二、结构化生命周期方法
结构化分析与设计方法在软件工程中应用已很普遍，并且越来越成熟。有许多大、中型项目都采用了这种方法进行开发并取得了显著的成果。
按B.W.Boehm的描述，瀑布模型的的软件生命周期可划分七个阶段:系统需求分析、软件需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试和运行维护。
（一）系统需求
“系统需求”包括:问题定义、可行性研究及软件计划。
1.问题定义
软件开发的第一步就是进行问题定义。问题定义阶段必须回答的关键问题:“软件要解决的问题是什么?”如果不知道问题是什么就试图解决这个问题，显然是盲目的，只会白白浪费时间和金钱，最终得出的结果很可能是毫无意义的。尽管确切地定义问题的必要性是十分明显的，但是在实践中它却可能是最常被忽视的一个步骤。这里所说的问题，就是指用户的基本要求。说得通俗些，问题定义实际上就是了解用户到底要建立什么系统，并确定分析员下一步应该做什么。因此，问题定义的来源是用户。
通过问题定义阶段的工作，系统分析员应该提出关于问题性质、工程目标和规模的书面报告。这一阶段的分析员应尽可能站在较高的角度去抽象、概括所要干的事情，不要拘泥于问题实现的细节。尽管用户可能总是习惯于这样做，但分析员在这一阶段必须超脱出来，居高临下鸟瞰系统的全貌。通过对系统的实际用户和使用部门负责人的访问调查，分析员扼要地写出他对问题的理解，并在使用部门负责人的会议上认真讨论这份书面报告，澄清含糊不清的地方，改正理解不正确的地方，最后得出一份双方都满意的文档。
当用户的要求不是很多并且不太复杂时，一两个分析员用上一两天就可以完成这一工作了。但当系统比较大，且复杂时，恐怕就要组织一个问题定义小组，花上一两个星期，甚至数月来定义用户的问题。
如果分析员和用户及使用部门的负责人对所要解决的问题取得完全一致的看法，而且使用部门的负责人同意开发工程继续进行下去，那么开发工程将转入生命周期的下一个阶段———可行性研究。
2.可行性研究
并不是所有问题都有简单明显的解决办法，事实上，许多问题不能在预定的系统规模之内解决。如果问题没有可行的解，那么花费在这项开发工程上的任何时间、资源、人力和经费和都是无谓的浪费。
可行性研究的目的在于用最小的代价确定在问题定义阶段所确定的系统的目标和规模是否现实，所确定的问题是否可以解决，系统方案在经济上、技术上和操作上是否可以接受。可行性研究着重对如下具体方案考虑:
（1）经济可行性。估计开发费用以及新系统可能带来的收益，将两者进行权衡，看结果是否可以接受。
（2）技术可行性。对要求的功能、性能以及限制条件进行分析，是否能够做成一个可接受的系统。所考虑的因素通常还应包括开发的风险，是否能够得到需要的软件和硬件资源和一个熟练的有能力的开发队伍，与系统开发有关的技术是否足以支持系统的研制。技术可行性的估计，需要有经验的人员去完成。
（3）操作可行性。判断系统的操作方式在该用户组织内是否可行。
分析、设计人员应以新系统的目标和作用范围为依据提出一种以上的设计方案，从技术可行性、经济可行性、操作可行性等方面进行比较，并选择出综合最优的方案。
根据可行性研究结果要做出的决定是:是否继续按预定目标进行这项开发工程，可行性分析人员必须清楚地表明他对这个关键性决定的建议。如果认为值得继续进行这项开发工程，则应提供选择一种最好的解法并说明理由。可行性分析是在问题的目标和约束之间的一种权衡，还可能有的结果则是修改目标或放宽约束。
3.软件计划
分析人员应该为推荐的系统草拟一份软件计划，其中描述的是为了成功地进行一个软件项目，其所需要做的工作、需要的资源、需要的工作量和费用以及应遵循的进度安排。
软件计划由两项任务组成:分析和估算。分析是对系统内各软件功能的界限的划定。估算是指根据已有的定性数据和已往的经验对系统开发的资源、费用和进度进行定量的估计。
软件开发项目的进度安排可以从两种观点来考虑:一是项目的交付日期已定，负责开发工作的软件机构被限制在一个规定的时间范围内分配其工作量。二是项目最后的交付日期由软件机构自已确定，可以从最佳的利用各种资源的角度出发来分配工作量，项目最后的交付日期经过对软件各部分仔细分析后才确定。在多数项目中，遇到的往往是第一种情况。
软件计划的阅读者可以包括软件主管部门、用户和技术人员。所确定的成本与进度可供主管部门复审。它同时也给出了整个软件生命周期的基本成本预算的进度安排。
（二）软件需求分析
软件需求分析工作是软件生存期中重要的一步，也是决定性的一步。只有通过软件需求分析，才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发的基础。软件需求分析工作也是一个不断认识和逐步细化的过程。该过程将软件设计阶段所确定的软件范围（工作域）逐步细化到可详细定义的程度，并分析出各种不同的软件元素，然后为这些元素找到可行的解决方法。
制定软件的需求规格说明不只是软件开发人员的事，用户也起着至关重要的作用。用户必须对软件功能和性能提出初步要求，并澄清一些模糊概念。而软件分析人员则要认真了解用户的要求，细致地进行调查分析，把用户“做什么”的要求最终转换成一个完全的、精细的软件逻辑模型并写出软件的需求规格说明，准确地表达用户的要求。
1.软件需求分析任务
需求分析所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软件同其他系统元素的接口细节。定义软件的其他有效性需求。
分析员通过需求分析，逐步细化对软件的要求，描述软件要处理的数据域，并给软件开发提供一种可转化为数据设计、结构设计和过程设计的数据与功能表示。在软件完成后，制定的软件需求规格说明还要为评价软件质量提供依据。
需求分析阶段研究的对象是软件项目的用户要求。需要注意的是，必须理解用户的各项要求，但又不能全盘接受所有的要求。因为并非所有用户要求都是合理的。对其中模糊的要求还需要澄清，然后才能决定是否可以采纳。对于那些无法实现的要求应向用户做充分的解释，以求得谅解。
准确地表达所接受的用户要求，是需求分析的另一个重要方面。只有经过确切描述的软件需求才能成为软件设计基础。
通常软件开发项目是要实现目标系统的物理模型，即确定待开发软件系统的系统元素，并将功能和数据结构分配到这些系统元素中，它是软件实现的基础。但是目标系统的具体物理模型是由它的逻辑模型经实例化，即具体到某个业务领域而得到的。与物理模型不同，逻辑模型忽视实现机制与细节，只描述系统要完成的功能和要处理的数据。作为目标系统的参考，需求分析的任务就是借助于当前系统的逻辑模型导出目标系统的逻辑模型，解决目标系统的“做什么”的问题。
（1）获得当前系统的物理模型。当前系统可能是需要改进的某个已在计算机运行的数据处理系统，也可能是一个人工的数据处理过程。在这一步首先分析、理解当前系统是如何运行的，了解当前系统的组织机构、输入输出、资源利用情况和日常数据处理过程，并用一个具体模型来反映自己对当前系统的理解。这一模型应客观地反映现实世界的实际情况。
（2）抽象出当前系统的逻辑模型。在理解当前系统“怎样做”的基础上，抽取其“做什么”的本质，从而从当前系统的物理模型抽象出当前系统的逻辑模型。
在物理模型中有许多物理因素，随着分析工作的深入，有些非本质的物理因素就成为不必要的负担，因而需要对物理模型进行分析，区分出本质的和非本质的因素，去掉那些非本质的因素即可获得反映系统本质的逻辑模型。
（3）建立目标系统的逻辑模型。分析目标系统与当前系统逻辑上的差别，明确目标系统统到底要“做什么”，从当前系统的逻辑模型导出目标系统的逻辑模型。
（4）为了对目标系统做完整的描述，还需要对得到的逻辑模型做一些补充。
①说明目标系统的用户界面。根据目标系统所处的应用环境及它与外界环境的相互关系，研究所有可能与它发生联系和作用的部分，从而决定人机界面。
②说明至今尚未详细考虑的细节。这些细节包括系统的启动和结束、出错处理、系统的输入输出和系统性能方面的需求。
③其他。例如系统的其他必须满足的性能和限制等等。
2.需求分析的过程
需求分析阶段的工作，可以分成以下4个方面:对问题的识别、分析与综合、制定规格说明和评审。
（1）问题识别
首先系统分析人员要研究计划阶段产生的可行性分析报告（如果有的话）和软件项目实施计划。主要是从系统的角度来理解软件并评审用于产生计划估算的软件范围是否恰当。确定对目标系统的综合要求，即软件的需求。并提出这些需求实现条件，以及需求应达到的标准。也就是要求所开发软件做什么，做到什么程度。这些需求包括:
·功能需求:列举出所开发软件在职能上应做什么。这是最主要的需求。
·性能需求:给出所开发软件的技术性能指标，包括存储容量限制、运行时间限制、安全保密性等。
·环境需求:这是对软件系统运行时所处环境的要求。例如在硬件方面，采用什么机型、有什么外部设备、数据通信接口等等。在软件方面，采用什么支持系统运行的系统软件（指操作系统、网络软件、数据库管理系统等）。在使用方面，需要使用部门在制度上、操作人员的技术水平上应具备什么样的条件等等。
·可靠性需求:各种软件在运行时，失效的影响各不相同。在需求分析时，应对所开发软件在投入运行后不发生故障的概率，按实际的运行环境提出要求，对于那些重要的软件，或是运行失效会造成严重后果的软件，应当提出较高的可靠性要求，以期在开发的过程中采取必要的措施，使软件能够高度可靠地稳定运行，避免因运行事故而带来的损失。
·安全保密要求:工作在不同环境的软件对其安全，保密的要求显然是不同的。应当把这方面的需求恰当地做出规定，以便对所开发的软件给予特殊的设计，使其在运行中其安全方面的性能得到必要的保证。
·用户界面需求:软件与用户界面的友好性是用户能够方便、有效、愉快地使用该软件的关键之一。从市场角度来看，具有友好用户界面的软件有很强的竞争力。因此，必须在需求分析时，为用户界面细致地规定达到的要求。
·资源使用需求:这是指所开发软件运行时所需的数据、软件、内存空间等各项资源外，软件开发时所需的人力、支撑软件、开发设备等则属于软件开发的资源，需要在需求分析时加以确定。
·软件成本消耗与开发进度需求:在软件项目立项后，要根据合同规定，对软件开发的进度和步骤的费用提出要求，作为开发管理的依据。
·预先估计以后系统可能达到的目标。这样，在开发过程中，可对系统将来可能扩充与修改做准备。一旦需要时，就比较容易进行补充和修改。
·功能性需求是人们普遍关注的，但常常忽视对非功能性需求的分析。其实非功能性需求并不是无关紧要的，它们涉及到的方面多而广，因而容易被忽略。如果在进行需求分析之前没有做过可行性分析，那么补充完成这部分工作往往是必要的。从问题定义和调查研究入手，与用户密切联系，详细了解问题提出的背景，弄清要解决什么问题。然后从软件系统特性和用户目标出发，做市场调查和现场考察。仔细收集信息之后进行数据分析和功能分析，建立系统的高层逻辑模型，再进一步做成本/效益分析。最后提交一份可行性分析报告，从技术、经济、社会效应等方面论证可行性，以确认软件开发的目标是否可行。
问题识别的另一项工作是建立分析所需要的通信途径，以保证能顺利地对问题进行分析。分析员必须与用户、软件开发机构的管理部门、软件开发组的人员建立联系。项目负责人在此过程中起协调人的作用。分析员通过这种通信途径与各方商讨，以便能满足用户的要求。
（2）分析与综合
需求分析的第二步工作是问题分析和方案的综合。分析员需从数据流和数据结构出发，逐步细化所有的软件功能，找出系统各元素之间的联系、接口特性和设计上的限制分析它们是否满足功能要求，是否合理。依据功能需求、性能需求、运行特性和设计上的限制分析它们是否满足功能要求，是否合理。依据功能需求、性能需求、运行环境需求等，剔除其不合理的部分，增加其需要的部分。最终综合成系统的解决方案，给出目标系统的详细逻辑模型。
在这个步骤中，分析和综合工作反复地进行。在对现行问题和期望的信息（输入和输出）进行分析的基础上，分析员开始综合出一个或几个解决方案，然后检查这些方案是否符合软件计划中规定的范围等等，再进行修改。总之，对问题进行分析和综合的过程将一直持续到分析员与用户双方都感到有把握正确地制定该软件的规格说明为止。
常用的分析方法有面向数据流的结构化分析方法（简称SA）、面向数据结构的Jackson方法（简称JSD）、面向对象的分析方法（简称OOA）等，以及用于建立动态、模型的状态迁移图或Petri网等。这些方法都采用图文结合的方式，可以直观地描述软件的逻辑模型。
（3）编制需求分析的文档
已经确定的需求应当得到清晰准确的描述。通常把描述需求的文档叫做软件需求规格说明书。同时，为了确切表达用户对软件的输入输出要求，还需要制定数据要求说明书及编写初步的用户手册，着重反映被开发软件的用户界面和用户使用的具体要求。
此外，依据在需求分析阶段对系统的进一步分析，从目标系统的精细模型出发，可以更确切地估计所开发项目的成本与进度，从而修改、完善与确定软件开发的实施计划。
（4）需求分析评审
作为需求分析阶段工作的复查手段，在需求分析的最后一步，应该对功能的正确性、完整性和清晰性，以及其他需求给予评价。评审的主要内容是:
·系统定义的目标是否与用户的要求一致;
·系统需求分析阶段提供的文档资料是否齐全;
·文档中的所有描述是否完整、清晰、准确所反映用户要求;
·与所在其他系统成分的重要接口是否都已经描述;
·所开发项目的数据流与数据结构是否足够、确定;
·所有图表是否清楚，在不补充说明时能否理解;
·主要功能是否已包括在规定的软件范围之内，是否都已充分说明;
·设计的约束条件或限制条件是否符合实际;
·开发的技术风险是什么;
·是否考虑过软件需求的其他方案;
·是否考虑过将来可能会提出的软件需求;
·是否详细制定了检验标准，它们能否对系统定义是否成功进行确认;
·有没有遗漏、重复或不一致的地方;
·用户是否审查了初步的用户手册;
·软件开发计划中的估算是否受到了影响。
为保证软件需求定义的质量，评审应以专门指定的人员负责，并按规程严格进行。评审结束应有评审负责人的结论意见及签字。除分析员之外，用户，开发部门的管理者，软件设计、实现、测试的人员都应当参加评审工作。通常，评审的结果都包括了一些修改意见，待修改完成后再经评审通过，才可进入设计阶段。
