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第三章软件工程基础软件工程基本概念：计算机软件是包括程序、数据及相关文档的完整集合。软件的特点包括：（1）软件是一种逻辑实体；（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。软件按功能分为应用软件、系统软件、支撑软件（或工具软件）。软件危机主要表现在成本、质量、生产率等问题。软件工程是应用于计算机软件的定义、开发和维护的一整套方法、工具、文档、实践标准和工序。软件工程包括3个要素：方法、工具和过程。软件工程过程是把软件转化为输出的一组彼此相关的资源和活动，包含4种基本活动：（1）P——软件规格说明；（2）D——软件开发；（3）C——软件确认；（4）A——软件演进。软件周期：软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程。软件生命周期三个阶段:软件定义、软件开发、运行维护，主要活动阶段是：（1）可行性研究与计划制定；（2）需求分析；（3）软件设计；（4）软件实现；（5）软件测试；（6）运行和维护。软件工程的目标和与原则：目标：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。基本目标：付出较低的开发成本；达到要求的软件功能；取得较好的软件性能；开发软件易于移植；需要较低的费用；能按时完成开发，及时交付使用。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。软件工程的理论和技术性研究的内容主要包括：软件开发技术和软件工程管理。软件开发技术包括：软件开发方法学、开发过程、开发工具和软件工程环境。软件工程管理包括：软件管理学、软件工程经济学、软件心理学等内容。软件管理学包括人员组织、进度安排、质量保证、配置管理、项目计划等。结构化分析方法：结构化方法的核心和基础是结构化程序设计理论。需求分析方法有（1）结构化需求分析方法；（2）面向对象的分析的方法。从需求分析建立的模型的特性来分：静态分析和动态分析。结构化分析方法的实质：着眼于数据流，自顶向下，逐层分解，建立系统的处理流程，以数据流图和数据字典为主要工具,建立系统的逻辑模型。结构化分析的常用工具（1）数据流图；（2）数据字典；（3）判定树；（4）判定表。数据流图：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，它直接支持系统功能建模。数据字典：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。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。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。数据字典是结构化分析的核心。软件需求规格说明书的特点：（1）正确性；（2）无岐义性；（3）完整性；（4）可验证性；（5）一致性；（6）可理解性；（7）可追踪性。结构化设计方法：软件设计的基本目标是用比较抽象概括的方式确定目标系统如何完成预定的任务软件设计是确定系统的物理模型。软件设计是开发阶段最重要的步骤，是将需求准确地转化为完整的软件产品或系统的唯一途径。从技术观点来看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程设计。结构设计：定义软件系统各主要部件之间的关系。数据设计：将分析时创建的模型转化为数据结构的定义。接口设计：描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信。过程设计：把系统结构部件转换成软件的过程描述。从工程管理角度来看：概要设计和详细设计。软件设计的一般过程：软件设计是一个迭代的过程；先进行高层次的结构设计；后进行低层次的过程设计；穿插进行数据设计和接口设计衡量软件模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。在程序结构中各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。优秀软件应高内聚，低耦合。软件概要设计的基本任务是：（1）设计软件系统结构；（2）数据结构及数据库设计；（3）编写概要设计文档；（4）概要设计文档评审。模块用一个矩形表示，箭头表示模块间的调用关系。在结构图中还可以用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。还可用带实心圆的箭头表示传递的是控制信息，空心圆箭心表示传递的是数据。结构图的基本形式：基本形式、顺序形式、重复形式、选择形式。结构图有四种模块类型：传入模块、传出模块、变换模块和协调模块。典型的数据流类型有两种：变换型和事务型。变换型系统结构图由输入、中心变换、输出三部分组成。事务型数据流的特点是：接受一项事务，根据事务处理的特点和性质，选择分派一个适当的处理单元，然后给出结果。详细设计：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。常见的过程设计工具有：图形工具（程序流程图）、表格工具（判定表）、语言工具（PDL）。软件测试：软件测试定义：使用人工或自动手段来运行或测定某个系统的过程，其目的在于检验它是否满足规定的需求或是弄清预期结果与实际结果之间的差别。软件测试的目的：发现错误而执行程序的过程。软件测试方法：静态测试和动态测试。静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量。不实际运行软件，主要通过人工进行。动态测试：是基本计算机的测试，主要包括白盒测试方法和黑盒测试方法。白盒测试：在程序内部进行，主要用于完成软件内部CAO作的验证。主要方法有逻辑覆盖、基本基路径测试。黑盒测试：主要诊断功能不对或遗漏、界面错误、数据结构或外部数据库访问错误、性能错误、初始化和终止条件错，用于软件确认。主要方法有等价类划分法、边界值分析法、错误推测法、因果图等。软件测试过程一般按4个步骤进行：单元测试、集成测试、验收测试（确认测试）和系统测试。程序的调试：程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误，主要在开发阶段进行。程序调试的基本步骤：（1）错误定位；（2）修改设计和代码，以排除错误；（3）进行回归测试，防止引进新的错误软件调试可分表静态调试和动态调试。静态调试主要是指通过人的思维来分析源程序代码和排错，是主要的设计手段，而动态调试是辅助静态调试。主要调试方法：（1）强行排错法；（2）回溯法；（3）原因排除法。第四章数据库设计基础数据库系统的基本概念：数据：实际上就是描述事物的符号记录。数据的特点：有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。数据库：是数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的，具有集成与共享的特点。数据库管理系统：一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，是数据库的核心。数据库管理系统功能：（1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架；（2）数据存取的物理构建：为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段；（3）数据操纵：为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计；（4）数据的完整性、安生性定义与检查；（5）数据库的并发控制与故障恢复；（6）数据的服务：如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。为完成以上六个功能，数据库管理系统提供以下的数据语言：（1）数据定义语言：负责数据的模式定义与数据的物理存取构建；（2）数据操纵语言：负责数据的操纵，如查询与增、删、改等；（3）数据控制语言：负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。数据语言按其使用方式具有两种结构形式：交互式命令(又称自含型或自主型语言)宿主型语言（一般可嵌入某些宿主语言中）。数据库管理员：对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管理人员。数据库系统：由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、硬件平台（硬件）、软件平台（软件）五个部分构成的运行实体。数据库应用系统：由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的、管理和数据共享的能力。层次数据库与网状数据库系统阶段：为统一与共享数据提供了有力支撑。关系数据库系统阶段数据库系统的基本特点：数据的集成性、数据的高共享性与低冗余性、数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）、数据统一管理与控制。数据库系统的三级模式：（1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图；（2）外模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式；（3）内模式：又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。数据库系统的两级映射：（1）概念模式到内模式的映射；（2）外模式到概念模式的映射。数据模型：数据模型的概念：是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架。描述了数据结构、数据操作及数据约束。E-R模型的基本概念（1）实体：现实世界中的事物；（2）属性：事物的特性；（3）联系：现实世界中事物间的关系。实体集的关系有一对一、一对多、多对多的联系。E-R模型三个基本概念之间的联接关系：实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。E-R模型的图示法：（1）实体集表示法；（2）属性表法；（3）联系表示法。层次模型的基本结构是树形结构，具有以下特点：（1）每棵树有且仅有一个无双亲结点，称为根；（2）树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。从图论上看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。关系模型采用二维表来表示，简称表，由表框架及表的元组组成。一个二维表就是一个关系。在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性称为键或码。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表A中的某属性是某表B的键，则称该属性集为A的外键或外码关系中的数据约束：（1）实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不能为空值；（2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束；（3）用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。关系代数：关系数据库系统的特点之一是它建立在数据理论的基础之上，有很多数据理论可以表示关系模型的数据操作，其中最为著名的是关系代数与关系演算。关系模型的基本运算：（1）插入（2）删除(3)修改（4）查询（包括投影、选择、笛卡尔积运算）投影运算投影运算的示意图如图下：选择运算选择运算示意图如下：R.AR.BR.CS.BS.Ea1b15b13a1b15b27a1b15b310a1b15b32a1b15b52a1b26b13a1b26b27a1b26b310a1b26b32a1b26b52a2b38b13a2b38b27a2b38b310a2b38b32a2b38b52a2b412b13a2b412b27a2b412b310a2b412b32a2b412b52笛卡尔积连接运算1.条件连接：从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。2.相等连接：从关系R与S的笛卡尔积中选取满足等值条件的元组。3.自然连接：也是等值连接，从两个关系的笛卡尔积中，选取公共属性满足等值条件的元组，但新关系不包含重复的属性。•条件连接：RS的结果如下：C＜ER.AR.BR.CS.BS.Ea1b15b13a1b15b27a1b15b310a1b15b32a1b15b52a1b26b13a1b26b27a1b26b310a1b26b32a1b26b52a2b38b13a2b38b27a2b38b310a2b38b32a2b38b52a2b412b13a2b412b27a2b412b310a2