第1章 軟件工程學(xué)概述1

第1章軟件工程學(xué)概述1.1軟件危機(jī)1.2軟件工程1.3軟件生命周期1.4軟件過程

什么是軟件軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。程序是能夠完成預(yù)定功能和性能的可執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)是使程序能夠適當(dāng)?shù)靥幚硇畔⒌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文檔是開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的圖文資料1.1.1軟件危機(jī)的介紹◆定義：軟件危機(jī)是指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題?！糗浖C(jī)包含下述兩方面的問題：

1)如何開發(fā)軟件，以滿足對軟件日益增長的需求；

2)如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的現(xiàn)有軟件?！糗浖C(jī)的特征：

1)長期性

2)癥狀不明顯1.1軟件危機(jī)◆軟件危機(jī)主要有以下一些典型表現(xiàn)：1)對軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常很不準(zhǔn)確；2)用戶不滿意“已完成的”軟件系統(tǒng)；3)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不??；4)軟件常常是不可維護(hù)的；5)軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料；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；7)軟件開發(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。

1.1.2產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因1.與軟件本身的特點(diǎn)有關(guān)

1）軟件是邏輯部件，不是物理部件；

2）軟件在運(yùn)行過程中不會因?yàn)闀r(shí)間過長而被“用壞”

3）規(guī)模龐大，而且程序復(fù)雜性將隨著程序規(guī)模的增加而成指數(shù)上升。2.與軟件開發(fā)與維護(hù)的方法不正確有關(guān)

1）歸因于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期開發(fā)的“個(gè)體化”特點(diǎn)，重編程、輕維護(hù)、忽視需求分析。

2）軟件生命周期：一個(gè)軟件從定義、開發(fā)、使用和維護(hù)，直到最終廢棄，要經(jīng)歷一個(gè)漫長的時(shí)期，通常把這個(gè)漫長的時(shí)期稱為生命周期。

1.1.3消除軟件危機(jī)的途徑1.正確的認(rèn)識對計(jì)算機(jī)軟件，2.軟件開發(fā)不是個(gè)體勞動，而是一種組織良好、管理嚴(yán)密、各類人員協(xié)同配合、共同完成的工程項(xiàng)目。3.應(yīng)該推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來的開發(fā)軟件的成功的技術(shù)和方法，并且研究探索更好更有效的技術(shù)和方法，4.開發(fā)和使用更好的軟件工具?？傊簽榱私鉀Q軟件危機(jī)，既要有技術(shù)措施，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)兩方面研究如何更好地開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)軟件的一門新興學(xué)科。1.定義：

1）概括定義2）早期定義3）更全面更具體的定義1.2軟件工程

1.2.1軟件工程的介紹2.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,2)軟件工程的中心課題是控制復(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)軟件必須有效地支持它的用戶,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創(chuàng)造產(chǎn)品。1.用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理，2.堅(jiān)持進(jìn)行階段評審，3.實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制，4.采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)，5.根據(jù)軟件開發(fā)項(xiàng)目的總目標(biāo)及完成期限，規(guī)定開發(fā)組織的責(zé)任和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，從而使所得到的結(jié)果能夠清楚地審查，6.開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精，7.承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性。1.2.2軟件工程的基本原理1.什么是方法學(xué)？通常把在軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)方法的集合稱為方法學(xué)，也稱為范型。2.軟件工程方法學(xué)中的3個(gè)要素：

◆方法：是完成軟件開發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)的技術(shù)方法，

◆工具：是為運(yùn)用方法而提供的自動的或半自動的軟件工程支撐環(huán)境，

◆過程：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)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。1.2.3軟件工程方法學(xué)目前使用最廣泛的軟件工程方法學(xué)是：1.傳統(tǒng)方法學(xué)1）也稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型，2）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))來完成軟件開發(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)境來支持結(jié)構(gòu)化技術(shù)的運(yùn)用。3）傳統(tǒng)方法學(xué)的工作思路：把軟件生命周期的全過程依次劃分為若干個(gè)階段，然后順序地完成每個(gè)階段的任務(wù)。2.面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)1）來源：當(dāng)軟件規(guī)模龐大或者對軟件的需求是模糊的或會隨時(shí)間變化而變化的時(shí)候，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開發(fā)軟件往往不成功，而且傳統(tǒng)方法學(xué)把數(shù)據(jù)和操作人為地分離成兩個(gè)獨(dú)立的部分，自然會增加軟件開發(fā)與維護(hù)的難度。面向?qū)ο蠓椒ò褦?shù)據(jù)和行為看成是同等重要的，它是一種以數(shù)據(jù)位主線，把數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。

2）面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)具有的4個(gè)要點(diǎn)：把對象作為融合了數(shù)據(jù)及在數(shù)據(jù)上的操作行為的統(tǒng)一的軟件構(gòu)件。把所有對象都劃分為類按照父類與子類的關(guān)系，把若干個(gè)相關(guān)類組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。對象彼此間僅能通過發(fā)送消息互相聯(lián)系。3）出發(fā)點(diǎn)和基本原則：◆盡量模擬人類習(xí)慣的思維方式，使開發(fā)軟件的方法與過程盡可能接近人類認(rèn)識世界、解決問題的方法與過程，從而使描述問題的問題空間與實(shí)現(xiàn)解法的解空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。6.兩種方法的比較：◆降低了軟件產(chǎn)品的復(fù)雜性，提高了軟件的可理解性，簡化了軟件的開發(fā)和維護(hù)工作；◆促進(jìn)了軟件的可重用性?！糗浖芷冢骸?/p>

概括地說，軟件生命周期由軟件定義、軟件開發(fā)和運(yùn)行維護(hù)(也稱為軟件維護(hù))3個(gè)時(shí)期組成；◆每個(gè)時(shí)期又進(jìn)一步劃分成若干個(gè)階段：

軟件定義=問題定義+可行性研究+需求分析：

軟件開發(fā)=總體設(shè)計(jì)+詳細(xì)設(shè)計(jì)+編碼和單元測試+綜合測試；

運(yùn)行維護(hù)1.3軟件生命周期1.問題定義要解決的問題是什么2.可行性研究對于確定的問題有解決辦法嗎3.需求分析為了解決問題，目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)該做什么4.總體設(shè)計(jì)應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)5.詳細(xì)設(shè)計(jì)怎樣具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)6.編碼和單元測試寫出程序模塊7.綜合測試通過各種類型的測試使軟件達(dá)到預(yù)定的要求8.軟件維護(hù)使系統(tǒng)持久地滿足用戶的需要改正性維護(hù)，適應(yīng)性維護(hù)，完善性維護(hù)，預(yù)防性維護(hù)。1、什么是軟件過程？ 軟件過程是為了獲得高質(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?！鬒SO9000把過程定義為：使用資源將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的活動所構(gòu)成的系統(tǒng)。◆過程定義了：運(yùn)用方法的順序、應(yīng)該交付的文檔資料、管理措施，以及標(biāo)志軟件開發(fā)各個(gè)階段任務(wù)完成的里程碑。

1.4軟件過程◆通常使用生命周期模型簡潔地描述軟件過程。生命周期模型規(guī)定了把生命周期劃分成哪些階段及各個(gè)階段的執(zhí)行順序，因此，也稱為過程模型。◆瀑布模型◆快速原型模型◆增量模型◆螺旋模型◆噴泉模型

1、歷史

1970年由溫斯頓·羅伊斯提出。 在20世紀(jì)80年代之前，瀑布模型一直是惟一被廣泛采用的生命周期模型，現(xiàn)在它仍然是軟件工程中應(yīng)用得最廣泛的過程模型。 傳統(tǒng)軟件工程方法學(xué)的軟件過程，基本上可以用瀑布模型來描述。1.4.1瀑布模型2、特點(diǎn)階段間具有順序性和依賴性

推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)

質(zhì)量保證的觀點(diǎn)圖1.2傳統(tǒng)的瀑布模型3實(shí)際的瀑布模型實(shí)際的瀑布模型是帶“反饋環(huán)”的，實(shí)線箭頭表示開發(fā)過程，虛線箭頭表示維護(hù)過程，當(dāng)后面階段發(fā)現(xiàn)前面階段的錯(cuò)誤時(shí)，需要沿圖中左側(cè)的反饋線返回前面的階段，修正前面階段的產(chǎn)品之后再回來繼續(xù)完成后面階段的任務(wù)。4、優(yōu)點(diǎn)

◆可強(qiáng)迫開發(fā)人員采用規(guī)范的方法開發(fā)結(jié)構(gòu)化技術(shù);

◆嚴(yán)格地規(guī)定了每個(gè)階段必須提交的文檔；

◆每個(gè)階段交出的所有產(chǎn)品都必須經(jīng)過質(zhì)量保證小組的仔細(xì)驗(yàn)證。5、缺點(diǎn)

◆“瀑布模型是由文檔驅(qū)動的”這個(gè)事實(shí)也是它的一個(gè)主要缺點(diǎn)?！粲捎谄俨寄Ｐ蛶缀跬耆蕾囉跁娴囊?guī)格說明，很可能導(dǎo)致最終開發(fā)出的軟件產(chǎn)品不能真正滿足用戶的需要。1、什么是快速原型模型 所謂快速原型是快速建立起來的可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序，它所能完成的功能往往是最終產(chǎn)品能完成的功能的一個(gè)子集?？焖僭湍Ｐ偷牡谝徊绞强焖俳⒁粋€(gè)能反映用戶主要需求的原型系統(tǒng)，讓用戶在計(jì)算機(jī)上試用它，通過實(shí)踐來了解目標(biāo)系統(tǒng)的概貌。1.4.2快速原型模型圖1.4快速原型模型2、優(yōu)點(diǎn)1)不帶反饋環(huán)；2)基本上按線性順序開發(fā)3、總結(jié)1）開發(fā)人員應(yīng)該盡可能快地建造出原型系統(tǒng)，以加速軟件開發(fā)過程，節(jié)約軟件開發(fā)成本。

2）原型的用途是獲知用戶的真正需求，一旦需求確定了，原型將被拋棄。

3）因此，原型系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不重要，重要的是，必須迅速地構(gòu)建原型然后根據(jù)用戶意見迅速地修改原型。1、簡介增量模型也稱為漸增模型，如下圖所示。1.4.3增量模型1）使用增量模型開發(fā)軟件時(shí)，把軟件產(chǎn)品作為一系列的增量構(gòu)件來設(shè)計(jì)、編碼、集成和測試。2）使用增量模型時(shí)，第一個(gè)增量構(gòu)件往往實(shí)現(xiàn)軟件的基本需求，提供最核心的功能。第二個(gè)；第三個(gè)等等增量構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充、完善。3）把軟件產(chǎn)品分解成增量構(gòu)件時(shí)，應(yīng)該使構(gòu)件規(guī)模適中，規(guī)模過大或過小都不好。最佳分解方法因軟件產(chǎn)品特點(diǎn)和開發(fā)人員的習(xí)慣而異。4）分解時(shí)惟一必須遵守的約束條件是，當(dāng)把新構(gòu)件集成到現(xiàn)有軟件中時(shí)，所形成的產(chǎn)品必須是可測試的。2、比較 1）采用瀑布模型或快速原型模型開發(fā)軟件，都是一次就把一個(gè)滿足所有需求的產(chǎn)品交給用戶；

2）增量模型則是逐步地、分批地、向用戶提交產(chǎn)品。3、優(yōu)點(diǎn)

1）能在較短時(shí)間內(nèi)向用戶提交可完成部分工作的產(chǎn)品，是增量模型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；

2）逐步增加產(chǎn)品功能可以使用戶有較充裕的時(shí)間學(xué)習(xí)和適應(yīng)新產(chǎn)品，從而減少一個(gè)全新的軟件可能給客戶組織帶來的沖擊。4、困難

1)軟件體系結(jié)構(gòu)必須是開放式的；

2)在把每個(gè)新的增量構(gòu)件集成到現(xiàn)有軟件體系結(jié)構(gòu)中時(shí)，必須不破壞原來已經(jīng)開發(fā)出的產(chǎn)品。5、注意 增量模型本身是自相矛盾的。1）它一方面要求開發(fā)人員把軟件看作一個(gè)整體，另一方面又要求開發(fā)人員把軟件看作構(gòu)件序列，每個(gè)構(gòu)件本質(zhì)上都獨(dú)立于另一個(gè)構(gòu)件。2）除非開發(fā)人員有足夠的技術(shù)能力協(xié)調(diào)好這一明顯的矛盾，否則用增量模型開發(fā)出的產(chǎn)品可能并不令人滿意。6、一種風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型一旦確定了用戶需求之后，就著手?jǐn)M定第一個(gè)構(gòu)件的規(guī)格說明文檔，完成后規(guī)格說明組將轉(zhuǎn)向第二個(gè)構(gòu)件的規(guī)格說明，與此同時(shí)設(shè)計(jì)組開始設(shè)計(jì)第一個(gè)構(gòu)件…用這種方式開發(fā)軟件，不同的構(gòu)件將并行地構(gòu)件，因此有可能加快工程進(jìn)度。但是，使用這種方法將冒構(gòu)件無法集成到一起的風(fēng)險(xiǎn)，除非密切地監(jiān)控整個(gè)開發(fā)過程，否則整個(gè)工程可能毀于一旦。1、風(fēng)險(xiǎn)分析：

軟件風(fēng)險(xiǎn)是任何軟件開發(fā)項(xiàng)目中都普遍存在的實(shí)際問題，項(xiàng)目越大，軟件越復(fù)雜，承擔(dān)該項(xiàng)目所冒的風(fēng)險(xiǎn)也越大。因此，在軟件開發(fā)過程中必須及時(shí)識別和分析風(fēng)險(xiǎn)，并且采取適當(dāng)措施以消除或減少風(fēng)險(xiǎn)的危害。2、螺旋模型的基本思想 使用原型+風(fēng)險(xiǎn)分析的方法來盡量降低風(fēng)險(xiǎn)。 就是把它看作：在快速原型模型的每個(gè)階段之前都增加了風(fēng)險(xiǎn)分析過程的快速原型模型， 如下圖示：1.4.4螺旋模型圖1.7簡化的螺旋模型圖1.8完整的螺旋模型

螺旋模型分析螺旋模型有許多優(yōu)點(diǎn)：對可選方案和約束條件的強(qiáng)調(diào)有利于已有軟件的重用，也有助于把軟件質(zhì)量作為軟件開發(fā)的一個(gè)重要目標(biāo)，減少了過多測試或測試不足所帶來的風(fēng)險(xiǎn)；更重要的是，在螺旋模型中維護(hù)只是模型的另一個(gè)周期，在維護(hù)和開發(fā)之間并沒有本質(zhì)區(qū)別。螺旋模型是風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動的，除非軟件開發(fā)人員具有豐富的風(fēng)險(xiǎn)評估經(jīng)驗(yàn)和這方面的專門知識，否則將出現(xiàn)真正的風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)項(xiàng)目實(shí)際上正在走向?yàn)?zāi)難時(shí)，開發(fā)人員可能還認(rèn)為一切正常。

1.4.5噴泉模型

“噴泉”體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程迭代和無縫的特性。

圖中代表不同階段的圓圈相互重疊，表明兩個(gè)活動之間存在交迭，保證了在各項(xiàng)開發(fā)活動之間的無縫過渡。

圖中在一個(gè)階段內(nèi)的向下箭頭代表該階段內(nèi)的迭代。圖中較小的圓圈代表維護(hù)，圓圈較小象征著采用了面向?qū)ο蠓缎椭缶S護(hù)時(shí)間縮短了。1.4.6Rational統(tǒng)一過程Rational統(tǒng)一過程（RUP）是由Rational軟件公司推出的一種完整而且完美的軟件過程。

RUP總結(jié)了經(jīng)過多年商業(yè)化驗(yàn)證的6條最有效的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)被稱為“最佳實(shí)踐”。

1.迭代式開發(fā)

2.管理需求3.使用基于構(gòu)件的體系結(jié)構(gòu)4.可視化建模5.驗(yàn)證軟件質(zhì)量6.控制軟件變更

RUP軟件開發(fā)生命周期RUP軟件開發(fā)生命周期是一個(gè)二維的生命周期模型，如圖1.10所示，途中縱軸代表核心工作流，橫軸代表時(shí)間。工作階段4個(gè)工作階段的工作目標(biāo)初始階段精化階段構(gòu)建階段移交階段RUP迭代式開發(fā)RUP強(qiáng)調(diào)采用迭代和漸增的方式來開發(fā)軟件，整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)過程由多個(gè)迭代過程組成。在每次迭代中只考慮系統(tǒng)的一部分需求，針對這部分需求進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測試和部署等工作，每次迭代都是在系統(tǒng)已完成部分的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，每次給系統(tǒng)增加一些新的功能，如此循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行下去，直至完成最終項(xiàng)目。目前全球已有上千家軟件公司在使用RUP。這些公司分布在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)著或大或小的項(xiàng)目，這表明了RUP的多功能性和廣泛適用性。1.4.7