第1章 軟件工程概述(3h)

課程簡介為什么要學(xué)這門課程?這門課程學(xué)什么?怎么學(xué)這門課程?原因一：

軟件工程是你職業(yè)生涯必不要可少的知識。為什么要學(xué)習(xí)這門課為什么要學(xué)習(xí)這門課軟件工程師（JSE）職位描述：參與需求分析與系統(tǒng)設(shè)計，負責(zé)軟件開發(fā)和測試。任職要求：大學(xué)本科及以上學(xué)歷，計算機相關(guān)專業(yè)；2.精通Java編程，熟悉spring等開源框架。做過至少2個以上J2EE相關(guān)技術(shù)的項目；3.熟悉主流應(yīng)用服務(wù)器（Weblogic，Websphere）和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Oracle，DB2），熟悉Unix或Linux操作系統(tǒng)；4.熟悉常用設(shè)計模式，熟練使用RationalRose，Visio等設(shè)計工具；5.易于溝通、具有強烈的團隊意識。

在該招聘啟示，你們?nèi)笔裁茨芰Γ繛槭裁葱枰@些能力？了解常用設(shè)計模式和設(shè)計方法，讓你知道開發(fā)軟件的流程，提高開發(fā)效率，從而提高軟件生產(chǎn)率。培養(yǎng)你的溝通能力和團隊協(xié)作能力，保證多人開發(fā)的代碼能正常運行為什么要學(xué)習(xí)這門課PHP高級工程師1、熟悉PHP編程語言，熟悉面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方法，熟練掌握XHTML、CSS、DIV、Javascript等頁面技術(shù)；2、熟悉Mysql數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)，具備數(shù)據(jù)庫的設(shè)計及優(yōu)化能力；3、熟悉Unix/Linux操作系統(tǒng)及常用命令，熟悉Shell腳本編程；4、具備良好的代碼編程習(xí)慣及較強的文檔編寫能力；5、具備團隊合作精神，有良好的溝通及協(xié)調(diào)能力；在該招聘啟示，你們?nèi)笔裁茨芰Γ繛槭裁葱枰@些能力？培養(yǎng)你的編程習(xí)慣及編寫文檔的能力軟件架構(gòu)師1、理解和分析客戶的業(yè)務(wù)需求，確定項目或產(chǎn)品的技術(shù)架構(gòu)和技術(shù)路線；2、負責(zé)產(chǎn)品架構(gòu)分析，提出軟件架構(gòu)整體設(shè)計，數(shù)據(jù)庫存儲設(shè)計方案，3、劃分基本的軟件功能模塊，指導(dǎo)其他工程師的設(shè)計工作；4、參與項目在技術(shù)架構(gòu)方面的立項評審；5、負責(zé)核心技術(shù)問題的攻關(guān)，系統(tǒng)優(yōu)化；協(xié)助解決項目開發(fā)過程中的技術(shù)難題；6、制定開發(fā)規(guī)范，參與制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編寫相應(yīng)的技術(shù)文檔；7、配合項目的整體計劃和安排,對技術(shù)人員進行技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)；在該招聘啟示，你們?nèi)笔裁茨芰?？為什么需要這些能力？管理項目由此可以看出，你的軟件工程知識掌握的越好，你就離該職位不遠了。為什么要學(xué)習(xí)這門課原因二：

保證在有限的成本下，迅速開發(fā)一個高質(zhì)量的軟件。為什么要學(xué)習(xí)這門課為什么要開發(fā)軟件？對于軟件公司來說：賺錢對于單位（用戶）來說：輔助人進行工作。如果你是軟件公司的員工，那你的任務(wù)就是給老板賺錢怎樣才能賺錢呀？就是讓你開發(fā)的軟件花最少的成本，成為讓用戶滿意的軟件怎么讓用戶滿意呢？一、迅速二、符合用戶的習(xí)慣如果你是用戶，那你的任務(wù)就是想辦法讓軟件以最快的速度和最低的花費開發(fā)成功，提高你的工作效率，得到領(lǐng)導(dǎo)的嘉獎，為升職創(chuàng)造條件。怎樣才能做到呢？有效地與軟件開發(fā)人員進行溝通怎樣才能保證溝通有效呀？1、要與開發(fā)人員有共同語言2、懂計算機相關(guān)知識最終目標(biāo)：在一定的成本下，迅速開發(fā)一個讓用戶滿意的軟件為什么要學(xué)這門課？綜上所述，學(xué)好此課程的理由：職業(yè)的需要保證在有限的成本下，迅速開發(fā)一個高質(zhì)量的軟件是否要把這門課學(xué)好呀？想盡辦法一定要把它學(xué)好。這門課程學(xué)什么？常用的開發(fā)方法文檔的編寫軟件設(shè)計和開發(fā)工具團隊的管理項目的管理大家看了這些內(nèi)容，有什么感覺？這門課學(xué)什么？介紹軟件工程的基本術(shù)語，文檔的編寫、在軟件工程中用到的原理、方法和管理技術(shù)。怎樣學(xué)好這門課呢？一定要結(jié)合自己以前的編程經(jīng)驗多看書，結(jié)合現(xiàn)實中例子來進行理解從總體上去把握，關(guān)鍵要理解總的來說：理論聯(lián)系實際軟件工程第1章軟件工程概述第1章軟件工程概述1.1軟件1.2軟件工程的概念1.3軟件生命周期1.4軟件生命周期模型1.5軟件開發(fā)方法和工具本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、理解與軟件工程相關(guān)的一些基本的概念和知識，其中包括軟件與軟件的特點、軟件工程的概念等。2、掌握軟件生命周期的基本概念，熟悉一些典型的軟件生命周期模型。3、了解有關(guān)軟件開發(fā)方法和開發(fā)工具的知識。第1章軟件工程概述1.1軟件1.1.1軟件與軟件的特點1.1.2軟件危機1.1.1軟件與軟件的特點一、軟件定義：

軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔程序：完成特定功能和滿足性能要求的指令序列數(shù)據(jù)：程序運行的基礎(chǔ)和操作的對象文檔：與程序開發(fā)、維護和使用有關(guān)的圖文材料獨唱-->小合唱-->合唱-->萬人大合唱 |||簡單程序較復(fù)雜程序軟件

1.1.1軟件與軟件的特點二、軟件的特點 1、計算機軟件是一種抽象的邏輯產(chǎn)品。 2、軟件的生產(chǎn)與硬件不同。 3、軟件產(chǎn)品不會用壞，不存在硬件產(chǎn)品那樣的機械磨損、老化等問題。

圖1-1軟硬件失效率曲線1.1.1軟件與軟件的特點4、軟件產(chǎn)品的生產(chǎn)主要是腦力勞動。5、軟件費用不斷增加，軟件成本相當(dāng)昂貴。6、軟件工作涉及到各種社會因素。硬件年份軟件５０年７０年８５年２０６０８０１００４０成本計算機系統(tǒng)軟、硬件成本比例的變化情況軟件的分類按軟件的功能進行劃分：系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序通信處理程序等支撐軟件文本編輯程序文件格式化程序磁盤向磁帶向數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦虺绦驇煜到y(tǒng)支持需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試和支持管理的軟件軟件的分類應(yīng)用軟件商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件工程與科學(xué)計算軟件計算機輔助設(shè)計／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、辦公自動化軟件計算機輔助教學(xué)軟件軟件的分類按軟件規(guī)模進行劃分：類別參加人員數(shù) 研制期限源程序行數(shù)

微型

1 1～4周0.5k小型

1 1～6月1k～2k中型

2～5 1～2年5k～50k大型

5～20 2～3年50k～100k甚大型

100～10004～5年

1M(=1000k)極大型

2000～50005～10年1M～10M

軟件的分類按軟件工作方式劃分：實時處理軟件分時軟件交互式軟件批處理軟件軟件的分類1.1.2軟件危機定義： 軟件危機是指在計算機軟件的開發(fā)和維護過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。軟件危機包含下述兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，以滿足對軟件的日益增長的需求；如何維護數(shù)量不斷膨脹的軟件。軟件危機典型表現(xiàn)：對軟件開發(fā)成本和進度的估算很不準(zhǔn)確用戶很不滿意質(zhì)量很不可靠軟件常常是不可維護的沒有完整的文檔軟件成本比重上升，特別是軟件維護成本迅速增加，已經(jīng)占據(jù)軟硬件總成本的40%~75%供不應(yīng)求：軟件開發(fā)生產(chǎn)率跟不上計算機應(yīng)用迅速深入的趨勢1.1.2軟件危機硬件軟件開發(fā)軟件維護1955年1970年1985年100%80%60%40%20%軟件、硬件成本變化趨勢1、1993年距倫敦90英里的塞茲韋爾核電站正式投入運行，但是，工作人員很快發(fā)現(xiàn)核電站的反應(yīng)堆內(nèi)溫度控制失靈。事后查明，在反應(yīng)堆的主要保護系統(tǒng)中，有個10萬行代碼的控制軟件幾乎有一半未能通過測試。幾個典型的由軟件質(zhì)量問題引發(fā)的事故2、80年代中期，加拿大一家原子能公司生產(chǎn)的、由微處理機控制的癌癥治療儀，在美國和加拿大的多家醫(yī)院使用，致使6個病人因超劑量輻射而受到嚴(yán)重傷害甚至死亡。幾個典型的由軟件質(zhì)量問題引發(fā)的事故3、海灣戰(zhàn)爭中，一個軟件故障打亂了“愛國者”導(dǎo)彈雷達跟蹤系統(tǒng)，使導(dǎo)彈發(fā)射后未能迎擊對方的“飛毛腿”導(dǎo)彈，反而轟擊了自己的軍營，造成了28名士兵喪生，98人受傷。幾個典型的由軟件質(zhì)量問題引發(fā)的事故4、1996年歐洲航天局發(fā)射的阿麗亞娜5型火箭，在發(fā)射40秒后爆炸，發(fā)射場上2名法國士兵當(dāng)場死亡。這個耗資10億美元、歷時9年的航天計劃嚴(yán)重受挫，引起了國際宇航界的震驚。事故發(fā)生后，專家組的調(diào)查分析報告指明，爆炸的原因在于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件中技術(shù)要求和設(shè)計錯誤。幾個典型的由軟件質(zhì)量問題引發(fā)的事故5、德國曾由于電話計費系統(tǒng)的軟件問題而發(fā)生用戶需多交付不合理電話費的事件，引起了公眾的抗議。幾個典型的由軟件質(zhì)量問題引發(fā)的事故1.1.2軟件危機造成軟件危機的原因：

1、軟件的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。

2、軟件開發(fā)管理困難?，F(xiàn)代軟件一般規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要組織眾多開發(fā)人員共同完成。

3、軟件開發(fā)技術(shù)落后。

4、軟件產(chǎn)品生產(chǎn)方式落后。

5、軟件開發(fā)工具落后。

6、用戶對軟件需求的描述不精確，軟件開發(fā)人員對用戶需求的理解有偏差。

1.2軟件工程的概念1.2.1軟件工程的定義1.2.2軟件工程的基本目標(biāo)1.2.3軟件工程的基本原理

為了解決軟件危機，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。軟件工程正是從管理和技術(shù)方面研究如何更好地開發(fā)和維護計算機軟件的學(xué)科。軟件工程的有多種定義：FritzBauer(弗里茨鮑爾)給出的軟件工程的定義是：軟件工程是為了經(jīng)濟地獲得可靠的能在實際機器上高效運行的軟件而確立和使用的一系列完善的工程原理（方法）。1.2.1軟件工程的定義1.2.1軟件工程的定義Boehm(布恩)對軟件工程的定義為：軟件工程是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識在設(shè)計和構(gòu)造計算機程序中的實際應(yīng)用，其中包括管理在開發(fā)、運行和維護這些程序的過程中所必需的相關(guān)文檔資料。1983年IEEE（國際電氣與電子工程師協(xié)會）在其《IEEE軟件工程標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語》中對軟件工程下的定義為：軟件工程是開發(fā)、運行、維護和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法。其中的“軟件”是指計算機程序、方法、規(guī)則、相關(guān)的文檔資料和程序運行所必需的數(shù)據(jù)。1993年，IEEE給出了一個更加綜合的定義：①將系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的工程化方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運行和維護的全過程。②研究①中所提到的方法。1.2.1軟件工程的定義軟件工程的定義雖多，但其主要思想都是在強調(diào)軟件開發(fā)中應(yīng)用工程化原則的重要性。這種工程化的思想一直貫穿需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)和維護整個軟件生命過程。軟件工程研究的主要內(nèi)容包括：軟件工程管理軟件開發(fā)技術(shù)軟件工程管理主要是研究：軟件管理學(xué)軟件經(jīng)濟學(xué)軟件心理學(xué)軟件開發(fā)技術(shù)主要研究：軟件開發(fā)方法學(xué)軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)工具和環(huán)境1.2.1軟件工程的定義軟件工程三要素1.2.2軟件工程的基本目標(biāo)軟件項目的成功主要是要達到以下幾個目標(biāo)：

1、付出較低的軟件開發(fā)成本；

2、達到用戶所要求的軟件功能；

3、取得較好的軟件性能；

4、所開發(fā)的軟件易于移植、可重用性好；

5、需要較低的軟件維護費用；

6、能按時完成開發(fā)任務(wù)，及時交付使用。1.2.2軟件工程的基本目標(biāo)圖1-2軟件工程目標(biāo)之間的關(guān)系1.2.3軟件工程的基本原理軟件工程的7條原理：1、用分階段的生命周期計劃嚴(yán)格管理2、堅持進行階段評審3、實行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制(需求變更)4、采用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)5、結(jié)果應(yīng)該能清楚地審查（產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）6、開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精

7、承認不斷改進軟件工程實踐的必要性1.3軟件生命周期軟件生命周期:指軟件產(chǎn)品從形成概念開始，經(jīng)過定義、開發(fā)、使用和維護，直到最后退役的全過程。一般來說，軟件生命周期包括：

軟件定義

軟件開發(fā)

軟件的使用、維護和退役1.3.1軟件定義軟件定義的基本任務(wù):弄清待開發(fā)的軟件系統(tǒng)要做什么，即軟件開發(fā)工程必須完成的總目標(biāo)。

1、問題定義。

2、可行性研究。

3、需求分析。1.3.2軟件開發(fā)軟件開發(fā)過程:即軟件的設(shè)計和實現(xiàn)。軟件開發(fā)過程主要分為以下幾個階段：概要設(shè)計詳細設(shè)計實現(xiàn)（編碼）測試1.3.3軟件的使用、維護和退役軟件的維護：為了延長軟件的壽命而對軟件產(chǎn)品進行修改或?qū)浖枨笞兓龀鲰憫?yīng)的過程。軟件的維護是軟件生命周期中時間最長的階段，軟件維護的工作量可能占了軟件生命周期全部工作量的70%以上。軟件的退役：即軟件的停止使用。退役意味著軟件生存周期的結(jié)束，表明軟件系統(tǒng)已不再具有維護價值。1.4軟件生命周期模型軟件生存周期模型:又稱為軟件開發(fā)模型(SoftwareDevelopModel)，軟件過程模型(SoftwareProcessModel)等。軟件生存周期模型是軟件工程的一個重要的概念。它主要指的是反映整個軟件生命期中系統(tǒng)的開發(fā)、運行、維護等實施活動的一種結(jié)構(gòu)框架。瀑布模型原型模型螺旋模型增量模型基于構(gòu)件的開發(fā)模型噴泉模型1.4.1瀑布模型瀑布模型的基本思想：嚴(yán)格按照軟件生存周期各個階段來進行開發(fā)，上一階段的輸出即是下一階段的輸入，并強調(diào)每一階段的嚴(yán)格性。它規(guī)定了各階段的任務(wù)和應(yīng)提交的成果及文檔，每一階段的任務(wù)完成后，都必須對其階段性產(chǎn)品（主要是文檔）進行評審，通過后才能開始下一階段的工作。因此，它是一種以文檔作為驅(qū)動的模型。1.4.1瀑布模型圖1-3瀑布模型1.4.1瀑布模型瀑布模型的主要特點：

各階段之間具有順序性和依賴性。它嚴(yán)格按照軟件生存周期各個階段來進行開發(fā)，前一階段工作的結(jié)果輸出是后一階段工作的輸入。瀑布模型的局限性：

1、軟件開發(fā)的各個階段特別是定義階段的正確性和完整性很難保證。

2、模型的風(fēng)險控制能力較弱。用戶和項目負責(zé)人要經(jīng)過設(shè)計、編碼和測試等相當(dāng)長的時間后才能得到軟件的初始版本。

3、瀑布模型是一種理想的線性開發(fā)模式，缺乏靈活性。1.4.2原型模型（PrototypingModel）原型模型又稱為快速原型模型。這種方法的核心思想是：在軟件開發(fā)的早期軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶提出的軟件基本需求快速建立目標(biāo)軟件系統(tǒng)的原型，反復(fù)讓用戶對原型進行評估并提出修改意見，然后開發(fā)人員根據(jù)用戶意見對原型進行修補和完善，直到用戶對所開發(fā)的系統(tǒng)原型滿意為止。1.4.2原型模型快速原型模型的開發(fā)過程如圖1-4所示。圖1-4原型模型1.4.2原型模型快速開發(fā)原型的途徑通常有以下三種：

1、僅模擬軟件系統(tǒng)的人機界面和人機交互方式。

2、開發(fā)一個工作原型，實現(xiàn)軟件系統(tǒng)中部分重要的或容易產(chǎn)生誤解的功能。

3、找來一個或幾個正在運行的類似軟件系統(tǒng)進行比較，向客戶展示軟件需求中的部分或全部功能。

實際應(yīng)用中的原型使用可采取以下兩種不同的策略：

廢棄策略

追加策略

原型模型的適應(yīng)場合：

1、原型模型比瀑布模型更符合人們認識事物的過程和規(guī)律，是一種較實用的開發(fā)框架。

2、它適合于那些不能預(yù)先確切定義需求的軟件系統(tǒng)的開發(fā)。1.4.2原型模型1.4.3螺旋模型(SpiralModel)螺旋模型：綜合了瀑布模型和原型模型的優(yōu)點，即將兩者結(jié)合，并加入了風(fēng)險分析機制。螺旋模型的每一個周期包括:計劃（需求定義）風(fēng)險分析工程實現(xiàn)評審1.4.3螺旋模型圖1-5螺旋模型螺旋模型的優(yōu)點：

1、支持用戶需求的動態(tài)變化。具有良好的可擴充性和可修改性。也支持軟件系統(tǒng)的可維護性，每次維護過程只是沿螺旋模型繼續(xù)多走一兩個周期。

2、原型易于用戶和開發(fā)人員共同理解需求，還可作為繼續(xù)開發(fā)的基礎(chǔ)，并為用戶參與所有關(guān)鍵決策提供了方便。

3、螺旋模型特別強調(diào)原型的可擴充性和可修改性，原型的進化貫穿整個軟件生存周期，這將有助于目標(biāo)軟件的適應(yīng)能力。

4、螺旋模型為項目管理人員及時調(diào)整管理決策提供了方便，進而可降低開發(fā)風(fēng)險。1.4.3螺旋模型螺旋模型的缺點和適應(yīng)場合缺點：①如果每次迭代的效率不高，致使迭代次數(shù)過多，將會增加成本并推遲提交時間；②使用該模型需要有相當(dāng)豐富的風(fēng)險評估經(jīng)驗和專門知識，要求開發(fā)隊伍水平較高。適應(yīng)場合：支持需求不明確、特別是大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)，并支持面向規(guī)格說明、面向過程、面向?qū)ο蟮榷喾N軟件開發(fā)方法，是一種具有廣闊前景的模型。1.4.3螺旋模型1.4.4增量模型 軟件被作為一系列的增量構(gòu)件來設(shè)計、實現(xiàn)、集成和測試，每一個構(gòu)件是由多種相互作用的模塊所形成的提供特定功能的代碼片段構(gòu)成。 第一個增量往往是實現(xiàn)基本需求的核心產(chǎn)品。核心產(chǎn)品交付用戶使用后，經(jīng)過評價形成下一個增量的開發(fā)計劃，它包括對核心產(chǎn)品的修改和一些新功能的發(fā)布。這個過程在每個增量發(fā)布后不斷重復(fù)，直到產(chǎn)生最終的完善產(chǎn)品。1.4.4增量模型增量模型的優(yōu)點：增加客戶對系統(tǒng)的信心；降低系統(tǒng)失敗風(fēng)險；提高系統(tǒng)可靠性；提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性；增量模型的缺點：增量粒度難以選擇；確定所有的基本業(yè)務(wù)服務(wù)比較困難。1.4.5基于構(gòu)件的開發(fā)模型基于構(gòu)件的開發(fā)模型是面向?qū)ο蠛驮头椒爸赜眉夹g(shù)的綜合。圖1-6基于面向?qū)ο蟮哪Ｐ?.4.6噴泉模型（WaterFountainModel）噴泉模型是以面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，以用戶需求為動力，以對象來驅(qū)動的模型。它克服了瀑布模型不支持軟件重用和生存期中多項開發(fā)活動集成的局限性，使得軟件開發(fā)過程具有迭代和無間隙的特性。1.4.6噴泉模型圖1-7噴泉模型1.5軟件開發(fā)方法和工具1.5.1軟件開發(fā)方法

結(jié)構(gòu)化方法面向?qū)ο蠓椒?/p>

1.5.2軟件工具與開發(fā)環(huán)境軟件工具分類：軟件開發(fā)工具軟件維護工具軟件管理和軟件支持工具1.5.2軟件工具與開發(fā)環(huán)境1、軟件開發(fā)工具（1）需求分析工具 （2）設(shè)計工具（3）編碼與排錯工具（4）測試和驗證工具2、軟件維護工具（1）版本控制工具 （2）文檔分析工具（3）開發(fā)信息庫工具（4）逆向工程工具（5）再工程工具3、軟件管理和軟件支持工具 （1）項目管理工具