第4章需求工程

1SoftwareRequirements第4章需求工程（1）學(xué)習(xí)引導(dǎo)

本章介紹軟件系統(tǒng)需求概念和發(fā)現(xiàn)并表達這些需求的多種方法。主要內(nèi)容：用戶需求和系統(tǒng)需求的概念以及這些需求要使用不同的方法表達的原因；功能需求和非功能需求之間的不同；需求如何組織在軟件需求文檔中。2軟件的描述是復(fù)雜的，但沒有大量的描述積累是不可能形成的，為此，我們必須從基本的描述入手，來嘗試這種復(fù)雜描述的方法，才能找到克服復(fù)雜性的一些思路。如果你打算賦予某件事情注意力，就必須描述它，而且必須直接地描述它，特別是它所在的問題領(lǐng)域。3軟件的問題就在于描述4程序設(shè)計軟件設(shè)計社會學(xué)與人類學(xué)模糊精確局部全局部分精確，部分不精確很不精確很精確基本概念對服務(wù)和約束的發(fā)現(xiàn)、分析、建立文檔、檢驗的過程叫做需求工程.什么是需求工程？什么是軟件需求？開發(fā)軟件所需要的各種條件。需求分析的任務(wù)是什么？需求分析的任務(wù)準(zhǔn)確地定義未來系統(tǒng)的目標(biāo)，確定為了滿足用戶的需求系統(tǒng)必須做什么。并用<需求規(guī)格說明書>規(guī)范的形式準(zhǔn)確地表達用戶的需求。需求的層次和分類是什么？分兩個層次：用戶需求

系統(tǒng)需求分兩類：功能需求非功能需求重要性需求獲取困難一是用戶需求的動態(tài)性(不穩(wěn)定性)二是需求的模糊性(不準(zhǔn)確性)三是需求必須得到用戶的確認(rèn)，否則毫無意義需求分析是發(fā)現(xiàn)、求精、建模、規(guī)格說明和復(fù)審的過程；需求分析是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，關(guān)系到工程的成敗和軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。需求分析的重要性及困難是什么？軟件需求的層次:用戶需求是用自然語言加圖表的形式給出的關(guān)于系統(tǒng)需要提供哪些服務(wù)以及系統(tǒng)操作受到哪些約束的聲明。系統(tǒng)需求詳細(xì)地給出系統(tǒng)將要提供的服務(wù)以及系統(tǒng)所受到的約束。系統(tǒng)需求文檔有時也稱為功能描述，應(yīng)該是精確的。它可能成為系統(tǒng)買方和軟件開發(fā)者之間合同的重要內(nèi)容。不同類型需求的讀者對象不同類型的需求描述的讀者用戶需求和系統(tǒng)需求舉例（1）1.MHC-PMS系統(tǒng)每月都要產(chǎn)生報告來顯示當(dāng)月每個診所所開藥物的成本。用戶需求定義1.1在每個月的最后一個工作日,對新開的藥物、藥物成本以及開藥診所應(yīng)該產(chǎn)生一個匯總報告;I.2系統(tǒng)應(yīng)該在當(dāng)月最后一個工作日的17:3O之后自動生成打印報告;I.3應(yīng)該為每一個診所生成一個報告,并列出各種藥的藥名、處方的總數(shù)、藥物總量,以及所開藥物的成本；I.4如果藥物可以分為不同劑量單位(如10mg,mg),就要為每一劑量單位單獨生成報告;I.5對所有成本報告的訪問權(quán)限應(yīng)只限于管理訪問控制單上的授權(quán)用戶。系統(tǒng)需求描述比較用戶需求和系統(tǒng)需求舉例（2）1.軟件必須提供表達和訪問外部文件的手段，這些外部文件是由其他工具創(chuàng)建的用戶需求定義1．1為用戶提供定義外部文件類型的工具1．2每種外部文件類型具有一個相關(guān)聯(lián)的工具1．3每種外部文件類型在界面上用一種專門的圖標(biāo)來表示1．4提供一種工具，使用圖標(biāo)表示由用戶定義的外部文件類型1．5當(dāng)用戶選擇一個代表外部文件的圖標(biāo)時，選擇的效果是將與該外部文件類型相關(guān)聯(lián)的工具啟動起來系統(tǒng)需求描述比較練習(xí)：請對校園網(wǎng)學(xué)生活動一卡通系統(tǒng)中的“IPQ統(tǒng)計分析”功能進行描述系統(tǒng)需求和用戶需求。

一個軟件系統(tǒng)的需求描述了系統(tǒng)應(yīng)該做什么以及定義系統(tǒng)運行時和實現(xiàn)時的約束。134.1功能需求和非功能需求怎樣開發(fā)軟件？計算機以及運行于其上的軟件是針對問題的解決方案；而問題則處于計算機以外的世界中?！?，軟件工程人員首先要懂得直接關(guān)注于問題，而不是徑直進入對解決方案的設(shè)計。在研究解決方案之前，我們應(yīng)該關(guān)注什么？——解決方案之前的問題，就是軟件的需求問題?！_發(fā)者的失敗發(fā)生在捕獲和理解問題上，而不是設(shè)計和實現(xiàn)解決方案上。14什么是軟件需求？一個軟件系統(tǒng)的需求，描述了系統(tǒng)應(yīng)該做什么以及定義系統(tǒng)運行時和實現(xiàn)時的約束需求。然而，“需求”這個術(shù)語在軟件行業(yè)中使用得可能很不一致?！獜挠脩舻挠^點看，需求是系統(tǒng)應(yīng)該提供的服務(wù)或?qū)ο到y(tǒng)應(yīng)該受到的約束；——從開發(fā)者的觀點看，需求被定義為系統(tǒng)的功能，是采取詳細(xì)的、甚至是用數(shù)學(xué)方法對軟件功能的形式化描述。15還有一些觀點，對于指導(dǎo)需求分析很有意義從過程文檔的觀點看，需求就是定義系統(tǒng)需要做什么而不是怎么做。這個觀點對于“問題”格外關(guān)注，這是有益的。從表達方式看：一個需求是系統(tǒng)必須滿足的單一的、可測量的目標(biāo)，并使用清晰的文字來表達出每個需求。這個觀點強烈希望需求的描述與設(shè)計的思考合為一體，這對于一些關(guān)鍵系統(tǒng)的需求分析有著指導(dǎo)意義。從最終結(jié)果看，需求是系統(tǒng)必須具有的特征，或者是客戶可接受的、系統(tǒng)必須滿足的約束。16我的觀點需求的描述的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和形式，要努力靠近讓軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)的需要；軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要努力滿足需求描述的那些特性和約束。17軟件描述軟件設(shè)計和實現(xiàn)過程推進例如，在設(shè)計階段，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計是首要的任務(wù)，主要解決以下內(nèi)容的決策：整個系統(tǒng)范圍內(nèi)，可以劃分為哪些功能？即我們需要完成哪些系統(tǒng)功能？這些功能可以在哪些子系統(tǒng)內(nèi)集成，從而提供特定的功能集或服務(wù)集？這些子系統(tǒng)又是分布在哪些商業(yè)運作節(jié)點/物理地點？這些子系統(tǒng)提供各自的哪些接口，如何銜接？為此，設(shè)計階段要求其上一級的需求階段提供相應(yīng)的信息。18請看一個采用結(jié)構(gòu)化方法給出的需求分析19干部隊伍分析輔助決策支持系統(tǒng)

功能需求是有關(guān)系統(tǒng)一定要提供的服務(wù)或者是必須執(zhí)行的計算的描述。領(lǐng)域需求是起源于其應(yīng)用領(lǐng)域特性的功能需求。204.1.1功能需求關(guān)于功能需求的定義與解釋何為功能？我們先看看計算機所能做到的操作功能：生成，如：創(chuàng)建、消除、分配、釋放；連接，如：數(shù)據(jù)連接、程序連接、對象連接。；狀態(tài)，如：激活、掛起、等待、消除、終止等。執(zhí)行，如：程序執(zhí)行、解釋執(zhí)行、過程調(diào)用等中斷，如：中斷請求、中斷排隊、中斷分派等這些是需求要描述的功能嗎？——不是。應(yīng)該是來自系統(tǒng)模型描述的那些功能（見第5章系統(tǒng)模型，如上下文模型）21所以，我們就知道了功能需求應(yīng)該描述什么1.功能需求是系統(tǒng)應(yīng)該提供的服務(wù)、如何對輸入做出反應(yīng)以及系統(tǒng)在特定條件下的行為的描述。在某些情況下，功能需求可能還需明確聲明系統(tǒng)不應(yīng)該做什么。既然功能需求是用戶所要使用的那個系統(tǒng)的需求，那么，用戶為什么提出了那些功能需求呢？——為了解決用戶領(lǐng)域中的一些問題。所以：2.領(lǐng)域需求這是來自系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，反映了該領(lǐng)域的特點。它們也可能是功能需求或非功能需求。22解釋：領(lǐng)域問題先看一個詞匯：Stakeholders，意思是“有利害關(guān)系的人”。通常，軟件系統(tǒng)的投入/廢棄，其影響將涉及到各類Stakeholder，或者說，是這些Stakeholder的利益目標(biāo)追求的導(dǎo)致了軟件系統(tǒng)的投入。通過開發(fā)和運行某個軟件系統(tǒng)，來保證Stakeholder的利益目標(biāo)追求，是軟件需求的根本所在。Stakeholders的問題，就是所謂的“領(lǐng)域問題”。關(guān)注領(lǐng)域問題，才能獲得真正的需求——所謂的“用戶需求分析”，其實只是一些業(yè)務(wù)人員從業(yè)務(wù)視角提出的信息收集和整理的需求。23關(guān)于功能需求的示例大學(xué)圖書館系統(tǒng)LIBSYS的幾種功能需求這個系統(tǒng)為學(xué)生和教工從其他圖書館借閱圖書和文獻提供服務(wù)：1.用戶能從總的數(shù)據(jù)庫中查詢或者是選擇其中的一個子集?！樵児δ?.系統(tǒng)能提供適當(dāng)?shù)臑g覽器供用戶閱讀館藏文獻?！獮g覽功能3.每次借閱能對應(yīng)一個獨特的識別符（ORDER_D），可拷貝到用戶賬戶的常備儲存區(qū)內(nèi)?！x者管理功能思考：從上述功能需求可以看到什么領(lǐng)域需求？24領(lǐng)域需求描述的一個例子例如一個圖書館系統(tǒng)的需求：1。需要一個基于Z39.50標(biāo)準(zhǔn)的、面向所有數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)用戶界面。2。因為版權(quán)限制，一些文檔只能根據(jù)用戶需要輸出到本地打印機或網(wǎng)絡(luò)打印機上。關(guān)于版權(quán)法對圖書資料保護的需求，描述了一類文檔打印完立即刪除的功能功能需求

非功能需求約束所開發(fā)的系統(tǒng)和所采用的開發(fā)過程。它們可能是產(chǎn)品需求、機構(gòu)需求或者是外部需求。這些需求與系統(tǒng)的總體特性相關(guān)，且作用于系統(tǒng)整體。264.1.2非功能需求“非功能需求”這個概念的由來功能需求的“功能”，來自“解決問題的設(shè)備”中的“功能”——即該設(shè)備可觀察到的行為。“非功能”指的是與“解決問題的設(shè)備”中的“功能”無關(guān)的需求。這是一種誤解——誤導(dǎo)了人們只關(guān)注“功能”而不關(guān)注所謂的“非功能”——認(rèn)為“非功能”與“功能”無關(guān)，至少非功能需求是被認(rèn)為是次要的?！獙Ψ枪δ苄枨蟮拿枋鲆蟛粐?yán)格，是模糊的和主觀的，對它們也只是給予它模糊和主觀的關(guān)注。272.非功能需求對系統(tǒng)提供的服務(wù)或功能給出的約束。包括時間約束、開發(fā)過程的約束、標(biāo)準(zhǔn)等。非功能需求常用于整個系統(tǒng)。通常不用在單個系統(tǒng)或服務(wù)中。單個的非功能需求,比如一個信息安全性需求,可能會產(chǎn)生數(shù)個相關(guān)的功能性需求,這些功能性需求定義了新系統(tǒng)所要求的服務(wù)。非功能需求可能描述系統(tǒng)的性能、信息安全性、可用性和其他總體特性。這就意味著它們比功能需求對系統(tǒng)更關(guān)鍵。28非功能需求的分類非功能性需求示例（1）

——MHC-PMS中的非功能需求實例

產(chǎn)品需求MHC-PMS系統(tǒng)必須對所有診所在正規(guī)工作時間內(nèi)(周一至周五,08:30-17:30）都是可用的，任何一天的正規(guī)工作時間內(nèi)系統(tǒng)的關(guān)閉時間不應(yīng)超過5秒鐘。機構(gòu)需求MHC-PMS系統(tǒng)的用戶應(yīng)該使用他們的衛(wèi)生局身份證件來驗證自己。外部需求系統(tǒng)必須依照法律Hstan-03-2006–priv貫徹病人隱私條款。非功能性需求示例（2）

——圖書館系統(tǒng)LIBSYS的幾個非功能需求產(chǎn)品方面：4.C.8它應(yīng)該能將所有APSE和用戶之間的必需的通信用標(biāo)準(zhǔn)的Ada字符集表達——這是一個約束：要求該系統(tǒng)必須能夠保持Ada語言程序設(shè)計支持環(huán)境（APSE）下具有符合該環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)字符集。機構(gòu)方面：9.32系統(tǒng)開發(fā)過程和可交付的文檔將遵照XYZCo-SP-STAN-95中的相關(guān)定義——這也是一個約束：指定了系統(tǒng)的項目文檔所應(yīng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)外部需求：7.6.5系統(tǒng)不應(yīng)該對系統(tǒng)的操作人員公開客戶除名字和索引代碼之外的任何個人信息。——這是信息安全要求31非功能需求的檢驗舉例系統(tǒng)應(yīng)該很好用，即使對一個沒有經(jīng)驗的用戶，而且應(yīng)該使得用戶錯誤降到最少系統(tǒng)目標(biāo)對一個沒有經(jīng)驗的用戶來說，經(jīng)過兩個小時的培訓(xùn)就應(yīng)該能使用系統(tǒng)的所有功能。在這樣的培訓(xùn)之后，一個有經(jīng)驗的用戶每天的出錯平均數(shù)不應(yīng)超過兩次可檢驗的非功能需求非功能需求的檢驗非常困難，用定量化的描述來衡量非功能需求是否達到目標(biāo)是一種不錯的辦法。指定非功能需求的度量指定非功能需求的度量目標(biāo)依賴語句的百分?jǐn)?shù)目標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)目失敗后重啟時間事件引起失敗的百分?jǐn)?shù)失敗中數(shù)據(jù)崩潰的概率平均失敗時間；不可用的概率失敗發(fā)生頻率；可用性培訓(xùn)時間幫助幀數(shù)兆字節(jié)數(shù)ROM芯片數(shù)處理的交易/秒；用戶/事件響應(yīng)時間；屏幕刷新時間度量可移植性魯棒性可靠性易用性規(guī)模速度屬性非功能需求和功能需求之間的關(guān)系非功能需求和功能需求之間會產(chǎn)生沖突，比如性能的要求和目標(biāo)之間。3D畫面，容量與功能等等。P56舉例。盡管非功能需求和功能需求在文檔困難，盡量分開敘述，易于采用不同的指標(biāo)分析功能是否達到要求。不能分開的視具體系統(tǒng)情況而定，可以采用折中辦法。

用戶需求是為面向購買和使用系統(tǒng)的用戶而寫的。應(yīng)該使用自然語言、表格或圖表的形式給出，以便用戶容易理解。36用戶需求和系統(tǒng)需求的比較

系統(tǒng)需求想要達到能以準(zhǔn)確的方式表述系統(tǒng)必須提供的功能。為減少二義性，可以采用某種結(jié)構(gòu)化自然語言輔之以表格和系統(tǒng)模型給出。關(guān)于用戶需求的描述

站在用戶的角度來描述系統(tǒng)功能和非功能需求只描述系統(tǒng)的外部行為，要盡量避免對系統(tǒng)設(shè)計特性的描述。使用自然語言、圖表和直觀的圖形描述的內(nèi)容是“中、高層次”的概念及其下的功能為。示例——LIBSYS應(yīng)該提供交易記費系統(tǒng)以維護用戶的所有支付記錄。系統(tǒng)管理員會配置此系統(tǒng)使得長期用戶會得到折扣。37關(guān)于系統(tǒng)需求的描述系統(tǒng)需求是對用戶需求的擴展內(nèi)容，主要描述系統(tǒng)的外部行為和對它的操作上的限制，不包括系統(tǒng)應(yīng)該如何設(shè)計和如何實現(xiàn)。主要的描述內(nèi)容給出系統(tǒng)的初始的體系結(jié)構(gòu)，借助這個框架來構(gòu)造需求描述。然后按照構(gòu)成系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來給出細(xì)節(jié)層次上更完善的定義。系統(tǒng)和其他已存在的系統(tǒng)存在互操作。38說明系統(tǒng)需求是比用戶需求更詳細(xì)的需求描述，是系統(tǒng)實現(xiàn)的基本依據(jù)。因此，是一個完全的和一致的系統(tǒng)描述，是軟件工程人員系統(tǒng)設(shè)計的起點。系統(tǒng)需求描述可能包括許多不同模型，如對象模型和數(shù)據(jù)流模型。用戶需求和系統(tǒng)需求的描述，共同構(gòu)成需求文檔——在需求分析后期，軟件人員要編寫出需求分析報告來提交給用戶看。在需求文檔中先概要地描述用戶需求；再使用模板描述系統(tǒng)需求；添加額外信息到自然語言的需求描述中——采用表格形式或圖形模型形式給出描述40

軟件需求文檔是經(jīng)過認(rèn)可的系統(tǒng)需求描述。它應(yīng)該被很好地組織，以便既可以供系統(tǒng)客戶使用又可以供軟件開發(fā)者使用。414.2軟件需求文檔

要制訂專門的需求描述標(biāo)準(zhǔn)，與需求文檔相關(guān)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)是一個合適的起點。軟件需求文檔（softwarerequirementspecification,SRS）是給系統(tǒng)開發(fā)者看的、對應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)的內(nèi)容的正式陳述。——注意，這可不是需求分析報告。軟件需求文檔是軟件項目組的第一個軟件文檔，需要有一個統(tǒng)一的，符合開發(fā)組織特點的文檔模板（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）教材中給出了基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)的需求文檔模板，表4-7給出了這個需求文檔的結(jié)構(gòu)說明42軟件需求文檔4.3需求描述系統(tǒng)需求是比用戶需求更詳細(xì)的需求描述，是系統(tǒng)實現(xiàn)的基本依據(jù)。因此，是一個完全的和一致的系統(tǒng)描述，是軟件工程人員系統(tǒng)設(shè)計的起點。需求描述就是在需求文檔中寫下用戶需求和系統(tǒng)需求。系統(tǒng)需求描述可能包括許多不同模型，如對象模型和數(shù)據(jù)流模型。原則上講，系統(tǒng)需求應(yīng)該陳述系統(tǒng)應(yīng)該做什么而不包括系統(tǒng)應(yīng)該如何實現(xiàn)。然而，在細(xì)節(jié)層次上會提到設(shè)計信息.書寫用戶需求應(yīng)該遵守的原則設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)的格式，保證所有的需求定義都按照該格式書寫。這種格式包括對初始需求描述的擴展、用戶需求的基本原理以及詳細(xì)的系統(tǒng)需求描述的索引。使用一致的語言。尤其要區(qū)別強制性和希望性的需求。定義強制性需求時要使用“必須”，定義希望性需求時使用“應(yīng)該”。對文本加亮（使用黑體或斜體）來突出顯示關(guān)鍵性的需求。盡量避免用計算機專業(yè)術(shù)語。但不可避免地會用到應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語。自然語言的問題(NL)不夠清楚使用語言時有時候很難精確、清楚的描述需求混淆功能與非功能需求可能會產(chǎn)生混淆需求混合將好幾種不同需求一同表示Dogsmustbecarried.Shoesmustbeworn.（〔乘車時〕鞋子必須穿上）（〔乘車時〕必須穿著鞋子）（〔乘車時〕必須把鞋子穿在腳上）（〔乘車時〕狗必須抱著）（〔乘車時〕必須抱著狗）（〔乘車時〕必須把狗抱在身上）NL的表現(xiàn)到１９９９年底，它還欠款１０００元。自行車還沒有修好，修車的急壞了。北京圖書館收藏著章太炎的書。

這輛車沒有鎖。

巴勒斯坦游擊隊對以色列的進攻是早有準(zhǔn)備的?！璑L規(guī)格的替代表示法結(jié)構(gòu)化語言結(jié)構(gòu)化語言描述判定表判定樹窗體式規(guī)格（1）結(jié)構(gòu)化語言描述結(jié)構(gòu)化語言使用的詞匯進行了限制，并且可以使用固定的模板來定義系統(tǒng)的需求。例如：結(jié)構(gòu)化英語結(jié)構(gòu)化英語的詞匯表由英語命令動詞數(shù)據(jù)詞典中定義的名字有限的自定義詞邏輯關(guān)系詞IF_THEN_ELSE、

CASE_OF、WHILE_DO、

REPEAT_UNTIL等組成。結(jié)構(gòu)化英語的特點是一種介于自然語言和形式化語言之間的語言語言的正文用基本控制結(jié)構(gòu)進行分割，加工中的操作用自然語言短語來表示其基本控制結(jié)構(gòu)有三種：簡單陳述句結(jié)構(gòu)：避免復(fù)合語句；重復(fù)結(jié)構(gòu)：while_do

或

repeat_until結(jié)構(gòu)。判定結(jié)構(gòu)：if_then_else

或

case_of結(jié)構(gòu)；商店業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)中“檢查發(fā)貨單”if發(fā)貨單金額超過$500thenif欠款超過了60天then

在償還欠款前不予批準(zhǔn)

else（欠款未超期）發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單

else（發(fā)貨單金額未超過$500）

if欠款超過60天then

發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單及賒欠報告

else（欠款未超期）發(fā)批準(zhǔn)書，發(fā)貨單

（2）判定表如果數(shù)據(jù)流圖的加工需要依賴于多個邏輯條件的取值，使用判定表來描述比較合適以“檢查發(fā)貨單”為例（3）判定樹判定樹也是用來表達加工邏輯的一種工具。有時侯它比判定表更直觀。檢查發(fā)貨單金額>$500金額$500欠款>60天不發(fā)出批準(zhǔn)書欠款60天發(fā)貨單發(fā)出批準(zhǔn)書、欠款>60天發(fā)出批準(zhǔn)書、發(fā)貨單及賒欠報告欠款60天發(fā)出批準(zhǔn)書、發(fā)貨單窗體式規(guī)格定義功能或?qū)嶓w描述輸入數(shù)據(jù)以及它們的來源描述輸出數(shù)據(jù)以及它們的去處指示其它所需的實體前條件與后條件副作用窗體式規(guī)格需求描述舉例（4）PDL(ProgramDescriptionLanguage)語言描述PDL語言即為程序描述語言，描述內(nèi)容接近極易于翻譯為程序代碼。表達系統(tǒng)功能的能力不夠充分；使用的符號專業(yè)；需求被看成了一個設(shè)計的過程，而不是幫助；用戶了解系統(tǒng)的一個模型。所描述的操作功能單一，且動作執(zhí)行順序非常關(guān)鍵，而不易