軟件工程基本觀念

1、軟件工程基本觀念本章講述軟件工程的基本觀念，是關(guān)于軟件工程宏觀上的探討。如果你是軟件公司 的老板，用不著在第一線工作，那么看這一章就夠了。但你一定要讓員工們相信不停地 工作是人生最大的快樂，并且讓他們把本書看完。1.1 節(jié)講述軟件工程的目標(biāo)和常用的軟件工程模型。1.2 節(jié)講述軟件開發(fā)的基本策略：“復(fù)用”、“分而治之” 、“優(yōu)化折衷” ，有助于指導(dǎo)實(shí)踐者選擇方法和產(chǎn)生新方法。 1.3 節(jié)例舉一些不正確的觀念， 取材于早期軟件人員比較幼稚的想法， 初學(xué)者可以引以為戒。 1.4 節(jié)探討一些有爭議的觀念?？赐瓯菊?，要樹立這樣的信念：軟件開發(fā)過程中的坎坎坷坷，仿佛只是人臉的凹凸 不平，用熱水毛巾一把就可

2、抹平。讓我們高舉程序主義、軟件工程思想的偉大旗幟，緊 密團(tuán)結(jié)在以 Microsoft為核心的軟件公司周圍，沿著比爾蓋茨的生財(cái)之道，不分白天黑夜地編程，把建設(shè)有中國特色的軟件產(chǎn)業(yè)的偉大事業(yè)全面推向21 世紀(jì)。1 軟件工程的目標(biāo)與常用模型軟件工程的目標(biāo)是提高軟件的質(zhì)量與生產(chǎn)率，最終實(shí)現(xiàn)軟件的工業(yè)化生產(chǎn)。質(zhì)量是 軟件需求方最關(guān)心的問題，用戶即使不圖物美價(jià)廉，也要求個(gè)貨真價(jià)實(shí)。生產(chǎn)率是軟件 供應(yīng)方最關(guān)心的問題，老板和員工都想用更少的時(shí)間掙更多的錢。質(zhì)量與生產(chǎn)率之間有 著內(nèi)在的聯(lián)系，高生產(chǎn)率必須以質(zhì)量合格為前提。如果質(zhì)量不合格，對供需雙方都是壞 事情。從短期效益看，追求高質(zhì)量會(huì)延長軟件開發(fā)時(shí)間并且增大費(fèi)

3、用，似乎降低了生產(chǎn) 率。從長期效益看，高質(zhì)量將保證軟件開發(fā)的全過程更加規(guī)范流暢，大大降低了軟件的 維護(hù)代價(jià)，實(shí)質(zhì)上是提高了生產(chǎn)率，同時(shí)可獲得很好的信譽(yù)。質(zhì)量與生產(chǎn)率之間不存在 根本的對立，好的軟件工程方法可以同時(shí)提高質(zhì)量與生產(chǎn)率。軟件供需雙方的代表能在餐桌上談笑風(fēng)生，歸功于第一線開發(fā)人員的辛勤工作。質(zhì) 量與生產(chǎn)率的提高就指望程序員與程序經(jīng)理。對開發(fā)人員而言，如果非得在質(zhì)量與生產(chǎn) 率之間分個(gè)主次不可，那么應(yīng)該是質(zhì)量第一，生產(chǎn)率第二。這是因?yàn)椋海?1）質(zhì)量直接體現(xiàn)在軟件的每段程序中， 高質(zhì)量自然是開發(fā)人員的技術(shù)追求， 也是職業(yè)道德的要求。 （ 2） 高質(zhì)量對所有的用戶都有價(jià)值，而高生產(chǎn)率只對開發(fā)方

4、有意義。（3）如果一開始就追求高生產(chǎn)率，容易使人急功近利，留下隱患。寧可進(jìn)度慢些，也要保證每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量， 以圖長遠(yuǎn)利益。軟件的質(zhì)量因素很多，如正確性，性能、可靠性、容錯(cuò)性、易用性、靈活性、可擴(kuò) 充性、可理解性、可維護(hù)性等等。有些因素相互重疊，有些則相抵觸，真要提高質(zhì)量可 不容易?。≤浖こ痰闹饕h(huán)節(jié)有：人員管理、項(xiàng)目管理、可行性與需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程 序設(shè)計(jì)、測試、維護(hù)等，如圖 1.1 所示。圖1.1軟件工程的主要環(huán)節(jié)軟件工程模型建議用一定的流程將各個(gè)環(huán)節(jié)連接起來，并可用規(guī)范的方式操作全過程，如同工廠的生產(chǎn)線。常見的軟件工程模型有：線性模型（圖1.2），漸增式模型（圖1.3），螺旋模型，快

5、速原型模型，形式化描述模型等等Pressmam 1999, Sommerville 1992時(shí)間圖1.3軟件工程的漸增式模型可行性與系統(tǒng)程序測維需求分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)試護(hù)圖1.2軟件工程的線性模型最早出現(xiàn)的軟件工程模型是線性模型（又稱瀑布模型）。線性模型太理想化，太單純,已不再適合現(xiàn)代的軟件開發(fā)模式，幾乎被業(yè)界拋棄。偶而被人提起，都屬于被貶對象， 未被留一絲惋惜。 但我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，“線性”是人們最容易掌握并能熟練應(yīng)用的思想方 法。當(dāng)人們碰到一個(gè)復(fù)雜的“非線性”問題時(shí)，總是千方百計(jì)地將其分解或轉(zhuǎn)化為一系 列簡單的線性問題，然后逐個(gè)解決。一個(gè)軟件系統(tǒng)的整體可能是復(fù)雜的，而單個(gè)子程序 總是簡單的，可以用

6、線性的方式來實(shí)現(xiàn)，否則干活就太累了。線性是一種簡潔，簡潔就是美。當(dāng)我們領(lǐng)會(huì)了線性的精神，就不要再呆板地套用線性模型的外表，而應(yīng)該用活它。例如漸增式模型實(shí)質(zhì)就是分段的線性模型，如圖1.3所示。螺旋模型則是接連的彎曲了的線性模型。在其它模型中都能夠找到線性模型的影子。套用固定的模型不是程序員的聰明之舉。比如“程序設(shè)計(jì)”與“測試”之間的關(guān)系，習(xí)慣上總以為程序設(shè)計(jì)在先，測試在后，如圖1.4（ a）所示。而對于一些復(fù)雜的程序，將測試分為同步測試與總測試更有效，如圖1.4（ b）所示。程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 測試|一總測試 同步測試（a）圖1.4 （ a）程序設(shè)計(jì)在先測試在后（b）（b）測試分為同步測試與總測試

7、3#不論是什么軟件工程模型，總是少不了圖1.1中的各個(gè)環(huán)節(jié)。本書擗開具體的軟件工程模型，順序講述人員管理、項(xiàng)目管理、可行性與需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、 測試，以及維護(hù)與再生工程。其中程序設(shè)計(jì)部分以C+/C語言為例。2軟件開發(fā)的基本策略人們都有自己的世界觀和方法論，能自然而然地運(yùn)用于生活和工作中。同樣，程序 員腦子里的軟件工程觀念會(huì)無形地支配其怎么去做事情。軟件工程三十年的發(fā)展，已經(jīng) 積累了相當(dāng)多的方法，但這些方法不是嚴(yán)密的理論。實(shí)踐人員不應(yīng)該教條地套用方法， 更重要的是學(xué)會(huì)“選擇合適的方法”和“產(chǎn)生新方法”。有謀略才會(huì)有好的戰(zhàn)術(shù)。幾千年前，我們的祖先就在打鬧之際寫下了很多心得體會(huì)，被現(xiàn)代人

8、很好地運(yùn)用于工業(yè)和商業(yè)。本節(jié)講述軟件開發(fā)中的三種基本策略：“復(fù)用”、“分而治之”、“優(yōu)化一一折衷”。2.1復(fù)用復(fù)用就是指“利用現(xiàn)成的東西”，文人稱之為“拿來主義”。被復(fù)用的對象可以是有形的物體，也可以是無形的成果。復(fù)用不是人類懶惰的表現(xiàn)而是智慧的表現(xiàn)。因?yàn)槿祟?總是在繼承了前人的成果，不斷加以利用、改進(jìn)或創(chuàng)新后才會(huì)進(jìn)步。所以當(dāng)我們歡度國 慶時(shí)，要搞清楚祖國遠(yuǎn)不止50歲，我們今天享用到的財(cái)富還有上下五千年人民的貢獻(xiàn)。進(jìn)步只是應(yīng)該的，不進(jìn)步則就可恥了。復(fù)用的內(nèi)涵包括了提高質(zhì)量與生產(chǎn)率兩者。由經(jīng)驗(yàn)可知，在一個(gè)新系統(tǒng)中，大部分 的內(nèi)容是成熟的，只有小部分內(nèi)容是創(chuàng)新的。一般地可以相信成熟的東西總是比較可

9、靠 的（即具有高質(zhì)量），而大量成熟的工作可以通過復(fù)用來快速實(shí)現(xiàn)（即具有高生產(chǎn)率） 勤勞并且聰明的人們應(yīng)該把大部分的時(shí)間用在小比例的創(chuàng)新工作上，而把小部分的時(shí)間 用在大比例的成熟工作中，這樣才能把工作做得又快又好。1000億多行程序,把復(fù)用的思想用于軟件開發(fā)，稱為軟件復(fù)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世上已有無數(shù)功能被重寫了成千上萬次，真是浪費(fèi)哪。面向?qū)ο?Object Oriented )學(xué)者的口頭禪就是“請不要再發(fā)明相同的車輪子了”。將具有一定集成度并可以重復(fù)使用的軟件組成單元稱為軟構(gòu)件(Software Component)。軟件復(fù)用可以表述為：構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)可以不必每次從零做起，直接使 用已有的軟構(gòu)件，即

10、可組裝(或加以合理修改)成新的系統(tǒng)。復(fù)用方法合理化并簡化了 軟件開發(fā)過程，減少了總的開發(fā)工作量與維護(hù)代價(jià)，既降低了軟件的成本又提高了生產(chǎn) 率。另一方面，由于軟構(gòu)件是經(jīng)過反復(fù)使用驗(yàn)證的，自身具有較高的質(zhì)量。因此由軟構(gòu) 件組成的新系統(tǒng)也具有較高的質(zhì)量。利用軟構(gòu)件生產(chǎn)應(yīng)用軟件的過程如圖1.5所示。軟件復(fù)用不僅要使自己拿來方便，還要讓別人拿去方便，是“拿來拿去主義”。面向?qū)ο蠓椒?，Microsoft公司的COM規(guī)范Rogerson 1999，都能很好地用于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的軟 件復(fù)用。應(yīng)用定義軟件所需系統(tǒng)構(gòu)件分解集合查詢軟構(gòu)件庫構(gòu)件不存在用構(gòu)提取構(gòu)件1件建M造新創(chuàng)建新構(gòu)件J軟件存在圖1.5利用軟構(gòu)件生產(chǎn)應(yīng)用

11、軟件的過程5#2.2分而治之分而治之是指把一個(gè)復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)簡單的問題，然后逐個(gè)解決。這種樸 素的思想來源于人們生活與工作的經(jīng)驗(yàn)，完全適合于技術(shù)領(lǐng)域。軟件人員在執(zhí)行分而治 之的時(shí)候，應(yīng)該著重考慮：復(fù)雜問題分解后，每個(gè)問題能否用程序?qū)崿F(xiàn)？所有程序最終 能否集成為一個(gè)軟件系統(tǒng)并有效解決原始的復(fù)雜問題？#圖1.6表示了軟件領(lǐng)域的分而治之策略。諸如軟件的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)都是分而治之的具體表現(xiàn)。軟件的分而治之不可以“硬分硬治”。不像為了吃一個(gè)西瓜或是#一只雞，揮刀斬成 n 塊，再把每塊塞進(jìn)嘴里粉碎攪拌，然后交由胃腸來消化吸收，象征 復(fù)雜問題的西瓜或是雞也就此消失了。2.3 優(yōu)化折衷 軟件

12、的優(yōu)化是指優(yōu)化軟件的各個(gè)質(zhì)量因素，如提高運(yùn)行速度，提高對內(nèi)存資源的利 用率，使用戶界面更加友好，使三維圖形的真實(shí)感更強(qiáng)等等。想做好優(yōu)化工作，首先要 讓開發(fā)人員都有正確的認(rèn)識(shí)：優(yōu)化工作不是可有可無的事情，而是必須要做的事情。當(dāng) 優(yōu)化工作成為一種責(zé)任時(shí)，程序員才會(huì)不斷改進(jìn)軟件中的算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序組織， 從而提高軟件質(zhì)量。著名的3D游戲軟件 Quake，能夠在 PC機(jī)上實(shí)時(shí)地繪制高度真實(shí)感的復(fù)雜場景。Quake 的開發(fā)者能把很多成熟的圖形技術(shù)發(fā)揮到極致，例如把Bresenham 畫線、多邊形裁剪、樹遍歷等算法的速度提高近一個(gè)數(shù)量級。我第一次看到Quake 時(shí)不僅感到震動(dòng)，而且深受打擊。這個(gè) PC

13、 游戲軟件的技術(shù)水平已經(jīng)遠(yuǎn)勝于我所見識(shí)到的國內(nèi)領(lǐng)先的圖形 學(xué)相關(guān)科研成果。這對我們?nèi)找媸⑿械狞c(diǎn)到完止的研發(fā)工作真是莫大的諷刺。所以當(dāng)我 們開發(fā)的軟件表現(xiàn)出很多不可救藥的病癥時(shí)，不要怨機(jī)器差。真的是我們自己沒有把工 作做好，寫不好字卻嫌筆鈍。就假設(shè)我們經(jīng)過思想教育后，精神抖擻，隨時(shí)準(zhǔn)備為優(yōu)化工作干上六天七夜。但愿 意做并不意味著就能把事情做好。 優(yōu)化工作的復(fù)雜之處是很多目標(biāo)存在千絲萬縷的關(guān)系， 可謂數(shù)不清理還亂。當(dāng)不能夠使所有的目標(biāo)都得到優(yōu)化時(shí)，就需要“折衷”策略。軟件中的折衷策略是指通過協(xié)調(diào)各個(gè)質(zhì)量因素，實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量的最優(yōu)。就象黨支部 副書記扮演和事佬的角色：“為了使整個(gè)組織具有最好的戰(zhàn)斗力，

14、我們要重用幾個(gè)人，照顧一些人，在萬不得已的情況下委屈一批人” 。軟件折衷的重要原則是不能使某一方損失關(guān)鍵的職能，更不可以象 “舍魚而取熊掌”那樣拋棄一方。例如 3D 動(dòng)畫軟件的瓶頸通常是速度，但如果為了提高速度而在程序中 取消光照明計(jì)算，那么場景就會(huì)喪失真實(shí)感，3D 動(dòng)畫也就不再有意義了（如果人類全是色盲，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)將變得異常簡單） 。人都有惰性，如果允許濫用折衷的話，那么一當(dāng)碰到困難，人們就會(huì)用拆東墻補(bǔ)西 墻的方式去折衷，不再下苦功去做有意義的優(yōu)化。所以我們有必要為折衷制定嚴(yán)正的立 場：在保證其它因素不差的前提下，使某些因素變得更好。下面讓我們用“優(yōu)化折衷”的策略解決“魚和熊掌不可得兼”的

15、難題。問題提出： 假設(shè)魚每千克 10 元，熊掌每千克一萬元。有個(gè)倔脾氣的人只有 20 元錢， 非得要吃上一公斤美妙的“熊掌燒魚” ，怎么辦？解決方案： 化 9元 9 角 9 分錢買 999 克魚肉， 化 10 元錢買 1 克熊掌肉， 可做一道“熊 掌戲魚”菜。剩下的那一分錢還可建立獎(jiǎng)勵(lì)基金。3 一些不正確的觀念本節(jié)例舉并分析一些不正確的軟件工程觀念，可幫助初學(xué)者少犯相似的錯(cuò)誤。觀念之一： 我們擁有一套講述如何開發(fā)軟件的書籍，書中充滿了標(biāo)準(zhǔn)與示例，可以幫助 我們解決軟件開發(fā)中遇到的任何問題?？陀^情況： 好的參考書無疑能指導(dǎo)我們的工作。充分利用書籍中的方法、技術(shù)和技巧， 可以有效地解決軟件開發(fā)中大

16、量常見的問題。但實(shí)踐者并不能因此依賴于書籍，這是因 為：（ 1）現(xiàn)實(shí)的工作中，由于條件千差萬別，即使是相當(dāng)成熟的軟件工程規(guī)范，常常也 無法套用。 （2）軟件技術(shù)日新月異，沒有哪一種軟件標(biāo)準(zhǔn)能長盛不衰。祖?zhèn)髅胤皆谀承?領(lǐng)域很吃香，而在軟件領(lǐng)域則意味著落后。觀念之二： 我們擁有最好的開發(fā)工具、最好的計(jì)算機(jī)，一定能做出優(yōu)秀的軟件。 客觀情況： 良好的開發(fā)環(huán)境只是產(chǎn)出成果的必要條件，而不是充分條件。如果擁有好環(huán) 境的是一群庸人，難保他們不干出南轅北轍的事情。觀念之三： 如果我們落后于計(jì)劃，可以增加更多的程序員來解決?？陀^情況： 軟件開發(fā)不同于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人多不見得力量大。如果給落后于計(jì)劃的 項(xiàng)目增

17、添新手，可能會(huì)更加延誤項(xiàng)目。因?yàn)椋海?）新手會(huì)產(chǎn)生很多新的錯(cuò)誤，使項(xiàng)目混亂。（ 2）老手向新手解釋工作以及交流思想都要花費(fèi)時(shí)間，使實(shí)際開發(fā)時(shí)間更少。所以 科學(xué)的項(xiàng)目計(jì)劃很重要，不在乎計(jì)劃能提前多少，重在恰如其分。如果用“大躍進(jìn)”的 方式奔向共產(chǎn)主義，只會(huì)產(chǎn)生倒退的后果。觀念之四： 既然需求分析很困難，不管三七二十一先把軟件做了再說，反正軟件是靈活 的，隨時(shí)可以修改。客觀情況： 對需求把握得越準(zhǔn)確，軟件的修修補(bǔ)補(bǔ)就越少。有些需求在一開始時(shí)很難確 定，在開發(fā)過程中要不斷地加以改正。軟件修改越早代價(jià)越少，修改越晚代價(jià)越大，就 跟治病一樣道理。4 一些有爭議的觀念 本節(jié)探討一些有爭議的觀念，目的不在于

18、得出“正確”或“錯(cuò)誤”的評斷，而在于 爭議會(huì)激發(fā)更多理性的思考。爭議之一： 如果軟件運(yùn)行較慢，是換一臺(tái)更快的計(jì)算機(jī)，還是設(shè)計(jì)一種更快的算法？ 作者觀點(diǎn)： 如果開發(fā)軟件的目的是為了學(xué)習(xí)或是研究，那么應(yīng)該設(shè)計(jì)一種更快的算法。 如果該軟件已經(jīng)用于商業(yè)，則需謹(jǐn)慎考慮：若換一臺(tái)更快的計(jì)算機(jī)能解決問題，則是最 快的解決方案。改進(jìn)算法雖然可以從根本上提高軟件的運(yùn)行速度，但可能引入錯(cuò)誤以及 延誤進(jìn)程。技術(shù)狂毫無疑問會(huì)選擇后者，因?yàn)樗麄冇X得放棄任何可以優(yōu)化的機(jī)會(huì)就等于 犯罪。類似的爭議還有：是買現(xiàn)成的程序，還是徹底自己開發(fā)？技術(shù)人員和商業(yè)人士常常 會(huì)有不同的選擇。爭議之二：有最好的軟件工程方法，最好的編程語言嗎

19、？作者觀點(diǎn)：在軟件領(lǐng)域永遠(yuǎn)沒有最好的，只有更好的。能解決問題的都是好方法或是好語言。程序員在最初學(xué)習(xí)Basic、Fortran、Pascal、C、C+等語言時(shí)會(huì)感覺一個(gè)比一個(gè)好，不免有喜新厭舊之舉。而如今的Visual Basic、Delphi、Visual C+、Java等語言各有所長，真的難分優(yōu)劣。開發(fā)人員應(yīng)該根據(jù)客觀條件，選擇自己熟悉的方法和語言，才能保證合格的質(zhì)量與生產(chǎn)率。程序設(shè)計(jì)是自由與快樂的事情，不要發(fā)誓忠于某某主義而自尋煩惱。爭議之三：編程時(shí)是否應(yīng)該多使用技巧？作者觀點(diǎn)：就軟件開發(fā)而言，技巧的優(yōu)點(diǎn)在于能另辟蹊徑地解決一些問題，缺點(diǎn)是技巧并不為人熟知。若在程序中用太多的技巧，可能會(huì)留下隱患，別人也難以理解程序。鑒 于一個(gè)局部的優(yōu)點(diǎn)對整個(gè)系統(tǒng)而言是微不足道的，而一個(gè)錯(cuò)誤則可能是致命的。作者建 議用自然的方式編程，少用技巧。狼三則的故事告訴我們“失敗的技巧通常是技倆”。當(dāng)我們在編程時(shí)無法判斷