軟件工程學(xué)概論課件

軟件工程張聚禮zhjl@蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院1軟件工程張聚禮zhjl@蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)第1章軟件工程學(xué)概述1.0什么是軟件？1.1軟件危機(jī)1.2軟件工程1.3軟件生命周期1.4軟件過(guò)程1.5小結(jié)習(xí)題2第1章軟件工程學(xué)概述1.0什么是軟件？2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(kāi)發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料?！?.0什么是軟件？3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)軟件的表現(xiàn)形式：軟件分為有形部分和無(wú)形部分：軟件的有形部分：是軟件的各種具體表現(xiàn)形式,包括軟件文檔,程序代碼,二進(jìn)制代碼,用戶界面,輸出報(bào)表等。軟件的無(wú)形部分：是軟件的內(nèi)部邏輯,是軟件本身所包含的思想。4軟件的表現(xiàn)形式：軟件分為有形部分和無(wú)形部分：4軟件的分類：按軟件的功能進(jìn)行劃分：

系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通信處理程序等?5軟件的分類：按軟件的功能進(jìn)行劃分：?5

支撐軟件文本編輯程序文件格式化程序磁盤(pán)向磁帶向數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦虺绦驇?kù)系統(tǒng)支持需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和支持管理的軟件?6支撐軟件?6

應(yīng)用軟件商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件工程與科學(xué)計(jì)算軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造軟件系統(tǒng)仿真軟件智能產(chǎn)品嵌入軟件醫(yī)療、制藥軟件事務(wù)管理、辦公自動(dòng)化軟件計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件?7應(yīng)用軟件?7按軟件工作方式劃分：實(shí)時(shí)處理軟件分時(shí)軟件交互式軟件批處理軟件按軟件服務(wù)對(duì)象的范圍劃分：項(xiàng)目軟件產(chǎn)品軟件即針對(duì)特定某個(gè)客戶的要求，并僅為其使用的軟件。又稱工程軟件，特點(diǎn)是有明確的合同，嚴(yán)格的工期，約定的維護(hù)期等。如"XXX公司XXX系統(tǒng)"。

即針對(duì)某一領(lǐng)域客戶的共有需求而開(kāi)發(fā)的軟件。特點(diǎn)是通用、功能豐富而冗余，通過(guò)一次性的購(gòu)買行為獲得等。如操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、CAD軟件等。8按軟件工作方式劃分：即針對(duì)特定某個(gè)客戶的要求，并僅為其使用的軟件發(fā)展階段：程序設(shè)計(jì)階段—50至60年代程序系統(tǒng)階段—60至70年代 軟件工程階段—70年代以后9軟件發(fā)展階段：程序設(shè)計(jì)階段—50至60年代9軟件開(kāi)發(fā)工具的變遷：穿孔機(jī)打孔編程

匯編語(yǔ)言(Z80、M6800、8086/88)

高級(jí)語(yǔ)言(Cobol、Basic、Dbase、TurboC、FoxBase、Foxpro等)

C/S、B/S體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)工具(VFP、VC、VB、Delphi、Powerbuilder、C++Builder、OracleDeveloper/2000、Java、MS.net等等)10軟件開(kāi)發(fā)工具的變遷：穿孔機(jī)打孔編程匯編語(yǔ)言(Z80、M§1.1軟件危機(jī)美國(guó)IBM公司在1963年至1966年開(kāi)發(fā)的IBM360機(jī)的操作系統(tǒng)。這一項(xiàng)目花了5000人一年的工作量，最多時(shí)有1000人投入開(kāi)發(fā)工作，寫(xiě)出了近100萬(wàn)行源程序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)操作系統(tǒng)每次發(fā)行的新版本都是從前一版本中找出1000個(gè)程序錯(cuò)誤而修正的結(jié)果。......

這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人事后總結(jié)了他在組織開(kāi)發(fā)過(guò)程中的沉痛教訓(xùn)時(shí)說(shuō)：“......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(wú)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，......”SoftwareCrisis!?11§1.1軟件危機(jī)美國(guó)IBM公司在1963年至1軟件危機(jī)⑴項(xiàng)目沒(méi)有被很好地理解；計(jì)劃不周，最終導(dǎo)致進(jìn)度拖延。例：

在20世紀(jì)60年代后期，一位熱情的年青工程師受命為一個(gè)自動(dòng)化制造應(yīng)用項(xiàng)目“編寫(xiě)”計(jì)算機(jī)程序。選擇他的理由非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谡麄€(gè)技術(shù)小組中他是唯一參加過(guò)計(jì)算機(jī)編程培訓(xùn)的人。這位工程師對(duì)匯編語(yǔ)言的IN和OUT指令以及Fortran語(yǔ)言有所了解，但是卻根本不懂軟件工程，更不要說(shuō)項(xiàng)目進(jìn)度安排和跟蹤了。他的老板給了他一大堆相關(guān)的手冊(cè)，以及需要做些什么的口頭描述。年輕人被告知該項(xiàng)目必須在兩個(gè)月之內(nèi)完成。他閱讀了這些手冊(cè)，想好了解決方法，就立即編寫(xiě)代碼。兩周后，老板將他叫到辦公室詢問(wèn)項(xiàng)目進(jìn)展情況。問(wèn)題出在哪里？欠缺文檔欠缺設(shè)計(jì)，急于編程?12軟件危機(jī)⑴項(xiàng)目沒(méi)有被很好地理解；計(jì)劃不周，最終導(dǎo)致進(jìn)度拖延軟件危機(jī)“非常好”工程師以年輕人的熱情回答道，“這個(gè)項(xiàng)目遠(yuǎn)比我想像的簡(jiǎn)單。我差不多已經(jīng)完成了75%的任務(wù)。老板笑了，說(shuō)道：“真是太棒了”然后他囑咐年輕人繼續(xù)努力工作，準(zhǔn)備好一周后再匯報(bào)一次工作進(jìn)度。一周后老板將年輕人叫到辦公室，問(wèn)他說(shuō)：“現(xiàn)在進(jìn)度如何？”“一切順利”年輕人回答說(shuō)，“但是我遇到了一些小麻煩。我會(huì)排除這些困難，很快就可以回到正軌上來(lái)。”“你覺(jué)得在最后期限之前能否完成？”老板問(wèn)道?！皼](méi)有問(wèn)題”工程師答道?！拔也畈欢嘁呀?jīng)完成了90%”問(wèn)題：年輕工程師在整個(gè)項(xiàng)目工期內(nèi)始終停留在90%的進(jìn)度上，（在別人的幫助下）直到交付期限之后一個(gè)月才做完。?13軟件危機(jī)“非常好”工程師以年輕人的熱情回答道，“這個(gè)項(xiàng)目遠(yuǎn)比軟件危機(jī)⑵沒(méi)有充分的文檔資料(documentation)人與人的交流比寫(xiě)程序困難得多。Managers——評(píng)價(jià),進(jìn)程跟蹤,......Programmers——與其它程序的通信接口Maintainers——維護(hù)?14軟件危機(jī)⑵沒(méi)有充分的文檔資料(documentation)軟件危機(jī)⑶軟件可靠性(reliability)缺少度量的標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量無(wú)法保證。

如何保證軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，是非常復(fù)雜困難的問(wèn)題。特別對(duì)于規(guī)模龐大的軟件。⑷軟件難以維護(hù)(maintainability)

不易升級(jí)(evolvability)15軟件危機(jī)⑶軟件可靠性(reliability)缺少度量的標(biāo)軟件危機(jī)的產(chǎn)生的原因及總結(jié)(1)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確。拖期，項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)欠缺。(2)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。模糊的需求、閉門(mén)造車、忙于編程，倉(cāng)促上陣。(3)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住?？煽啃院唾|(zhì)量保證欠缺，缺少測(cè)試。(4)軟件常常是不可維護(hù)的。設(shè)計(jì)死板，沒(méi)有整體考慮。?16軟件危機(jī)的產(chǎn)生的原因及總結(jié)(1)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)(5)軟件通常沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。缺少設(shè)計(jì)資料、難以維護(hù)，寫(xiě)文檔嫌麻煩。(6)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。軟件過(guò)于龐大，成本過(guò)高。(7)軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率提高的速度，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)。跟不上計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展速度，技術(shù)落后。17(5)軟件通常沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。缺少設(shè)計(jì)資料、難以維護(hù)，軟件開(kāi)發(fā)付出代價(jià)分析

根據(jù)美國(guó)一些軟件公司的統(tǒng)計(jì)資料，在后期引入一個(gè)變動(dòng)比在早期引入相同變動(dòng)所需付出的代價(jià)高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。圖1.1定性地描繪了在不同時(shí)期引入一個(gè)變動(dòng)需要付出的代價(jià)的變化趨勢(shì)。維護(hù)是極端艱巨復(fù)雜的工作，需要花費(fèi)很大代價(jià)。18軟件開(kāi)發(fā)付出代價(jià)分析根據(jù)美國(guó)一些軟件公司的統(tǒng)計(jì)資料，消除軟件危機(jī)的辦法1、理解軟件的概念：軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。2、應(yīng)該推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的開(kāi)發(fā)軟件的成功的技術(shù)和方法——注意總結(jié)和積累3、應(yīng)該開(kāi)發(fā)和使用更好的軟件工具。4、軟件工程學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)就是提高軟件的可維護(hù)性，減少軟件維護(hù)的代價(jià)?？傊?，為了解決軟件危機(jī)，就要引入“軟件工程”，既要有技術(shù)措施(方法和工具)，又要有必要的組織管理措施。19消除軟件危機(jī)的辦法1、理解軟件的概念：軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)§1.2軟件工程所謂軟件工程，提倡的是一種軟件開(kāi)發(fā)中的系統(tǒng)思想的具體實(shí)現(xiàn)，是一門(mén)科學(xué)，也被稱為是軟件產(chǎn)業(yè)中的“軟”科學(xué)。軟件工程這一概念，主要是針對(duì)20世紀(jì)60年代“軟件危機(jī)”而提出的。它首次出現(xiàn)在1968年NATO（北大西洋公約組織）會(huì)議上。主要圍繞軟件項(xiàng)目，開(kāi)展有關(guān)開(kāi)發(fā)模型、方法以及支持工具的研究。其主要成果有：提出了瀑布模型，開(kāi)發(fā)了一些結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（例如PASCAL語(yǔ)言，Ada語(yǔ)言）、結(jié)構(gòu)化方法等。并且，圍繞項(xiàng)目管理提出了費(fèi)用估算、文檔復(fù)審等方法和工具。70年代初，自“軟件工廠”這一概念提出以來(lái)，主要圍繞軟件過(guò)程以及軟件復(fù)用，開(kāi)展了有關(guān)軟件生產(chǎn)技術(shù)和軟件生產(chǎn)管理的研究與實(shí)踐。其主要成果有：提出了應(yīng)用廣泛的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言以及相關(guān)的面向?qū)ο蠓椒?，大力開(kāi)展了計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(CASE)的研究與實(shí)踐。

20§1.2軟件工程所謂軟件工程，提倡的是一種軟件開(kāi)發(fā)中的系軟件工程的定義：IEEE：軟件工程是開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法FritzBauer：建立并使用完善的工程化原則，以較經(jīng)濟(jì)的手段獲得能在實(shí)際機(jī)器上有效運(yùn)行的可靠軟件的一系列方法21軟件工程的定義：IEEE：軟件工程是開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟軟件工程的本質(zhì)特性：1.軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造——分析與設(shè)計(jì)2.軟件工程的中心課題是控制復(fù)雜性——分解3.軟件經(jīng)常變化——要有準(zhǔn)確的需求4.開(kāi)發(fā)軟件的效率非常重要——經(jīng)驗(yàn)技巧5.和諧地合作是開(kāi)發(fā)軟件的關(guān)鍵——團(tuán)隊(duì)精神6.軟件必須有效地支持它的用戶——用戶在用7.在軟件工程領(lǐng)域中是由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人——具有知識(shí)面非常廣的領(lǐng)域業(yè)務(wù)背景，缺乏應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，是軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題的常見(jiàn)原因。22軟件工程的本質(zhì)特性：1.軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造——分軟件工程的基本原理：主要有七條基本原理：⑴用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理項(xiàng)目概要計(jì)劃里程碑計(jì)劃

項(xiàng)目控制計(jì)劃產(chǎn)品控制計(jì)劃

驗(yàn)證計(jì)劃運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃⑵堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審⑶實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制——基準(zhǔn)配置管理(Baselineconfigurationmanagement)?23軟件工程的基本原理：主要有七條基本原理：?23⑹開(kāi)發(fā)小組的成員應(yīng)該少而精1+1<2⑷采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑸結(jié)果應(yīng)能清楚地審查—setstandards⑺承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性——即不僅要積極主動(dòng)地采納新的軟件技術(shù)，而且要注意不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。24⑹開(kāi)發(fā)小組的成員應(yīng)該少而精⑷采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑸軟件工程方法學(xué)軟件工程三要素：方法、工具和過(guò)程方法為軟件開(kāi)發(fā)提供了“如何做”的技術(shù)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)境軟件工程過(guò)程定義了:

方法使用的順序要求交付的文檔資料為保證質(zhì)量和適應(yīng)變化所需要的管理軟件開(kāi)發(fā)各個(gè)階段完成的里程碑傳統(tǒng)方法學(xué)面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)25軟件工程方法學(xué)軟件工程三要素：方法、工具和過(guò)程傳統(tǒng)方法學(xué)251.傳統(tǒng)方法學(xué)稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。它采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)(結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn))來(lái)完成軟件開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)，并使用適當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蜍浖こ汰h(huán)境來(lái)支持結(jié)構(gòu)化技術(shù)的運(yùn)用。把軟件生命周期的全過(guò)程依次劃分為若干個(gè)階段，前一個(gè)階段是后一個(gè)階段的基礎(chǔ)。261.傳統(tǒng)方法學(xué)稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。262.面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提出本方法的原因：當(dāng)軟件規(guī)模龐大，或者對(duì)軟件的需求是模糊的或會(huì)隨時(shí)間而變化的時(shí)候，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)軟件往往不成功，此外，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)出的軟件，維護(hù)起來(lái)仍然很困難。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)4個(gè)要點(diǎn)：

對(duì)象+類+繼承+用消息通信優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)，提高了軟件的可重用性。272.面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提出本方法的原因：當(dāng)軟件規(guī)模龐大，或者對(duì)軟§1.3軟件生命周期舉例：瀑布模型(WaterfallModel)維護(hù)開(kāi)發(fā)定義問(wèn)題定義可行性研究需求分析詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼&單元測(cè)試綜合&系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行&維護(hù)總體設(shè)計(jì)軟件生命周期由上述三個(gè)時(shí)期組成系統(tǒng)需求必須事先靜態(tài)地精確定義28§1.3軟件生命周期舉例：瀑布模型(Waterfall問(wèn)題定義和可行性研究：確定要開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的總目標(biāo)給出功能、性能、可靠性以及接口等方面的要求完成該軟件任務(wù)的可行性研究估計(jì)可利用的資源(計(jì)算機(jī)硬件，軟件，人力等)、成本、效益、開(kāi)發(fā)進(jìn)度制定出完成開(kāi)發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃,連同可行性研究報(bào)告，提交管理部門(mén)審查29問(wèn)題定義和可行性研究：確定要開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的總目標(biāo)29需求分析對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義編寫(xiě)軟件需求說(shuō)明書(shū)或系統(tǒng)功能說(shuō)明書(shū)及初步的系統(tǒng)用戶手冊(cè)提交管理機(jī)構(gòu)評(píng)審30需求分析對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義30設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)

—“如何解決問(wèn)題”可以列出多種解決方案進(jìn)行比較把各項(xiàng)需求轉(zhuǎn)換成軟件的體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中每一組成部分都是意義明確的模塊，每個(gè)模塊都和某些需求相對(duì)應(yīng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

—對(duì)每個(gè)模塊要完成的工作進(jìn)行具體的描述，為源程序編寫(xiě)打下基礎(chǔ)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，提交評(píng)審。31設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)—“如何解決問(wèn)題”31編碼把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的程序代碼，即寫(xiě)成以某一種特定程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示的“源程序清單”寫(xiě)出的程序應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)良好、清晰易讀的，且與設(shè)計(jì)相一致的32編碼把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的程序代碼，即寫(xiě)成以某一種測(cè)試單元測(cè)試，查找各模塊在功能和結(jié)構(gòu)上存在的問(wèn)題并加以糾正組裝測(cè)試，將已測(cè)試過(guò)的模塊按一定順序組裝起來(lái)按規(guī)定的各項(xiàng)需求，逐項(xiàng)進(jìn)行有效性測(cè)試，決定已開(kāi)發(fā)的軟件是否合格，能否交付用戶使用33測(cè)試單元測(cè)試，查找各模塊在功能和結(jié)構(gòu)上存在的問(wèn)題并加以糾正3運(yùn)行和維護(hù)改正性維護(hù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了軟件中的錯(cuò)誤需要修正適應(yīng)性維護(hù)為了適應(yīng)變化了的軟件工作環(huán)境，需做適當(dāng)變更完善性維護(hù)為了增強(qiáng)軟件的功能需做變更34運(yùn)行和維護(hù)改正性維護(hù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了軟件中的錯(cuò)誤需要修正34技術(shù)審查和管理審查任務(wù)：發(fā)現(xiàn)技術(shù)方面的錯(cuò)誤監(jiān)督項(xiàng)目進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)開(kāi)支、投資回收的前景等。35技術(shù)審查和管理審查任務(wù)：35§1.4軟件過(guò)程定義：軟件過(guò)程是為了獲得高質(zhì)量軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。

通常用軟件過(guò)程模型描述軟件過(guò)程。廣泛使用的4種典型的軟件過(guò)程模型如下所示：瀑布模型——文檔驅(qū)動(dòng)掌握快速原型模型——原型驅(qū)動(dòng)掌握增量模型——構(gòu)件驅(qū)動(dòng)了解螺旋模型——風(fēng)險(xiǎn)+原型驅(qū)動(dòng)了解36§1.4軟件過(guò)程定義：軟件過(guò)程是為了獲得高質(zhì)量軟件所需要1瀑布模型

在20世紀(jì)80年代之前，是惟一被廣泛采用的生命周期模型，現(xiàn)在仍然是軟件工程中應(yīng)用最廣泛的過(guò)程模型。

主要用于描述傳統(tǒng)軟件工程方法學(xué)的軟件過(guò)程。圖1.3實(shí)際的瀑布模型特點(diǎn)：脫離用戶?371瀑布模型在20世紀(jì)80年代之前，是惟一被廣泛采瀑布模型的特點(diǎn)⑴順序性、依賴性⑵推遲程序的物理實(shí)現(xiàn)——按步驟進(jìn)行⑶質(zhì)量保證的觀點(diǎn)——階段文檔與評(píng)審的要求，利于盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。⑷易于組織，易于管理——嚴(yán)格規(guī)范⑸缺點(diǎn)——階段間文檔驅(qū)動(dòng)，可能開(kāi)發(fā)失?、市枨笞兓笠鸬拇鷥r(jià)將很高——維護(hù)難38瀑布模型的特點(diǎn)⑴順序性、依賴性382快速原型模型快速原型模型是為了克服瀑布模型的缺點(diǎn)而提出來(lái)的，它通過(guò)快速構(gòu)建起一個(gè)可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的原型系統(tǒng)，讓用戶試用原型并收集用戶反饋意見(jiàn)的辦法，獲取用戶的真實(shí)需求。基本思想：系統(tǒng)的需求定義不是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之前精確地一次完成，而是貫穿于整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，逐步精確與完善。原型法一開(kāi)始就憑系統(tǒng)分析人員對(duì)用戶需求的理解，利用先進(jìn)的軟件工具快速構(gòu)造出一個(gè)原型系統(tǒng)。遵循“邊開(kāi)發(fā)邊應(yīng)用”原則?392快速原型模型快速原型模型是為了克服瀑布模型的缺點(diǎn)而提出圖1.4快速原型模型特點(diǎn)：用戶時(shí)刻參與，便于交流?40圖1.4快速原型模型特點(diǎn)：用戶時(shí)刻參與，?40快速原型法處理過(guò)程41快速原型法處理過(guò)程41§1.5小結(jié)內(nèi)容概括：本章要求學(xué)生對(duì)軟件工程的基本原理和方法有概括的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和掌握。首先通過(guò)回顧軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)史，說(shuō)明開(kāi)發(fā)軟件的一些錯(cuò)誤方法和觀念是怎樣形成的；然后闡述了軟件危機(jī)產(chǎn)生的原因及解決辦法；最后引入軟件工程方法學(xué)及軟件過(guò)程模型。重點(diǎn)地對(duì)軟件生命周期、瀑布模型和快速原型法進(jìn)行了詳細(xì)的講解。42§1.5小結(jié)內(nèi)容概括：本章要求學(xué)生對(duì)軟件工程的基本原理和

?43?434444軟件工程張聚禮zhjl@蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院45軟件工程張聚禮zhjl@蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)第1章軟件工程學(xué)概述1.0什么是軟件？1.1軟件危機(jī)1.2軟件工程1.3軟件生命周期1.4軟件過(guò)程1.5小結(jié)習(xí)題46第1章軟件工程學(xué)概述1.0什么是軟件？2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(kāi)發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料?！?.0什么是軟件？47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)軟件的表現(xiàn)形式：軟件分為有形部分和無(wú)形部分：軟件的有形部分：是軟件的各種具體表現(xiàn)形式,包括軟件文檔,程序代碼,二進(jìn)制代碼,用戶界面,輸出報(bào)表等。軟件的無(wú)形部分：是軟件的內(nèi)部邏輯,是軟件本身所包含的思想。48軟件的表現(xiàn)形式：軟件分為有形部分和無(wú)形部分：4軟件的分類：按軟件的功能進(jìn)行劃分：

系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通信處理程序等?49軟件的分類：按軟件的功能進(jìn)行劃分：?5

支撐軟件文本編輯程序文件格式化程序磁盤(pán)向磁帶向數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦虺绦驇?kù)系統(tǒng)支持需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和支持管理的軟件?50支撐軟件?6

應(yīng)用軟件商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件工程與科學(xué)計(jì)算軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造軟件系統(tǒng)仿真軟件智能產(chǎn)品嵌入軟件醫(yī)療、制藥軟件事務(wù)管理、辦公自動(dòng)化軟件計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件?51應(yīng)用軟件?7按軟件工作方式劃分：實(shí)時(shí)處理軟件分時(shí)軟件交互式軟件批處理軟件按軟件服務(wù)對(duì)象的范圍劃分：項(xiàng)目軟件產(chǎn)品軟件即針對(duì)特定某個(gè)客戶的要求，并僅為其使用的軟件。又稱工程軟件，特點(diǎn)是有明確的合同，嚴(yán)格的工期，約定的維護(hù)期等。如"XXX公司XXX系統(tǒng)"。

即針對(duì)某一領(lǐng)域客戶的共有需求而開(kāi)發(fā)的軟件。特點(diǎn)是通用、功能豐富而冗余，通過(guò)一次性的購(gòu)買行為獲得等。如操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、CAD軟件等。52按軟件工作方式劃分：即針對(duì)特定某個(gè)客戶的要求，并僅為其使用的軟件發(fā)展階段：程序設(shè)計(jì)階段—50至60年代程序系統(tǒng)階段—60至70年代 軟件工程階段—70年代以后53軟件發(fā)展階段：程序設(shè)計(jì)階段—50至60年代9軟件開(kāi)發(fā)工具的變遷：穿孔機(jī)打孔編程

匯編語(yǔ)言(Z80、M6800、8086/88)

高級(jí)語(yǔ)言(Cobol、Basic、Dbase、TurboC、FoxBase、Foxpro等)

C/S、B/S體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)工具(VFP、VC、VB、Delphi、Powerbuilder、C++Builder、OracleDeveloper/2000、Java、MS.net等等)54軟件開(kāi)發(fā)工具的變遷：穿孔機(jī)打孔編程匯編語(yǔ)言(Z80、M§1.1軟件危機(jī)美國(guó)IBM公司在1963年至1966年開(kāi)發(fā)的IBM360機(jī)的操作系統(tǒng)。這一項(xiàng)目花了5000人一年的工作量，最多時(shí)有1000人投入開(kāi)發(fā)工作，寫(xiě)出了近100萬(wàn)行源程序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)操作系統(tǒng)每次發(fā)行的新版本都是從前一版本中找出1000個(gè)程序錯(cuò)誤而修正的結(jié)果。......

這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人事后總結(jié)了他在組織開(kāi)發(fā)過(guò)程中的沉痛教訓(xùn)時(shí)說(shuō)：“......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(wú)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，......”SoftwareCrisis!?55§1.1軟件危機(jī)美國(guó)IBM公司在1963年至1軟件危機(jī)⑴項(xiàng)目沒(méi)有被很好地理解；計(jì)劃不周，最終導(dǎo)致進(jìn)度拖延。例：

在20世紀(jì)60年代后期，一位熱情的年青工程師受命為一個(gè)自動(dòng)化制造應(yīng)用項(xiàng)目“編寫(xiě)”計(jì)算機(jī)程序。選擇他的理由非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谡麄€(gè)技術(shù)小組中他是唯一參加過(guò)計(jì)算機(jī)編程培訓(xùn)的人。這位工程師對(duì)匯編語(yǔ)言的IN和OUT指令以及Fortran語(yǔ)言有所了解，但是卻根本不懂軟件工程，更不要說(shuō)項(xiàng)目進(jìn)度安排和跟蹤了。他的老板給了他一大堆相關(guān)的手冊(cè)，以及需要做些什么的口頭描述。年輕人被告知該項(xiàng)目必須在兩個(gè)月之內(nèi)完成。他閱讀了這些手冊(cè)，想好了解決方法，就立即編寫(xiě)代碼。兩周后，老板將他叫到辦公室詢問(wèn)項(xiàng)目進(jìn)展情況。問(wèn)題出在哪里？欠缺文檔欠缺設(shè)計(jì)，急于編程?56軟件危機(jī)⑴項(xiàng)目沒(méi)有被很好地理解；計(jì)劃不周，最終導(dǎo)致進(jìn)度拖延軟件危機(jī)“非常好”工程師以年輕人的熱情回答道，“這個(gè)項(xiàng)目遠(yuǎn)比我想像的簡(jiǎn)單。我差不多已經(jīng)完成了75%的任務(wù)。老板笑了，說(shuō)道：“真是太棒了”然后他囑咐年輕人繼續(xù)努力工作，準(zhǔn)備好一周后再匯報(bào)一次工作進(jìn)度。一周后老板將年輕人叫到辦公室，問(wèn)他說(shuō)：“現(xiàn)在進(jìn)度如何？”“一切順利”年輕人回答說(shuō)，“但是我遇到了一些小麻煩。我會(huì)排除這些困難，很快就可以回到正軌上來(lái)。”“你覺(jué)得在最后期限之前能否完成？”老板問(wèn)道。“沒(méi)有問(wèn)題”工程師答道?！拔也畈欢嘁呀?jīng)完成了90%”問(wèn)題：年輕工程師在整個(gè)項(xiàng)目工期內(nèi)始終停留在90%的進(jìn)度上，（在別人的幫助下）直到交付期限之后一個(gè)月才做完。?57軟件危機(jī)“非常好”工程師以年輕人的熱情回答道，“這個(gè)項(xiàng)目遠(yuǎn)比軟件危機(jī)⑵沒(méi)有充分的文檔資料(documentation)人與人的交流比寫(xiě)程序困難得多。Managers——評(píng)價(jià),進(jìn)程跟蹤,......Programmers——與其它程序的通信接口Maintainers——維護(hù)?58軟件危機(jī)⑵沒(méi)有充分的文檔資料(documentation)軟件危機(jī)⑶軟件可靠性(reliability)缺少度量的標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量無(wú)法保證。

如何保證軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，是非常復(fù)雜困難的問(wèn)題。特別對(duì)于規(guī)模龐大的軟件。⑷軟件難以維護(hù)(maintainability)

不易升級(jí)(evolvability)59軟件危機(jī)⑶軟件可靠性(reliability)缺少度量的標(biāo)軟件危機(jī)的產(chǎn)生的原因及總結(jié)(1)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確。拖期，項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)欠缺。(2)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。模糊的需求、閉門(mén)造車、忙于編程，倉(cāng)促上陣。(3)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住。可靠性和質(zhì)量保證欠缺，缺少測(cè)試。(4)軟件常常是不可維護(hù)的。設(shè)計(jì)死板，沒(méi)有整體考慮。?60軟件危機(jī)的產(chǎn)生的原因及總結(jié)(1)對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)(5)軟件通常沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。缺少設(shè)計(jì)資料、難以維護(hù)，寫(xiě)文檔嫌麻煩。(6)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。軟件過(guò)于龐大，成本過(guò)高。(7)軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率提高的速度，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)。跟不上計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展速度，技術(shù)落后。61(5)軟件通常沒(méi)有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。缺少設(shè)計(jì)資料、難以維護(hù)，軟件開(kāi)發(fā)付出代價(jià)分析

根據(jù)美國(guó)一些軟件公司的統(tǒng)計(jì)資料，在后期引入一個(gè)變動(dòng)比在早期引入相同變動(dòng)所需付出的代價(jià)高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。圖1.1定性地描繪了在不同時(shí)期引入一個(gè)變動(dòng)需要付出的代價(jià)的變化趨勢(shì)。維護(hù)是極端艱巨復(fù)雜的工作，需要花費(fèi)很大代價(jià)。62軟件開(kāi)發(fā)付出代價(jià)分析根據(jù)美國(guó)一些軟件公司的統(tǒng)計(jì)資料，消除軟件危機(jī)的辦法1、理解軟件的概念：軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。2、應(yīng)該推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的開(kāi)發(fā)軟件的成功的技術(shù)和方法——注意總結(jié)和積累3、應(yīng)該開(kāi)發(fā)和使用更好的軟件工具。4、軟件工程學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)就是提高軟件的可維護(hù)性，減少軟件維護(hù)的代價(jià)?？傊瑸榱私鉀Q軟件危機(jī)，就要引入“軟件工程”，既要有技術(shù)措施(方法和工具)，又要有必要的組織管理措施。63消除軟件危機(jī)的辦法1、理解軟件的概念：軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)§1.2軟件工程所謂軟件工程，提倡的是一種軟件開(kāi)發(fā)中的系統(tǒng)思想的具體實(shí)現(xiàn)，是一門(mén)科學(xué)，也被稱為是軟件產(chǎn)業(yè)中的“軟”科學(xué)。軟件工程這一概念，主要是針對(duì)20世紀(jì)60年代“軟件危機(jī)”而提出的。它首次出現(xiàn)在1968年NATO（北大西洋公約組織）會(huì)議上。主要圍繞軟件項(xiàng)目，開(kāi)展有關(guān)開(kāi)發(fā)模型、方法以及支持工具的研究。其主要成果有：提出了瀑布模型，開(kāi)發(fā)了一些結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（例如PASCAL語(yǔ)言，Ada語(yǔ)言）、結(jié)構(gòu)化方法等。并且，圍繞項(xiàng)目管理提出了費(fèi)用估算、文檔復(fù)審等方法和工具。70年代初，自“軟件工廠”這一概念提出以來(lái)，主要圍繞軟件過(guò)程以及軟件復(fù)用，開(kāi)展了有關(guān)軟件生產(chǎn)技術(shù)和軟件生產(chǎn)管理的研究與實(shí)踐。其主要成果有：提出了應(yīng)用廣泛的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言以及相關(guān)的面向?qū)ο蠓椒?，大力開(kāi)展了計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(CASE)的研究與實(shí)踐。

64§1.2軟件工程所謂軟件工程，提倡的是一種軟件開(kāi)發(fā)中的系軟件工程的定義：IEEE：軟件工程是開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法FritzBauer：建立并使用完善的工程化原則，以較經(jīng)濟(jì)的手段獲得能在實(shí)際機(jī)器上有效運(yùn)行的可靠軟件的一系列方法65軟件工程的定義：IEEE：軟件工程是開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟軟件工程的本質(zhì)特性：1.軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造——分析與設(shè)計(jì)2.軟件工程的中心課題是控制復(fù)雜性——分解3.軟件經(jīng)常變化——要有準(zhǔn)確的需求4.開(kāi)發(fā)軟件的效率非常重要——經(jīng)驗(yàn)技巧5.和諧地合作是開(kāi)發(fā)軟件的關(guān)鍵——團(tuán)隊(duì)精神6.軟件必須有效地支持它的用戶——用戶在用7.在軟件工程領(lǐng)域中是由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人——具有知識(shí)面非常廣的領(lǐng)域業(yè)務(wù)背景，缺乏應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，是軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題的常見(jiàn)原因。66軟件工程的本質(zhì)特性：1.軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造——分軟件工程的基本原理：主要有七條基本原理：⑴用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理項(xiàng)目概要計(jì)劃里程碑計(jì)劃

項(xiàng)目控制計(jì)劃產(chǎn)品控制計(jì)劃

驗(yàn)證計(jì)劃運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃⑵堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審⑶實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制——基準(zhǔn)配置管理(Baselineconfigurationmanagement)?67軟件工程的基本原理：主要有七條基本原理：?23⑹開(kāi)發(fā)小組的成員應(yīng)該少而精1+1<2⑷采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑸結(jié)果應(yīng)能清楚地審查—setstandards⑺承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性——即不僅要積極主動(dòng)地采納新的軟件技術(shù)，而且要注意不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。68⑹開(kāi)發(fā)小組的成員應(yīng)該少而精⑷采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑸軟件工程方法學(xué)軟件工程三要素：方法、工具和過(guò)程方法為軟件開(kāi)發(fā)提供了“如何做”的技術(shù)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)境軟件工程過(guò)程定義了:

方法使用的順序要求交付的文檔資料為保證質(zhì)量和適應(yīng)變化所需要的管理軟件開(kāi)發(fā)各個(gè)階段完成的里程碑傳統(tǒng)方法學(xué)面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)69軟件工程方法學(xué)軟件工程三要素：方法、工具和過(guò)程傳統(tǒng)方法學(xué)251.傳統(tǒng)方法學(xué)稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。它采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)(結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn))來(lái)完成軟件開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)，并使用適當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蜍浖こ汰h(huán)境來(lái)支持結(jié)構(gòu)化技術(shù)的運(yùn)用。把軟件生命周期的全過(guò)程依次劃分為若干個(gè)階段，前一個(gè)階段是后一個(gè)階段的基礎(chǔ)。701.傳統(tǒng)方法學(xué)稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。262.面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提出本方法的原因：當(dāng)軟件規(guī)模龐大，或者對(duì)軟件的需求是模糊的或會(huì)隨時(shí)間而變化的時(shí)候，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)軟件往往不成功，此外，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開(kāi)發(fā)出的軟件，維護(hù)起來(lái)仍然很困難。面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)4個(gè)要點(diǎn)：

對(duì)象+類+繼承+用消息通信優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)，提高了軟件的可重用性。712.面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提出本方法的原因：當(dāng)軟件規(guī)模龐大，或者對(duì)軟§1.3軟件生命周期舉例：瀑布模型(WaterfallModel)維護(hù)開(kāi)發(fā)定義問(wèn)題定義可行性研究需求分析詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼&單元測(cè)試綜合&系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行&維護(hù)總體設(shè)計(jì)軟件生命周期由上述三個(gè)時(shí)期組成系統(tǒng)需求必須事先靜態(tài)地精確定義72§1.3軟件生命周期舉例：瀑布模型(Waterfall問(wèn)題定義和可行性研究：確定要開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的總目標(biāo)給出功能、性能、可靠性以及接口等方面的要求完成該軟件任務(wù)的可行性研究估計(jì)可利用的資源(計(jì)算機(jī)硬件，軟件，人力等)、成本、效益、開(kāi)發(fā)進(jìn)度制定出完成開(kāi)發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃,連同可行性研究報(bào)告，提交管理部門(mén)審查73問(wèn)題定義和可行性研究：確定要開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的總目標(biāo)29需求分析對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義編寫(xiě)軟件需求說(shuō)明書(shū)或系統(tǒng)功能說(shuō)明書(shū)及初步的系統(tǒng)用戶手冊(cè)提交管理機(jī)構(gòu)評(píng)審74需求分析對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義30設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)

—“如何解決問(wèn)題”可以列出多種解決方案進(jìn)行比較把各項(xiàng)需求轉(zhuǎn)換成軟件的體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中每一組成部分都是意義明確的模塊，每個(gè)模塊都和某些需求相對(duì)應(yīng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

—對(duì)每個(gè)模塊要完成的工作進(jìn)行具體的描述，為源程序編寫(xiě)打下基礎(chǔ)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，提交評(píng)審。75設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)—“如何解決問(wèn)題”31編碼把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的程序代碼，即寫(xiě)成以某一種特定程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示的“源程序清單”寫(xiě)出的程序應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)良好、清晰易讀的，且與設(shè)計(jì)相一致的76編碼把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可