第 2 章 程序设计基础
2.1 程序设计的方法与风格
养成良好的程序设计风格，主要考虑下述因素：
（1）源程序文档化
① 符号名的命名：符号名的命名应具有一定的实际含义，以便于对程序功 能的理解；
② 程序注释：在源程序中添加正确的注释可帮助人们理解程序。程序注释 可分为序言性注释和功能性注释。语句结构清晰第一、效率第二；
③ 视觉组织：通过在程序中添加一些空格、空行和缩进等，使人们在视觉 上对程序的结构一目了然。
（2）数据说明的方法 为使程序中的数据说明易于理解和维护，可采用下列数据说明的风格，见
表 2-1。
表 2-1 数据说明风格
数据说明风格 详细说明
次序应规范化 使数据说明次序固定，使数据的属性容易查找，也有利于测试、排错 和维护
变量安排有序化 当多个变量出现在同一个说明语句中时，变量名应按字母顺序排序， 以便于查找
使用注释 在定义一个复杂的数据结构时，应通过注解来说明该数据结构的特点
（3）语句的结构程序 语句的结构程序应该简单易懂，语句构造应该简单直接。
（4）输入和输出 输入输出比较简单，这里就不作介绍。
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2.2 结构化程序设计
1. 结构化程序设计的原则
结构化程序设计方法引入了工程思想和结构化思想，使大型软件的开发和编 程得到了极大的改善。结构化程序设计方法的主要原则为：自顶向下、逐步求精、 模块化和限制使用 goto 语句。
① 自顶向上：先考虑整体，再考虑细节；先考虑全局目标，再考虑局部 目标；
② 逐步求精：对复杂问题应设计一些子目标作为过渡，逐步细化；
③ 模块化：把程序要解决的总目标分解为分目标，再进一步分解为具体的 小目标，把每个小目标称为一个模块。
限制使用 goto 语句：在程序开发过程中要限制使用 goto 语句。
2. 结构化程序的基本结构
结构化程序的基本结构有三种类型：顺序结构、选择结构和循环结构。
① 顺序结构：是最基本、最普通的结构形式，按照程序中的语句行的先后 顺序逐条执行；
② 选择结构：又称为分支结构，它包括简单选择和多分支选择结构；
③ 循环结构：根据给定的条件，判断是否要重复执行某一相同的或类似的 程序段。循环结构对应两类循环语句：先判断后执行的循环体称为当型循环结构； 先执行循环体后判断的称为直到型循环结构。
2.3 面向对象方法
面向对象方法涵盖对象及对象属性与方法、类、继承、多态性几个基本要素。
1. 对象
通常把对象的操作也称为方法或服务。 属性即对象所包含的信息，它在设计对象时确定，一般只能通过执行对象的
操作来改变。属性值应该指的是纯粹的数据值，而不能指对象。 操作描述了对象执行的功能，若通过信息的传递，还可以为其他对象使用。
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2. 类和实例
类是具有共同属性、共同方法的对象的集合。它描述了属于该对象类型的所 有对象的性质，而一个对象则是其对应类的一个实例。
类是关于对象性质的描述，它同对象一样，包括一组数据属性和在数据上的 一组合法操作。
3. 消息
消息是实例之间传递的信息，它请求对象执行某一处理或回答某一要求的信 息，它统一了数据流和控制流。
一个消息由三部分组成：接收消息的对象的名称、消息标识符（消息名）和 零个或多个参数。
4. 继承 广义地说，继承是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义它们。 继承分为单继承与多重继承。单继承是指，一个类只允许有一个父类，即类
等级为树形结构。多重继承是指，一个类允许有多个父类。
5. 多态性
对象根据所接受的消息而做出动作，同样的消息被不同的对象接受时可导致 完全不同的行动，该现象称为多态性。
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第 3 章 软件工程基础
3.1 软件工程基本概念
1. 软件定义与软件特点
软件指的是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，包括程序、数据和相 关文档的完整集合。
程序是软件开发人员根据用户需求开发的、用程序设计语言描述的、适合计 算机执行的指令序列。
数据是使程序能正常操纵信息的数据结构。文档是与程序的开发、维护和使 用有关的图文资料。
可见，软件由两部分组成：
机器可执行的程序和数据；
机器不可执行的，与软件开发、运行、维护、使用等有关的文档。 根据应用目标的不同，软件可分应用软件、系统软件和支撑软件（或工具
软件），见表 3-1。
表 3-1 软件的分类
名称 描述
应用软件 为解决特定领域的应用而开发的软件
系统软件 计算机管理自身资源，提高计算机使用效率并为计算机用户提 供各种服务的软件
支撑软件（或工具软件） 支撑软件是介于两者之间，协助用户开发软件的工具性软件
2. 软件工程
为了摆脱软件危机，提出了软件工程的概念。软件工程学是研究软件开发和 维护的普遍原理与技术的一门工程学科。所谓软件工程是指采用工程的概念、原 理、技术和方法指导软件的开发与维护。软件工程学的主要研究对象包括软件开 发与维护的技术、方法、工具和管理等方面。
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表 3-2 软件工程三要素
名称 描述
方法 方法是完成软件工程项目的技术手段
工具 工具支持软件的开发、管理、文档生成
过程 过程支持软件开发的各个环节的控制、管理
3.2 软件th命周期
1. 软件th命周期概念 软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程称为软件生命周期。 软件生命周期分为 3 个时期共 8 个阶段，
软件定义期：包括问题定义、可行性研究和需求分析 3 个阶段；
软件开发期：包括概要设计、详细设计、实现和测试 4 个阶段；
运行维护期：即运行维护阶段。 软件生命周期各个阶段的活动可以有重复，执行时也可以有迭代，如图 3-1
所示。
图 3-1 软件生命周期
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在图 3-1 中的软件生命周期各阶段的主要任务，见表 3-3。
表 3-3 软件th命周期各阶段的主要任务
任务 描述
问题定义 确定要求解决的问题是什么
可行性研究 与计划制定
决定该问题是否存在一个可行的解决办法，指定完成开发任务的实施计划
需求分析 对待开发软件提出需求进行分析并给出详细定义。编写软件规格说明书及初 步的用户手册，提交评审
软件设计 通常又分为概要设计和详细设计两个阶段，给出软件的结构、模块的划分、 功能的分配以及处理流程。这阶段提交评审的文档有概要设计说明书、详细 设计说明书和测试计划初稿
软件实现 在软件设计的基础上编写程序。这阶段完成的文档有用户手册、操作手册等 面向用户的文档，以及为下一步作准备而编写的单元测试计划
软件测试 在设计测试用例的基础上，检验软件的各个组成部分。编写测试分析报告
运行维护 将已交付的软件投入运行，同时不断的维护，进行必要而且可行的扩充和删改
3.3 软件设计
3.3.1 软件设计基本概念
（1）按技术观点分 从技术观点上看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程
设计。
① 结构设计定义软件系统各主要部件之间的关系；
② 数据设计将分析时创建的模型转化为数据结构的定义；
③ 接口设计是描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何 通信；
④ 过程设计则是把系统结构部件转换为软件的过程性描述。
（2）按工程管理角度分 从工程管理角度来看，软件设计分两步完成：概要设计和详细设计。
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结构或数据库模式；
② 详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算 法和数据结构的细节。
3.3.2 软件设计的基本原理
1. 软件设计中应该遵循的基本原理和与软件设计有关的概念
（1）抽象 软件设计中考虑模块化解决方案时，可以定出多个抽象级别。抽象的层次从
概要设计到详细设计逐步降低。
（2）模块化 模块是指把一个待开发的软件分解成若干小的简单的部分。模块化是指解决
一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。
（3）信息隐蔽 信息隐蔽是指在一个模块内包含的信息（过程或数据），对于不需要这些信
息的其他模块来说是不能访问的。
（4）模块独立性 模块独立性是指每个模块只完成系统要求的独立的子功能，并且与其他模块
的联系最少且接口简单。模块的独立程度是评价设计好坏的重要度量标准。衡量 软件的模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。内聚性是信息隐蔽 和局部化概念的自然扩展。一个模块的内聚性越强则该模块的模块独立性越强。 一个模块与其他模块的耦合性越强则该模块的模块独立性越弱。
2. 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
内聚性是度量一个模块功能强度的一个相对指标。内聚是从功能角度来衡量 模块的联系，它描述的是模块内的功能联系。内聚有如下种类，它们之间的内聚 度由弱到强排列：偶然内聚、逻辑内聚、时间内聚、过程内聚、通信内聚、顺序 内聚、功能内聚。
耦合性是模块之间互相连接的紧密程度的度量。耦合性取决于各个模块之间
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之间的耦合度由高到低排列：内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记 耦合、数据耦合、非直接耦合。
在程序结构中，各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。一般较优秀的软件设 计，应尽量做到高内聚，低耦合，即减弱模块之间的耦合性和提高模块内的内聚 性，有利于提高模块的独立性。
3.4 结构化分析方法
1. 结构化分析方法的定义
结构化分析方法就是使用数据流图（dfd）、数据字典（dd）、结构化英语、 判定表和判定树的工具，来建立一种新的、称为结构化规格说明的目标文档。
结构化分析方法的实质是着眼于数据流、自顶向下、对系统的功能进行逐层 分解、以数据流图和数据字典为主要工具，建立系统的逻辑模型。
2. 结构化分析方法常用工具
（1）数据流图（dfd） 数据流图是系统逻辑模型的图形表示，即使不是专业的计算机技术人员也容
易理解它，因此它是分析员与用户之间极好的通信工具。
（2）数据字典（dd） 数据字典是对数据流图中所有元素的定义的集合，是结构化分析的核心。 数据流图和数据字典共同构成系统的逻辑模型，没有数据字典数据流图就不
严格，若没有数据流图，数据字典也难于发挥作用。
数据字典中有 4 种类型的条目：数据流、数据项、数据存储和加工。
（3）判定表 有些加工的逻辑用语言形式不容易表达清楚，而用表的形式则一目了然。如
果一个加工逻辑有多个条件、多个操作，并且在不同的条件组合下执行不同的操 作，那么可以使用判定表来描述。
（4）判定树 判定树和判定表没有本质的区别，可以用判定表表示的加工逻辑都能用判定
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3. 软件需求规格说明书
软件需求规格说明书是需求分析阶段的最后成果，是软件开发的重要文档之 一。它的特点是具有正确性、无歧义性、完整性、可验证性、一致性、可理解性、 可修改性和可追踪性。
3.5 软件测试
3.5.1 软件测试的目的和准则
1. 软件测试的目的
grenford.j.myers 给出了软件测试的目的：
测试是为了发现程序中的错误而执行程序的过程；
好的测试用例（test case）能发现迄今为止尚未发现的错误；
一次成功的测试是能发现至今为止尚未发现的错误。 测试的目的是发现软件中的错误，但是，暴露错误并不是软件测试的最终目
的，测试的根本目的是尽可能多地发现并排除软件中隐藏的错误。
2. 软件测试的准则
根据上述软件测试的目的，为了能设计出有效的测试方案，以及好的测试用 例，软件测试人员必须深入理解，并正确运用以下软件测试的基本准则：
所有测试都应追溯到用户需求；
在测试之前制定测试计划，并严格执行；
充分注意测试中的群集现象；
避免由程序的编写者测试自己的程序；
不可能进行穷举测试；
妥善保存测试计划、测试用例、出错统计和最终分析报告，为维护提 供方便。
3.5.2 软件测试的方法和实施
1. 软件测试方法
软件测试具有多种方法，依据软件是否需要被执行，可以分为静态测试和动
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（1）静态测试和动态测试
① 静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量等。其中代码检 查分为代码审查、代码走查、桌面检查、静态分析等具体形式；
② 动态测试。静态测试不实际运行软件，主要通过人工进行分析。动态测 试就是通常所说的上机测试，是通过运行软件来检验软件中的动态行为和运行结 果的正确性。
动态测试的关键是使用设计高效、合理的测试用例。测试用例就是为测试设 计的数据，由测试输入数据和预期的输出结果...