例”。例如：汽車是一個(gè)抽象的類，具體的對象可以是：轎車、吉普車、中巴車、客車、跑車等。又如，在面向?qū)ο蟪绦蛑?，按鈕是類，具體的按鈕是由按鈕類來創(chuàng)建的一個(gè)實(shí)例。又如，Shape也是類，通過改變Shape的屬性可以創(chuàng)建圓、正方形、橢圓等形狀。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（3）消息對象之間進(jìn)行通信的結(jié)構(gòu)叫做消息。在對象的操作中，當(dāng)一個(gè)消息發(fā)送給某個(gè)對象時(shí)，消息包含接收對象去執(zhí)行某種操作的信息。如當(dāng)你（一個(gè)對象）發(fā)動(dòng)汽車（另一個(gè)對象），踩油門（交互）后，汽車內(nèi)部就發(fā)生一連串復(fù)雜的行為。datafield1datafieldnmethodnmethod1對象A對象B消息計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)抽象封裝繼承

同類事物具有共同性，每個(gè)事物又具有其特殊性。運(yùn)用抽象的原則舍棄對象的特殊性，抽取其共同性，則得到一個(gè)適應(yīng)于一批對象的類，這便是父類,而把具有特殊性的類稱為子類。封裝可被理解為一種用做保護(hù)的包裝器，以防止代碼和數(shù)據(jù)被外部代碼任意訪問，而要對其訪問時(shí)則通過一個(gè)明確定義的接口實(shí)現(xiàn)。在軟件程序中，并不需要知道一個(gè)類的完整結(jié)構(gòu)，只要知道調(diào)用的方法。好比開車換檔時(shí)，不須知道變速箱、齒輪等是如何運(yùn)作的，只要知道將檔排到哪里即可?；咎卣饔?jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)1.模塊化：一個(gè)對象的原始文件可以獨(dú)立地被撰寫及維護(hù)而不影響其他對象。而且對象可以輕易地在系統(tǒng)中來回地傳遞使用。就好像你借車給朋友，而它仍能正常地運(yùn)作一樣。2.信息隱藏：一個(gè)對象有一個(gè)公開的接口可供其他的對象與之溝通，但對象仍然維持私有的信息及方法，這些信息及方法可以在任何時(shí)間被修改，而不影響那些依賴此對象的其他對象。3.軟件復(fù)用：類的封裝特性使得類可重用性大為提高，這樣的有機(jī)單元特別適宜構(gòu)建大型標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，可以大幅度地提高生產(chǎn)效率。封裝的好處：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)繼承多態(tài)繼承

繼承是指一個(gè)對象從另一個(gè)對象中獲得屬性的過程，它支持按層次分類的概念。例如，波斯貓是貓的一種，貓又是哺乳動(dòng)物的一種，哺乳動(dòng)物又是動(dòng)物的一種。

子類的對象擁有其父類的全部或部分屬性與方法，即稱子類對父類的繼承。

同一操作作用于不同的對象，可以有不同的解釋，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果，即多態(tài)性。比如同樣的加法，把兩個(gè)時(shí)間加在一起和把兩個(gè)整數(shù)加在一起完全不同。基本特征計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

注意：當(dāng)對“父類”進(jìn)行修改后，這種修改會(huì)立即反映到所有以該“父類”為基礎(chǔ)而建立的全部“子類”中，不管這些“子類”是在“父類”修改前還是修改后建立的?！白宇悺睂Α案割悺钡睦^承如此，以一個(gè)“類”為基礎(chǔ)建立的“對象”，對所屬“類”的繼承也是如此。在子類繼承父類的同時(shí)，可以重新定義某些屬性，并重寫某些方法，即覆蓋父類的原有屬性和方法，使其獲得與父類不同的功能。繼承的好處：實(shí)現(xiàn)代碼重用計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系1.3面向主體程序設(shè)計(jì)

面向主體方法是希望通過對人解決應(yīng)用問題的智能行為進(jìn)行模擬，在軟件解空間中建立一種嵌入在不斷變化，不確定世界中，能進(jìn)行感知并能自主采取行動(dòng)的計(jì)算實(shí)體。主體是含有心智成分，如信念，愿望，能力，職責(zé)，承諾等的實(shí)體。學(xué)習(xí)能力反應(yīng)性社會(huì)性自主性主體的特征主體在沒有人直接干預(yù)下能夠采取行動(dòng)，并能控制自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)。主體能夠感知它們的環(huán)境，并以實(shí)時(shí)方式響應(yīng)環(huán)境中發(fā)生的變化。主體能夠根據(jù)其求解狀態(tài)和技能，在合適的時(shí)候與其他主體交互，以提高自己的問題求解能力或幫助其他主體的問題求解活動(dòng)。主體通過學(xué)習(xí)以往的經(jīng)驗(yàn)不斷改善自己對同一問題的求解能力。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.軟件工程基礎(chǔ)IEEE【IEE83】給出的軟件工程定義：“軟件工程是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法?！盜EEE【IEE93】給出了一個(gè)更加綜合的定義：“將系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的過程，即將工程化應(yīng)用于軟件中?！避浖こ淌菓?yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳統(tǒng)工程的原則、方法，以提高質(zhì)量，降低成本為目的。

計(jì)算機(jī)軟件是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔資料的完整的集合。

軟件工程則是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件的定義、開發(fā)和維護(hù)的一整套方法、工具、文檔、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)和工序的總稱。軟件工程包括軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)的方法，軟件開發(fā)過程使用的工具，以及軟件開發(fā)的過程。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.1軟件工程的目標(biāo)

軟件工程的目標(biāo)是：在給定成本、進(jìn)度的前提下，開發(fā)出具有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可維護(hù)性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性且滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品。軟件工程是一門工程性學(xué)科，目的是成功地建造一個(gè)大型軟件系統(tǒng)。所謂成功，即：付出較低的開發(fā)成本；達(dá)到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開發(fā)的軟件易于移植；需要較低的維護(hù)用費(fèi)；能按時(shí)完成開發(fā)任務(wù)，及時(shí)交付使用；以及開發(fā)的軟件可靠性高等等。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.2軟件生命周期問題定義及規(guī)劃需求分析軟件設(shè)計(jì)程序編碼軟件測試軟件生命周期軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用的過程。運(yùn)行維護(hù)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.3軟件測試方法軟件測試是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。軟件測試方法AddYourText靜態(tài)測試白盒測試動(dòng)態(tài)測試黑盒測試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量或不實(shí)際運(yùn)行軟件，這種測試方法主要通過人工進(jìn)行。主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測試。主要診斷功能不對或遺漏、界面錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或外部數(shù)據(jù)庫訪問錯(cuò)誤、性能錯(cuò)誤、初始化和終止條件錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.3軟件測試方法系統(tǒng)測試驗(yàn)收測試集成測試單元測試

軟件測試的目的就是要在軟件投入生產(chǎn)運(yùn)行之前，盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。大量統(tǒng)計(jì)資料表明，軟件測試的工作量往往占軟件開發(fā)總工作量的40％以上，在極端情況下，軟件測試所花費(fèi)的成本，可能相當(dāng)于軟件工程其它開發(fā)步驟總成本的3～5倍。因此，必須高度重視軟件測試工作。測試過程計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系2.4軟件質(zhì)量

軟件工程學(xué)的最終目標(biāo)是獲得優(yōu)質(zhì)量的軟件。所謂優(yōu)質(zhì)軟件是指軟件能夠滿足用戶顯式或隱式的需求，文檔齊全，符合組織的操作標(biāo)準(zhǔn)，在其開發(fā)使用的硬件上高效運(yùn)行。

可靠性效率可理解性可維護(hù)性如何評價(jià)軟件質(zhì)量？計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)科學(xué)系總結(jié)對象是獨(dú)立存在的客觀