第1章 軟件開發(fā)與程序設(shè)計(jì)

1.1 任務(wù)一：軟件的開發(fā)

軟件被應(yīng)用于世界的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人們的生活和工作產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。近年來，軟件開發(fā)作為現(xiàn)代科學(xué)研究和解決工程問題的基礎(chǔ)，成為當(dāng)今世界不可缺少的一部分。在不久的將來，軟件將成為驅(qū)動(dòng)社會(huì)發(fā)展的新動(dòng)力。

任務(wù)描述

軟件開發(fā)的目標(biāo)：以客戶與市場(chǎng)為導(dǎo)向、理解軟件真正的需求，開發(fā)出具有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可維護(hù)性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性并滿足用戶需要的軟件產(chǎn)品，獲取最大的商業(yè)利益。

任務(wù)分析與設(shè)計(jì)

如果硬件是人的身體，那么軟件就是人的思維。在開發(fā)軟件過程中，開發(fā)的步驟、方法甚至技巧和習(xí)慣都會(huì)直接影響軟件成品的質(zhì)量。軟件開發(fā)項(xiàng)目的成功有以下幾個(gè)主要的目標(biāo)作為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：

（1）付出較低的開發(fā)成本。

（2）達(dá)到要求的軟件功能。

（3）取得較好的軟件性能。

（4）開發(fā)的軟件易于移植。

（5）需要較低的維護(hù)費(fèi)用。

（6）能按時(shí)完成開發(fā)工作，即時(shí)交付使用。

任務(wù)實(shí)現(xiàn)

1.初識(shí)“軟件”

軟件（software）是一系列按照特定順序組織的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)和指令的集合。

凡是能看見、能摸到的都是硬件，如鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、主機(jī)等。

運(yùn)行于硬件上的、我們常用的瑞星、Office、操作系統(tǒng)等都是軟件！沒有軟件的計(jì)算機(jī)是“裸機(jī)”，相當(dāng)于廢鐵一堆。軟件和計(jì)算機(jī)密不可分，計(jì)算機(jī)軟件是為了解除人們繁重、重復(fù)的工作而產(chǎn)生的。軟件是為了告訴計(jì)算機(jī)要做什么、如何做而編寫的，是計(jì)算機(jī)能夠理解的一串指令、代碼、程序。

2.軟件的分類

1）按功能劃分

（1）貼近計(jì)算機(jī)硬件的小軟件。通?！肮袒痹谥蛔x存儲(chǔ)器芯片中，因此稱為固件。

（2）系統(tǒng)軟件。包括操作系統(tǒng)和編譯器等軟件，如Windows、Linux、UNIX、Mac OS。系統(tǒng)軟件與硬件共同搭建起一個(gè)操作“平臺(tái)”，可以管理和優(yōu)化計(jì)算機(jī)硬件資源的使用。

（3）支撐軟件。是支撐各種軟件的開發(fā)與維護(hù)的軟件，又稱為軟件開發(fā)環(huán)境，如Microsoft Visual C、Microsoft Visual Studio、Maromedia Dreamweaver等。

（4）應(yīng)用軟件。它的種類最多，如辦公軟件、電子商務(wù)軟件、通信軟件、行業(yè)軟件，游戲軟件等。根據(jù)用戶和所服務(wù)的領(lǐng)域提供不同的功能，是為了某種特定的用途而開發(fā)的軟件。本書開發(fā)實(shí)例的方向就是應(yīng)用軟件。

2）按軟件規(guī)模劃分

根據(jù)開發(fā)軟件所需的人員數(shù)量、時(shí)間期限以及完成的源程序（有效）行數(shù)，劃分出6種不同規(guī)模的軟件，如表1.1所示。

3.軟件生命周期與開發(fā)階段

軟件生命周期是按時(shí)間分程的思想方法描述軟件的產(chǎn)生直到報(bào)廢的生命周期。軟件生命周期包含制訂計(jì)劃、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序編碼、軟件測(cè)試、運(yùn)行維護(hù)6個(gè)開發(fā)階段，如表1.2所示。

4.各個(gè)開發(fā)階段之間的交接——開發(fā)文檔

軟件并非只包括可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序，與這些程序相關(guān)的文件一般也被認(rèn)為是軟件的一部分。軟件文檔是軟件工程實(shí)施中的重要成分，它不僅是軟件開發(fā)各階段的重要依據(jù)，而且也影響軟件的可維護(hù)性。

各個(gè)開發(fā)階段之間的交接實(shí)際上就是文檔與文檔之間的交接。換句話說，每個(gè)開發(fā)階段都應(yīng)該產(chǎn)生相應(yīng)的開發(fā)文檔。文檔是開發(fā)團(tuán)隊(duì)中技術(shù)人員的交流工具，可以快速地找到相關(guān)的位置，避免重復(fù)閱讀程序。

一份合格的開發(fā)文檔應(yīng)該全面，要有條理地詮釋軟件開發(fā)流程，要包含技術(shù)難點(diǎn)的解釋、邏輯判斷、重要算法，要包括部分業(yè)務(wù)流程的說明。技術(shù)人員通過看文檔可迅速了解程序的流程、調(diào)用關(guān)系，測(cè)試人員可以知道開發(fā)人員對(duì)用戶需求了解的程度、是否有偏差，以快速定位錯(cuò)誤，提高開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量。

5.軟件的開發(fā)方法

1）開發(fā)方法的分類

（1）功能分解法——計(jì)算任務(wù)。

（2）結(jié)構(gòu)化法——以數(shù)據(jù)為中心。

（3）面向?qū)ο蠓ā詫?duì)象為中心。

（4）組件法——以組件為中心。

2）結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)開發(fā)方法（Structured System Development Methodology）

結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)開發(fā)方法是由E.Yourdon和L.L.Constantine提出的，首先對(duì)軟件進(jìn)行需求分析，然后進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后結(jié)構(gòu)化編程（SP）。

按照程序設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，程序設(shè)計(jì)方法可以分為：

（1）功能分解法，以計(jì)算任務(wù)為中心。

（2）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，以數(shù)據(jù)為中心。

（3）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，以對(duì)象為中心。

（4）組件程序設(shè)計(jì)，以組件為中心。

初學(xué)者更容易理解結(jié)構(gòu)化（模塊化）的理念，即自頂向下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。這種開發(fā)方法能產(chǎn)生清晰、易懂的程序代碼，使用程序易于維護(hù)。

按用戶至上的原則，將系統(tǒng)開發(fā)過程劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的階段，然后再考慮局部實(shí)現(xiàn)。實(shí)施階段堅(jiān)持自底向上地逐步實(shí)施，即從最基層的模塊做起（編程），然后按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將模塊一個(gè)個(gè)拼接到一起進(jìn)行調(diào)試，自底向上、逐步地構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。

引導(dǎo)文獻(xiàn)

軟件工程是隨著軟件的發(fā)展而誕生的學(xué)科。軟件工程由程序、數(shù)據(jù)和文檔組成，其中程序是主體，數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，文檔是與軟件的開發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的材料。軟件開發(fā)方法應(yīng)規(guī)范化。

1.軟件開發(fā)的主要環(huán)節(jié)

軟件開發(fā)的主要環(huán)節(jié)如圖1.1所示。

2.軟件開發(fā)的策略與步驟

軟件開發(fā)有三種基本策略：“復(fù)用”、“分而治之”、“優(yōu)化—折中”。

（1）復(fù)用是指“利用現(xiàn)成的東西”。

（2）分而治之是指把一個(gè)復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)簡單的問題，然后逐個(gè)解決，如圖1.2所示。

軟件人員在分而治之時(shí)應(yīng)考慮：問題分解后能否用程序?qū)崿F(xiàn)？程序能否集成為一個(gè)軟件系統(tǒng)以解決問題？

（3）優(yōu)化—折中。優(yōu)化工作不是可有可無的事情，而是必須要做的事情。當(dāng)優(yōu)化工作成為一種責(zé)任時(shí)，程序員才會(huì)不斷改進(jìn)軟件中的算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序組織，從而提高軟件質(zhì)量。折中策略是指通過協(xié)調(diào)各個(gè)質(zhì)量因素，實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量的最優(yōu)。

3.軟件開發(fā)模型

軟件開發(fā)模型是軟件開發(fā)全部過程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。最早出現(xiàn)的軟件開發(fā)模型是于1970年由W.Royce提出的瀑布模型，而后隨著軟件工程學(xué)科的發(fā)展和軟件開發(fā)的實(shí)踐，相繼提出了演化模型、螺旋模型、增量模型、噴泉模型、智能模型等。

軟件也有一個(gè)孕育、誕生、成長、成熟、衰亡的生存過程。根據(jù)這一思想，可以得到軟件生命周期的6個(gè)開發(fā)階段，即制訂計(jì)劃、需求分析、設(shè)計(jì)、程序編碼、測(cè)試、運(yùn)行與維護(hù)。

軟件生命周期模型是從軟件項(xiàng)目需求定義直至軟件經(jīng)使用后廢棄為止，跨越整個(gè)生命周期的系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)作和維護(hù)所實(shí)施的全部過程、活動(dòng)和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架。

（1）瀑布模型：制訂計(jì)劃，進(jìn)行需求分析和說明、軟件設(shè)計(jì)、程序編碼、軟件測(cè)試、運(yùn)行與維護(hù)，固定次序、自上而下、相互銜接。瀑布模型如圖1.3所示。

（2）演化模型：在項(xiàng)目開發(fā)的初始階段，對(duì)軟件的需求認(rèn)識(shí)不夠清晰，可以先做試驗(yàn)開發(fā)與探索可行性，弄清軟件需求；在此基礎(chǔ)上獲得較為滿意的軟件產(chǎn)品。第一次得到的試驗(yàn)性產(chǎn)品稱為“原型”。

（3）螺旋模型：開發(fā)復(fù)雜的大型軟件時(shí)，結(jié)合瀑布模型與演化模型沿著螺線旋轉(zhuǎn)，自內(nèi)原型處向外拓展，每旋轉(zhuǎn)一圈便更新完善一個(gè)新的版本。螺旋模型如圖1.4所示。

① 制訂計(jì)劃——確定軟件目標(biāo)，選定實(shí)施方案，弄清項(xiàng)目開發(fā)的限制條件。

② 風(fēng)險(xiǎn)分析——分析所選方案，考慮如何識(shí)別和消除風(fēng)險(xiǎn)。

③ 實(shí)施工程——實(shí)施軟件開發(fā)。測(cè)試驗(yàn)收產(chǎn)品。

④ 客戶評(píng)估——評(píng)價(jià)開發(fā)工作，提出修正建議。

（4）噴泉模型：主要支持面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法。分析、設(shè)計(jì)和編碼之間不存在明顯的邊界。噴泉模型如圖1.5所示。

（5）智能模型：基于知識(shí)的軟件開發(fā)模型，綜合以上模型，結(jié)合專家系統(tǒng)，采用歸約和推理機(jī)制，幫助軟件人員完成開發(fā)工作。

即時(shí)訓(xùn)練

1.軟件工程實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

（1）付出較低的開發(fā)成本。

（2）實(shí)現(xiàn)要求的軟件功能。

（3）獲取較好的軟件性能。

（4）提高軟件的可移植性。

（5）降低系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。

（6）按時(shí)交付軟件的使用。

2.軟件工程工作的內(nèi)容

（1）分階段實(shí)施系統(tǒng)的開發(fā)。

（2）控制調(diào)整開發(fā)的進(jìn)度。

（3）控制優(yōu)化資金的使用。

（4）提交階段性文檔。

拓展任務(wù)

（1）較常見應(yīng)用軟件如下。

① 行業(yè)管理軟件：如計(jì)算機(jī)行業(yè)管理軟件開龍IT200商軟ERP等。

② 文字處理軟件：如Office、WPS等。

③ 信息管理軟件：如Access數(shù)據(jù)庫。

④ 輔助設(shè)計(jì)軟件：如AutoCAD、Photoshop。

⑤ 媒體播放軟件：如暴風(fēng)影音、豪杰超級(jí)解霸、Windows Media Player、RealPlayer等。

⑥ 系統(tǒng)優(yōu)化軟件：如Windows優(yōu)化大師、超級(jí)兔子魔法設(shè)置。

⑦ 圖形圖像軟件：Coreldraw、Painter、MAX，MAYA等。

⑧ 數(shù)學(xué)軟件：Mathematica、Maple、Matlab、MathCad等。

⑨ 統(tǒng)計(jì)軟件：SAS、SPSS等。

⑩ 后期合成軟件：After Effects、Combustion、Digital Fusion、Shake、Flame等。

?殺毒軟件：如瑞星、金山毒霸、卡巴斯基、江民等。

（2）列舉出更多的軟件并歸類。