《軟件工程基礎(chǔ)》第1章 軟件與軟件工程介紹

1、1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件的作用具有產(chǎn)品和產(chǎn)品生產(chǎn)載體的雙重作用。作為產(chǎn)品，軟件顯示了由計(jì)算機(jī)硬件體現(xiàn)的計(jì)算能力，扮演著信息轉(zhuǎn)換的角色：產(chǎn)生、管理、查詢、修改、顯示或者傳遞各種不同的信息。作為產(chǎn)品生產(chǎn)的載體，軟件提供了計(jì)算機(jī)控制（操作系統(tǒng)）、信息通信（網(wǎng)絡(luò)），以及應(yīng)用程序開發(fā)和控制的基礎(chǔ)平臺(tái)（軟件工具和環(huán)境）。 1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件的概念 雖然軟件對(duì)于現(xiàn)代的人并不陌生，但很多人對(duì)于軟件的理解并不準(zhǔn)確，“軟件就是程序，軟件開發(fā)就是編程序”的這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)仍然存在。什么是軟件？1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，它是包括程序，數(shù)據(jù)及其相關(guān)文檔的完整集合。程序是按事

2、先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列。數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文檔是與程序開發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料。1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件的特性(1) 形態(tài)特性: 軟件是無形的、不可見的邏輯實(shí)體。度量常規(guī)產(chǎn)品的幾何尺寸、物理性質(zhì)和化學(xué)成分對(duì)它卻是毫無意義的。 (2) 智能特性：軟件是復(fù)雜的智力產(chǎn)品，它的開發(fā)凝聚了人們的大量腦力勞動(dòng)，它本身也體現(xiàn)了知識(shí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和人類的智慧，具有一定的智能。它可以幫助我們解決復(fù)雜的計(jì)算、分析、判斷和決策問題。(3) 開發(fā)特性: 盡管已經(jīng)有了一些工具（也是軟件）來輔助軟件開發(fā)工作，但到目前為止尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。軟件開發(fā)中仍然包含了相當(dāng)份量的個(gè)體勞動(dòng)，使得這一大

3、規(guī)模知識(shí)型工作充滿了個(gè)人行為和個(gè)人因素。 (4) 質(zhì)量特性：目前還無法得到完全沒有缺陷的軟件產(chǎn)品 。1.1 軟件與軟件危機(jī)(5) 生產(chǎn)特性:與硬件或傳統(tǒng)的制造業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)完全不同，軟件一旦設(shè)計(jì)開發(fā)出來，如果需要提供多個(gè)用戶，它的復(fù)制十分簡(jiǎn)單，其成本也極為有限 。 (6) 管理特性：由于上述的幾個(gè)特點(diǎn)，使得軟件的開發(fā)管理顯得更為重要，也更為獨(dú)特 。1.1 軟件與軟件危機(jī)(7) 環(huán)境特性:軟件的開發(fā)和運(yùn)行都離不開相關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境，包括支持它的開發(fā)和運(yùn)行的相關(guān)硬件和軟件。軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境有著不可擺脫的依賴性。 (8) 維護(hù)特性：軟件投入使用以后需要進(jìn)行維護(hù)，但這種維護(hù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的維護(hù)

4、概念有著很大差別。 1.1 軟件與軟件危機(jī)(9) 廢棄特性: 與硬件不同，軟件并不是由于被“用壞”而被廢棄的 。 (10) 應(yīng)用特性：軟件的應(yīng)用極為廣泛，如今它已滲入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)已成為信息產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的核心，占據(jù)了無可取代的地位。 1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件危機(jī)暴發(fā)于上個(gè)世紀(jì)六十年代末。主要表現(xiàn)為：軟件的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于硬件的發(fā)展速度，不能滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的軟件需求。軟件開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、質(zhì)量差、維護(hù)困難。 1.1 軟件與軟件危機(jī)軟件危機(jī)典型例子：美國(guó)IBM公司在1963年至1966年開發(fā)的IBM 360機(jī)的操作系統(tǒng)。 這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人F.D.Brooks事

5、后總結(jié)了他在組織開發(fā)過程中的沉痛教訓(xùn)時(shí)說：正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死的掙扎，越是掙扎，陷得越深。最后無法逃脫滅頂?shù)臑?zāi)難，程序設(shè)計(jì)工作正像這樣一個(gè)泥潭，一批批程序員被迫在泥潭中拼命掙扎，誰也沒有料到竟會(huì)陷入這樣的困境1.1 軟件與軟件危機(jī)具體來說，軟件危機(jī)主要有以下一些典型表現(xiàn):對(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確。用戶對(duì)“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住。軟件常常是不可維護(hù)的。軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。軟件開發(fā)生產(chǎn)率提高的速度，既跟不上硬件的發(fā)展速度，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上計(jì)算機(jī)應(yīng)用迅速普及深入的趨勢(shì)。 1.1

6、軟件與軟件危機(jī)除了軟件本身的特點(diǎn)，軟件危機(jī)發(fā)生的主要原因有： 缺乏軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)軟件開發(fā)數(shù)據(jù)的積累，使得開發(fā)工作的計(jì)劃很難制定。軟件人員與用戶的交流存在障礙，使得獲取的需求不充分或存在錯(cuò)誤 。軟件開發(fā)過程不規(guī)范。如，沒有真正了解用戶的需求就開始編程序。 隨著軟件規(guī)模的增大，其復(fù)雜性往往會(huì)呈指數(shù)級(jí)升高。需要很多人分工協(xié)作，不僅涉及技術(shù)問題，更重要的是必須有科學(xué)嚴(yán)格的管理。缺少有效的軟件評(píng)測(cè)手段，提交用戶的軟件質(zhì)量不能完全保證。 1.1 軟件與軟件危機(jī)徹底消除“軟件就是程序”的錯(cuò)誤觀念。充分認(rèn)識(shí)到軟件開發(fā)應(yīng)該是一種組織良好、管理嚴(yán)密、各類人員協(xié)同配合、共同完成的工程項(xiàng)目。推廣和使用在實(shí)踐中總

7、結(jié)出來的開發(fā)軟件的成功技術(shù)、方法和工具。按工程化的原則和方法組織軟件開發(fā)工作。 如何擺脫軟件危機(jī)?1.1 軟件與軟件危機(jī)1.2 軟件工程及其基本原理軟件工程的概念為了克服軟件危機(jī)，1968年10月在北大西洋公約組織（NATO）召開的計(jì)算機(jī)科學(xué)會(huì)議上，F(xiàn)ritz Bauer首次提出“軟件工程”的概念，試圖將工程化方法應(yīng)用于軟件開發(fā)。在NATO會(huì)議上，F(xiàn)ritz Bauer對(duì)軟件工程的定義是：“軟件工程就是為了經(jīng)濟(jì)地獲得可靠的且能在實(shí)際機(jī)器上有效地運(yùn)行的軟件，而建立和使用完善的工程原理?！?1993年IEEE給出的定義： “軟件工程是： 把系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)過程

8、，也就是把工程應(yīng)用于軟件； 研究中提到的途徑?！?。1.2 軟件工程及其基本原理軟件工程是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的一門工程學(xué)科。采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護(hù)軟件，把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好技術(shù)結(jié)合起來，以經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)它，這就是軟件工程。1.2 軟件工程及其基本原理1.2 軟件工程及其基本原理軟件工程的目標(biāo)軟件工程的目標(biāo)是運(yùn)用先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)和管理方法來提高軟件的質(zhì)量和生產(chǎn)率，也就是要以較短的周期、較低的成本生產(chǎn)出高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品，并最終實(shí)現(xiàn)軟件的工業(yè)化生產(chǎn)。 1.2 軟件工程及其基本原理軟件的質(zhì)量特性：功能性、可靠性、可使用

9、性、效率、可維護(hù)性和可移植性。功能性是指軟件所實(shí)現(xiàn)的功能達(dá)到它的設(shè)計(jì)規(guī)范和滿足用戶需求的程度；可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間和條件下，軟件能夠正常維持其工作的能力；可使用性是指為了使用該軟件所需要的能力；效率是指在規(guī)定的條件下用軟件實(shí)現(xiàn)某種功能所需要的計(jì)算機(jī)資源的有效性；可維護(hù)性是指當(dāng)環(huán)境改變或軟件運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，為了使其恢復(fù)正常運(yùn)行所做努力的程度；可移植性是指軟件從某一環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一環(huán)境時(shí)所做努力的程度。 1.2 軟件工程及其基本原理質(zhì)量目標(biāo)之間的關(guān)系(1)關(guān)注大型軟件的構(gòu)造(2)中心課題是控制復(fù)雜性(3)軟件經(jīng)常變化(4)開發(fā)軟件的效率非常重要(5)和諧地合作是開發(fā)軟件的關(guān)鍵(6)軟件必須有效地支

10、持它的用戶(7)在軟件工程領(lǐng)域中是由一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人創(chuàng)造產(chǎn)品1.2 軟件工程及其基本原理軟件工程的本質(zhì)特性 (1)按軟件生存周期分階段制訂計(jì)劃并認(rèn)真實(shí)施 (2)堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審(3)堅(jiān)持嚴(yán)格的產(chǎn)品控制(4)使用現(xiàn)代軟件開發(fā)技術(shù)(5)明確責(zé)任 (6)用人少而精(7)不斷改進(jìn)開發(fā)過程 1.2 軟件工程及其基本原理軟件工程的基本原理 1.3 軟件生命周期概念 軟件也有一個(gè)孕育、誕生、成長(zhǎng)、成熟和衰亡的生存過程，我們稱這個(gè)過程為軟件生命周期或軟件生存期。 軟件生存期由軟件定義、軟件開發(fā)和運(yùn)行維護(hù)3個(gè)時(shí)期組成，每個(gè)時(shí)期又可劃分為若干個(gè)階段。 1.3 軟件生命周期軟件定義時(shí)期 主要

11、任務(wù)是解決“做什么”的問題，即確定工程的總目標(biāo)和可行性；導(dǎo)出實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)應(yīng)使用的策略及系統(tǒng)必須完成的功能；估計(jì)完成工程需要的資源和成本；制訂工程進(jìn)度表。 通常又分為3個(gè)階段：?jiǎn)栴}定義、可行性研究和需求分析。 1.3 軟件生命周期軟件開發(fā)時(shí)期 主要任務(wù)是解決“如何做”的問題，即具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在前一個(gè)時(shí)期定義的軟件。 由概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試4個(gè)階段組成。 1.3 軟件生命周期軟件運(yùn)行維護(hù)時(shí)期 主要任務(wù)是使軟件持久地滿足用戶的需要，通常有4類維護(hù)活動(dòng)：改正性維護(hù)，也就是診斷和改正在使用過程中發(fā)現(xiàn)的軟件錯(cuò)誤；適應(yīng)性維護(hù)，即修改軟件以適應(yīng)環(huán)境的變化；完善性維護(hù)，即根據(jù)用戶的要求改進(jìn)或擴(kuò)充軟件，

12、使它更完善；預(yù)防性維護(hù)，即修改軟件為將來的維護(hù)活動(dòng)預(yù)先做準(zhǔn)備。 1.3 軟件生命周期開發(fā)過程中的典型文檔 軟件需求規(guī)格說明書：描述將要開發(fā)的軟件做什么。 項(xiàng)目計(jì)劃：描述將要完成的任務(wù)及其順序，并估計(jì)所需要的時(shí)間及工作量。 軟件測(cè)試計(jì)劃：描述如何測(cè)試軟件，使之確保軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能，并達(dá)到預(yù)期的性能。 軟件設(shè)計(jì)說明書：描述軟件的結(jié)構(gòu)，包括概要設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)。 用戶手冊(cè)：描述如何使用軟件。 1.3 軟件生命周期各個(gè)階段所要完成的基本任務(wù)問題定義與可行性研究 本階段要回答的關(guān)鍵問題是“到底要解決什么問題？在成本和時(shí)間的限制條件下能否解決問題？是否值得做？” (2) 需求分析 本階段要回答的關(guān)鍵問題

13、是“目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)做什么？” (3) 軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是軟件工程的技術(shù)核心。本階段要回答的關(guān)鍵問題是“如何實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)？” 1.3 軟件生命周期各個(gè)階段所要完成的基本任務(wù)(4) 程序編碼和單元測(cè)試 本階段要解決的問題是“正確地實(shí)現(xiàn)已做的設(shè)計(jì)”，即“如何編寫正確的、可維護(hù)的程序代碼？” (5) 集成和系統(tǒng)測(cè)試 測(cè)試是控制軟件質(zhì)量的重要手段，本階段的主要任務(wù)是做集成測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。 (6) 軟件運(yùn)行和維護(hù) 已交付的軟件投入正式使用，便進(jìn)入運(yùn)行階段。這一階段可能持續(xù)若干年。軟件在運(yùn)行中可能由于多方面的原因，需要對(duì)它進(jìn)行修改。 1.4 軟件工程方法學(xué)概念軟件工程包含技術(shù)和管理兩方面的內(nèi)容，是技術(shù)和管理緊密

14、結(jié)合所形成的工程學(xué)科。通常將軟件開發(fā)全過程中使用的一整套技術(shù)方法的集合稱為方法學(xué)(methedology)，也稱為范型(paradigm)。目前使用最廣泛的軟件工程方法學(xué)：傳統(tǒng)方法（結(jié)構(gòu)化方法），面向?qū)ο蠓椒ā?.4 軟件工程方法學(xué)三要素：方法、工具和過程。軟件工程方法為軟件開發(fā)提供了 “如何做” 的技術(shù);軟件工具為軟件工程方法提供了自動(dòng)的或半自動(dòng)的軟件支撐環(huán)境;過程是為了獲得高質(zhì)量的軟件所需要完成的一系列任務(wù)框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。1.4 軟件工程方法學(xué)結(jié)構(gòu)化方法 也稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。將軟件生命周期的全過程依次劃分為若干個(gè)階段，采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)來完成每個(gè)階段的任務(wù)。

15、特點(diǎn)：(1) 強(qiáng)調(diào)自頂向下順序地完成軟件開發(fā)的各階段任務(wù); (2) 結(jié)構(gòu)化方法要么面向行為，要么面向數(shù)據(jù)，缺乏使兩者有機(jī)結(jié)合的機(jī)制。1.4 軟件工程方法學(xué)面向?qū)ο蠓椒ㄊ菍?shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。軟件開發(fā)過程是多次反復(fù)迭代的演化過程。面向?qū)ο蠓椒ㄔ诟拍詈捅硎痉椒ㄉ系囊恢滦?，保證了各項(xiàng)開發(fā)活動(dòng)之間的平滑過渡。對(duì)于大型、復(fù)雜及交互性比較強(qiáng)的系統(tǒng)，使用面向?qū)ο蠓椒ǜ袃?yōu)勢(shì)。 1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域介紹軟件工程教育(3個(gè)歷史時(shí)期) (1) 1978年以前：軟件工程教育以計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門孤立的課程形式存在。 (2) 19781988年期間：早期的研究生學(xué)位教育，開始建立軟件工程專

16、業(yè)的研究生學(xué)位教育項(xiàng)目。 (3) 1988年以后：快速發(fā)展的研究生學(xué)科教育，使軟件工程的理論快速發(fā)展，其中，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件工程研究所（SEI）的影響不可忽視。 1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域介紹軟件工程知識(shí)體軟件工程已從計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)中脫離出來，逐漸形成了一門獨(dú)立的學(xué)科。對(duì)其知識(shí)體系的研究從20世紀(jì)90年代初就開始了。標(biāo)志是美國(guó)Embry-Riddle航空大學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)系Thomas B.Hilburn教授的“軟件工程知識(shí)體系指南”（Guide to Software Engineering Body of Knowledge，SWEBOK）研究項(xiàng)目。 1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域

17、介紹軟件工程知識(shí)體系指南的目標(biāo)(1) 促使軟件工程本體知識(shí)成為世界范圍的共識(shí)。(2) 澄清軟件工程與其他相關(guān)學(xué)科，如與計(jì)算機(jī)科學(xué)、項(xiàng)目管理、計(jì)算機(jī)工程以及計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)之間的關(guān)系，并且確定軟件工程學(xué)科的范圍。(3) 反映軟件工程學(xué)科內(nèi)容的特征。(4) 確定軟件工程本體知識(shí)的各個(gè)專題。(5) 為相應(yīng)的課程和職業(yè)資格認(rèn)證材料的編寫奠定基礎(chǔ)。 1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域介紹軟件工程知識(shí)體系指南的內(nèi)容 SWEBOK指南將軟件工程知識(shí)體系劃分為10個(gè)知識(shí)域（knowledge areas，KA），分為兩類過程。一類是開發(fā)與維護(hù)過程，包括軟件需求、軟件設(shè)計(jì)、軟件構(gòu)造、軟件測(cè)試和軟件維護(hù)；另一類是支持和組

18、織過程，包括軟件配置管理、軟件工程管理、軟件工程過程、軟件工程工具與方法和軟件質(zhì)量。每個(gè)知識(shí)域還可進(jìn)一步分解為若干論題。 1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域介紹軟件工程知識(shí)體系指南的內(nèi)容1.5 軟件工程知識(shí)體系及知識(shí)域介紹每個(gè)知識(shí)域又可分解為若干子知識(shí)域，如表所示。1.6 軟件產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)的形成 軟件產(chǎn)業(yè)是以開發(fā)、研究、經(jīng)營(yíng)、銷售軟件產(chǎn)品或軟件服務(wù)為主的企業(yè)組織及其在市場(chǎng)上的相互關(guān)系的集合。 軟件產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，直接關(guān)系國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的安全。 目前我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成，在其形成的過程中，我國(guó)的軟件產(chǎn)業(yè)主要經(jīng)歷了萌芽期、起步期、進(jìn)入期

19、和發(fā)展期4個(gè)階段。進(jìn)入了2000年以后，中國(guó)的軟件企業(yè)開始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)軟件時(shí)期。 1.6 軟件產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展全球軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 到目前為止，全球軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了比較完整的5代。 第一代：早期專業(yè)的服務(wù)公司（19491959年） 第二代：早期軟件產(chǎn)品公司（19591969年） 第三代：強(qiáng)大的企業(yè)解決方案提供商的出現(xiàn)（19691981年） 第四代：客戶大眾市場(chǎng)軟件（19811994年） 第五代：互聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)（1994年至今） 1.6 軟件產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式 目前得到公認(rèn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式有美國(guó)模式、印度模式、愛爾蘭模式、日本模式等。 美國(guó)模式技術(shù)與服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)型 美國(guó)的軟件產(chǎn)業(yè)主要由3個(gè)部分組成。 (1) 以商業(yè)銷售或租賃為目的，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)軟件產(chǎn)品的公司。 (2) 開發(fā)因特網(wǎng)和電子商務(wù)技術(shù)，提供網(wǎng)上信息和服務(wù)的公司。 (3) 專為計(jì)算機(jī)提供軟件服務(wù)的公司。1.6 軟件產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式印度模式國(guó)際加工服務(wù)型 印度的軟件產(chǎn)業(yè)屬于外向型的產(chǎn)業(yè)，以外包服務(wù)為主，軟件企業(yè)對(duì)于促進(jìn)印度的出口起了十分重要的作用。 愛爾蘭模式生產(chǎn)本地化型 根據(jù)歐洲市場(chǎng)20多種不同語言的實(shí)際需要，愛爾蘭將自己定位為美國(guó)軟件公司產(chǎn)品歐洲化版本的加工基地，吸引跨國(guó)軟件公司和國(guó)際知名學(xué)府在國(guó)內(nèi)建立研發(fā)和分支機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)國(guó)外軟件產(chǎn)品本地化。