本書第2版選擇學生廣為熟知的案例為導引, 系統地介紹軟件工程的基本概念、軟件生命周期、需求的獲取及可行性研究的內容, 特別是結構化方法、面向對象技術與UM建模等主流開發方法的基本原理、特點、一般工具及其在項目開發過程中的具體運用, 以及軟件測試的常用方法、項目管理的一般知識等。
序
軟件工程學科的發展有其歷史的必然。近半個世紀以來，隨著通信、計算機、網絡應用的普及，作為其靈魂的軟件的開發顯得越來越重要。無數的反例證明，如果軟件產品的質量達不到要求，帶來的損失是極其嚴重的。為保證或提高軟件產品的質量，最關鍵的問題就是從技術和管理兩方面雙管齊下，使用得到實際考驗的一系列最佳軟件開發實踐，作為我們工作的指導原則，切實做好軟件開發的各項活動。
有人講，軟件工程課程學不學沒有用處。事實上是這樣嗎？絕對不是。我在給清華大學計算機系的工程碩士上軟件工程課的時候，他們說，他們上的所有課程中，這門課最有用。因為他們都是從事軟件開發多年的在職研究生，他們反映，多年來困惑他們的很多問題，從課程中都能找到對應的解決方法。有時，看上去是一句普通的“原則”，在實踐上卻能解決大問題。所以，雖然課本中講了許多條條框框，其實都是有其實踐背景的。
還有人講，軟件工程這門課程太枯燥，聽不懂，做不會，學習起來提不起興趣。這就是學習方法問題了。軟件工程有一條主線，即軟件生命周期過程。它的特點是分階段、有迭代。
從軟件開發方法來看，不論是傳統的結構化方法，還是面向對象方法，或新的面向服務架構，它們都有各自的適用領域，有不同的視角、不同的活動組織方式和不同的架構。
從軟件工程過程來看，最基本的是開發過程、運行過程和維護過程，此外還有各種支持過程和組織過程，它們為基本過程提供輔助支持和各種保證。
從軟件工程管理來看，有整體管理，包括啟動、計劃、執行、控制和收尾5大過程，此外，還要考慮需求、成本、進度、質量、人員、溝通和風險等方面的管理活動。
如果我們明確了軟件工程的主要方面，就可以有目的、系統地進行課程的學習了。
總之，對于軟件工程，應首先想到它是有用的，也可能將來工作后用不到操作系統原理、計算機原理等課程所講的內容，但只要是從事軟件開發，軟件工程就是回避不了的。其次，要有它不難學的思想。關鍵是對將來自己工作的領域要有規劃，找準方向，有針對性地學習。特別地，由于社會需求〖1〗軟件工程基礎與應用（第2版）序[3]〖3〗是不斷變化的，軟件開發技術是不斷進步的，軟件開發工具是層出不窮的，我們不要一味追求新的，而應該從最成熟、最可靠的技術和工具學起。在學校里打好基礎，將來在工作中就很容易接受新東西。
馬小軍老師從事軟件工程的教學已經20多年了，我與她的相識是在20世紀90年代初她聽我的軟件工程課的時候。她是一位對工作很認真的老師，在這么多年的教學中已經積累了豐富的教學經驗，并領導了許多軟件開發項目，從如何培養應用型技術人才角度出發，對軟件工程的教學體系、課程內容選材和實踐活動組織等各方面都有很好的想法，這本教材的編寫就體現了她的教學思路和多年教學的體會，有理論，有案例，全書在內容組織方面注重科學性和系統性，在行文敘述方面頗具簡潔性和可讀性。我推薦同學們認真閱讀，切實領會其實質，不斷進步。
清華大學計算機系教授殷人昆
2013年7月
第1章概述/1
1.1軟件的基本概念及特點1
1.1.1軟件是什么1
1.1.2軟件的分類3
1.1.3軟件的發展5
1.2軟件工程的提出6
1.2.1軟件工程提出的導火索6
1.2.2軟件工程的原理8
1.2.3軟件工程的目標9
1.3軟件開發方法10
1.3.1結構化方法10
1.3.2原型化方法11
1.3.3面向對象方法12
1.3.4敏捷開發方法13
1.4軟件工程師的職業道德與素質14
本章小結15
習題16
第2章軟件生存周期模型/17
2.1軟件生存周期及其組成17
2.1.1軟件生存周期的概念和提出的意義17
2.1.2軟件生存周期的劃分與組成18
2.2軟件開發模型19
2.2.1瀑布模型20
2.2.2快速原型模型21
2.2.3增量模型22
2.2.4螺旋模型22
2.2.5噴泉模型23
2.3常用軟件建模工具24
2.3.1Microsoft Visio24〖1〗軟件工程基礎與應用（第2版）目錄[3]〖3〗2.3.2Rational Rose27
本章小結28
習題29
第3章用戶需求調研與可行性分析/30
3.1用戶需求調研30
3.1.1關于需求30
3.1.2用戶需求調研的必要性30
3.1.3需求調研方法32
3.1.4調研內容和步驟32
3.2業務描述35
3.2.1業務流程定義35
3.2.2業務流程圖36
3.3軟件項目可行性分析39
3.4成本/效益分析41
3.4.1軟件開發成本估算41
3.4.2軟件效益分析42
本章小結44
習題44
第4章基于結構化方法的需求分析/45
4.1需求分析簡述45
4.1.1何為需求分析45
4.1.2需求分析的主要任務46
4.1.3需求分析的原則47
4.1.4需求分析方法的分類48
4.2結構化分析48
4.2.1結構化分析的特點和原則48
4.2.2結構化分析的主要工具49
4.3數據流程圖的構建50
4.3.1構建數據流程圖的作用50
4.3.2數據流程圖的基本符號51
4.3.3構建數據流程圖的步驟52
4.3.4構建數據流程圖需要注意的問題53
4.4數據字典56
4.4.1構建數據字典的意義和用途56
4.4.2數據字典的主要內容56
4.4.3構建數據字典使用的符號57
4.4.4數據字典舉例58
4.5結構化分析建模綜合舉例58
4.5.1系統數據流程圖58
4.5.2系統數據字典61
本章小結64
習題64
第5章系統概要設計/66
5.1簡述66
5.1.1概要設計基本任務66
5.1.2概要設計基本方法67
5.2概要設計基本原理69
5.2.1模塊化69
5.2.2抽象70
5.2.3逐步求精70
5.2.4信息隱藏和局部化71
5.2.5模塊獨立性71
5.3結構化系統設計74
5.3.1軟件結構圖種形式74
5.3.2數據流程圖的分類75
5.3.3變換型設計76
5.3.4事務型設計77
5.4軟件結構的其他描述工具——HIPO圖81
5.5軟件結構的優化準則83
5.6結構化設計綜合舉例85
本章小結88
習題88
第6章詳細設計與編碼實現/90
6.1詳細設計的基本任務90
6.2詳細設計的常用工具90
6.2.1程序流程圖91
6.2.2盒圖92
6.2.3PAD圖93
6.2.4判定表與判定樹93
6.2.5過程設計語言的使用95
6.3人機界面的設計96
6.3.1人機界面一般風格97
6.3.2人機界面設計原則及相關問題99
6.3.3人機界面設計過程100
6.4詳細設計綜合舉例100
6.4.1人機界面100
6.4.2數據庫表設計101
6.4.3模塊設計103
6.5編碼實現106
6.5.1編碼工具介紹106
6.5.2編碼工具的選擇107
6.5.3編碼原則107
6.5.4編碼舉例108
本章小結111
習題112
第7章面向對象技術/113
7.1面向對象概述113
7.1.1面向對象提出的背景113
7.1.2面向對象方法簡介114
7.1.3面向對象基本概念115
7.1.4面向對象的特征118
7.2面向對象分析119
7.2.1面向對象分析任務概述119
7.2.2面向對象分析模型120
7.2.3面向對象分析過程126
7.3面向對象設計128
7.3.1面向對象設計任務128
7.3.2面向對象設計與面向對象分析的關系129
7.3.3面向對象設計基本原則130
7.3.4面向對象設計模型132
7.3.5面向對象設計過程132
本章小結135
習題135
第8章UML建模/137
8.1UML概述137
8.1.1發展歷史137
8.1.2UML簡介138
8.1.3視圖138
8.1.4UML中的圖139
8.2用例模型的構建140
8.2.1用例圖的模型元素141
8.2.2確定參與者142
8.2.3確定用例142
8.3靜態模型的構建146
8.3.1類圖和對象圖146
8.3.2標識類的方法150
8.3.3包圖153
8.4動態模型的構建156
8.4.1順序圖156
8.4.2協作圖157
8.4.3狀態圖和活動圖158
8.5物理體系結構的構建161
8.5.1組件圖161
8.5.2部署圖162
8.6綜合實例163
8.6.1系統分析163
8.6.2系統設計172
8.6.3物理結構設計176
本章小結180
習題181
第9章測試與維護/183
9.1軟件測試簡介183
9.1.1測試定義183
9.1.2軟件測試的原則184
9.1.3軟件測試的對象185
9.2軟件測試模型185
9.2.1V模型185
9.2.2W模型186
9.3軟件測試的一般過程187
9.3.1測試需求分析階段187
9.3.2測試計劃階段187
9.3.3測試方案設計階段188
9.3.4測試用例實現階段188
9.3.5測試執行階段188
9.3.6評價與關閉階段189
9.4軟件測試常用方法189
9.4.1黑盒測試與白盒測試189
9.4.2黑盒測試法189
9.4.3白盒測試法194
9.5面向對象測試197
9.6軟件測試自動化與測試工具199
9.6.1軟件測試自動化199
9.6.2軟件測試工具200
9.7軟件調試201
9.7.1軟件調試基本概念201
9.7.2軟件測試和軟件調試的區別201
9.7.3軟件調試的步驟201
9.7.4軟件調試方法202
9.8軟件維護203
9.8.1軟件維護的定義203
9.8.2影響維護工作量的因素203
9.8.3軟件維護成本204
9.8.4軟件維護過程204
9.8.5軟件的可維護性與提高方法206
本章小結207
習題207
第10章軟件項目管理/209
10.1軟件規模估算209
10.1.1軟件規模估算概述209
10.1.2軟件規模估算常用方法210
10.2風險管理211
10.2.1軟件項目風險定義及管理重要性211
10.2.2風險識別212
10.2.3風險分析及量化212
10.2.4風險應對計劃212
10.2.5風險監控213
10.3人員組織213
10.3.1團隊管理概述213
10.3.2軟件項目組織計劃213
10.3.3項目組織形式214
10.3.4團隊的組建215
10.3.5團隊合作與溝通217
10.4進度管理217
10.4.1進度管理定義217
10.4.2進度管理過程217
10.4.3軟件項目任務分解218
10.4.4軟件項目進度計劃219
10.4.5進度控制223
10.5質量管理224
10.5.1軟件質量的定義224
10.5.2軟件質量模型225
10.5.3軟件質量保證226
10.5.4軟件質量控制226
本章小結228
習題228
參考文獻/230
第5章系統概要設計需求分析中得到的系統分析模型解決了“系統必須做什么”的問題，而“系統怎么做”是由系統概要設計來完成的。概要設計的基本目的就是回答“系統應該如何實現?”這個問題。通過這個階段的工作將劃分出組成系統的物理元素: 模塊、文件、數據庫等等，但是每個物理元素仍然為“黑盒子”——即內部結構是不可見、不明確的。概要設計階段的另一項重要任務是設計軟件的結構，也就是要確定系統中每個程序是由哪些模塊組成的，以及這些模塊相互間的關系。
本章主要介紹系統概要設計的任務、基本原理、概要設計的基本方法以及軟件結構的描述工具。
本章要點：
概要設計的基本任務；
概要設計基本原理；
內聚和耦合；
結構化設計: 軟件結構圖、變換型和事務型設計；
軟件結構的優化。
5.1簡述
我們知道，軟件設計是把一個軟件需求轉換為軟件表示的過程，而概要設計(又稱結構設計)就是軟件設計最初形成的一個表示(這里的表示是一個名詞)，它描述了軟件總的體系結構。簡單地說，軟件概要設計就是設計出軟件的總體結構框架。
5.1.1概要設計基本任務
軟件概要設計階段要完成的任務主要體現在這樣4個方面: 軟件結構設計、數據結構及數據庫設計、編寫概要設計文檔、設計評審。
1. 軟件結構設計
在需求分析階段，采用結構化技術已經通過抽象確定出軟件系統的功能，并按自頂向下分層描述的方法構建出功能模型——數據流程圖，而在概要設計階段，需要進一步分解，將邏輯功能轉化為功能模塊，并按層次體現模塊間的結構。具體過程如下:
(1) 采用某種設計方法，將一個復雜的系統按功能劃分成模塊。所謂模塊就是可獨立存在、有唯一的命名且可直接訪問的程序單元，每個模塊完成一個相對獨立的功能，通常具有功能、邏輯、接口和狀態等4個基本屬性。
(2) 確定每個模塊的功能。
(3) 確定模塊之間的調用關系。
(4) 軟件工程基礎與應用（第2版）第5章系統概要設計[3]〖3〗(4) 確定模塊之間的接口，即模塊之間傳遞的信息。
(5) 評價模塊結構的質量。
2. 數據結構及數據庫設計
對于大型數據處理的軟件系統，數據是系統的核心內容和處理對象，對數據進行準確定義和描述是系統概要設計的重要工作，其中包括數據結構及數據庫設計兩方面的內容。
(1) 數據結構的設計。逐步細化的方法也適用于數據結構的設計。在需求分析階段，已通過數據字典對數據的組成、操作約束、數據之間的關系等方面進行了描述，確定了數據的結構特性，在概要設計階段要進一步細化。
(2) 數據庫的設計。數據庫的設計指數據存儲文件的設計，主要進行以下幾方面設計:
邏輯設計。在ER模型的基礎上，結合具體的DBMS特征來建立數據庫的邏輯結構。對于關系型的DBMS來說，將概念結構轉換為數據庫表結構，要給出數據庫表結構的定義，即定義所含的數據項、類型、長度及它們之間的層次或相互關系的表格等。
物理設計。物理設計就是設計數據模式的物理細節，如數據項存儲要求、存取方式、索引的建立等。
3. 編寫概要設計文檔
按照軟件工程的理念和生存周期的要求，在概要設計結束之前，需要編寫概要設計文檔，為后期軟件實現、修改和升級打下基礎，同時也為用戶使用提供幫助。在概要設計階段，主要有以下文檔需要編寫:
(1) 概要設計說明書。
(2) 數據庫設計說明書。
(3) 用戶手冊。
(4) 測試計劃的修訂版。
4. 評審
概要設計的最后一個任務就是評審，在概要設計中，對設計部分是否完整地實現了需求中規定的功能和性能要求、設計方案的可行性、關鍵的處理和內外部接口定義正確性與有效性以及各部分之間的一致性等都要進行評審，以免在后續設計實現中出現大的問題而返工。
以上就是軟件概要設計的4個基本任務，可以用8個字總結概括: 兩類結構，文檔評審。
5.1.2概要設計基本方法
軟件概要設計的方法主要有結構化設計、面向對象的設計和面向數據結構的設計。本節主要介紹這幾種廣泛使用的概要設計方法。
1. 結構化設計方法
結構化設計方法是基于模塊化、自頂向下細化、結構化程序設計等技術思想的基礎上發展起來的。結構化設計方法給出一組幫助設計人員在模塊層次上區分設計質量的原理與技術，與結構化分析方法銜接起來使用，以數據流程圖為基礎導出軟件的模塊結構。在設計過程中，它從整個軟件的結構出發，利用軟件結構圖表述模塊之間的調用關系。
結構化設計的步驟如下:
(1) 評審和細化數據流程圖。
(2) 分析并確定數據流程圖的類型。
(3) 基于上層數據流程圖映射出軟件模塊結構的上層框架。
(4) 基于下層數據流程圖逐步分解高層模塊，設計中下層模塊結構。
(5) 對模塊結構進行優化，得到更為合理的軟件結構。
(6) 描述模塊接口。
2. 面向對象設計方法
面向對象設計方法是面向對象技術中的一個環節，是對面向對象分析的模型進行完善設計。面向對象分析方法是把問題當作一組相互作用的實體，并確定實體間的關系。而面向對象設計更多地關心對象間的協作。
面向對象設計的主要作用是對分析模型進行整理，生成設計模型，為面向對象編程提供開發依據。面向對象設計內容包括架構設計、用例設計、子系統設計和類設計等。其中，架構設計的重點在于系統的體系框架的合理性，保證系統架構在系統的各個非功能性需求中保持一種平衡；子系統設計一般是采用縱向切割，關注的是系統的功能劃分；類設計是通過一組對象交互展示系統的邏輯實現。具體論述詳見7.3節。
3. Jackson設計方法
該方法由M．A．Jackson提出，其特點是從目標系統的輸入、輸出數據結構入手，導出程序框架結構，再補充其他細節，即能夠得到完整的程序結構圖。這一方法對輸入、輸出數據結構明確的中小型系統特別有效，如商業應用中的文件表格處理。該方法也可與其他方法結合，用于模塊的詳細設計。
Jackson方法有時也稱為面向數據結構的軟件設計方法。該方法一般通過以下5個步驟來完成設計:
(1) 分析并確定輸入數據和輸出數據的邏輯結構，并用Jackson結構圖來表示這些數據結構。
(2) 找出輸入數據結構和輸出數據結構中有對應關系的數據單元。
(3) 按以下的規則由輸入、輸出的數據結構導出程序結構。
為每一對在輸入數據結構和輸出數據結構中有對應關系的單元畫一個處理框。
為輸入和輸出數據結構中剩余的數據單元畫一個處理框。所有處理框在程序結構圖上的位置，應與由它處理的數據單元在數據結構Jackson圖上的位置一致。必要時，可以對映射導出的程序結構圖進行進一步的細化。
(4) 列出對每一對輸入、輸出數據結構所做的基本操作以及操作的條件，并把它們分配到程序結構圖的適當位置。
(5) 用偽碼寫出每個處理框的算法。
5.2概要設計基本原理
本節講述在軟件設計過程中應該遵循的基本原理和相關概念。
5.2.1模塊化
如前所述已知，模塊是具有特定功能且可以獨立存在的單元，對后期編碼而言，就是程序代碼和數據結構的集合體。按照模塊的定義，過程、函數、子程序和宏等都可視為模塊。面向對象方法學中的類是模塊，類內的方法(或稱為服務)也可以是模塊。模塊是構成軟件的基本單元。
模塊化就是把一個大的軟件系統劃分為多個模塊的過程，其中的每個模塊完成一個簡單功能，把這些模塊集成起來構成一個軟件系統，可以滿足用戶的需求，完成指定的功能。
如果一個軟件系統僅設計為由一個模塊組成，它的復雜性將增加，很難被人理解，也不可能做到全面考慮。所以，在軟件設計時一般要將一個大的系統基于模塊化進行分解，降低軟件開發的復雜度。根據人類解決問題的一般規律，模塊越復雜，開發的難度也越大。具體理由論述如下。
……
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