《軟件工程與項(xiàng)目管理》第1章軟件工程概述課件

1、軟件工程與項(xiàng)目管理學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí) 第1頁(yè)，共77頁(yè)。第1章 軟件工程概述掌握：軟件危機(jī)、軟件工程、軟件生命周期、軟件開發(fā)方法、軟件開發(fā)模型、軟件工具及支撐環(huán)境的相關(guān)概念。第2頁(yè)，共77頁(yè)。1.1 軟件危機(jī)第3頁(yè)，共77頁(yè)。1.1.1 軟件第4頁(yè)，共77頁(yè)。1.軟件的定義 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的一部分，它是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。其中，程序是指按事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是指使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是指與程序開發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的圖文資料。第5頁(yè)，共77頁(yè)。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第6頁(yè)，共77頁(yè)。2）按軟件規(guī)模微

2、型軟件小型軟件中型軟件大型軟件甚大型軟件極大型軟件第7頁(yè)，共77頁(yè)。3. 軟件的特點(diǎn)軟件是一種邏輯實(shí)體，而不是物理實(shí)體。軟件的生產(chǎn)過(guò)程是開發(fā)，而不是制造。軟件不存在磨損、老化現(xiàn)象。軟件的開發(fā)和運(yùn)行常常受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制。軟件是復(fù)雜的。第8頁(yè)，共77頁(yè)。年 份軟 件指 令 條 數(shù)1963水星計(jì)劃系統(tǒng)200萬(wàn)條1967雙子星座計(jì)劃系統(tǒng)400萬(wàn)條1973阿波羅計(jì)劃系統(tǒng)1000萬(wàn)條1979哥倫比亞航天飛機(jī)系統(tǒng)4000萬(wàn)條美國(guó)宇航局的軟件系統(tǒng)一覽表第9頁(yè)，共77頁(yè)。圖1-1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件成本所占比例的變化第10頁(yè)，共77頁(yè)。1.1.2 軟件生產(chǎn)的發(fā)展第11頁(yè)，共77頁(yè)。程序設(shè)計(jì)時(shí)期（約為20世紀(jì)

3、5060年代）程序系統(tǒng)時(shí)期（約為20世紀(jì)6070年代）軟件工程時(shí)期（20世紀(jì)70年代以后）第12頁(yè)，共77頁(yè)。 時(shí) 期特 點(diǎn)程 序 設(shè) 計(jì)程 序 系 統(tǒng)軟 件 工 程軟件的含義程序程序及規(guī)格說(shuō)明書程序、文檔、數(shù)據(jù)主要程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言、各種開發(fā)工具軟件使用者程序員本人少數(shù)用戶市場(chǎng)用戶軟件規(guī)模小型中型大型開發(fā)軟件需要的人力個(gè)人開發(fā)小組開發(fā)小組及大中型軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)軟件開發(fā)涉及的工作編碼設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試軟件生命周期的各個(gè)階段第13頁(yè)，共77頁(yè)。1.1.3 軟件開發(fā)面臨的主要問題第14頁(yè)，共77頁(yè)。 西方計(jì)算機(jī)科學(xué)家在20世紀(jì)6070年代總結(jié)了軟件開發(fā)和維護(hù)過(guò)程中遇到的一

4、系列嚴(yán)重問題，表現(xiàn)為以下幾方面：對(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常不準(zhǔn)確，開發(fā)成本超出預(yù)算，實(shí)際進(jìn)度相比預(yù)定計(jì)劃一再拖延。用戶對(duì)“已完成”系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。軟件質(zhì)量常常不可靠，“缺陷”和“補(bǔ)丁”不斷。軟件的可維護(hù)程度非常低。軟件通常沒有相應(yīng)的文檔資料。軟件成本不斷提高。軟件開發(fā)生產(chǎn)率的提高趕不上硬件的發(fā)展和人們需求的增長(zhǎng)。第15頁(yè)，共77頁(yè)。1.1.4 軟件危機(jī)的提出第16頁(yè)，共77頁(yè)。1968年，北大西洋公約組織的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在聯(lián)邦德國(guó)召開國(guó)際會(huì)議，第一次討論了“軟件危機(jī)”問題。“軟件危機(jī)”是指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過(guò)程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題，這類問題不僅僅是“不能正常運(yùn)行的軟件”才

5、具有的，實(shí)際上幾乎所有軟件都不同程度地存在這類問題。概括來(lái)說(shuō)，軟件危機(jī)包含兩方面的問題：一是如何開發(fā)軟件，以滿足不斷增長(zhǎng)、日趨復(fù)雜的需求；二是如何維護(hù)規(guī)模不斷膨脹的軟件產(chǎn)品。這次會(huì)議同時(shí)提出了解決“軟件危機(jī)”的途徑，即采用工程化的思想來(lái)管理軟件開發(fā)的過(guò)程，并正式提出“軟件工程”一詞，從此一門新興的工程學(xué)科軟件工程應(yīng)運(yùn)而生。第17頁(yè)，共77頁(yè)。1.2 軟件工程第18頁(yè)，共77頁(yè)。1.2.1 軟件工程的定義第19頁(yè)，共77頁(yè)。軟件工程是導(dǎo)軟件開發(fā)和維護(hù)的一門工程學(xué)科。它采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法，把經(jīng)過(guò)時(shí)間檢驗(yàn)而證明是正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來(lái)，用于開發(fā)和維護(hù)軟件。

6、軟件工程是一門綜合性的交叉學(xué)科，它涉及哲學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程科學(xué)、管理科學(xué)、數(shù)學(xué)及應(yīng)用領(lǐng)域知識(shí)。第20頁(yè)，共77頁(yè)。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第21頁(yè)，共77頁(yè)。1.2.2 軟件工程的內(nèi)容和目標(biāo)第22頁(yè)，共77頁(yè)。軟件工程的三個(gè)要素軟件工程方法軟件工具軟件工程的過(guò)程第23頁(yè)，共77頁(yè)。軟件工程的目標(biāo)付出較低的開發(fā)成本達(dá)到要求的軟件功能取得較好的軟件性能開發(fā)的軟件易于移植需要較低的維護(hù)費(fèi)用能按時(shí)完成開發(fā)工作，及時(shí)交付使用第24頁(yè)，共77頁(yè)。1.2.3 軟件工程的作用第25頁(yè)，共77頁(yè)。（1）從軟件企業(yè)的專業(yè)人才來(lái)講，其作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高層管理人員利用軟件工程的理

7、論和方法來(lái)管理整個(gè)公司。中層項(xiàng)目經(jīng)理和軟件工程師：利用軟件工程的理論和方法，來(lái)管理項(xiàng)目組的軟件開發(fā)。軟件藍(lán)領(lǐng)工人利用軟件工程的理論和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的開發(fā)。軟件營(yíng)銷人員利用軟件工程的理論和方法與客戶進(jìn)行溝通，以贏得客戶的信任。軟件實(shí)施和維護(hù)人員：利用軟件工程的理論和方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的功能、性能與接口的實(shí)施和維護(hù)。軟件售前人員利用軟件工程的理論和方法，來(lái)提高投標(biāo)成功的把握。第26頁(yè)，共77頁(yè)。（2）從軟件項(xiàng)目管理來(lái)講，其作用體現(xiàn)在：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按照規(guī)定的成本實(shí)現(xiàn)符合預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)（軟件的功能、性能和接口達(dá)到需求說(shuō)明書的要求）的軟件。（3）從軟件企業(yè)本身來(lái)講，其作用體現(xiàn)在：持續(xù)地規(guī)范軟件開發(fā)過(guò)程和

8、軟件管理過(guò)程，不斷地優(yōu)化軟件組織的個(gè)人素質(zhì)和集體素質(zhì)，從而逐漸增強(qiáng)軟件企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。（4）從軟件企業(yè)發(fā)展進(jìn)程來(lái)講，其作用體現(xiàn)在：克服軟件危機(jī)，控制軟件開發(fā)進(jìn)度，節(jié)約開發(fā)成本，提高軟件質(zhì)量。第27頁(yè)，共77頁(yè)。2.軟件的分類1）按軟件功能系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件第28頁(yè)，共77頁(yè)。1.2.4 軟件工程的基本原則第29頁(yè)，共77頁(yè)。用分階段的生存周期計(jì)劃嚴(yán)格管理堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)果應(yīng)能清楚地審查開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性第30頁(yè)，共77頁(yè)。1.3 軟件生命周期第31頁(yè)，共77頁(yè)。1.3.1 軟件生命周期的定義第32頁(yè)，共77

9、頁(yè)?？尚行苑治鲂枨蠓治龈乓O(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼測(cè)試維護(hù)第33頁(yè)，共77頁(yè)?？尚行苑治?在項(xiàng)目進(jìn)入具體開發(fā)之前，首先需要進(jìn)行的步驟是可行性分析。這一步驟必須回答的問題是“將要開發(fā)的軟件系統(tǒng)是做什么的？在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上和操作上是否可行？”，具體來(lái)說(shuō)，需要考慮的問題有：該軟件項(xiàng)目的性質(zhì)是什么、它是數(shù)據(jù)處理問題還是實(shí)時(shí)控制問題、它是科學(xué)計(jì)算問題還是人工智能問題等，以及該問題是否有行得通的解決辦法，若有解決問題的辦法，則需要多少費(fèi)用、多少資源（包括硬件、軟件和人員）、多少時(shí)間。第34頁(yè)，共77頁(yè)。需求分析 這一階段主要要解決的是系統(tǒng)“做什么”的問題。用戶了解他們所面對(duì)的問題，知道必須做什么，但是通常不能完整

10、地、準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，也不知道怎樣用計(jì)算機(jī)解決他們的問題。而軟件開發(fā)人員雖然知道怎樣用軟件完成人們提出的各種功能要求，但是，對(duì)用戶的具體業(yè)務(wù)和需求不完全清楚，這是需求分析階段的困難所在。第35頁(yè)，共77頁(yè)。概要設(shè)計(jì) 這一階段主要解決的是系統(tǒng)“怎么做”的問題。具體來(lái)說(shuō)，開發(fā)人員要把確定的各項(xiàng)功能需求轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，每個(gè)成分都是意義明確的模塊，即每個(gè)模塊都和某些功能需求相對(duì)應(yīng)。因此，概要設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容就是設(shè)計(jì)軟件的結(jié)構(gòu)，弄清該結(jié)構(gòu)由哪些模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊的功能是什么，這些模塊之間的層次結(jié)構(gòu)是怎樣的。同時(shí)，還要設(shè)計(jì)該應(yīng)用系統(tǒng)的總體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用系統(tǒng)要存儲(chǔ)什么數(shù)據(jù)，這

11、些數(shù)據(jù)是什么樣的結(jié)構(gòu)，它們之間有什么關(guān)系等。第36頁(yè)，共77頁(yè)?？尚行苑治?在項(xiàng)目進(jìn)入具體開發(fā)之前，首先需要進(jìn)行的步驟是可行性分析。這一步驟必須回答的問題是“將要開發(fā)的軟件系統(tǒng)是做什么的？在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上和操作上是否可行？”，具體來(lái)說(shuō)，需要考慮的問題有：該軟件項(xiàng)目的性質(zhì)是什么、它是數(shù)據(jù)處理問題還是實(shí)時(shí)控制問題、它是科學(xué)計(jì)算問題還是人工智能問題等，以及該問題是否有行得通的解決辦法，若有解決問題的辦法，則需要多少費(fèi)用、多少資源（包括硬件、軟件和人員）、多少時(shí)間。第37頁(yè)，共77頁(yè)。詳細(xì)設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段就是對(duì)每個(gè)模塊要完成的功能具體描述為精確的、結(jié)構(gòu)化的過(guò)程描述，即該模塊的控制結(jié)構(gòu)是怎樣的，先做什

12、么，后做什么，有什么樣的條件判定，有哪些重復(fù)處理等，然后用相應(yīng)的工具把這些控制結(jié)構(gòu)表示出來(lái)。第38頁(yè)，共77頁(yè)。編碼 編碼階段就是把每個(gè)模塊的控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接受的程序代碼，即用種某特定程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的“源程序清單”。編寫出的程序應(yīng)該結(jié)構(gòu)好、清晰易讀，并與設(shè)計(jì)一致。第39頁(yè)，共77頁(yè)。測(cè)試 軟件測(cè)試階段的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和排除錯(cuò)誤，也就是對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行從上到下的全面的測(cè)試和檢驗(yàn)，看它是否符合軟件總體設(shè)計(jì)方案規(guī)定的功能和要求。測(cè)試分為模塊測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試。模塊測(cè)試是查找各模塊在功能和結(jié)構(gòu)上存在的問題。集成測(cè)試是將各模塊按一定順序組裝起來(lái)進(jìn)行的測(cè)試，主要是查找各模塊之間的接口問題。確

13、認(rèn)測(cè)試是按需求說(shuō)明書對(duì)軟件的功能逐項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，以確定軟件功能是否符合用戶的需求，開發(fā)的軟件是否合格，能否交付用戶使用。第40頁(yè)，共77頁(yè)。維護(hù) 軟件維護(hù)是軟件生存周期中時(shí)間最長(zhǎng)的階段。己交付的軟件正式投入使用后便進(jìn)入了軟件維護(hù)階段，它可以持續(xù)幾年甚至幾十年。在軟件運(yùn)行過(guò)程中，可能由于各方面的原因需要對(duì)其進(jìn)行修改，如運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了軟件隱含的錯(cuò)誤而需要修改，為了適應(yīng)變化了的軟件運(yùn)行環(huán)境而需要做適當(dāng)?shù)刈兏部赡苁且驗(yàn)橛脩魳I(yè)務(wù)發(fā)生變化而需要擴(kuò)充和增強(qiáng)軟件的功能等。第41頁(yè)，共77頁(yè)。第42頁(yè)，共77頁(yè)。1.4 軟件開發(fā)方法第43頁(yè)，共77頁(yè)。1.4.1 結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法第44頁(yè)，共77頁(yè)。1978年，E

14、.Yourdon和L.L.Constan-tine提出SASD（Structured Analysis and Structured Design）方法，也可稱為面向功能的軟件開發(fā)方法，或面向數(shù)據(jù)流的軟件開發(fā)方法結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法的指導(dǎo)思想是自頂向下、逐步求精，基本原則是功能分解與抽象，它由結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)構(gòu)成第45頁(yè)，共77頁(yè)。1.4.2 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開發(fā)方法第46頁(yè)，共77頁(yè)。以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)的以1975年M.A.Jackson提出的Jackson方法和1974年J.D.Warnier提出的Warnier方法最有代表性主要思想是：一個(gè)問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與處理該問題數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

15、控制結(jié)構(gòu)有著驚人的相似之處，根據(jù)這一思想，從目標(biāo)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，導(dǎo)出程序框架結(jié)構(gòu)，再補(bǔ)充其他細(xì)節(jié)，就可以得到完整的程序結(jié)構(gòu)圖對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明確的中小型系統(tǒng)特別有效第47頁(yè)，共77頁(yè)。1.4.3 面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法第48頁(yè)，共77頁(yè)。面向?qū)ο箝_發(fā)方法的基本出發(fā)點(diǎn)是盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問題?？陀^世界是由許多具體的事物、事件、概念和規(guī)則組成的，這些均可看成對(duì)象面向?qū)ο驩O（Object-Oriented）技術(shù)在需求分析、可維護(hù)性和可靠性這3個(gè)軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)上有了實(shí)質(zhì)性的突破 ，徹底解決了在這些方面存在的問題第49頁(yè)，共77頁(yè)。1.5 軟

16、件開發(fā)模型第50頁(yè)，共77頁(yè)。1.5.1 瀑布模型第51頁(yè)，共77頁(yè)。 瀑布模型是由溫斯頓羅伊斯（Winston Royce）在1970年提出的，其核心思想是按工序?qū)栴}簡(jiǎn)化，將功能的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)分開，便于分工協(xié)作，即采用結(jié)構(gòu)化的分析與設(shè)計(jì)方法將邏輯實(shí)現(xiàn)與物理實(shí)現(xiàn)分開。瀑布模型將軟件生命周期劃分為軟件計(jì)劃、需求分析和定義、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、軟件運(yùn)行和維護(hù)6個(gè)階段，并規(guī)定了它們自上而下、相互銜接的固定次序第52頁(yè)，共77頁(yè)。第53頁(yè)，共77頁(yè)。瀑布模型的特點(diǎn)十分明顯：軟件生存周期的順序性盡可能推遲軟件的編碼強(qiáng)調(diào)文檔第54頁(yè)，共77頁(yè)。瀑布模型的主要問題：各個(gè)階段的劃分完全固定，階段之間

17、產(chǎn)生大量的文檔，極大地增加了工作量。 由于開發(fā)模型是線性的，用戶只有等到整個(gè)過(guò)程的末期才能見到開發(fā)成果，從而增加了開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。 早期的錯(cuò)誤可能要等到開發(fā)后期的測(cè)試階段才能發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而帶來(lái)嚴(yán)重的后果。第55頁(yè)，共77頁(yè)。1.5.2 快速原型模型第56頁(yè)，共77頁(yè)。 快速原型模型主要是針對(duì)在軟件開發(fā)過(guò)程中需求分析不明確的情形而提出的，它又稱為原型模型。采用快速原型模型進(jìn)行開發(fā)的過(guò)程是：在開發(fā)真實(shí)系統(tǒng)之前構(gòu)造一個(gè)原型，在該原型的基礎(chǔ)上逐漸完成整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)工作。第57頁(yè)，共77頁(yè)。第58頁(yè)，共77頁(yè)。與瀑布模型相比，快速原型模型克服了瀑布模型的缺點(diǎn)，減少了由于軟件需求不明確而帶來(lái)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)；軟件原型直

18、觀、形象，更多地遵循了人們認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律，因而更容易被人們接受；采用模擬的方法，縮短了用戶和系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)人員之間的距離；在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中反饋及時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，因而可及時(shí)地暴露問題；充分利用了新一代軟件開發(fā)工具，使系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行的效率都大大提高。快速原型模型的不足之處在于：快速建立起來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加上連續(xù)的修改可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低下。第59頁(yè)，共77頁(yè)。1.5.3 漸增模型第60頁(yè)，共77頁(yè)。第61頁(yè)，共77頁(yè)。與瀑布模型相比，快速原型模型克服了瀑布模型的缺點(diǎn)，減少了由于軟件需求不明確而帶來(lái)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)；軟件原型直觀、形象，更多地遵循了人們認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律，因而更容易被人們接受；采用模擬的方法，縮短了用戶和系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)人員之間的距離；在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中反饋及時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，因而可及時(shí)地暴露問題；充分利用了新一代軟件開發(fā)工具，使系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行的效率都大大提高?？焖僭湍Ｐ偷牟蛔阒幵谟冢嚎焖俳⑵饋?lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加上連續(xù)的修改可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低下。第62頁(yè)，共77頁(yè)。1.5.4 螺旋模型第63頁(yè)，共77頁(yè)。 螺旋模型將軟件開發(fā)劃分為制訂計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)分析、實(shí)施開發(fā)和客戶評(píng)估4類活動(dòng)，活動(dòng)描述如下：制訂計(jì)劃：確定軟件目標(biāo)，選定實(shí)施方案，明確項(xiàng)目開發(fā)的限制條件。風(fēng)險(xiǎn)分析：分析所選方案，考慮如何識(shí)別和消除風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施開發(fā)：實(shí)施軟件開發(fā)仍然按照瀑布模型中的分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試