从实践中来，方觉软件工程的重要性。上篇讲的代码设计不够详尽，本篇从软件工程的角度看下代码设计。
一、软件开发原则：
1）抽象：以归纳的方式对现实问题进行描述，或者抽离出包括又不局限与现实问题结果的一种方式。
2）分析设计方法和概念：大多工程师， 讨论他们做哪类工程，就使用哪一个标准概念帮助交流，并决策文档化。分析与设计方法提供给我们不止一种交流媒介，他们允许我们建模，并检查完全性和一致性，而且我们可更容易地从以前的应用需求和设计组件中获取有效内容，这样能提高生产效率和质量。
用户接口原型（相对与当前开发，即原型图的概念）。原型的意思是建立一个系统的一个小版本，通常只具有有限的功能。其作用： ①帮助有户或顾客确定一个系统的关键需求 ②论证一个设计或方法的可行性
3）软件体系结构：设计一个系统就是要确定一组满足特定需求的组件，以及各组件间的接口关系。具体的设计方法由设计者自身的喜好，或者是系统所要求的结构和数据所决定。然而每一种设计方法都要涉及某种分解方法：从系统关键元素的顶层描绘开始，然后建立较低层次，看系统的特征和功能将怎样相互适应。
4）软件过程：应用类型和组织文化的巨大变化使得不可能固定过程本身，因此似乎软件过程不象抽象的模块化那样是软件工程的基础。代替地，建议不同类型的软件需要不同的过程。企业范围应用程序则需要大量的控制，而个体或部门应用可采用快速开发。
5）复用：在软件开发和维护中，我们常通过应用以前开发中的某些共性来利用跨越应用程序的共同特征。Priteo-Diaz(1991)介绍可应用组件的概念为一种商业资产。公司和组织投次于可应用项目，然后在这些项目一次又一次在后来的项目里使用时获得可以计量的利润。然而，建立一个长期，有效力的应用程序是困难的，因为有几个障碍：
①有时建立一个小组件比可应用组件仓储库中搜索更快
②使组件足够通用以使未来别的开发者很容易地应用它，这需花额外的时间
③难以文档化，不能保证质量和测试
④如果一个应用组件失败或者要更新，谁来负责是不清楚的
⑤理解和应用别人写的组件是费钱费时的
⑥通常在共通性和特殊性之间存在冲突
6）度量：改良是软件工程研究的推动力：改进过程、资源和方法，以便我们生产和维护更好的产品。软件度量已成为好的软件工程实践的一个关键方面，通过度量我们可以确定软件可以实现到哪里及我们能做什么。另外，这种数量的方法使我们可比较不同项目的进展。在较低层次的抽象中，度量也有助于使过程和产品的特定特征更具可见性。
7）工具和集成环境
二、软件过程：
软件开发模型（摘至百科）：
1、边做边改型：遗憾的是，许多产品都是使用“边做边改“模型来开发的。在这种模型中，既没有规格说明，也没有经过设计，软件随着客户的需要一次又一次地不断被修改。
在这个模型中，开发人员拿到项目立即根据需求编写程序，调试通过后生成软件的第一个版本。在提供给用户使用后，如果程序出现错误，或者用户提出新的要求，开发人员重新修改代码，直到用户满意为止。
这是一种类似作坊的开发方式，对编写几百行的小程序来说还不错，但这种方法对任何规模的开发来说都是不能令人满意的，其主要问题在于：
1）缺少规划和设计环节，软件的结构随着不断的修改越来越糟，导致无法继续修改；
2）忽略需求环节，给软件开发带来很大的风险；
3）没有考虑测试和程序的可维护性，也没有任何文档，软件的维护十分困难。
2、瀑布模型：1970年Winston Royce提出了著名的“瀑布模型“，直到80年代早期，它一直是唯一被广泛采用的软件开发模型。瀑布模型将软件生命周期划分为制定计划、需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等六个基本活动，并且规定了它们自上而下、相互衔接的固定次序，如同瀑布流水，逐级下落。
在瀑布模型中，软件开发的各项活动严格按照线性方式进行，当前活动接受上一项活动的工作结果，实施完成所需的工作内容。当前活动的工作结果需要进行验证，如果验证通过，则该结果作为下一项活动的输入，继续进行下一项活动，否则返回修改。
瀑布模型强调文档的作用，并要求每个阶段都要仔细验证。但是，这种模型的线性过程太理想化，已不再适合现代的软件开发模式，几乎被业界抛弃，其主要问题在于：
1）各个阶段的划分完全固定，阶段之间产生大量的文档，极大地增加了工作量；
2）由于开发模型是线性的，用户只有等到整个过程的末期才能见到开发成果，从而增加了开发的风险；
3）早期的错误可能要等到开发后期的测试阶段才能发现，进而带来严重的后果。
我们应该认识到，“线性“是人们最容易掌握并能熟练应用的思想方法。当人们碰到一个复杂的“非线性“问题时，总是千方百计地将其分解或转化为一系列简单的线性问题，然后逐个解决。一个软件系统的整体可能是复杂的，而单个子程序总是简单的，可以用线性的方式来实现，否则干活就太累了。线性是一种简洁，简洁就是美。当我们领会了线性的精神，就不要再呆板地套用线性模型的外表，而应该用活它。例如增量模型实质就是分段的线性模型，螺旋模型则是接连的弯曲了的线性模型，在其它模型中也能够找到线性模型的影子。
3、快速原型模型：快速原型模型的第一步是建造一个快速原型，实现客户或未来的用户与系统的交互，用户或客户对原型进行评价，进一步细化待开发软件的需求。
通过逐步调整原型使其满足客户的要求，开发人员可以确定客户的真正需求是什么；第二步则在第一步的基础上开发客户满意的软件产品。
显然，快速原型方法可以克服瀑布模型的缺点，减少由于软件需求不明确带来的开发风险，具有显著的效果。
快速原型的关键在于尽可能快速地建造出软件原型，一旦确定了客户的真正需求，所建造的原型将被丢弃。因此，原型系统的内部结构并不重要，重要的是必须迅速建立原型，随之迅速修改原型，以反映客户的需求。
4、增量模型：又称演化模型。与建造大厦相同，软件也是一步一步建造起来的。在增量模型中，软件被作为一系列的增量构件来设计、实现、集成和测试，每一个构件是由多种相互作用的模块所形成的提供特定功能的代码片段构成。
增量模型在各个阶段并不交付一个可运行的完整产品，而是交付满足客户需求的一个子集的可运行产品。整个产品被分解成若干个构件，开发人员逐个构件地交付产品，这样做的好处是软件开发可以较好地适应变化，客户可以不断地看到所开发的软件，从而降低开发风险。但是，增量模型也存在以下缺陷：
1）由于各个构件是逐渐并入已有的软件体系结构中的，所以加入构件必须不破坏已构造好的系统部分，这需要软件具备开放式的体系结构。
2）在开发过程中，需求的变化是不可避免的。增量模型的灵活性可以使其适应这种变化的能力大大优于瀑布模型和快速原型模型，但也很容易退化为边做边改模型，从而使软件过程的控制失去整体性。
在使用增量模型时，第一个增量往往是实现基本需求的核心产品。核心产品交付用户使用后，经过评价形成下一个增量的开发计划，它包括对核心产品的修改和一些新功能的发布。这个过程在每个增量发布后不断重复，直到产生最终的完善产品。
5、螺旋模型：1988年，Barry Boehm正式发表了软件系统开发的“螺旋模型“，它将瀑布模型和快速原型模型结合起来，强调了其他模型所忽视的风险分析，特别适合于大型复杂的系统。
螺旋模型沿着螺线进行若干次迭代：
1）制定计划：确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件；
2）风险分析：分析评估所选方案，考虑如何识别和消除风险；
3）实施工程：实施软件开发和验证；
4）客户评估：评价开发工作，提出修正建议，制定下一步计划。
螺旋模型由风险驱动，强调可选方案和约束条件从而支持软件的重用，有助于将软件质量作为特殊目标融入产品开发之中。但是，螺旋模型也有一定的限制条件，具体如下：
1）螺旋模型强调风险分析，但要求许多客户接受和相信这种分析，并做出相关反应是不容易的，因此，这种模型往往适应于内部的大规模软件开发。
2）如果执行风险分析将大大影响项目的利润，那么进行风险分析毫无意义，因此，螺旋模型只适合于大规模软件项目。
3）软件开发人员应该擅长寻找可能的风险，准确地分析风险，否则将会带来更大的风险
一个阶段首先是确定该阶段的目标，完成这些目标的选择方案及其约束条件，然后从风险角度分析方案的开发策略，努力排除各种潜在的风险，有时需要通过建造原型来完成。如果某些风险不能排除，该方案立即终止，否则启动下一个开发步骤。最后，评价该阶段的结果，并设计下一个阶段。
6、演化模型：演化模型是一种全局的软件(或产品)生存周期模型。属于迭代开发方法。
该模型可以表示为：第一次迭代(需求->设计->实现->测试->集成)->反馈->第二次迭代(需求->设计->实现->测试->集成)->反馈->……
即根据用户的基本需求，通过快速分析构造出该软件的一个初始可运行版本，这个初始的软件通常称之为原型，然后根据用户在使用原型的过程中提出的意见和建议对原型进行改进，获得原型的新版本。重复这一过程，最终可得到令用户满意的软件产品。采用演化模型的开发过程，实际上就是从初始的原型逐步演化成最终软件产品的过程。演化模型特别适用于对软件需求缺乏准确认识的情况。
7、喷泉模型：(也称面向对象的生存期模型, OO模型)喷泉模型与传统的结构化生存期比较，具有更多的增量和迭代性质，生存期的各个阶段可以相互重叠和多次反复，而且在项目的整个生存期中还可以嵌入子生存期。就像水喷上去又可以落下来，可以落在中间，也可以落在最底部。
8、智能模型：智能模型拥有一组工具（如数据查询、 表生成、数据处理、屏幕定义、代码生成、高层图形功能及电子表格等），每个工具都能使开发人员在高层次上定义软件的某些特性，并把开发人员定义的这些软件自动地生成为源代码。
这种方法需要四代语言（4GL）的支持。4GL不同于三代语言，其主要特征是用户界面极端友好，即使没有受过训练的非专业程序员，也能用它编写程序；它是一种声明式、交互式和非过程性编程语言。4GL还具有高效的程序代码、智能缺省假设、完备的数据库和应用程序生成器。市场上流行的4GL（如Foxpro等）都不同程度地具有上述特征。但4GL主要限于事务信息系统的中、小型应用程序的开发。
8、混合模型：过程开发模型又叫混合模型（hybrid model），或元模型（meta-model）,把几种不同模型组合成一种混合模型，它允许一个项目能沿着最有效的路径发展，这就是过程开发模型（或混合模型）。实际上，一些软件开发单位都是使用几种不同的开发方法组成他们自己的混合模型。
10、RAD模型：快速应用开发（RAD）模型是一个增量型的软件开发过程模型。强调极短的开发周期。RAD模型是瀑布模型的一个“高速”变种，通过大量使用可复用构件，采用基于构件的建造方法赢得快速开发。如果需求理解得好且约束了项目的范围，随后是数据建模、过程建模、应用生成、测试及反复。
RAD模型各个活动期所要完成的任务如下：
1）业务建模：以什么信息驱动业务过程运作生成什么信息生成它息流的去向是哪里由谁处理以辅之以数据流图。
2）数据建模：为支持业务过程的数据流找数据对象集合，定义数据对象属性，与其他数据对象关系构成数据模型，可辅之以E-R图。
3）过程建模：使数据对象在信息流中完成各业务功能。创建过程以描述数据对象的增加、修改、删除、查找，即细化数据流图中的处理框。
4）应用程序生成：利用第四代语言（4GL）写出处理程序，重用已有构件或创建新的可重用构件，利用环境提供的工具自动生成并构造出整个应用系统。
5）测试与交付，由于大量重用，一般只做系统测试，但新创建的构件还是要测试的。
每个软件开发组织应该选择适合于该组织的软件开发模型，并且应该随着当前正在开发的特定产品特性而变化，以减小所选模型的缺点，充分利用其优点，下表列出了几种常见模型的优缺点。
1）瀑布模型 文档驱动系统可能不满足客户的需求
2）快速原型模型 关注满足客户需求可能导致系统设计差、效率低，难于维护
3）增量模型 开发早期反馈及时，易于维护需要开放式体系结构，可能会导致效率低下
4）螺旋模型 风险驱动风险分析人员需要有经验且经过充分训练
三、系统设计
1、什么是设计
设计是将一个实际问题转换成相应的解决办法的主动过程。所谓设计也可以是对一种解决办法的描述。
2、总体设计和技术设计
设计者必须同时满足用户和系统建立者的要求才能将实际需求转换为可以运行的系统。用户要清楚系统要做什么，而系统建立者要清楚系统是怎样运作的，基于这样的原因，设计实际上是一个两部分的迭代过程。总体设计(或系统设计)：告诉用户系统具体将要做什么。一旦用户同意了这个总体设计，我们会将这个总体设计转换为更加详细的文档。技术设计：让系统建设者了解要解决用户的问题所需要的硬件和软件。确定设计的过程是一个迭代的过程，这是因为设计者对于需求的理解、提出解决办法、测试办法的可行性和为程序员提供设计文档始终处于一个反复的过程中。
一个优秀的总体设计应该包含以下特征：
1）它是由用户语言书写的
2）不包括用户不熟悉的专业词汇
3）它描述系统功能
4）独立于实现过程
5）与需求分析文档相关联
与总体设计相比，技术设计主要描述系统的硬件配置、软件需要、人机界面、输入和输出，和 络体系结构等。也就是说，技术设计是系统说明的一个技术层面上的描述，它至少应该包括以下方面：
1）主要的硬件组成的描述和它们的功能
2）软件组成的层次和功能
3）数据结构和数据流
3、分解和模块化
设计一个系统就是要确定一组满足特定需求的组件，以及各组件间的接口关系。具体的 设计方法由设计者自身的喜好、或是系统所要求的结构或数据所决定。然而每一种设计方法都要涉及某种分解方法：从系统关键元素的顶层描绘开始，然后建立较低层次，看系统的特征和功能将怎样相互适应。
Wasserman(1995)提出的确定设计的五种方法：
1）模块化分解：在把功能分配到各个组成部分(component)的基础上进行构造。设计者开始于功能的顶层描述上，然后在较低的层次上说明各组成部分是如何组织的以及各部分是如何关联的
2）面向数据的分解：这种设计是基于外部数据结构的。顶层描述总体的数据结构，而底层描述所包含的数据元素及它们之间的关系这些细节。
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