程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)六

1、第32講 程序設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)基礎(chǔ)（六）教學(xué)目標(biāo)及基本要求：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，掌握測試與調(diào)試的概念，了解白盒測試與黑盒測試的概念，能進(jìn)行簡單的測試用例設(shè)計(jì)和實(shí)施，了解靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試。教學(xué)重點(diǎn)：測試和調(diào)試的基本概念，白盒測試與黑盒測試。 教學(xué)難點(diǎn)：面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，白盒測試與黑盒測試。教學(xué)內(nèi)容：1結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法2軟件測試及調(diào)試教學(xué)時(shí)間：1學(xué)時(shí)主要內(nèi)容： 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法1軟件設(shè)計(jì)的基本概念（1）軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)v 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。v 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

2、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。 v 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)。 Ø 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)級接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫模式 。Ø 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 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)。 模塊化：是指把一個(gè)待開發(fā)的軟件分解成若干小的簡單的部分。 信息隱蔽：是指在一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息，對于不需要這些信息的其他模塊來說是不能訪問的。 模塊獨(dú)立性：是指每個(gè)

3、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)系最少且接口簡單。模塊的獨(dú)立程度是評價(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) 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)。 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)對象的邏輯表示。 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、集成測試計(jì)劃等。 概要設(shè)計(jì)文檔評審。（2）概要設(shè)計(jì)的圖形工具常用的軟件

4、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。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)。結(jié)構(gòu)圖的有關(guān)術(shù)語如下。Ø 深度：表示控制的層數(shù)。Ø 上級模塊、下級模塊：調(diào)用模塊中上級模塊，被調(diào)用模塊是下級模塊。Ø 寬度：整體控制跨度（最大模塊數(shù)的層）的表示。Ø 扇入：調(diào)用一個(gè)給定模塊的模塊個(gè)數(shù)。Ø 扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)。Ø 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)方法典型的

5、數(shù)據(jù)流類型有兩種：變換型和事務(wù)型。 變換型：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式離開軟件系統(tǒng)。 事務(wù)型：在很多軟件應(yīng)用中，存在某種作業(yè)數(shù)據(jù)流，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，這種數(shù)據(jù)流就叫做事務(wù)。（4）設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 提高模塊獨(dú)立性。 模塊規(guī)模適中。 深度、寬度、扇出和扇入適當(dāng)。 使模塊的作用域在該模塊的控制域內(nèi)。 應(yīng)減少模塊的接口和界面的復(fù)雜性。 設(shè)計(jì)成單入口、單出口的模塊。 設(shè)計(jì)功能可預(yù)測的模塊。3詳細(xì)設(shè)計(jì)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

6、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）程序流程圖程序流程圖是一種傳統(tǒng)的、應(yīng)用廣泛的軟件過程設(shè)計(jì)表示工具，通常稱為程序框圖。程序流程圖表達(dá)直觀、清晰，易于學(xué)習(xí)掌握，且獨(dú)立于任何一種程序設(shè)計(jì)語言。構(gòu)成程序流程圖的最基本圖符及含義如下所示?；颍嚎刂屏鳎杭庸げ襟E：邏輯條件（2）N-S圖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。任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3條件elsethen判定條件循環(huán)體循環(huán)體判定條件條件=1=2=nABCD 圖7-20 N-S圖圖符

7、與構(gòu)成的5種控制結(jié)構(gòu)（3）PAD圖PAD圖是問題分析圖（Problem Analysis Diagram）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。條件AB選擇型順序型BAWHILEAWHILE重復(fù)型UNTIL重復(fù)型UNTILB 圖7-21 PAD圖圖符與構(gòu)成的5種控制結(jié)構(gòu)除了以上3種工具外，還有判定表、判定樹和結(jié)構(gòu)化自然語言PDL等描述工具。 軟件測試及調(diào)試1軟件測試的目的與任務(wù)軟件測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)。因此，軟件測試的任務(wù)可以規(guī)定兩

8、點(diǎn)。（1）測試任務(wù)：通過采用一定的測試策略，找出軟件中的錯(cuò)誤。（2）調(diào)試任務(wù)：如果測試發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則定位軟件中的錯(cuò)誤，并加以糾正。找錯(cuò)的活動稱為測試，糾錯(cuò)的活動稱為調(diào)試。2軟件測試的準(zhǔn)則（1）所有測試都應(yīng)追溯到需求。（2）嚴(yán)格執(zhí)行測試計(jì)劃，排除測試的隨意性。（3）充分注意測試中的群集現(xiàn)象。（4）程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。（5）窮舉測試不可能。（6）妥善保存測試計(jì)劃、測試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告，為維護(hù)提供方便。3軟件測試技術(shù)與方法軟件測試的方法和技術(shù)是多種多樣的，對于軟件測試方法和技術(shù)，可以從不同的角度加以分類。若從是否需要執(zhí)行被測軟件的角度，可以分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試方法。若按照功能劃分

9、可以分為白盒測試和黑盒測試。（1）靜態(tài)測試與動態(tài)測試靜態(tài)測試包括代碼檢查、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。動態(tài)測試是基于計(jì)算機(jī)的測試，是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程。合理的測試用例是測試的關(guān)鍵，測試用例是為測試設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。（2）白盒測試方法與測試用例白盒測試方法也稱結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試，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。白盒測試把測試對象看成是一個(gè)打開的盒子。白盒測試是在程序內(nèi)部進(jìn)行，主要用于完成軟件內(nèi)部操作的驗(yàn)證。白盒測試的主要方法有邏輯覆蓋、基本路徑測試等。邏輯覆蓋測試是指一系列以程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的

10、測試用例設(shè)計(jì)技術(shù)。 語句覆蓋：執(zhí)行足夠的測試用例，使得程序中每個(gè)語句至少都能被執(zhí)行一次。 路徑覆蓋：執(zhí)行足夠的測試用例，使程序中所有可能的路徑都至少經(jīng)歷一次。 判定覆蓋：使設(shè)計(jì)的測試用例保證程序中每個(gè)取值分支至少經(jīng)歷一次。 條件覆蓋：設(shè)計(jì)的測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。 判斷-條件覆蓋：設(shè)計(jì)足夠的測試用例，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。基本路徑測試是根據(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)出一組測試用例對每一條獨(dú)立執(zhí)行路徑進(jìn)行測試。（3）黑盒測試方法

11、與測試用例黑盒測試方法也稱為功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試，它是對軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能是否滿足需求進(jìn)行測試和驗(yàn)證。黑盒測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。黑盒測試是在軟件接口進(jìn)行，完成功能驗(yàn)證。黑盒測試方法主要有等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測法、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)作為測試用例。4軟件測試實(shí)施軟件測試過程一般按4個(gè)步驟進(jìn)行，即單元測試、集成測試、驗(yàn)收測試（確認(rèn)測試）和系統(tǒng)測試。（1）單元測試單元測試集中對軟件設(shè)計(jì)的最小單位模塊進(jìn)行測試，主要是為

12、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)行單元測試時(shí)，根據(jù)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測試用例，主要使用白盒測試法。由于各模塊相對獨(dú)立，因而對多個(gè)模塊的測試可以同時(shí)進(jìn)行，以提高測試效率。單元測試主要針對5個(gè)基本特性進(jìn)行測試：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。（2）集成測試集成測試是測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，集成測試的依據(jù)是概要設(shè)計(jì)說明書，測試的內(nèi)容主要是：軟件單元的接口測試、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試、邊界條件和非法輸入的測試等。集成測試時(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。（3）確認(rèn)測試確認(rèn)測試的任務(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)測試的實(shí)施首先運(yùn)用黑盒測試方法。（4）系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試是把通過確認(rèn)測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，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測試和確認(rèn)測試。5軟件調(diào)試實(shí)施在對程序進(jìn)行了成功的測試之后將進(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)試活動由兩部分組成：其一是錯(cuò)誤的定位，其二是