第2章 軟件工程方法與工具

第2章軟件工程方法與工具軟件工程方法概述面向?qū)ο蟮母拍钆c開發(fā)方法統(tǒng)一建模語言UML簡介軟件工具概述UML建模工具RationalRose2.1軟件工程方法概述概念軟件工程包含技術和管理兩方面的內(nèi)容，是技術和管理緊密結(jié)合所形成的工程學科。通常將軟件開發(fā)全過程中使用的一整套技術方法的集合稱為方法學(methedology)，也稱為范型(paradigm)。目前使用最廣泛的軟件工程方法學：傳統(tǒng)方法（結(jié)構(gòu)化方法），面向?qū)ο蠓椒ā?.1軟件工程方法概述三要素：方法、工具和過程。軟件工程方法為軟件開發(fā)提供了“如何做”的技術;軟件工具為軟件工程方法提供了自動的或半自動的軟件開發(fā)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框架，它規(guī)定了完成各項任務的工作步驟。2.1軟件工程方法概述結(jié)構(gòu)化方法也稱為生命周期方法學或結(jié)構(gòu)化范型。將軟件生命周期的全過程依次劃分為若干個階段，采用結(jié)構(gòu)化技術來完成每個階段的任務。特點：

(1)強調(diào)自頂向下順序地完成軟件開發(fā)的各階段任務;(2)結(jié)構(gòu)化方法要么面向行為，要么面向數(shù)據(jù)，缺乏使兩者有機結(jié)合的機制。2.1軟件工程方法概述面向?qū)ο蠓椒ㄊ菍?shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。軟件開發(fā)過程是多次反復迭代的演化過程。面向?qū)ο蠓椒ㄔ诟拍詈捅硎痉椒ㄉ系囊恢滦?，保證了各項開發(fā)活動之間的平滑過渡。對于大型、復雜及交互性比較強的系統(tǒng)，使用面向?qū)ο蠓椒ǜ袃?yōu)勢。2.1軟件工程方法概述形式化方法形式化方法是一種基于形式化數(shù)學變換的軟件開發(fā)方法，它可將系統(tǒng)的規(guī)格說明轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的程序。該過程的具體描述如圖所示。2.1軟件工程方法概述形式化方法的主要特點(1)軟件需求規(guī)格說明被細化為用數(shù)學記號表達的詳細的形式化規(guī)格說明；(2)設計、實現(xiàn)和單元測試等開發(fā)過程由一個變換開發(fā)過程代替。通過一系列變換將形式的規(guī)格說明細化成為程序。這種細化的過程如圖所示。2.2面向?qū)ο蟮母拍钆c開發(fā)方法現(xiàn)實世界就是由各種對象組成的，如建筑物、人、汽車、動物、植物等。復雜的對象可以由簡單的對象組成。在研究對象時主要考慮對象的屬性和行為，有些不同的對象會呈現(xiàn)相同或相似的屬性和行為，如轎車、卡車、面包車。通常將屬性及行為相同或相似的對象歸為一類。類可以看成是對象的抽象，代表了此類對象所具有的共有屬性和行為。2.2面向?qū)ο蟮母拍钆c開發(fā)方法Coad和Yourdon給出了“面向?qū)ο蟆钡囊粋€定義：

面向?qū)ο螅綄ο螅悾^承＋消息通信如果一個系統(tǒng)是使用這樣4個概念設計和實現(xiàn)的，則可認為這個系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮摹?/p>

用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言所寫的系統(tǒng)，就是面向?qū)ο蟮拿矗繉ο髮ο笫前F(xiàn)實世界物體特征的抽象實體，它反映了系統(tǒng)為之保存信息和（或）與它交互的能力。例如，Student對象的數(shù)據(jù)可能有姓名、性別、出生日期、家庭住址、電話號碼等，其操作可能是對這些數(shù)據(jù)值的賦值及更改。對象對象與后面講的類具有幾乎完全相同的表示形式，主要差別是對象的名字下面要加一條下劃線。對象名有下列三種表示格式：(1)第一種格式是對象名在前，類名在后，中間用冒號連接。形如：

對象名：類名(2)第二種格式形如：

：類名這種格式用于尚未給對象命名的情況，注意，類名前的冒號不能省略。(3)第三種格式形如：

對象名對象對象有兩個層次的概念：(1)現(xiàn)實生活中對象指的是客觀世界的實體?？梢允强梢姷挠行螌ο螅缛?、學生、汽車、房屋等；也可以是抽象的邏輯對象，如銀行帳號，生日。(2)程序中對象就是一組變量和相關方法的集合，其中變量表明對象的狀態(tài)，方法表明對象所具有的行為。對象可以將程序中的對象分為5類：物理對象，角色，事件，交互，規(guī)格說明。

物理對象（PhysicalObjects）──物理對象是最易識別的對象，通?？梢栽趩栴}領域的描述中找到，它們的屬性可以標識和測量。例如，大學課程注冊系統(tǒng)中的學生對象；一個網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡物理資源對象（如開關、CPU和打印機）都是物理對象。對象(2)角色（Roles）──一個實體的角色也可以抽象成一個單獨的對象。角色對象的操作是由角色提供的技能。例如，一個面向?qū)ο笙到y(tǒng)中通常有“管理器”對象，它履行協(xié)調(diào)系統(tǒng)資源的角色。一個窗口系統(tǒng)中通常有“窗口管理器”對象，它扮演協(xié)調(diào)鼠標器按鈕和其他窗口操作的角色。特別地，一個實際的物理對象可能同時承擔幾個角色。例如，一個退休教師同時扮演退休者和教師的角色。對象(3)事件（Events）──一個事件是某種活動的一次“出現(xiàn)”。例如“鼠標”事件。一個事件對象通常是一個數(shù)據(jù)實體，它管理“出現(xiàn)”的重要信息。事件對象的操作主要用于對數(shù)據(jù)的存取。如“鼠標”事件對象有諸如光標坐標、左右鍵、單擊，雙擊等信息。對象(4)交互（Interactions）──交互表示了在兩個對象之間的關系，這種類型的對象類似于在數(shù)據(jù)庫設計時所涉及的“關系”實體。當實體之間是多對多的關系時，利用交互對象可將其簡化為兩個一對多的關系。例如，在大學課程注冊系統(tǒng)中，學生和課程之間的關系是多對多的關系，可設置一個“選課”交互對象來簡化它們之間的關系。類與封裝類?？梢詫F(xiàn)實生活中的對象經(jīng)過抽象，映射為程序中的對象。對象在程序中是通過一種抽象數(shù)據(jù)類型來描述的，這種抽象數(shù)據(jù)類型稱為類（Class）。為了讓計算機創(chuàng)建對象，必須先提供對象的定義，也就是先定義對象所屬的類。例如，可以將學生對象所屬的類定義為Student。類的圖形表示如圖所示。類與封裝封裝。面向?qū)ο蟮姆庋b特性與其抽象特性密切相關。封裝是一種信息隱蔽技術，就是利用抽象數(shù)據(jù)類型將數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的操作封裝在一起。用戶只能看到對象的封裝界面信息，對象的內(nèi)部細節(jié)對用戶是隱蔽的。封裝的定義是：(1)清楚的邊界，所有對象的內(nèi)部信息被限定在這個邊界內(nèi)；(2)接口，即對象向外界提供的方法，外界可以通過這些方法與對象進行交互；(3)受保護的內(nèi)部實現(xiàn)，即軟件對象功能的實現(xiàn)細節(jié)，實現(xiàn)細節(jié)不能從類外訪問。繼承繼承。繼承是一種聯(lián)結(jié)類的層次模型，為類的重用提供了方便，它提供了明確表述不同類之間共性的方法。我們將公共類稱為超類(superclass)、父類（fatherclass）、祖先（ancestor）或基類（baseclass），而從其繼承的類稱為子類(subclasses)、后代（deslendane）或?qū)С鲱悾╠erivedclass）。多態(tài)根據(jù)為請求提供服務的對象不同可以得到不同的行為，這種現(xiàn)象稱為多態(tài)。在運行時對類進行實例化，并調(diào)用與實例化對象相應的方法，稱為動態(tài)綁定、后期綁定或運行時綁定。相應地，如果方法的調(diào)用是在編譯時確定的，則稱為是靜態(tài)綁定、前期綁定或編譯時綁定。

通過在子類中覆蓋父類的方法實現(xiàn)多態(tài)。消息通信消息是一個對象與另一個對象的通信單元，是要求某個對象執(zhí)行類中定義的某個操作的規(guī)格說明。發(fā)送給一個對象的消息定義了一個方法名和一個參數(shù)表（可能是空的），并指定某一個對象。一個對象接收到消息，則調(diào)用消息中指定的方法，并將形式參數(shù)與參數(shù)表中相應的值結(jié)合起來。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法的特征方法的唯一性

即方法是對軟件開發(fā)過程所有階段進行綜合考慮而得到的。從生存期的一個階段到下一個階段的高度連續(xù)性

即生存期后一階段的成果只是在前一階段成果的補充和修改。把面向?qū)ο蠓治?OOA)、面向?qū)ο笤O計(OOD)和面向?qū)ο蟪绦蛟O計(OOP)集成到生存期的相應階段。Rumbaugh方法

Rumbaugh和他的同事提出的對象模型化技術(OMT)用于分析、系統(tǒng)設計和對象級設計。分析活動建立三個模型：對象模型(描述對象、類、層次和關系);動態(tài)模型(描述對象和系統(tǒng)的行為);功能模型(類似于高層的DFD，描述穿越系統(tǒng)的信息流)。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法Coad和Yourdon方法

Coad和Yourdon方法常常被認為是最容易學習的OOA方法。建模符號相當簡單，其OOA過程如下：(1)使用“要找什么”準則標識對象；(2)定義對象之間的一般化/特殊化結(jié)構(gòu)（又稱為分類結(jié)構(gòu)）；(3)定義對象之間的整體/部分結(jié)構(gòu)（又稱為組合結(jié)構(gòu)）；(4)標識主題；(5)定義對象的屬性及對象之間的實例連接；(6)定義服務及對象之間的消息連接。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法Booch方法

包含“微開發(fā)過程”和“宏開發(fā)過程”兩個過程。OOA宏觀開發(fā)過程如下：標識類和對象；標識類和對象的語義；標識類和對象間的關系；進行一系列精化；實現(xiàn)類和對象。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法Jacobson方法也稱為OOSE(面向?qū)ο筌浖こ?，其特點是特別強調(diào)使用用例——用以描述用戶和產(chǎn)品或系統(tǒng)間如何交互的場景。過程如下：標識系統(tǒng)的用戶和他們的整體責任構(gòu)造需求模型構(gòu)造分析模型

面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法2.3統(tǒng)一建模語言UML簡介面向?qū)ο蟮慕ＵZ言很多，目前使用最廣泛的是統(tǒng)一建模語言(UML，UnifiedModelingLanguage)；它將Booch、Rumbaugh和Jacobson等各自獨立的OOA和OOD方法中最優(yōu)秀的特色組合成一個統(tǒng)一的方法。UML的產(chǎn)生和發(fā)展UML(UnifiedModelingLanguage)的概念于1996年由面向?qū)ο蠓椒I域的三位著名專家GradyBooch，JamesRumbaugh和IvarJacobson提出的。1996年6月和10月分別發(fā)布了UML0.9,UML0.91。1997年1月，UML1.0被提交給對象管理組織OMG。1997年9月，提交UML1.1，1997年11月被OMG采納作為基于面向?qū)ο蠹夹g的標準建模語言。1998、2000、2001、2003、2005年分別發(fā)布了UML1.2、UML1.3、UML1.4、UML1.5、UML2.0。2007年發(fā)布了UML2.1.1，UML2.1.2。2009年發(fā)布了UML2.2UML的產(chǎn)生和發(fā)展(1)統(tǒng)一標準

UML不僅統(tǒng)一了Booch、OMT和OOSE等方法中的基本概念，還吸取了面向?qū)ο蠹夹g領域中其他流派的長處，其中也包括非OO方法的影響。已經(jīng)成為OMG的標準。(2)面向?qū)ο?/p>

UML支持面向?qū)ο蠹夹g的主要概念，它提供了一批基本的表示模型元素的圖形和方法，能簡潔明了地表達面向?qū)ο蟮母鞣N概念和模型元素。UML的特點(3)可視化，表達能力強大UML是一種圖形化語言，用UML的模型圖形能清晰地表示系統(tǒng)的邏輯模型或?qū)崿F(xiàn)模型。UML還提供了語言的擴展機制，用戶可以根據(jù)需要增加定義自己的構(gòu)造型、標記值和約束等。(4)獨立于過程

UML是系統(tǒng)建模的語言，不依賴特定的開發(fā)過程。UML的特點(5)容易掌握使用

UML概念明確，建模表示法簡潔明了，圖形結(jié)構(gòu)清晰，容易掌握使用。(6)與編程語言的關系

支持UML的一些CASE工具（如Rose）可以根據(jù)UML所建立的系統(tǒng)模型自動產(chǎn)生Java、C++等代碼框架。UML的特點2.4軟件工具概述軟件工具的概念軟件工具的發(fā)展軟件工具的分類常用軟件工具介紹軟件工具的概念軟件工具是指能支持軟件生存周期中某一階段（如系統(tǒng)定義、需求分析、設計、編碼、測試或維護等）的需要而使用的軟件工具。早期的軟件工具主要用來輔助程序員編程，如編輯程序、編譯程序、排錯程序等。在提出了軟件工程的概念以后，出現(xiàn)了一批軟件工具來輔助軟件工程實施，這些軟件工具涉及到軟件開發(fā)、維護、管理過程中的各項活動，并輔助這些活動高質(zhì)量地進行。軟件工具通常也稱為CASE(計算機輔助軟件工程，computeraidedsoftwareengineering)工具。軟件工具的發(fā)展50年代末期出現(xiàn)了程序設計語言，因此，出現(xiàn)了編輯程序、匯編程序和各種程序語言的編譯程序或解釋程序、連接程序、裝配程序、排錯程序等輔助軟件編程活動的工具。60年代末提出軟件工程的概念后，支持軟件開發(fā)、維護、管理等過程的各種活動的工具也應運而生。例如，支持需求分析活動的需求分析工具、支持維護過程的維護工具和理解工具、支持管理過程中進度管理活動的PERT工具、支持軟件過程的質(zhì)量保證工具等。軟件工具的發(fā)展80年代中期提出了軟件過程的新概念，人們開始研制過程建模的工具、過程評價工具。如今，軟件工具重視用戶界面的設計，不斷地采用新理論和新技術，正由單個工具向多個工具集成的方向發(fā)展，且注重工具間的平滑過渡和互操作性。軟件工具的分類軟件工具的種類繁多，很難有一種統(tǒng)一的分類方法，通常從不同的觀點來進行分類。由于大多數(shù)軟件工具僅支持軟件生存周期過程中的某些特定的活動，所以通?？梢园窜浖^程的活動來進行分類。如：支持軟件開發(fā)過程的工具：主要有需求分析工具、設計工具(通常還可以分為概要設計工具和詳細設計工具)、編碼工具、排錯工具、測試工具等。(2)支持軟件維護過程的工具：主要有版本控制工具、文檔分析工具、信息庫開發(fā)工具、逆向工程工具、再工程工具等。(3)支持軟件管理過程和支持過程的工具：主要有項目管理工具、配置管理工具、軟件評價工具等。常用軟件工具介紹支持軟件開發(fā)過程的工具主要有需求分析工具、設計工具、編碼工具、排錯工具、測試工具等。1.需求分析工具需求分析工具的功能與所采用的系統(tǒng)開發(fā)方法密不可分的。按所采用的系統(tǒng)開發(fā)方法，可以將需求分析工具分為兩類：結(jié)構(gòu)化圖形工具箱，面向?qū)ο竽Ｐ突ぞ呒胺治龉ぞ?。常用軟件工具介紹1.需求分析工具(1)結(jié)構(gòu)化圖形工具箱這類工具需要通過數(shù)據(jù)流程圖DFD進行功能分析。包括DFD圖形工具，實體-關系圖(E-R)圖形工具，Jackson圖形工具，Warnier/Orr圖形工具等等。(2)面向?qū)ο竽Ｐ突ぞ呒胺治龉ぞ哌@類工具需要通過對象建立構(gòu)造系統(tǒng)的抽象模型，一般包括圖形工具、對象瀏覽器及類庫管理系統(tǒng)。常用軟件工具介紹有代表性的商品化工具有：RationalRose，由RationalCorporation開發(fā)。PowerDesigner，由Sybase開發(fā)。Visio，由Microsoft開發(fā)。ArgoUML，開源工具。ControlCenter，由TogetherSoft開發(fā)。EnterpriseArchitect，由SparxSystems開發(fā)。ObjectTechnologyWorkbench（OTW），由OTWSoftware開發(fā)。SystemArchitect，由PopkinSoftware開發(fā)。UMLStudio，由PragsoftCorporation開發(fā)。VisualUML，由VisualObjectModelers開發(fā)。常用軟件工具介紹設計工具設計階段分為概要設計和詳細設計。對應于概要設計活動和詳細設計活動，設計工具通?？煞譃楦乓O計工具和詳細設計工具。(1)概要設計工具概要設計工具用以輔助設計人員設計目標軟件的體系結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件的體系結(jié)構(gòu)通常用模塊結(jié)構(gòu)圖來描述，它指明軟件系統(tǒng)的模塊組成及其調(diào)用關系，模塊的接口定義等。模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常用實體-關系圖來描述。常用軟件工具介紹有代表性的商品化工具有：RationalRose：由Rational開發(fā)，是基于UML的設計工具，它支持體系結(jié)構(gòu)設計中的所有方面。Adalon：由Synthis公司開發(fā)，是用于設計和構(gòu)建專門基于Web構(gòu)件體系結(jié)構(gòu)的特定設計工具。Objectif：由microTOOLGmbH開發(fā)，是一個基于UML的設計工具，它可以導致服從基于構(gòu)件的軟件工程的各種體系結(jié)構(gòu)（如，Coldfusion、J2EE和Fusebox等）。常用軟件工具介紹(2)詳細設計工具詳細設計工具用以輔助設計人員設計模塊的算法和內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。詳細設計規(guī)范的圖形描述方法通常有輸入-處理-輸出(input-process-output，IPO)圖、問題分析圖(problemanalysisdiagram，PAD)、盒圖(也稱NS圖)、流程圖(flowchart，F(xiàn)C)等。詳細設計規(guī)范的語言描述方法通常有程序設計語言(programdesignlanguage，PDL)、結(jié)構(gòu)化語言等。其表格描述方法通常有判定表和判定樹。常用軟件工具介紹3.編碼工具與調(diào)試工具輔助程序員進行編碼活動的工具有編碼工具和排錯工具。編碼工具輔助程序員用某種程序設計語言編制源程序，并對源程序進行翻譯，最終轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的代碼。因此，編碼工具通常與編碼所使用的程序語言密切相關。排錯工具用來輔助程序員尋找源程序中錯誤的性質(zhì)和原因，并確定其出錯的位置。常用軟件工具介紹4.測試工具可將測試工具分為程序單元測試工具、組裝測試工具和系統(tǒng)測試工具。程序單元測試工具早期的程序單元測試工具有三類：程序靜態(tài)分析工具、動態(tài)分析工具和自動測試支持工具。目前最流行的單元測試工具是xUnit系列框架，根據(jù)語言不同分為JUnit（java），CppUnit（C++），DUnit

（Delphi

），NUnit（.net），PhpUnit（Php

）等等。常用軟件工具介紹(2)組裝測試工具組裝測試也稱為集成測試或聯(lián)合測試，在單元測試的基礎上，將所有模塊按照設計要求組裝成為子系統(tǒng)或系統(tǒng)，進行組裝測試。實踐表明，一些模塊雖然能夠單獨地工作，但并不能保證連接起來也能正常地工作。程序在某些局部反映不出來的問題，在全局上很可能暴露出來，影響功能的實現(xiàn)。常用軟件工具介紹有代表性的組裝測試工具有：WinRunner，由Mercury

Interactive公司開發(fā)，是一種企業(yè)級的功能測試工具，用于檢測應用程序是否能夠達到預期的功能及正常運行。IBM

Rational

Robot

是業(yè)界最頂尖的功能測試工具。Borland

SilkTest

2006屬于軟件功能測試工具，是Borland公司所提出軟件質(zhì)量管理解決方案的套件之一。TestDirector

是業(yè)界第一個基于Web的測試管理系統(tǒng)，它可以在公司內(nèi)部或外部進行全球范圍內(nèi)測試的管理。常用軟件工具介紹(3)系統(tǒng)測試工具系統(tǒng)測試是對整個基于計算機的系統(tǒng)進行一系列不同考驗的測試。除了功能測試之外，負載測試、性能測試、可靠性測試和其他一些測試一般都是在系統(tǒng)測試期間進行的。常用軟件工具介紹有代表性的系統(tǒng)測試工具有：LoadRunner

是一種預測系統(tǒng)行為和性能的負載測試工具。通過以模擬上千萬用戶實施并發(fā)負載及實時性能監(jiān)測的方式來確認和查找問題，LoadRunner

能夠?qū)φ麄€企業(yè)架構(gòu)進行測試。OTF（ObjectTestingFramework），由MCG軟件公司開發(fā)，為Smalltalk對象的測試提供管理框架。QADirector，由CompuwareCorp.，為管理測試過程的各個階段提供簡單的控制。TestWorks，由SoftwareResearch,Inc.開發(fā)，包含一個完整的測試工具集，包括測試管理與測試報告。2.5UML建模工具RationalRoseRationalRose（簡稱Rose）是美國I