程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)

理解結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，能利用該方法提供的常用工具解決實(shí)際問題，掌握測(cè)試與調(diào)試的概念，了解白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試的概念，能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試用例設(shè)計(jì)和實(shí)施，了解靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試。教學(xué)目標(biāo)及基本要求第32講程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)(六)教學(xué)重點(diǎn)測(cè)試和調(diào)試的基本概念，白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試。第32講程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)(六)教學(xué)難點(diǎn)面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法軟件測(cè)試及調(diào)試教學(xué)內(nèi)容第32講程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)(六)1學(xué)時(shí)

教學(xué)時(shí)間1．軟件設(shè)計(jì)的基本概念（1）軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)7.4.3結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法概念軟件設(shè)計(jì)是軟件工程的重要階段，是一個(gè)把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過程。

軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)基本目標(biāo)軟件設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是用比較抽象概括的方式確定目標(biāo)系統(tǒng)如何完成預(yù)定的任務(wù)，即軟件設(shè)計(jì)是確定系統(tǒng)的物理模型。

步驟從工程管理角度來看，軟件設(shè)計(jì)分兩步完成：概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。

軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概要設(shè)計(jì)（又稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）：將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)、確定系統(tǒng)級(jí)接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫模式。詳細(xì)設(shè)計(jì)：確立每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。

（2）軟件設(shè)計(jì)的基本原則軟件設(shè)計(jì)的基本概念①抽象：是一種思維工具，就是把事物本質(zhì)的共同特性提取出來而不考慮其他細(xì)節(jié)。②模塊化：是指把一個(gè)待開發(fā)的軟件分解成若干小的簡(jiǎn)單的部分。③信息隱蔽：是指在一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息，對(duì)于不需要這些信息的其他模塊來說是不能訪問的。軟件設(shè)計(jì)的基本原則④模塊獨(dú)立性：是指每個(gè)模塊只寫成系統(tǒng)要求的獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡(jiǎn)單。模塊的獨(dú)立程度是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)好壞的重要度量標(biāo)準(zhǔn)。衡量軟件的模塊獨(dú)立性使用耦合性和內(nèi)聚性兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚、低耦合。2．概要設(shè)計(jì)（1）概要設(shè)計(jì)的任務(wù)7.4.3結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法①設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：在需求分析階段，已經(jīng)把系統(tǒng)分解成層次結(jié)構(gòu)，而在概要設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)一步分解，劃分為模塊以及模塊的層次結(jié)構(gòu)。②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)需求定義和規(guī)格說明過程中提出的數(shù)據(jù)對(duì)象的邏輯表示。概要設(shè)計(jì)的任務(wù)③編寫概要設(shè)計(jì)文檔：需要編寫的文檔有概要設(shè)計(jì)說明書、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)說明書、集成測(cè)試計(jì)劃等。④概要設(shè)計(jì)文檔評(píng)審。（2）概要設(shè)計(jì)的圖形工具概要設(shè)計(jì)常用的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具是結(jié)構(gòu)圖（SC），也稱程序結(jié)構(gòu)圖，它描述了軟件系統(tǒng)的層次和分塊結(jié)構(gòu)關(guān)系。圖形要素軟件設(shè)計(jì)是軟件工程的重要階段，是一個(gè)把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過程。

概要設(shè)計(jì)的圖形工具圖形要素模塊：用一個(gè)矩形表示，矩形內(nèi)注明模塊的功能和名字；箭頭：表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。用帶實(shí)心圓的箭頭表示傳遞的是控制信息，用帶空心圓的箭頭表示傳遞的是數(shù)據(jù)。概要設(shè)計(jì)的圖形工具結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)術(shù)語深度：表示控制的層數(shù)。上級(jí)模塊、下級(jí)模塊：調(diào)用模塊中上級(jí)模塊，被調(diào)用模塊是下級(jí)模塊。寬度：整體控制跨度（最大模塊數(shù)的層）的表示。結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)術(shù)語扇入：調(diào)用一個(gè)給定模塊的模塊個(gè)數(shù)。扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)。原子模塊：樹中位于葉子節(jié)點(diǎn)的模塊。（3）面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法概要設(shè)計(jì)是指信息沿輸入通道進(jìn)入系統(tǒng)，同時(shí)由外部形式變換成內(nèi)部形成，進(jìn)入系統(tǒng)的信息通過變換中心，經(jīng)加工處理以后再沿輸出通路變換成外部形成離開軟件系統(tǒng)。變換型：面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法事務(wù)型：在軟件應(yīng)用中，存在某種作業(yè)數(shù)據(jù)，它可以引發(fā)一個(gè)或多個(gè)處理，這些處理能夠完成該作業(yè)要求的功能，該數(shù)據(jù)流叫做事務(wù)。（4）設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則概要設(shè)計(jì)①提高模塊獨(dú)立性。②模塊規(guī)模適中。③深度、寬度、扇出和扇入適當(dāng)。④使模塊的作用域在該模塊的控制域內(nèi)。⑤應(yīng)減少模塊的接口和界面的復(fù)雜性。⑥設(shè)計(jì)成單入口、單出口的模塊。⑦設(shè)計(jì)功能可預(yù)測(cè)的模塊。3．詳細(xì)設(shè)計(jì)7.4.3結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法詳細(xì)設(shè)計(jì)的任務(wù)是為軟件結(jié)構(gòu)圖中的每個(gè)模塊確定實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用某種選定的表達(dá)工具表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。常用的過程圖形設(shè)計(jì)工具如下：（1）程序流程圖詳細(xì)設(shè)計(jì)構(gòu)成程序流程圖的最基本圖符及含義如下所示。→或↓：控制流□：加工步驟

：邏輯條件（2）N-S圖詳細(xì)設(shè)計(jì)為了避免程序圖在描述程序邏輯時(shí)的隨意性與靈活性，提出了用方框圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序流程圖，通常把這種圖稱為N-S圖。N-S圖的基本圖符及表示的5種控制結(jié)構(gòu)如圖7-20所示。

N-S圖圖7-20N-S圖（3）PAD圖詳細(xì)設(shè)計(jì)PAD圖是問題分析圖（ProblemAnalysisDiagram）的英文縮寫，它是繼程序流程圖和方框圖之后，提出的又一種主要用于描述軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)的圖形表示工具。PAD圖的基本圖符及表示的控制結(jié)構(gòu)如圖7-21所示。PAD圖圖7-21PAD圖

1．軟件測(cè)試的目的與任務(wù)7.4.4軟件測(cè)試與調(diào)試軟件測(cè)試的目的是確保軟件的質(zhì)量，盡量找出軟件錯(cuò)誤并加以糾正，而不是證明軟件沒有錯(cuò)。目的軟件測(cè)試的目的與任務(wù)①測(cè)試任務(wù)：通過采用一定的測(cè)試策略，找出軟件中的錯(cuò)誤。②調(diào)試任務(wù)：如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則定位軟件中的錯(cuò)誤，并加以糾正。找錯(cuò)的活動(dòng)稱為測(cè)試，糾錯(cuò)的活動(dòng)稱為調(diào)試。任務(wù)2．軟件測(cè)試的準(zhǔn)則7.4.4軟件測(cè)試與調(diào)試①所有測(cè)試都應(yīng)追溯到需求。②嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃，排除測(cè)試的隨意性。③充分注意測(cè)試中的群集現(xiàn)象。④程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。⑤窮舉測(cè)試不可能。⑥妥善保存測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告，為維護(hù)提供方便。3．軟件測(cè)試技術(shù)與方法7.4.4軟件測(cè)試與調(diào)試從是否需要執(zhí)行被測(cè)軟件的角度，分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。若按照功能劃分，分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。軟件測(cè)試技術(shù)與方法（1）靜態(tài)測(cè)試與動(dòng)態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量等，可以由人工完成，也可以借助軟件工具。動(dòng)態(tài)測(cè)試是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試，是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。合理的測(cè)試用例是測(cè)試的關(guān)鍵，測(cè)試用例是為測(cè)試設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。軟件測(cè)試技術(shù)與方法（2）白盒測(cè)試方法與測(cè)試用例

白盒測(cè)試方法也稱結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試，它是根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過程，檢查內(nèi)部成分，以確認(rèn)每種內(nèi)部操作符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求。白盒測(cè)試把測(cè)試對(duì)象看成是一個(gè)打開的盒子。白盒測(cè)試是在程序內(nèi)部進(jìn)行，主要用于完成軟件內(nèi)部操作的驗(yàn)證。定義白盒測(cè)試方法與測(cè)試用例白盒測(cè)試的主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測(cè)試等。主要方法白盒測(cè)試方法與測(cè)試用例邏輯覆蓋邏輯覆蓋測(cè)試是指一系列以程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的測(cè)試用例設(shè)計(jì)技術(shù)。①語句覆蓋：執(zhí)行足夠的測(cè)試用例，使得程序中每個(gè)語句至少都能被執(zhí)行一次。②路徑覆蓋：執(zhí)行足夠的測(cè)試用例，使程序中所有可能的路徑都至少經(jīng)歷一次。邏輯覆蓋③判定覆蓋：使設(shè)計(jì)的測(cè)試用例保證程序中每個(gè)取值分支至少經(jīng)歷一次。④條件覆蓋：設(shè)計(jì)的測(cè)試用例保證程序中每個(gè)判斷的每個(gè)條件的可能取值至少執(zhí)行一次。⑤判斷-條件覆蓋：設(shè)計(jì)足夠的測(cè)試用例，保證程序中判斷中每個(gè)條件的所有可能取值至少執(zhí)行一次，同時(shí)每個(gè)判斷的所有可能取值分支至少執(zhí)行一次。白盒測(cè)試方法與測(cè)試用例基本路徑測(cè)試基本路徑測(cè)試是根據(jù)軟件過程性描述中的控制流程確定程序的環(huán)路復(fù)雜性度量，用此度量定義基本路徑集合，并由此導(dǎo)出一組測(cè)試用例對(duì)每一條獨(dú)立執(zhí)行路徑進(jìn)行測(cè)試。軟件測(cè)試技術(shù)與方法（3）黑盒測(cè)試方法與測(cè)試用例黑盒測(cè)試方法也稱為功能測(cè)試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試，它是對(duì)軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能是否滿足需求進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。黑盒測(cè)試完全不考慮程序內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性，只依據(jù)程序的需求和功能規(guī)格說明，檢查程序的功能是否符合它的功能說明。定義黑盒測(cè)試方法與測(cè)試用例黑盒測(cè)試方法主要有等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測(cè)法、因果圖法等。其中，等價(jià)類劃分法是將程序的所有可能的輸入數(shù)據(jù)劃分成若干部分，然后從每個(gè)等價(jià)類中選取數(shù)據(jù)作為測(cè)試用例。主要方法4．軟件測(cè)試實(shí)施7.4.4軟件測(cè)試與調(diào)試軟件測(cè)試過程一般按4個(gè)步驟進(jìn)行，即單元測(cè)試、集成測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試（確認(rèn)測(cè)試）和系統(tǒng)測(cè)試。軟件測(cè)試實(shí)施（1）單元測(cè)試對(duì)軟件設(shè)計(jì)的最小單位——模塊進(jìn)行測(cè)試，主要是為了發(fā)現(xiàn)模塊內(nèi)部可能存在的各種錯(cuò)誤和不足。進(jìn)行單元測(cè)試時(shí)，主要使用白盒測(cè)試法。由于各模塊相對(duì)獨(dú)立，因而對(duì)多個(gè)模塊的測(cè)試可以同時(shí)進(jìn)行，以提高測(cè)試效率。單元測(cè)試主要針對(duì)5個(gè)基本特性進(jìn)行測(cè)試：模塊接口、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、重要的執(zhí)行路徑、出錯(cuò)處理和邊界條件。軟件測(cè)試實(shí)施（2）集成測(cè)試集成測(cè)試是測(cè)試和組裝軟件的過程。主要目的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯(cuò)誤，集成測(cè)試的依據(jù)是概要設(shè)計(jì)說明書，測(cè)試的內(nèi)容主要是：軟件單元的接口測(cè)試、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測(cè)試、邊界條件和非法輸入的測(cè)試等。集成測(cè)試時(shí)將模塊組裝成程序通常采用兩種方式：非增量方式組裝和增量方式組裝。軟件測(cè)試實(shí)施（3）確認(rèn)測(cè)試確認(rèn)測(cè)試的任務(wù)是驗(yàn)證軟件的功能和性能及其他特性是否滿足了需求規(guī)格說明中確定的各種需求，以及軟件配置是否完全、正確。確認(rèn)測(cè)試的實(shí)施首先運(yùn)用黑盒測(cè)試方法。軟件測(cè)試實(shí)施（4）系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試是把通過確認(rèn)測(cè)試的軟件作為基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)元素，與整個(gè)系統(tǒng)的其他元素結(jié)合起來，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試。5．軟件調(diào)試實(shí)施7.4.4軟件測(cè)試與調(diào)試在對(duì)程序進(jìn)行了成功的測(cè)試之后將進(jìn)入程序調(diào)試，程序調(diào)試的任務(wù)是診斷和改正程序中的錯(cuò)誤。軟件測(cè)試貫穿整個(gè)軟件生命周期，調(diào)試主要在開發(fā)階段。程序調(diào)試活動(dòng)由兩部分組成：其一是