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第32讲 程序设计与软件开发基础（六）
教学目标及基本要求：
理解结构化设计方法，能利用该方法提供的常用工具解决实际问题，掌握测试与调试的概念，了解白盒测试与黑盒测试的概念，能进行简单的测试用例设计和实施，了解静态调试与动态调试。 教学重点：
测试和调试的基本概念，白盒测试与黑盒测试。 教学难点：
面向数据流的设计方法，白盒测试与黑盒测试。 教学内容：
1．结构化设计方法 2．软件测试及调试 教学时间：
1学时 主要内容：
7.4.3 结构化设计方法
1．软件设计的基本概念 （1）软件设计的基础 ? 概念
软件设计是软件工程的重要阶段，是一个把软件需求转换为软件表示的过程。 ? 基本目标
软件设计的基本目标是用比较抽象概括的方式确定目标系统如何完成预定的任务，即软件设计是确定系统的物理模型。
? 步骤
从工程管理角度来看，软件设计分两步完成：概要设计和详细设计。
? 概要设计（又称结构设计） ：将软件需求转化为软件体系结构、确定系统级接口、
全局数据结构或数据库模式 。
? 详细设计：确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据
结构的细节。
（2）软件设计的基本原则
① 抽象：是一种思维工具，就是把事物本质的共同特性提取出来而不考虑其他细节。 ② 模块化：是指把一个待开发的软件分解成若干小的简单的部分。
③ 信息隐蔽：是指在一个模块内包含的信息，对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的。
④ 模块独立性：是指每个模块只写成系统要求的独立的子功能，并且与其他模块的联系最少且接口简单。模块的独立程度是评价设计好坏的重要度量标准。衡量软件的模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。一个优秀的软件设计应尽量做到高内聚、低耦合。
2．概要设计
（1）概要设计的任务
① 设计软件系统结构：在需求分析阶段，已经把系统分解成层次结构，而在概要设计阶段，需要进一步分解，划分为模块以及模块的层次结构。
② 数据结构及数据库设计：数据设计是实现需求定义和规格说明过程中提出的数据对
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象的逻辑表示。
③ 编写概要设计文档：需要编写的文档有概要设计说明书、数据库设计说明书、集成测试计划等。
④ 概要设计文档评审。 （2）概要设计的图形工具
常用的软件结构设计工具是结构图（SC），也称程序结构图，它描述了软件系统的层次和分块结构关系。
模块用一个矩形表示，矩形内注明模块的功能和名字；箭头表示模块间的调用关系。用带实心圆的箭头表示传递的是控制信息，用带空心圆的箭头表示传递的是数据。
结构图的有关术语如下。 ? 深度：表示控制的层数。
? 上级模块、下级模块：调用模块中上级模块，被调用模块是下级模块。 ? 宽度：整体控制跨度（最大模块数的层）的表示。 ? 扇入：调用一个给定模块的模块个数。 ? 扇出：一个模块直接调用的其他模块数。 ? 原子模块：树中位于叶子节点的模块。 （3）面向数据流的设计方法
典型的数据流类型有两种：变换型和事务型。
① 变换型：是指信息沿输入通道进入系统，同时由外部形式变换成内部形成，进入系统的信息通过变换中心，经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式离开软件系统。
② 事务型：在很多软件应用中，存在某种作业数据流，它可以引发一个或多个处理，这些处理能够完成该作业要求的功能，这种数据流就叫做事务。
（4）设计的准则 ① 提高模块独立性。 ② 模块规模适中。
③ 深度、宽度、扇出和扇入适当。
④ 使模块的作用域在该模块的控制域内。 ⑤ 应减少模块的接口和界面的复杂性。 ⑥ 设计成单入口、单出口的模块。 ⑦ 设计功能可预测的模块。 3．详细设计
详细设计的任务是为软件结构图中的每个模块确定实现算法和局部数据结构，用某种选定的表达工具表示算法和数据结构的细节。
常用的过程图形设计工具如下。 （1）程序流程图
程序流程图是一种传统的、应用广泛的软件过程设计表示工具，通常称为程序框图。程序流程图表达直观、清晰，易于学习掌握，且独立于任何一种程序设计语言。
构成程序流程图的最基本图符及含义如下所示。 →或↓：控制流 □ ：加工步骤 ◇ ：逻辑条件 （2）N-S图
为了避免程序图在描述程序逻辑时的随意性与灵活性，提出了用方框图来代替传统的程序流程图，通常把这种图称为N-S图。
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N-S图的基本图符及表示的5种控制结构如图7-20所示。
任务1 任务2 任务3
条件
?1
?2 B
… C
?n D
条件
else then
A
判定条件
循环体
循环体
判定条件
图7-20 N-S图图符与构成的5种控制结构
（3）PAD图
PAD图是问题分析图（Problem Analysis Diagram）的英文缩写，它是继程序流程图和方框图之后，提出的又一种主要用于描述软件详细设计的图形表示工具。
PAD图的基本图符及表示的控制结构如图7-21所示。
A
条件
B 顺序型
选择型
B
WHILE WHILE重复型
A
UNTIL UNTIL重复型
B
A
图7-21 PAD图图符与构成的5种控制结构
除了以上3种工具外，还有判定表、判定树和结构化自然语言PDL等描述工具。
7.4.4 软件测试及调试
1．软件测试的目的与任务
软件测试的目的是确保软件的质量，尽量找出软件错误并加以纠正，而不是证明软件没有错。因此，软件测试的任务可以规定两点。
（1）测试任务：通过采用一定的测试策略，找出软件中的错误。
（2）调试任务：如果测试发现错误，则定位软件中的错误，并加以纠正。 找错的活动称为测试，纠错的活动称为调试。 2．软件测试的准则
（1）所有测试都应追溯到需求。
（2）严格执行测试计划，排除测试的随意性。 （3）充分注意测试中的群集现象。 （4）程序员应避免检查自己的程序。 （5）穷举测试不可能。
（6）妥善保存测试计划、测试用例、出错统计和最终分析报告，为维护提供方便。 3．软件测试技术与方法
软件测试的方法和技术是多种多样的，对于软件测试方法和技术，可以从不同的角度加以分类。
若从是否需要执行被测软件的角度，可以分为静态测试和动态测试方法。若按照功能划分可以分为白盒测试和黑盒测试。
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（1）静态测试与动态测试
静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量等，可以由人工完成，也可以借助软件工具。
动态测试是基于计算机的测试，是为了发现错误而执行程序的过程。合理的测试用例是测试的关键，测试用例是为测试设计的数据。
（2）白盒测试方法与测试用例
白盒测试方法也称结构测试或逻辑驱动测试，它是根据软件产品的内部工作过程，检查内部成分，以确认每种内部操作符合设计规格要求。白盒测试把测试对象看成是一个打开的盒子。白盒测试是在程序内部进行，主要用于完成软件内部操作的验证。
白盒测试的主要方法有逻辑覆盖、基本路径测试等。
逻辑覆盖测试是指一系列以程序的内部逻辑结构为基础的测试用例设计技术。 ① 语句覆盖：执行足够的测试用例，使得程序中每个语句至少都能被执行一次。 ② 路径覆盖：执行足够的测试用例，使程序中所有可能的路径都至少经历一次。 ③ 判定覆盖：使设计的测试用例保证程序中每个取值分支至少经历一次。
④ 条件覆盖：设计的测试用例保证程序中每个判断的每个条件的可能取值至少执行一次。
⑤ 判断-条件覆盖：设计足够的测试用例，保证程序中判断中每个条件的所有可能取值至少执行一次，同时每个判断的所有可能取值分支至少执行一次。
基本路径测试是根据软件过程性描述中的控制流程确定程序的环路复杂性度量，用此度量定义基本路径集合，并由此导出一组测试用例对每一条独立执行路径进行测试。
（3）黑盒测试方法与测试用例
黑盒测试方法也称为功能测试或数据驱动测试，它是对软件已经实现的功能是否满足需求进行测试和验证。黑盒测试完全不考虑程序内部的逻辑结构和内部特性，只依据程序的需求和功能规格说明，检查程序的功能是否符合它的功能说明。黑盒测试是在软件接口进行，完成功能验证。
黑盒测试方法主要有等价类划分法、边界值分析法、错误推测法、因果图法等。 其中，等价类划分法是将程序的所有可能的输入数据划分成若干部分，然后从每个等价类中选取数据作为测试用例。
4．软件测试实施
软件测试过程一般按4个步骤进行，即单元测试、集成测试、验收测试（确认测试）和系统测试。
（1）单元测试
单元测试集中对软件设计的最小单位——模块进行测试，主要是为了发现模块内部可能存在的各种错误和不足。
进行单元测试时，根据程序的内部结构设计测试用例，主要使用白盒测试法。由于各模块相对独立，因而对多个模块的测试可以同时进行，以提高测试效率。单元测试主要针对5个基本特性进行测试：模块接口、局部数据结构、重要的执行路径、出错处理和边界条件。
（2）集成测试
集成测试是测试和组装软件的过程。主要目的是发现与接口有关的错误，集成测试的依据是概要设计说明书，测试的内容主要是：软件单元的接口测试、全局数据结构测试、边界条件和非法输入的测试等。
集成测试时将模块组装成程序通常采用两种方式：非增量方式组装和增量方式组装。 （3）确认测试
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确认测试的任务是验证软件的功能和性能及其他特性是否满足了需求规格说明中确定的各种需求，以及软件配置是否完全、正确。
确认测试的实施首先运用黑盒测试方法。 （4）系统测试
系统测试是把通过确认测试的软件作为基于计算机系统的一个元素，与整个系统的其他元素结合起来，在实际运行环境下，对计算机系统进行一系列的集成测试和确认测试。
5．软件调试实施
在对程序进行了成功的测试之后将进入程序调试，程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误。软件测试贯穿整个软件生命周期，调试主要在开发阶段。
程序调试活动由两部分组成：其一是错误的定位，其二是修改错误。 常用的程序调试方法有：强行排错法、回溯法和原因排错法。 小 结
软件设计是软件工程的重要阶段，是一个把软件需求转换为软件表示的过程。 每个阶段都已形成一套较完整的理论和方法。找错的活动称为测试，纠错的活动称为调试。软件测试和调试都已经形成一套完整的理论和方法，这些理论和方法对软件开发者如何进行测试和调试具有十分重要的意义。 作 业
软件测试方法和技术按照功能划分为哪两类？各是测试软件产品哪些方面？
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第32讲程序设计与软件开发基础
