1 中文 2780 字 外文資料原文 Software Development Concepts and Design Methodologies During the 1960s, mainframes and higher level programming languages were applied to many problems including human resource systems, reservation systems, and manufacturing systems. Comp uters and software were seen as the cure all for many business issues were sometimes applied blindly. Systems sometimes failed to solve the problem for which they were designed for many reasons including: Inability to sufficiently understand complex problems Not sufficiently taking into account end-user needs, the organizational environment, and performance tradeoffs Inability to accurately estimate development time and operational costs Lack of framework for consistent and regular customer communicatio ns At this time, the concept of structured programming, top -down design, stepwise refinement， and modularity emerged. Structured programming is still the most dominant approach to software engineering and is still evolving. These failures led to the concept of software engineering based upon the idea that an engineering-like discipline could be applied to software design and development. Software design is a process where the software designer applies techniques and principles to produce a conceptual model that describes and defines a solution to a problem. In the beginning, this design process has not been well structured and the model does not always accurately represent the problem of software development. However, design methodologies have been evolving to accommodate changes in technology coupled with our increased understanding of development processes. Whereas early design methods addressed specific aspects of the development process, current methods attempt to address the entire scope of 2 software development. Software design methods are often classified in reference to the period in which they were introduced and the problems at that time. Driven by coding and testing problems, tools and methods were developed. Early methods focused on modularity and top-down development, and information hiding through abstraction. This led to the development of structured languages, structured analysis, and data flow analysis. In the last decade or so, the expense involved in automation has shifted from hardware to pe ople. Therefore, the software engineering community has been focused on object oriented (O -O) design and the concept of re -usable code in order to reduce the human cost component. Inefficient designs and development methodologies have been addressed with C omputer Aided Software Engineering (CASE) tools, and fourth generation design languages. This has been done in an attempt replace the traditional waterfall life cycle process model under which most existing software has been developed. 一、 Software Design Fundamentals Software design methods all aim to provide the software designer with a system blueprint. This blueprint usually has three aspects: data, architectural, and procedural. Data design refers to the datas organization, relatio nships, access and processing methods. Architectural design defines the components of the system and their relationships. Procedural design builds on the data and architectural design phases to describe the processing details of the system. Even though there are numerous design methodologies, their basic concepts are very similar-All software design methods partition the problem and software into smaller pieces in order to reduce complexity. They all strive to identify data structures and functions, and p rovide measurements for software quality. Some of the common principles in software design include: stepwise refinement, software architecture, program structure, data structure, 3 software procedures, mod u la r i t y, ab s tr ac t io n, and in fo r ma t io n h i di ng. 二、 M o d e r n D e s i g n M e t h o d o l o g i e s C on ve n t ion a l so f t wa r e d e ve l op me nt p ra c t ic es ca n gen e ra l l y be map pe d o n to t he tr ad i t io na l l i f e -c yc l e p h a s e s o f a n a l ys i s , f u n c t i o na l s p e c i f i c a t i o n , d e s i g n, i mp l e me n t a t i o n , t e s t i n g , an d m a i n t e n a n c e . T h i s t h o u g h t p r o c e s s i s i n a d e q u a t e f o r t o d a y s c o m p l e x i n f o r m a t i o n s y s t e m s . As the demand for software is growing much faster than the number of developers, adhering to conventional techniques such as the waterfall method requires too much time, too many people, and is difficult to manage. H ence, many new software development technologies have arisen. N ewl y de veloped p ractice s and mode ls do not a tte mp t to separa te phases of softwa re development, such as specification and implementation, but instead focus on the concept of program transformation through stepwise refinement and iteration. 1 、 O b j e c t - O r i e n t e d Te c h n o l o g y Object-Oriented (O-O) software design technology is fundamentally different from the traditional methods described above. With traditional methods, each module is recognized a major step in the overall process and the process goes from one step to the next. On the other hand, O-O design is structured around a model of objects and the functions they perform. O-O programming can be traced to the simulation language SIMULA, a high level language developed in the late 60s that intro duced object classes as a method to encapsulate data. Later, in the 1970s, Smalltalk was introduced as a complete grapgh design and coding as detail is added to the design. This provides a common language throughout each stage in development. O -O is best applied with specifically designed O-O development tools, but it is important to remember that as a methodology is it not specific to any programming language. Many different programming languages can be used to implement 0-0 technology and design methodolo gies. Instead of procedures and functions passing data back and forth, in object oriented design, the system is viewed as a collection of objects with messages 4 passed from object to object. Each object has its own set of associated operations. Object-oriented design is based on the idea of information hiding and modularization of both data and processing. It is best used when neither data structure nor processing operations are well defined ahead of time. This is quite useful in todays business environment where requirements are always changing and not very well defined. Thus, it has become quite popular! The concept of objects performing services is a natural way of thinking for both developers and customers. This facilitates understanding the problem doma in and a more natural design. In addition, there are many benefits of object -oriented development. These include: In h e r i ta n c e c a p it a liz e s o n th e c o mmo n a lt y o f a tt r ib u te s a n d s e r v i c e s a l l o w i n g c o d e a n d objects to be re-used. .I n f o r m a t i o n h i d i n g m a k e s s y s t e m s m o r e s t a b l e b y l o c a l i z i n g c h a n g e s t o o b j e c t s a n d t h e r e b y m a k i n g t h e m r e u s a b l e . .T h e o b j e c t - o r i e n t e d d e v e l o p m e n t p r o c e s s i s c o n s i s t e n t f r o m a n a l y s i s , t h r o u g h d e s i g n , t o c o d i n g . More information on Object Oriented Programming principles can be found in Chapter 4-Organization of Programming Languages and Programming Concepts. 2 、 P r o t o t yp i n g Prototyping was invented because end users participating in the development phase found it difficult to understand requirement specifications and conceptual models. How ever, when it first began being used in the 1980s, most conventional life cycle developers considered it expensive and time consuming. S i n c e t h a t t i m e , u s e r s a n d d e v e l o p e r s h a v e u s e d p r o t o t yp e s s u c c e s s f u l l y a s a communications tool to demonstrate system re quirements. After several prototype iterations, developers have a better understanding of user requirements and users have a better idea of how the system will eventually work, look, and l. T he nu mb er of t i me s th e p ro to t yp e is in c re men t a l l y r e f ine d de pe nds on 5 how we l l the u se r r eq ui re me n ts a nd un de r s t ood . It a ls o dep en ds o n th e us er s nee d to a dd req u ir e men ts o r ch an ge p r e v i o u s l y s t a t e d r e q u i r e m e n t s . A f t e r e s t a b l i s h i n g a n o ve r a l l a r c h i t e c t u r e a n d f r a me w o r k , t h e s ys t e m i s de ve l ope d and de l i ve re d in inc r e men ts . U se r s ma y e xpe r i men t w i t h a nd u se de l i ve red i n c r e me n t s w h i l e o t h e r s a r e be i n g d e v e l o p ed . Fo r i n s t a n c e , t h e f i r s t p r o t o t yp e ma y b e d e l i ve r e d t h a t i m p l e m e n t s a c e r t a i n s c r e e n w i t h o n l y s o m e a c t i v e m e n u i t e m s . W h i l e u s e r s a r e e x p e r i me n t i n g w i t h t h i s sc r e e n a nd me n u i t e ms , o t h e r s c r e en s a n d me n u i t e ms a r e c o n c u r r e n t l y b e in g de vel op ed wh i ch la t e r w il l be co mb in ed w i th th e e x is t in g p ro to t ype a s it e vo l ves . O n c e t h e u s e r i s s a t i s f i e d t h a t t h e p r o t o t y p e m e e t s r e q u i r e m e n t s , t h e p r o t o t y p e i s t ran s fo r med i n to the s ys t e m. T h i s e ffo r t d epe nd s on se ve ra l fa c to rs . It ma y i n c lu d e add i ng f u n c t i o n a l i t y t h a t w a s n t i n i t i a l l y r e c o g n i z e d a s r e q u i r e d , r e p l a c i n g i n e f f i c i e n t p a r t s o f t h e p r o t o t yp e t o me e t p e r f o r ma n c e c r i t e r i a , o r ad a p t i n g t h e p r o t o t yp e t o f i t t h e u s e r s h a r d w a r e envi ron ment. P r o t o t y p i n g c a n b e g i n v e r y e a r l y, a f t e r s o m e p r e l i m i n a r y r e q u i r e m e n t s a n a l y s i s h a s d e t e r m i n e d t h e b a s i c f u n c t i o n a l i t y, s c o p e , a n d e n v i r o n m e n t o f t h e p r o p o s e d s o f t w a r e . C o n t r a r y t o t h e t r a d i t i o n a l w a t e r f a l l me t h o d , i n t h e p r o t o t yp i n g , f u n c t i o n a l s p e c i f i c a t i o n s a r e n o t f i x e d . R a t h e r, u s e r s a r e e n c o u r a g e d t o m o d i f y t h e i r r e q u i r e m e n t s a s t h e y t h e m s e l v e s b e g i n t o u nd e r s t a n d t h e m b e t t e r. T h i s i s b e c a u s e u s e r s o f t e n d o n t r e a l l y k n o w w h a t t h e y w a n t u n t i l t h e y s e e i t o n t h e s c r e e n . T he p r o t o t yp i n g p r oc e s s o f d e mo n s t r a t i o n , r e v i e w, a nd r e f i n e me n t g e t s t h e u s e r m o r e i n v o l ve d i n t h e d e ve l o p m e n t p r o c e s s , g i v i n g t h e m a s e n s e o f o w n e r s h i p d u r i n g t h e p r o c e s s a n d a t f i n a l s ys t e m d e l i v e r y. H o w e v e r, d u e t o t h e m i n d s e t o f p r o t o t yp e , u s e r s o f t e n find i t diff icu l t to ve rif y t hat the proto t ype sa tis fies their require men ts. T here fore, guidel ines must b e e st ab l i she d t o d e te r m in e wh en t o s top i te ra t in g and the p ro to t yp e to f in a l pr oduc t . 6 外文資料譯文 軟件開發(fā)概念和設計方法 在 20 世紀 60 年 代 ， 大 型 機 和 高 級 程 序 語 言 被 用 來 解 決 包 括 人 力 資 源 系統(tǒng) 、 專 有 系 統(tǒng) 和 制 造 系 統(tǒng) 等 許 多 問 題 。 計 算 機 和 軟 件 被 視 為 解 決 所 有 商 業(yè) 問題 的 萬 能 藥 ， 有 時 候 甚 至 被 盲 目 的 應 用 。 因 為 很 多 設 計 上 的 原 因 ， 這 些 系 統(tǒng)并 不 是 萬 能 的 。 主 要 因 素 如 下 ： 1 不 能 完 全 理 解 復 雜 的 問 題 2 沒 有 充 分 滿 足 終 端 用 戶 的 需 求 ， 組 織 環(huán) 境 和 性 能 折 中 3 沒 有 準 確 估 計 開 發(fā) 時 間 和 運 行 成 本 4 缺 乏 一 致 ， 規(guī) 范 的 客 戶 通 訊 框 架 這 個 時 候 ， 結 構 化 的 編 程 ， 自 上 而 下 設 計 的 概 念 出 現(xiàn) 了 。 對 軟 件 工 程 來說 ，結 構 化 編 程 至 今 仍 是 最 重 要 的 方 法 且 不 斷 發(fā) 展 ?！?軟 件 工 程 ”概 念 的 出 現(xiàn)則 是 基 于 這 樣 的 構 想 ：一 個 類 似 工 程 學 的 學 科 可 以 應 用 于 軟 件 的 設 計 和 開 發(fā) 。 軟 件 設 計 是 一 種 方 法 ， 軟 件 設 計 人 員 可 以 籍 此 應 用 技 術 和 規(guī) 則 生 成 一 種描述并 定義問題解決方法的模型。最初，設計方法一直未能構建好，而且模型也不能準確地描述軟件開發(fā)的問題。然而，隨著我們對開發(fā)過程的深入理解，設計方法已經(jīng)不斷適應技術的變化了。 生命周期過程的模型下開發(fā)的，但人們開始嘗試尋找這種模型的替代品。 一、 軟件設計基礎 軟件設計方法最終的目標就是向軟件設計者提供一張系統(tǒng)藍圖。它通常有三個方面： 數(shù)據(jù)，構架和過程。 數(shù)據(jù)設計指的是數(shù)據(jù)的組織、關系、訪問和處理方法。 構架設計定義系統(tǒng)組件和它們之間的關系。 過程設計建立在數(shù)據(jù)和構架設計階段之上描述系統(tǒng)的處理細節(jié)。 盡管設計方法眾多，但它們的基本概念非常相似。為了減少復雜度，幾乎所有軟件設計方法都把問題和軟件分割成較小的部分用于標識數(shù)據(jù)結構、功能以及度量軟件品質。軟件設計包括以下這些普遍原則：逐步求精、軟件構架、程序結構、數(shù)據(jù)結構、軟件過程、模塊化、抽象和信息隱藏。 7 二、 現(xiàn)代設計方法 常規(guī)的軟件開發(fā)實踐通常能被映射到傳統(tǒng)的生命階段上，包括分析、功能說明、設計、實現(xiàn)、測試和維護。然而對軟件需求的增長比軟件開發(fā)者數(shù)量增長 要 快 ， 遵 守 常 規(guī) 的 技 術 你 瀑 布 模 型 ） 耗 時 太 長 ， 過 多 人 員 的 參 與 也 帶 來 了管 理 上 的 困 難 ， 顯 然 常 規(guī) 的 思 考 過 程 對 于 今 天 的 復 雜 信 息 系 統(tǒng) 是 不 夠 的 。 因此 ， 產(chǎn) 生 了 許 多 新 的 軟 件 開 發(fā) 技 術 。 最 新 發(fā) 展 出 的 實 踐 和 模 型 井 不 試 圖 把 軟件 開 發(fā) 分 割 成 多 個 階 段（ 如 說 明 和 實 現(xiàn) ），而 是 注 重 于 通 過 逐 步 求 精 和 迭 代 把概 念 轉 換 成 程 序 。 1、 面 向 對 象 的 技 術 面 向 對 象 的 軟 件 設 計 技 術 從 根 本 上 有 別 于 傳 統(tǒng) 的 設 計 方 法 。傳 統(tǒng) 方 法 中 ，每 個 模 塊 被 當 作 全 局 過 程 的 一 個 主 要 步 驟 ， 一 步 一 步 地 往 下 走 ； 而 面 向 對 象的 設 計 圍 繞 著 對 象 模 型 和 對 象 所 執(zhí) 行 的 功 能 進 行 結 構 化 。 面 向 對 象 的 編 程 可 以 追 溯 到 仿 真 語 言 SIMULA。 SIMULA 是一種 20 世紀 60年 代 后 期 的 高 級 語 言 ，引 入 了“ 對 象 類 ”作 為 封 裝 數(shù) 據(jù) 的 方 法 。到 了 20 世紀70 年代， Smalltalk 被 作 為 一 種 完 全 的 圖 形 用 戶 界 面（ GUI）面 向 對 象 的 編 程環(huán) 境 被 引 入 。甚 至 在 30 年以后， Smalltalk 仍 然 是 度 量 其 他 所 有 面 向 對 象 語言 的 標 準 。 由 于 面 向 對 象 的 概 念 日 趨 成 熟 ， 最 近 十 年 這 種 軟 件 開 發(fā) 方 法 已 經(jīng)流 行 起 來 。 同 時 ， 軟 件 業(yè) 注 意 的 焦 點 己 經(jīng) 從 編 碼 和 結 構 化 過 程 轉 移 到 通 過 設計 和 柔 韌 性 來 節(jié) 省 勞 動 力 成 本 和 時 間 。 柔 韌 性 變 得 十 分 關 鍵 ， 因 為 系 統(tǒng) 隨 著需 求 的 變 化 而 快 速 改 變 ： 變 得 更 大 ， 更 復 雜 和 更 不 穩(wěn) 定 。 在 面 向 對 象 中 ， 分 析 和 設 計 沒 有 真 正 分 開 。 在 分 析 期 間 ， 系 統(tǒng) 對 象 及 其特 性 和 關 系 一 起 被 確 定 。 這 些 對 象 可 以 護 ， 這 樣 就 給 整 個 開 發(fā) 過 程 中 的 所 有階 段 提 供 了 一 種 公 用 的 語 言 。 采 用 面 向 對 象 方 法 最 好 是 使 用 專 門 設 計 的 面 向對 象 的 開 發(fā) 工 具 ， 但 是 請 一 定 記 住 它 是 一 種 方 法 而 不 是 特 指 任 何 編 程 語 言 。許 多 不 同 的 編 程 語 言 都 可 以 用 來 實 現(xiàn) 面 向 對 象 技 術 和 設 計 方 法 。 和 過 程 、 功 能 往 返 傳 遞 數(shù) 據(jù) 的 方 式 不 同 ， 在 面 向 對 象 的 設 計 中 ， 系 統(tǒng) 被看 成 一 個 由 很 多 互 相 傳 遞 消 息 的 對 象 組 成 的 集 合 ， 每 個 對 象 都 有 它 自 己 關 聯(lián)操 作 的 集 合 。 面 向 對 象 的 設 計 基 本 構 想 是 把 數(shù) 據(jù) 和 過 程 進 行 信 息 隱 藏 和 模 塊化 ， 它 最 適 用 于 數(shù) 據(jù) 結 構 或 者 過 程 操 作 沒 有 被 提 前 的 定 義 好 的 情 況 。 這 對 于今 天 的 商 業(yè) 環(huán) 境 中 相 當 有 用 ， 畢 竟 需 求 總 是 不 斷 改 變 而 不 能 很 好 的 定 義 。 這 8 也 是 面 向 對 象 的 設 計 現(xiàn) 在 相 當 流 行 的 重 要 原 因 。 對 象 執(zhí) 行 服 務 的 概 念 是 一 種開 發(fā) 者 和 客 戶 都 很 自 然 的 思 考 方 法 ， 這 有 利 于 理 解 問 題 的 范 圍 ， 也 是 一 種 更加 自 然 的 設 計 。 此 外 ， 面 向 對 象 的 開 發(fā) 還 有 許 多 優(yōu) 點 。 通 過 屬 性 和 服 務 的 結 合 使 用 ， 繼 承 可 以 重 用 代 碼 和 對 象 。 信 息 隱 藏 通 過 局 限 對 象 的 變 化 使 系 統(tǒng) 更 加 穩(wěn) 定 ， 從 而 使 對 象 可 以 重 用 面 向 對 象 的 開 發(fā) 過 程 從 分 析 、 設 計 到 編 碼 都 是 一 致 的 。 2、原型法 原 型 法 的 出 現(xiàn) 是 因 為 參 于 開 發(fā) 階 段 的 終 端 用 戶 覺 得 很 難 理 解 需 求 說 明 和概 念 模 型 。 而 當 原 型 法 在 20 世紀 80 年 代 第 一 次 被 使 用 時 ， 大 部 分 常 規(guī) 的 生命 周 期 開 發(fā) 者 認 為 它 費 時 費 力 。 但 從 那 時 開 始 ， 用 戶 和 開 發(fā) 者 已 經(jīng) 能 成 功 地應 用 原 型 作 為 通 訊 工 具 來 演 示 系 統(tǒng) 的 需 求 。 原 型 多 次 迭 代 后 ， 開 發(fā) 者 對 用 戶的 需 求 有 了 更 好 的 理 解 ， 用 戶 也 對 系 統(tǒng) 最 后 如 何 操 作 、 看 起 來 像 什 么 和 如 何感 覺 都 有 所 了 解 。原 型 法 已 經(jīng) 被 證 明 是 一 種 理 解 用 戶 需 求 和 問 題 的 有 效 方 法 ，它 有 效 地 消