本節(jié)書摘來自異步社區(qū)《軟件工程（第4版?修訂版）》一書中的第1章1.5節(jié) 系統(tǒng)的方法，作者【美】Shari Lawrence Pfleeger , 【加】Joanne M.Atlee，更多章節(jié)內(nèi)容可以訪問云棲社區(qū)“異步社區(qū)”公眾號查看。

1.5 系統(tǒng)的方法
軟件工程（第4版?修訂版）
我們開發(fā)的項目并不存在于真空中。通常，我們裝配在一起的硬件和軟件，必須與用戶、其他軟件任務(wù)、其他部分的硬件、現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫（即仔細(xì)定義的數(shù)據(jù)集合和數(shù)據(jù)關(guān)系）甚至其他的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互。因此，為任何項目提供一個背景是非常重要的，該背景就是項目的邊界（boundary）：項目中包含什么，不包含什么。例如，假設(shè)主管讓你編寫一段程序為辦公室的人員打印工資單。你必須知道你的程序是否只是簡單地從另一個系統(tǒng)中讀入工作時間并且打印結(jié)果，還是必須同時計算工資信息。類似地，你必須知道程序是否需要計算稅率、養(yǎng)老金以及津貼，或者是否要隨每份工資單提供這些項目的報告單。實際上，你真正要問的問題是：項目從哪里開始，到哪里結(jié)束？同樣的問題可以應(yīng)用于任何系統(tǒng)。一個系統(tǒng)是對象和活動的集合，再加上對象和活動之間關(guān)系的描述。就每個活動而言，典型的系統(tǒng)定義包括需要的輸入列表、采取的動作以及產(chǎn)生的輸出。因此，要開始一個項目，必須知道系統(tǒng)包含哪些對象或活動。

1.5.1 系統(tǒng)的要素
我們通過命名系統(tǒng)的組成部分并標(biāo)識這些組成部分是如何與另一個系統(tǒng)相互聯(lián)系的，來描述這個系統(tǒng)。這種標(biāo)識是分析擺在我們面前的問題的第一步。

1．活動和對象
首先，我們對活動和對象加以區(qū)分。活動（activity）是發(fā)生在系統(tǒng)中的某些事情，通常描述為由某個觸發(fā)器引發(fā)的事件，活動通過改變某一特性將一個事物轉(zhuǎn)變成另一個事物。這種轉(zhuǎn)變可能意味著數(shù)據(jù)元素從一個位置移到另一個位置，從某個值轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€值，或者與其他的數(shù)據(jù)相結(jié)合為另一個活動提供輸入。例如，一個數(shù)據(jù)項可以從一個文件移到另外一個文件。這種情況下，改變的特性是位置。或者，數(shù)據(jù)項的值可能增加。最后，數(shù)據(jù)項的地址可以與若干其他數(shù)據(jù)項的地址一起包含在參數(shù)列表中，以便可以調(diào)用另外的例程一次性處理所有數(shù)據(jù)。

活動中涉及的要素稱為對象（object）或?qū)嶓w（entity）。通常，這些對象以某種方式相互聯(lián)系。例如，對象能夠排列在表格或矩陣中。對象常常組成記錄，其中，每一條記錄按規(guī)定的格式排列。例如，一個雇員的歷史記錄中可能包含如下對象（也稱字段）：

名 　　　　　郵政編碼

教名 　　　　每小時的工資

姓 　　　　　每小時的津貼

街道地址 　　累計休假

城市 　　　　累計病假

州

記錄中不僅定義了每個字段，而且定義了每個字段的大小以及字段之間的關(guān)系。因此，記錄描述規(guī)定了每一個字段的數(shù)據(jù)類型、記錄中的開始位置和字段的長度。依次地，因為每個雇員都有一條記錄，所有的記錄組合在一起就構(gòu)成了文件，并且要指明文件特性（如最大的記錄數(shù)等）。

有時，對象定義得稍有不同。不是將每一項考慮為一個大記錄中的字段，而是將對象看作是獨立存在的。對象的描述包括每個對象的特性列表，以及所有使用對象或影響對象的動作的列表。例如，考慮“多邊形”對象。一個對象描述可以是，這個對象具有諸如邊數(shù)以及每條邊的長度等特性。動作可能包括計算面積和周長。甚至可能還可以有一個屬性稱為“多邊形類型”。這樣，可以標(biāo)識每個“多邊形”的實例，例如是“菱形”還是“長方形”等。類型本身也可能有對象描述。例如“長方形”可以由“正方形”和“非正方形”組成。當(dāng)我們在第4章研究需求分析的時候，將會探討這些概念，并在第6章討論面向?qū)ο箝_發(fā)的時候進(jìn)行深入探討。

2．關(guān)系和系統(tǒng)邊界
一旦定義了實體和活動，就要把實體和它們的活動進(jìn)行匹配。實體和活動之間的關(guān)系應(yīng)該要清晰、仔細(xì)地予以定義。實體的定義包括實體起源于何處的描述。有些項駐留于已經(jīng)存在的文件中，有些項在活動的過程中被創(chuàng)建。實體的目的地也是非常重要的。有些項僅僅被一個活動所使用，而有些項會被指定為其他系統(tǒng)的輸入。也就是說，系統(tǒng)的某些項會被當(dāng)前系統(tǒng)范圍之外的活動所使用。因此，可以認(rèn)為我們正在考慮的系統(tǒng)是有邊界的。有些項跨越邊界進(jìn)入我們的系統(tǒng)，而另一些是我們系統(tǒng)的產(chǎn)品并為其他系統(tǒng)所使用。

使用這些概念，我們能夠把系統(tǒng)（system）定義成一組事物的集合：一組實體、一組活動、實體和活動之間關(guān)系的描述以及系統(tǒng)邊界的定義。系統(tǒng)的這個定義不僅適用于計算機(jī)系統(tǒng)，而且適用于其他任何事物（其中，對象以某種方式與其他對象交互）。

3．系統(tǒng)舉例
要了解系統(tǒng)定義是如何進(jìn)行的，考慮一個呼吸系統(tǒng)的例子：身體吸進(jìn)氧氣排出二氧化碳和水。我們可以很容易地定義它的邊界：如果指出身體的一個具體器官，就能說出它是不是呼吸系統(tǒng)的一部分。氧氣和二氧化碳分子都是實體或?qū)ο?#xff0c;它們按照可以明確定義的方式進(jìn)出呼吸系統(tǒng)。我們也可以根據(jù)實體間的交互來描述系統(tǒng)中的活動。如果必要的話，可以通過什么進(jìn)入以及什么離開來描述這個系統(tǒng)，也可以用一個表格來描述其中涉及的所有實體和活動。圖1-8說明了一個呼吸系統(tǒng)。請注意每個活動都涉及實體，并且可以通過描述哪些實體是輸入，它們?nèi)绾伪惶幚?#xff0c;以及輸出的結(jié)果來進(jìn)行定義。

我們還必須清晰地描述計算機(jī)系統(tǒng)，與預(yù)期的用戶一起定義系統(tǒng)的邊界：我們的工作從什么地方開始以及在什么地方結(jié)束？另外，我們必須知道什么處于系統(tǒng)的邊界上，從而可以確定輸入的開始和輸出的目的地。例如，在打印工資單的系統(tǒng)中，支付信息可能來自公司的計算機(jī)，系統(tǒng)輸出可能是發(fā)送到郵箱的工資單的集合，送到適當(dāng)?shù)慕邮照呤种小Ｔ趫D1-9所示的系統(tǒng)中，我們可以了解邊界并且理解實體、活動和它們之間的關(guān)系。

圖1-9 工資單產(chǎn)品的系統(tǒng)定義

1.5.2 相互聯(lián)系的系統(tǒng)
邊界的概念之所以重要，是因為幾乎不存在與其他系統(tǒng)無關(guān)的系統(tǒng)。例如，呼吸系統(tǒng)必須與消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)交互。呼吸系統(tǒng)沒有神經(jīng)系統(tǒng)就不能發(fā)揮作用，循環(huán)系統(tǒng)沒有呼吸系統(tǒng)也不能正常工作。這種相互依賴可能是非常復(fù)雜的（實際上，由于我們不能認(rèn)清生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，已經(jīng)引起并加劇了許多環(huán)境問題）。但是，一旦描述了系統(tǒng)的邊界，就很容易了解什么在系統(tǒng)內(nèi)部、什么不在以及什么超出了邊界。

此外，一個系統(tǒng)存在于另外一個系統(tǒng)的內(nèi)部也是可能的。描述一個計算機(jī)系統(tǒng)的時候，通常是集中于實際系統(tǒng)的一小部分。這種集中使得我們能夠定義和構(gòu)建一個比包裹它的系統(tǒng)簡單得多的系統(tǒng)。如果仔細(xì)記錄那些影響系統(tǒng)的系統(tǒng)之間的交互，即使集中于更大系統(tǒng)中的較小部分，也不會有任何損失。

我們來討論一個例子，看一看是如何做到這一點的。假定要開發(fā)一個水系監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在整條河流經(jīng)過的很多地點采集數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集點完成若干計算，其結(jié)果被傳送到中心站點進(jìn)行匯總報告。這樣一個系統(tǒng)的實現(xiàn)方式可能是：有一個中心站點的計算機(jī)，它與數(shù)十個在遠(yuǎn)程站點的小型計算機(jī)進(jìn)行通信。其中，必須考慮很多系統(tǒng)活動，包括收集水質(zhì)數(shù)據(jù)的方式、在遠(yuǎn)程站點進(jìn)行的計算、與中心站點的信息通信、通信數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫或共享數(shù)據(jù)文件中的存儲以及根據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建報告。可以把這個系統(tǒng)看成是一些系統(tǒng)的集合，其中每個系統(tǒng)都有特定的目的。尤其是，我們可以只考慮較大的系統(tǒng)的通信方面，并且開發(fā)一個通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程站點傳送到中心站點。如果我們仔細(xì)地定義通信系統(tǒng)和大系統(tǒng)之間的邊界，通信系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)就可以獨立于大系統(tǒng)來完成。

整個水系監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性要比通信系統(tǒng)大得多，因此，通過對分開的、較小的部分進(jìn)行處理可以簡化我們的工作。如果邊界定義詳細(xì)、正確，那么根據(jù)較小的部分構(gòu)建較大的系統(tǒng)是相對容易的。通過以分層的方式來考慮較大的系統(tǒng)，可以按圖1-10所示那樣描述系統(tǒng)的構(gòu)造過程（以水系監(jiān)控系統(tǒng)為例）。一個層次本身就是一個系統(tǒng)，但是，每一層及其包含的那些層次也構(gòu)成一個系統(tǒng)，圖1-10中的圓圈表示它所代表的系統(tǒng)的邊界，所有圓圈的集合構(gòu)成了水系監(jiān)控系統(tǒng)。

一個系統(tǒng)可能包含另外一個系統(tǒng)，這一點很重要，因為它反映了這樣一個事實：一個系統(tǒng)中的對象或活動是外層所代表的每一個系統(tǒng)的一部分。因為每一層都會引入更多的復(fù)雜性，所以隨著每一層系統(tǒng)的加入，要理解任何一個對象或活動就會更加困難。因此，首先集中于最小的系統(tǒng)是最簡單的方法，這樣便于更好地理解隨后的系統(tǒng)。

我們使用這種思想來構(gòu)建一個替換舊版本的新系統(tǒng)（無論是手工方式還是自動方式）。我們希望盡可能多地理解新、舊系統(tǒng)是如何運(yùn)行的。通常情況下，兩個系統(tǒng)之間的差別越大，設(shè)計和開發(fā)就越困難。之所以出現(xiàn)這樣的困難，不僅是因為人們傾向于拒絕改變，而且這種差別使得系統(tǒng)難以學(xué)習(xí)。在構(gòu)造或合成大系統(tǒng)的時候，把新系統(tǒng)的構(gòu)造作為一系列遞增的中間系統(tǒng)是極其有用的。不是從A系統(tǒng)直接構(gòu)建B系統(tǒng)，而是從A到A，再到A，然后到B。例如，假定A是一個包含3個主要功能的手工系統(tǒng)，B是A的自動化版本。我們可以將A系統(tǒng)定義為一個新的系統(tǒng)，它只有功能1是自動化的，而功能2和功能3仍是手工的。然后，A有自動化的功能1和功能2，但其功能3仍是手工的。最后，B具有3個自動化的功能。通過將A到B的“距離”分成三段，我們就得到了一系列小的問題，這比整個問題要更容易處理。

在我們的例子中，兩個系統(tǒng)非常相似。它們的功能是相同的，但是實現(xiàn)的方式不同。但是，目標(biāo)系統(tǒng)常常與現(xiàn)有系統(tǒng)存在著巨大差別。尤其是，通常希望目標(biāo)系統(tǒng)不受現(xiàn)有硬件和軟件所強(qiáng)加的約束的限制。增量開發(fā)（incremental development）方法可以包含一系列階段，其中每一個階段都使前面的系統(tǒng)不受當(dāng)前系統(tǒng)約束的限制。例如，階段1可能增加一個新硬件，階段2可能替換執(zhí)行一組特定功能的軟件。系統(tǒng)逐漸地從舊的軟件和硬件中脫離開，直到它體現(xiàn)出新系統(tǒng)的設(shè)計。

因此，系統(tǒng)開發(fā)可以首先在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)一組變化，然后增加一系列變化以生成完整的設(shè)計方案，而不是從當(dāng)前一步一下跳到將來。使用這種方法，我們必須同時從兩個不同的方面看待系統(tǒng)：靜態(tài)地和動態(tài)地。靜態(tài)視圖告訴我們系統(tǒng)如今如何運(yùn)行，而動態(tài)視圖展示系統(tǒng)如何演變成最終的系統(tǒng)。缺少任何一方面都是不完整的。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《软件工程（第4版?修订版）》—第1章1.5节 系统的方法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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