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在软件工程的开发流程中，需求工程是奠定项目成功基础的关键环节。它专注于获取、分析、定义和管理软件需求，确保开发出的软件能真正满足用户需求。接下来，我们将按照目录内容，结合 Java 代码和实际案例，深入讲解需求工程的核心知识。
3.1 软件需求的概念
3.1.1 软件需求的分类
软件需求主要分为功能需求、非功能需求和领域需求三类：
- 功能需求：定义软件必须实现的具体功能，例如一个在线购物系统的 “商品下单”“订单查询” 等功能。
- 非功能需求：描述软件的质量属性，如性能（响应时间、吞吐量）、安全性（用户认证、数据加密）、可用性（易用性、容错性）等。
- 领域需求：特定领域的需求，比如医疗软件需符合行业法规和数据标准。
以一个简单的 “学生成绩管理系统” 为例，用 Java 代码定义功能需求的接口：
// 学生成绩管理系统功能需求接口public interface StudentGradeManagement {// 添加学生成绩void addStudentGrade(String studentId, double grade);// 查询学生成绩double queryStudentGrade(String studentId);// 更新学生成绩void updateStudentGrade(String studentId, double newGrade);// 删除学生成绩void deleteStudentGrade(String studentId);}3.1.2 软件需求的质量要素
高质量的软件需求应具备以下要素：
- 完整性：覆盖所有用户需求，无遗漏。
- 一致性：需求之间无矛盾冲突。
- 准确性：精确描述用户期望，避免歧义。
- 可行性：在现有技术和资源下可实现。
- 可验证性：需求可通过测试或评审进行验证。
以学生成绩管理系统的 “添加学生成绩” 需求为例，说明可验证性：
import org.junit.jupiter.api.Test;import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;// 测试学生成绩管理系统的添加成绩功能public class StudentGradeManagementTest {@Testpublic void testAddStudentGrade() {StudentGradeManagement management = new StudentGradeManagementImpl();management.addStudentGrade("001", 85.5);assertEquals(85.5, management.queryStudentGrade("001"));}}// 学生成绩管理系统功能实现类class StudentGradeManagementImpl implements StudentGradeManagement {private java.util.HashMap<String, Double> gradeMap = new java.util.HashMap<>();@Overridepublic void addStudentGrade(String studentId, double grade) {gradeMap.put(studentId, grade);}@Overridepublic double queryStudentGrade(String studentId) {return gradeMap.getOrDefault(studentId, -1.0);}@Overridepublic void updateStudentGrade(String studentId, double newGrade) {if (gradeMap.containsKey(studentId)) {gradeMap.put(studentId, newGrade);}}@Overridepublic void deleteStudentGrade(String studentId) {gradeMap.remove(studentId);}}上述代码通过 JUnit 测试验证了 “添加学生成绩” 需求的正确性，体现了需求的可验证性。
3.2 需求工程的预备知识
3.2.1 与用户 / 客户交流的技巧
与用户交流时，可采用以下实用技巧：
- 提问技巧：使用开放式问题（如 “您希望系统实现什么功能？”）和封闭式问题（如 “系统是否需要支持批量导入数据？”）结合的方式获取信息。
- 倾听与反馈：认真倾听用户需求，重复和确认关键内容，确保理解一致。
- 避免技术术语：用通俗易懂的语言与用户沟通，防止产生误解。
3.2.2 需求调查的基本方法
常见的需求调查方法包括：
- 访谈：通过一对一或小组访谈获取用户需求，例如针对学生成绩管理系统，访谈教师、学生和教务管理人员。
- 问卷调查：适用于大量用户场景，设计问卷收集用户对系统功能和期望的反馈。
- 观察法：观察用户在实际工作中的操作流程，挖掘潜在需求。
3.2.3 需求建模的基本方法
需求建模用于以可视化方式表达需求，常见方法有：
- 数据流图（DFD）：描述数据在系统中的流动和处理过程。
- 实体 - 关系图（ERD）：展示数据实体及其关系，如学生、课程和成绩之间的关系。
- 用例图：从用户角度展示系统功能和参与者之间的关系。
以学生成绩管理系统的用例图为例：
3.3 需求工程的过程模型
3.3.1 需求工程中的活动
需求工程包含以下核心活动：
- 需求获取：通过访谈、问卷等方式收集用户需求。
- 需求分析：对获取的需求进行整理、分析和细化，识别矛盾和遗漏。
- 需求规格说明：编写详细的需求规格说明书，明确需求的内容、优先级和约束。
- 需求验证：通过评审、测试等方式确保需求的质量。
- 需求管理：对需求变更进行控制和跟踪，确保项目顺利进行。
3.3.2 迭代式过程模型
迭代式过程模型将需求工程划分为多个迭代周期，每个周期都包含需求获取、分析、规格说明、验证和管理等活动。随着迭代推进，需求不断细化和完善。
迭代式过程模型流程图：
3.3.3 过程模型的裁剪
根据项目规模、复杂度和团队能力，可对需求工程过程模型进行裁剪：
- 小型项目：简化需求规格说明，采用敏捷方式快速迭代。
- 大型复杂项目：加强需求验证和变更管理，确保需求的稳定性。
3. 4小结
本章围绕需求工程概论，从软件需求的概念出发，介绍了需求分类、质量要素，阐述了需求工程的预备知识和过程模型。通过学生成绩管理系统的 Java 代码案例和流程图，帮助大家理解和实践相关知识。需求工程是软件开发的基石，后续的设计、开发和测试都依赖于高质量的需求。在实际项目中，应根据具体情况灵活运用这些知识和方法，做好需求管理工作。
以上内容全面呈现了需求工程概论的要点。若你觉得某些部分需要更深入的案例或有其他修改意见，欢迎随时和我说。