“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

軟件工程與UML案例解析

何曉蓉羅佳張嬋◎主編

車書陳建潮◎副主編

李洛◎主審

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內(nèi)容簡介

為了滿足廣大讀者對軟件工程應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)需求，特別是為了提高高等職業(yè)院校軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)

生的UML（統(tǒng)一建模語言）建模能力，本書在介紹軟件開發(fā)各階段所涉及的基本理論的基礎(chǔ)上，以實

際的開發(fā)項目為案例，重點介紹了用例模型、分析模型、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、設(shè)計模型等UML全程建模過程，

并對軟件開發(fā)所必需的項目管理工具M(jìn)SProject（項目開發(fā)時間、資源和成本計劃的編制與監(jiān)控管理）、

數(shù)據(jù)庫建模工具PowerDesigner、測試工具（LoadRunner、NUnit、QuickTest）等關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行了詳

細(xì)的闡述。

本書按“問題引入－解答問題－分析問題”的方式設(shè)計情境，注重理論與實踐相結(jié)合，內(nèi)容選取難

度適中，全書結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、布局合理、重點突出，具有很強(qiáng)的實用性?！绊椖繉崙?zhàn)”環(huán)節(jié)讓學(xué)生可以學(xué)以

致用，培養(yǎng)學(xué)生軟件開發(fā)的職業(yè)能力。

本書適合作為高等職業(yè)院校軟件技術(shù)專業(yè)軟件工程課程的教材和參考書，也可作為軟件開發(fā)人員的

自學(xué)用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

軟件工程與UML案例解析/何曉蓉，羅佳，張嬋主編.—4版.—

北京:中國鐵道出版社有限公司，2022.4

“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-28919-5

Ⅰ.①軟…Ⅱ.①何…②羅…③張…Ⅲ.①軟件工程-高等職業(yè)

教育-教材②面向?qū)ο笳Z言-程序設(shè)計-高等職業(yè)教育-教材

Ⅳ.①TP311.5②TP312

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2022)第031411號

書名：軟件工程與UML案例解析

作者：何曉蓉?羅?佳?張?嬋

策劃：王春霞???????????????編輯部電話：（010）63551006

責(zé)任編輯：王春霞繩?超

封面設(shè)計：劉穎

責(zé)任校對：孫玫

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：北京銘成印刷有限公司

版次：2010年3月第1版2022年4月第4版2022年4月第1次印刷

開本：850mm×1168mm1/16印張：18.75字?jǐn)?shù)：430千

書號：ISBN978-7-113-28919-5

定價：58.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

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前言

隨著計算機(jī)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，軟件的規(guī)模

及社會需求量在迅速增大，軟件工程化方法的重要性日益突出，這從客觀上迫切需要眾多

既具有軟件工程理論知識，又掌握軟件工程實際應(yīng)用技能的人才。特別是高等職業(yè)院校軟

件技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，更需要一本注重軟件工程實際應(yīng)用技術(shù)的教材。本書正是在“理論夠

用、實戰(zhàn)為本”的思想指導(dǎo)下，特為高等職業(yè)院校軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握軟件工程

應(yīng)用技術(shù)而編寫的。

為培養(yǎng)軟件開發(fā)實用型專門人才，本書在介紹軟件工程理論知識基礎(chǔ)上，以實際的軟

件項目“客戶服務(wù)系統(tǒng)”的建模過程為主線，按照軟件開發(fā)的實際工作過程及流程，重點

闡述面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)技術(shù)以及UML全程建模。注重對學(xué)生實際應(yīng)用技能和動手能力

的培養(yǎng)。書中內(nèi)容按“問題引入—解答問題—分析問題”的方式設(shè)計情境，打破了傳統(tǒng)的

“提出問題—分析問題—解決問題”的問題解決模式，更符合人們的認(rèn)知過程。

本書共分9章，主要內(nèi)容包括：

第1章?概述。主要介紹軟件開發(fā)中存在的缺陷、軟件工程及軟件工程的目標(biāo)、過程

和原則、UML及UML建模工具等方面的問題和基本概念，并對作為全書案例的軟件項目

做了簡要描述。

第2章?軟件項目管理。主要介紹項目管理的概念、組成部分以及工期的計算公式、

WBS等基本知識，重點介紹了項目管理范圍、項目時間管理、項目成本管理、項目質(zhì)量管

理和項目人力資源管理等概念，項目的時間、資源和成本計劃的編制與監(jiān)控管理，以及用

MSProject項目管理軟件來管理與跟蹤這些計劃。

第3章?軟件系統(tǒng)開發(fā)方法。主要介紹軟件生命周期及傳統(tǒng)的生命周期模型、傳統(tǒng)軟

件開發(fā)方法與面向?qū)ο筌浖_發(fā)技術(shù)、RUP統(tǒng)一軟件開發(fā)過程、敏捷軟件開發(fā)技術(shù)等方面

的問題及基本概念。

第4章?建立用例模型。主要介紹建立用例模型的過程及相關(guān)知識，包括需求獲取、

分析需求、用例在需求分析中的使用、識別參與者、確定用例、用例的粒度、用例間的關(guān)

系、用例描述和客戶服務(wù)系統(tǒng)用例模型等方面的內(nèi)容。

第5章?建立分析模型。主要介紹建立分析模型的過程及相關(guān)知識，包括對象、類和

對象、類的UML表示、確定關(guān)鍵抽象、類之間的關(guān)系及其UML表示、建立領(lǐng)域模型、分

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軟件工程與UML案例解析

布模式的選擇與應(yīng)用、構(gòu)建分析類、職責(zé)分配、定義類屬性，以及構(gòu)建客戶服務(wù)系統(tǒng)分析

模型等方面的知識。

第6章?數(shù)據(jù)庫建模。主要介紹建立數(shù)據(jù)庫模型的過程及相關(guān)知識，包括從業(yè)務(wù)需求

創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型的流程、定義數(shù)據(jù)需求、定義概念模型、設(shè)計邏輯數(shù)據(jù)模型、設(shè)計物理數(shù)據(jù)

模型、數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化與發(fā)布等方面的內(nèi)容。

第7章?系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。主要介紹系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計過程及相關(guān)知識，包括活動圖、狀

態(tài)圖、業(yè)務(wù)架構(gòu)及業(yè)務(wù)架構(gòu)的分析、軟件架構(gòu)及軟件架構(gòu)的設(shè)計、軟件架構(gòu)與框架的區(qū)別、

軟件架構(gòu)的“4＋1”視圖模型、組件圖和部署圖等方面的內(nèi)容。

第8章?建立設(shè)計模型。主要介紹建立系統(tǒng)設(shè)計模型的過程及相關(guān)知識，包括設(shè)計模

式的選擇與應(yīng)用、設(shè)計類的包結(jié)構(gòu)、定義設(shè)計類、設(shè)計類間的關(guān)系、客戶服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計

模型，以及自動生成程序代碼等方面的內(nèi)容。

第9章?軟件測試。主要介紹軟件測試的基本概念、測試方法和測試過程等方面的

知識。

本書注重理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，具有很強(qiáng)的實用性，并在第三版的基礎(chǔ)上做了一些

改進(jìn)，增加了國產(chǎn)UML建模工具的介紹，對軟件開發(fā)模型進(jìn)行了調(diào)整，增加介紹了目前

常用的“快速原型模型”，對軟件測試章節(jié)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更直觀地介紹了軟件測試的基

本概念、測試方法、測試過程和測試的各個階段。

本書由何曉蓉、羅佳、張嬋任主編，車書、陳建潮任副主編，李洛主審。參加修訂的

有何曉蓉、車書（第4章），羅佳（第1章~第3章、第8章），張嬋（第5章~第7章），

陳建潮（第9章）。本書由何曉蓉擬定大綱，羅佳進(jìn)行統(tǒng)稿和定稿。在編寫過程中，軟件企

業(yè)通力協(xié)作，軟件企業(yè)開發(fā)人員余穎給予了大力支持與幫助，并提供了真實的軟件開發(fā)案

例，在此表示衷心的感謝！

由于編者水平有限，書中難免會有不足之處，敬請廣大讀者不吝賜教。編者電子郵箱：

xrhe@163.com。

編者

2022年1月

II

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目錄

第1章概述???????????????????????????????????12.2.4范圍確認(rèn)25

1.1?當(dāng)前軟件開發(fā)中存在的缺陷???????????????22.2.5范圍控制26

1.2?軟件工程????????????????????????????????????????????32.3?項目時間管理??????????????????????????????????27

1.2.1軟件工程的定義32.3.1項目時間管理的意義27

1.2.2軟件工程的目標(biāo)32.3.2制訂進(jìn)度計劃28

1.2.3軟件工程過程52.3.3進(jìn)度控制30

1.2.4軟件工程的原則52.4?項目成本管理??????????????????????????????????31

1.3?UML簡介??????????????????????????????????????????62.4.1項目成本管理的意義31

1.4?UML建模工具簡介????????????????????????????72.4.2成本估算32

1.4.1RationalRose簡介72.4.3成本預(yù)算32

1.4.2StarUML簡介82.4.4成本控制33

1.4.3國產(chǎn)TrufunPlato簡介102.5?項目質(zhì)量管理??????????????????????????????????34

1.5?案例描述??????????????????????????????????????????112.5.1項目質(zhì)量管理的意義34

2.5.2質(zhì)量規(guī)劃35

第2章軟件項目管理?????????????????????14

2.5.3質(zhì)量保證35

2.1?項目管理概述??????????????????????????????????14

2.5.4質(zhì)量控制36

2.1.1項目管理定義14

2.6?項目人力資源管理???????????????????????????38

2.1.2項目管理的組成部分15

2.6.1項目人力資源管理的意義38

2.1.3項目生命期和模型16

2.6.2人力資源計劃編制39

2.1.4項目管理方法體系18

2.6.3人力資源團(tuán)隊建設(shè)40

2.2?項目范圍管理??????????????????????????????????19

2.7?項目集成管理??????????????????????????????????42

2.2.1范圍規(guī)劃19

2.7.1編制項目計劃42

2.2.2范圍定義21

2.7.2編制項目的時間計劃42

2.2.3創(chuàng)建工作分解結(jié)構(gòu)22

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軟件工程與UML案例解析

2.7.3編制項目資源計劃504.6?用例的粒度????????????????????????????????????104

2.7.4編制項目成本計劃534.7?用例間的關(guān)系????????????????????????????????106

2.7.5項目監(jiān)控管理554.8?用例描述????????????????????????????????????????108

4.9?客戶服務(wù)系統(tǒng)用例模型??????????????????112

第3章軟件系統(tǒng)開發(fā)方法???????????????63

3.1?軟件開發(fā)生命周期???????????????????????????64第5章建立分析模型????????????????????119

3.2?軟件開發(fā)模型??????????????????????????????????655.1?類和對象、類的UML表示????????????120

3.2.1瀑布模型665.2?確定關(guān)鍵抽象????????????????????????????????121

3.2.2快速原型模型675.3?類之間的關(guān)系及其UML表示?????????124

3.2.3演化模型685.3.1關(guān)聯(lián)124

3.2.4螺旋模型695.3.2依賴127

3.2.5增量模型715.3.3泛化128

3.3?傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法???????????????????????????725.3.4聚合129

3.4?面向?qū)ο筌浖_發(fā)技術(shù)????????????????????735.3.5組合130

3.4.1面向?qū)ο蟮幕靖拍?45.4?建立領(lǐng)域模型????????????????????????????????131

3.4.2面向?qū)ο蟮拈_發(fā)795.5?分布模式的選擇與應(yīng)用??????????????????132

3.5?RUP統(tǒng)一軟件開發(fā)過程???????????????????805.6?構(gòu)建分析類????????????????????????????????????134

3.5.1RUP生命周期805.7?交互圖???????????????????????????????????????????137

3.5.2RUP統(tǒng)一開發(fā)過程的核心5.7.1順序圖137

工作流程835.7.2協(xié)作圖139

3.6?敏捷軟件開發(fā)技術(shù)???????????????????????????855.8?職責(zé)分配????????????????????????????????????????140

3.6.1敏捷開發(fā)技術(shù)基本概念865.9?定義類的屬性????????????????????????????????142

3.6.2極限編程895.10?客戶服務(wù)系統(tǒng)分析模型????????????????143

第4章建立用例模型?????????????????????95第6章數(shù)據(jù)庫建模???????????????????????150

4.1?需求獲取??????????????????????????????????????????966.1?從業(yè)務(wù)需求創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型的流程????150

4.2?分析需求??????????????????????????????????????????986.2?定義數(shù)據(jù)需求????????????????????????????????151

4.3?用例在需求分析中的使用??????????????1006.3?定義概念模型????????????????????????????????153

4.4?識別參與者????????????????????????????????????1016.4?設(shè)計邏輯數(shù)據(jù)模型?????????????????????????154

4.5?確定用例????????????????????????????????????????1036.5?設(shè)計物理數(shù)據(jù)模型?????????????????????????156

II

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目?錄

6.6?數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化與發(fā)布??????????????????1588.4.2設(shè)計類接口212

6.7?客戶服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)???????????1598.4.3設(shè)計屬性和操作213

8.5?設(shè)計類間關(guān)系????????????????????????????????219

第7章系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計???????????????????165

8.5.1設(shè)計繼承219

7.1?活動圖???????????????????????????????????????????166

8.5.2設(shè)計聚合/組合221

7.2?狀態(tài)圖???????????????????????????????????????????168

8.5.3設(shè)計關(guān)聯(lián)222

7.3?業(yè)務(wù)架構(gòu)????????????????????????????????????????170

8.6?客戶服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計模型??????????????????222

7.4?業(yè)務(wù)架構(gòu)分析????????????????????????????????171

8.7?自動生成程序代碼?????????????????????????227

7.4.1客戶服務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

分析172第9章軟件測試??????????????????????????234

7.4.2客戶服務(wù)系統(tǒng)子模塊劃分1739.1?軟件測試基本概念?????????????????????????234

7.5?軟件架構(gòu)????????????????????????????????????????1769.1.1軟件測試的定義234

7.6?軟件架構(gòu)設(shè)計????????????????????????????????1779.1.2軟件測試與軟件質(zhì)量的

7.7?軟件架構(gòu)與框架?????????????????????????????181關(guān)系236

7.8?軟件架構(gòu)的“4＋1”視圖模型?????1829.1.3軟件缺陷的內(nèi)涵238

7.9?組件圖???????????????????????????????????????????1839.1.4軟件測試的目的239

7.10?部署圖?????????????????????????????????????????1869.1.5測試用例定義239

9.2?軟件測試過程????????????????????????????????241

第8章建立設(shè)計模型???????????????????190

9.2.1軟件測試過程模型介紹241

8.1?設(shè)計模式的選擇與應(yīng)用??????????????????190

9.2.2軟件測試工作流程244

8.1.1Facade（門面）模式192

9.3?軟件測試方法????????????????????????????????247

8.1.2Adapter（適配器）模式194

9.3.1白盒子測試247

8.1.3Factory（工廠）模式196

9.3.2黑盒子測試257

8.2?設(shè)計類的包結(jié)構(gòu)?????????????????????????????203

9.4?軟件測試的各個階段??????????????????????269

8.3?構(gòu)建設(shè)計類????????????????????????????????????206

9.4.1單元測試269

8.3.1分析類映射到設(shè)計

9.4.2集成測試279

模型的包206

9.4.3確認(rèn)測試282

8.3.2從分析類生成設(shè)計類208

9.4.4系統(tǒng)測試285

8.3.3確定類的大小209

9.4.5驗收測試288

8.4?詳細(xì)設(shè)計類????????????????????????????????????211

8.4.1設(shè)計公用類211參考文獻(xiàn)???????????????????????????????????????292

III

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第1章

概述

在近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史中，工程學(xué)科的發(fā)展一直是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的極大動力。

筆記欄

傳統(tǒng)的工程學(xué)科，如建筑工程、機(jī)械工程、水利工程、電力工程等對各行各業(yè)的發(fā)

展都有非常深遠(yuǎn)的影響。近年來人們開始對環(huán)境工程、生物工程、軟件工程等有了

極大的關(guān)注，許多高等院校都增設(shè)了這些專業(yè)，以培養(yǎng)研究這些新興學(xué)科的專門人

才。然而，由于人們對這些新興工程學(xué)科認(rèn)識不足，還處在一個艱難的探索階段，

如軟件工程。國內(nèi)許多軟件企業(yè)對軟件工程還沒有引起足夠的重視，事實上，軟件

工程在計算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用中的地位非常顯著，它對軟件產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展起著決

定性的推動作用，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的支柱。

本章將對軟件缺陷現(xiàn)狀、軟件工程及軟件工程的目標(biāo)、過程和原則、UML等

方面的問題和基本概念給出簡要的介紹，以便讀者對軟件工程的一些基本知識獲得

一定的理解。書中各個部分是以一個項目為主線，按任務(wù)驅(qū)動的方式進(jìn)行，提供了

基本完整的分析設(shè)計過程和UML全程建模。本章還給出了貫穿全書的案例項目描

述，以便讓讀者在進(jìn)入軟件工程專題之前，對本書所要解析的軟件工程項目有全面

的了解。

本章學(xué)習(xí)內(nèi)容

?當(dāng)前軟件開發(fā)中存在的缺陷；

?軟件工程；

?UML簡介；

?UML建模工具簡介；

?案例描述。

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

?了解軟件缺陷現(xiàn)狀；

?了解軟件工程的基本概念、軟件工程的目標(biāo)、過程和原則；

?了解UML的幾種圖形；

?了解RationalRose、StarUML和國產(chǎn)TrufunPlato建模工具的基本內(nèi)容；

?了解教學(xué)案例的用戶需求。

1

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軟件工程與UML案例解析

學(xué)習(xí)筆記

1.1??當(dāng)前軟件開發(fā)中存在的缺陷

問題引入

軟件質(zhì)量是軟件的生命。為了提高軟件質(zhì)量，人們采取了多種方法，如軟件開

發(fā)過程控制與管理、軟件測試等，這些方法在一定程度上促進(jìn)了軟件質(zhì)量的提高。

然而，軟件產(chǎn)品不同于普通的產(chǎn)品，它是人類最復(fù)雜的腦力勞動的產(chǎn)物，由于軟件

掃一掃?看視頻要解決的問題越來越復(fù)雜，軟件中存在缺陷是必然的。軟件開發(fā)過程實際上是一個

不斷實現(xiàn)用戶需求與修正軟件中出現(xiàn)的缺陷交替進(jìn)行的過程。那么，當(dāng)前軟件開發(fā)

中究竟存在哪些缺陷呢？

解答問題

筆者匯總了如下10條軟件缺陷現(xiàn)狀。雖然其中涉及的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可能并不是非

常準(zhǔn)確，但這些缺陷卻具有代表性。

（1）在項目發(fā)布后發(fā)現(xiàn)和修復(fù)缺陷的成本是需求和設(shè)計階段所需成本的100倍。

（2）在時下的軟件項目中有40%～50%的人力都花在了可以避免的重復(fù)勞動

中，避免重復(fù)勞動可以顯著提高勞動生產(chǎn)率。

（3）80%可避免的重復(fù)勞動源自20%的缺陷，其中兩大主要來源包括草率的

需求定制和象征性的案例設(shè)計和開發(fā)。

（4）大約80%的缺陷來自20%的模塊，而約半數(shù)的模塊幾乎沒有缺陷。

（5）90%的軟件的停工期最多來自10%的缺陷。

（6）同行評審能發(fā)現(xiàn)60%的缺陷。

（7）有針對性的評審能比無導(dǎo)向性的評審多發(fā)現(xiàn)35%的缺陷。

（8）個人行為的規(guī)范化可以減少缺陷注入率高達(dá)75%。

（9）在其他因素相同的情況下，開發(fā)高可靠性軟件每條源代碼指令的成本投入

比開發(fā)低可靠性軟件要多出近50%。然而，如果項目需要很高的運行和維護(hù)成本，

這樣的投資是值得的。

（10）40%～50%的用戶程序都存在著很大的缺陷。

分析問題

軟件缺陷（Defect，常常又被稱為Bug），即為計算機(jī)軟件或程序中存在的某

種影響正常運行能力的問題、錯誤，或者隱藏的功能和性能缺陷。缺陷的存在會導(dǎo)

致軟件產(chǎn)品在某種程度上不能滿足用戶的需求。越是進(jìn)行到軟件開發(fā)生命周期后期

才發(fā)現(xiàn)的缺陷，其修復(fù)成本也就越高。也就是說，錯誤越早發(fā)現(xiàn)，成本越低。事實

上，大部分錯誤都是在軟件開發(fā)的前面階段引入、后面階段才發(fā)現(xiàn)的，修復(fù)這些錯

誤必將付出巨大的代價。

從上面的軟件缺陷現(xiàn)狀中可知，大部分錯誤都集中在少數(shù)模塊。缺陷集中出現(xiàn)

2

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第1章?概述

有兩種可能：第一種可能是大量出現(xiàn)缺陷的模塊特別復(fù)雜，軟件開發(fā)人員難以保證

學(xué)習(xí)筆記

程序沒有錯誤；第二種可能是負(fù)責(zé)這些模塊的開發(fā)人員比負(fù)責(zé)其他模塊的開發(fā)人員

水平要低，或者責(zé)任心不夠強(qiáng)，做事比較馬虎。第一種可能情況容易避免。如果模

塊太復(fù)雜，就應(yīng)該由技術(shù)骨干攻關(guān)，以保證其正確無誤地順利實現(xiàn)。而出現(xiàn)問題的

往往是第二種可能情況。軟件開發(fā)人員良莠不齊，部分人員質(zhì)量意識和責(zé)任心不夠

強(qiáng)，由這部分人員開發(fā)的模塊往往會隱藏許多缺陷。

雖然在開發(fā)的軟件中出現(xiàn)缺陷很正常，但是開發(fā)人員必須盡力減少軟件中隱藏

的各種缺陷，這就要求開發(fā)團(tuán)隊一方面要提高職業(yè)素質(zhì)，另一方面還要遵循軟件工

程的思想，在提高軟件開發(fā)效率的同時不忘降低軟件的缺陷率，力爭提交給用戶一

個高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。同時，降低軟件的維護(hù)成本，保證軟件企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1.2??軟件工程

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1.2.1?軟件工程的定義

問題引入

計算機(jī)軟件是指計算機(jī)程序、數(shù)據(jù)以及解釋和指導(dǎo)使用程序和數(shù)據(jù)的文檔的總

和。當(dāng)計算機(jī)軟件上升到工程學(xué)的高度后，又如何來定義它，即什么是軟件工程？

解答問題

軟件工程（SoftwareEngineering，SE）是一門研究應(yīng)用工程化方法構(gòu)建和維護(hù)

有效的、實用的和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科。

分析問題

工程不僅僅是一個學(xué)科或一個知識體系，它還是解決問題的方法。這里的方法

包括管理、過程和技術(shù)三方面，其中，“過程”是指軟件的開發(fā)、維護(hù)過程以及管

理過程。采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)與維護(hù)軟件，把經(jīng)過時間考驗

而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法相結(jié)合，這就是軟件工

程。它涉及程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)工具、系統(tǒng)平臺、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計模式等

方面的內(nèi)容。

1.2.2?軟件工程的目標(biāo)

問題引入

軟件工程的主要目標(biāo)是采用工程化方法，提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量和軟件生產(chǎn)率，降

低軟件開發(fā)成本，成功地構(gòu)建一個滿足用戶需求的軟件系統(tǒng)。那么，一個成功的軟

件項目需要達(dá)到哪些主要目標(biāo)呢？

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軟件工程與UML案例解析

學(xué)習(xí)筆記解答問題

一個成功的軟件工程項目需要達(dá)到的主要目標(biāo)有以下幾方面：

（1）達(dá)到要求的軟件功能；

（2）取得較好的軟件性能；

（3）付出較低的開發(fā)成本；

（4）開發(fā)的軟件易于移植；

（5）開發(fā)的軟件易于維護(hù)，且維護(hù)費用較低；

（6）能按時完成開發(fā)任務(wù)，并交付使用。

分析問題

（1）軟件的功能是指在一般條件下軟件系統(tǒng)能夠為用戶“做什么”，能夠滿足

用戶什么樣的需求。用戶的需要就是軟件開發(fā)人員的目標(biāo)，一方面，開發(fā)的軟件必

須實現(xiàn)用戶要求的功能；另一方面，一個軟件項目“做得怎樣”，如開發(fā)的軟件運

行速度、易用性、可靠性、適應(yīng)性等，是否達(dá)到了用戶的需求。這些都是一個軟件

工程項目最基本的目標(biāo)，是必須努力實現(xiàn)的。

（2）軟件的研制工作需要投入大量復(fù)雜的、高強(qiáng)度的腦力勞動，它的成本往往

比較高。但隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件開發(fā)工具、開發(fā)方法等不斷出現(xiàn)，應(yīng)用

先進(jìn)的軟件過程管理手段，使得降低開發(fā)成本成為可能。所以，不斷探索新方法、

新技術(shù)，努力減少軟件開發(fā)成本，是軟件工程項目所追求的主要目標(biāo)。

（3）軟件的開發(fā)和運行常常受到計算機(jī)系統(tǒng)的限制，對計算機(jī)系統(tǒng)有著不同程

度的依賴性。軟件不能完全擺脫硬件單獨存在。為了提高軟件的可移植性，在軟件

開發(fā)過程中要盡量使用不依賴于計算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)的計算機(jī)語言和方法編寫程

序，這也是軟件工程項目所追求的目標(biāo)。

（4）所謂軟件維護(hù)就是在軟件已經(jīng)交付使用之后，為了改正錯誤或者滿足新的

需要而修改軟件的過程。其目的是保證系統(tǒng)能持續(xù)地與用戶環(huán)境、數(shù)據(jù)處理操作、

政府或其他有關(guān)部門的請求取得協(xié)調(diào)。在現(xiàn)代軟件開發(fā)過程中，不重視文字資料工

作，使分析、設(shè)計、編碼和支持過程的資料很不完整，兼之，人們常常忽視人與人

之間的溝通部分，發(fā)現(xiàn)問題只知道修修補(bǔ)補(bǔ)，這樣的軟件很難維護(hù)。維護(hù)費用的支

出是不可避免的，但怎樣才能降低維護(hù)費用呢？主要有3點：①設(shè)計軟件時，充分

考慮軟件的可修改性、可擴(kuò)展性。②軟件開發(fā)文檔齊備。③加強(qiáng)團(tuán)隊合作精神。提

高軟件的易維護(hù)性、降低其維護(hù)成本也是軟件工程項目所追求的最基本的目標(biāo)。

（5）軟件項目極大的復(fù)雜性與用戶需求高度的不確定性，是軟件項目能按時完

成的困難所在。加之，軟件開發(fā)人員對項目往往按照最樂觀的估計，對于任務(wù)的復(fù)

雜性和難度，對于自己能支配的時間，對于可能的突發(fā)事件的干擾等沒有清楚的認(rèn)

識和估計，在軟件企業(yè)內(nèi)部項目管理混亂的情況之下，軟件項目常常嚴(yán)重超期或超

出預(yù)算。提高軟件項目管理能力，按時完成軟件開發(fā)任務(wù)，并交付使用，是許多軟

件企業(yè)力爭實現(xiàn)的目標(biāo)。

在實際的軟件開發(fā)項目中，要同時實現(xiàn)所有這些目標(biāo)往往是比較困難的。甚至

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第1章?概述

有些目標(biāo)之間很可能相互沖突。比如，若一味降低開發(fā)成本，勢必也同時降低了軟

學(xué)習(xí)筆記

件的性能、減少了軟件的功能。因此，往往需要在這幾大目標(biāo)上做一些取舍。

1.2.3?軟件工程過程

問題引入

在軟件工程的定義中，強(qiáng)調(diào)了過程的概念，例如，開發(fā)過程、維護(hù)過程、管理

過程。過程是一組將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的相互關(guān)聯(lián)或相互作用的活動。然而，什么是

軟件工程過程？

解答問題

軟件工程過程是指軟件生命周期（關(guān)于軟件生命周期的相關(guān)知識將在第3章的

3.1節(jié)詳述）所涉及的一系列相關(guān)過程，是生產(chǎn)一個最終能滿足需求且達(dá)到工程目

標(biāo)的軟件產(chǎn)品所需要的步驟。

分析問題

軟件工程過程主要包括開發(fā)過程、運作過程和維護(hù)過程。它們覆蓋了分析、設(shè)

計、編碼、測試以及支持等軟件工程活動。在軟件工程活動中，分析活動包括問題

分析和需求分析。問題分析獲取需求定義，又稱軟件需求規(guī)約。需求分析生成功能

規(guī)約。設(shè)計活動一般包括概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。概要設(shè)計建立整個軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，

包括子系統(tǒng)、模塊以及相關(guān)層次的說明、每一個模塊的接口定義。詳細(xì)設(shè)計產(chǎn)生

程序員可用的模塊或者類說明。編碼活動把設(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的程序代碼。測

試活動貫穿于整個軟件開發(fā)過程，實現(xiàn)完成后的確認(rèn)，保證最終產(chǎn)品滿足用戶的要

求。維護(hù)活動包括使用過程中的擴(kuò)展、修改與完善。伴隨以上這些過程，還包括管

理過程、支持過程和培訓(xùn)過程等。

管理過程、支持過程、培訓(xùn)過程貫穿軟件開發(fā)過程的始終，對軟件開發(fā)過程起

著至關(guān)重要的作用。

1.2.4?軟件工程的原則

問題引入

為了達(dá)到軟件工程的目標(biāo)，在軟件開發(fā)過程中針對項目設(shè)計、支持以及管理必

須遵循哪些基本原則？

解答問題

在軟件開發(fā)過程中針對項目設(shè)計、支持以及管理必須遵循的基本原則是：

（1）選取適宜的軟件開發(fā)模型；

（2）采用合適的軟件開發(fā)方法；

（3）提供高效的開發(fā)支撐環(huán)境；

（4）重視軟件開發(fā)過程的管理；

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軟件工程與UML案例解析

（）建設(shè)高素質(zhì)的軟件開發(fā)團(tuán)隊。

學(xué)習(xí)筆記5

分析問題

（1）同其他事物一樣，軟件也有其孕育、誕生、成長、成熟以及衰亡的生命過

程，一般稱其為“軟件生命周期”。軟件生命周期一般分為6個階段，即制訂計劃、

需求分析和定義、設(shè)計、編碼、測試、運行和維護(hù)。軟件開發(fā)的各個階段包含了一

系列的活動，活動之間的關(guān)系可以是順序的、重復(fù)的、并行的、嵌套的或者是有條

件引發(fā)的。在軟件工程中，這個復(fù)雜的過程用軟件開發(fā)模型來描述和表示。在軟件

生命周期中，軟件開發(fā)的各個階段相互關(guān)聯(lián)，用戶需求的頻繁變更會對軟件的開發(fā)

過程產(chǎn)生重大影響。因此，必須認(rèn)識需求定義的易變性，采用適宜的軟件開發(fā)模型

予以控制，以保證軟件產(chǎn)品滿足用戶的要求。

（2）在軟件開發(fā)中，通常要考慮軟件的模塊化、抽象與信息隱藏、可移植性、

局部化以及可適應(yīng)性等方面的問題。合適的軟件開發(fā)方法，如面向?qū)ο筌浖_發(fā)方

法等，有助于這些方面的實現(xiàn)，以達(dá)到軟件工程的目標(biāo)。

（3）在軟件工程中，軟件開發(fā)工具與開發(fā)環(huán)境對軟件過程的支持尤為重要。軟

件工程項目的質(zhì)量與開發(fā)成本直接取決于對軟件工程所提供的支撐環(huán)境。

（4）軟件工程的管理，直接影響到可用資源的有效利用、滿足目標(biāo)的軟件產(chǎn)品

的生產(chǎn)、軟件組織的生產(chǎn)能力的提高等問題。因此，只有在軟件過程得以有效管理

時，才能實現(xiàn)有效的軟件工程。

（5）正如TomDeMacro和TimothyLister在《人件》中所說的，“人與人之間的

交互是復(fù)雜的，并且其效果從來都難以預(yù)料，但卻是工作中最為重要的方面?！边^

程和方法對于項目的影響只是次要的，而首要的影響是人。因此，只有當(dāng)開發(fā)人員

發(fā)揮其效率時，才能達(dá)到軟件工程的目標(biāo)。

軟件工程的目標(biāo)是生產(chǎn)滿足用戶需求的高質(zhì)量、高生產(chǎn)率、低開銷的軟件產(chǎn)

品；實施一個軟件工程要選取適宜的開發(fā)模型，采用合適的開發(fā)方法，提供高效

的支撐環(huán)境，實行開發(fā)過程的有效管理，建設(shè)能相互溝通、極具社會責(zé)任感的軟件

開發(fā)團(tuán)隊。軟件工程主要包括分析、設(shè)計、編碼、測試和支持等活動，每一個活

動可根據(jù)特定的軟件工程項目，采用合適的開發(fā)模型、方法、支持過程以及過程

管理。

1.3??UML簡介

UML（Uni?edModelingLanguage，統(tǒng)一建模語言）是一種定義良好、易于表

達(dá)、功能強(qiáng)大的用于對軟件密集型系統(tǒng)建模的圖形語言。它支持從需求分析開始的

面向?qū)ο筌浖_發(fā)的全過程。

UML作為一種建模語言，它使軟件開發(fā)人員專注于建立系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)，

而不是選用具體的程序設(shè)計語言和算法來實現(xiàn)。當(dāng)模型建立之后，模型可以被

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第1章?概述

工具轉(zhuǎn)化成指定的程序設(shè)計語言代碼和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

UML學(xué)習(xí)筆記

UML1.4有9種圖：

（1）用例圖：用于業(yè)務(wù)建模、需求捕獲，作為測試的依據(jù)。

（2）類圖：描述類以及類之間的相互關(guān)系。

（3）對象圖：描述對象以及對象之間的相互關(guān)系。

（4）構(gòu)件圖：描述構(gòu)件及其相互依賴關(guān)系。

（5）部署圖：描述構(gòu)件在各個節(jié)點上的部署情況。

（6）順序圖：強(qiáng)調(diào)時間順序的交互圖。

（7）協(xié)作圖：強(qiáng)調(diào)對象協(xié)作的交互圖。

（8）狀態(tài)圖：描述類所經(jīng)歷的各種狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（9）活動圖：用于對工作流程建模。

對于一般系統(tǒng)，常常使用類圖來產(chǎn)生程序代碼；而對于嵌入式系統(tǒng)，則用狀態(tài)

圖生成程序代碼。

本書闡述了使用UML全程建立系統(tǒng)模型的過程，并指導(dǎo)讀者應(yīng)用建模工具

StarUML對案例項目建立模型。

1.4??UML建模工具簡介

UML建模工具有很多，早前主流的UML建模工具都是由國外軟件公司開發(fā)，

如Together、RationalRose、StarUML等，現(xiàn)在國內(nèi)有很多公司也在不斷成長，開

發(fā)出了優(yōu)秀的UML建模工具，其中包括TrufunPlato和億圖圖示等。這些國內(nèi)外

UML建模工具功能都很強(qiáng)，下面僅對RationalRose、StarUML和國產(chǎn)TrufunPlato

做簡單介紹。

1.4.1?RationalRose簡介

RationalRose是一種支持UML1.4的便于進(jìn)行面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計的可視化的

建模工具。它提供了一個集成化的建模環(huán)境，可以用來創(chuàng)建、查看和修改UML模

型、視圖、圖和模型元素。

RationalRose使用圖形用戶界面，包括如下元素：

（1）菜單欄；

（2）標(biāo)準(zhǔn)工具欄；

（3）圖形工具欄；

（4）瀏覽器窗口；

（5）圖