軟件工程1-2-史濟民

1、湘 潭 大 學軟件工程軟件工程教材：軟件工程原理、方法與應用（第三版）著作者：史濟民 顧春華 鄭紅授課人：張陵山第第1 1章章 緒論緒論 某些新科技的發(fā)明創(chuàng)造會給其他一些看似無關的技術領域、商業(yè)企業(yè)、公眾甚至整個社會文化帶來深遠而出人意料的影響和作用。這就是所謂的“意外效應法則”。 計算機軟件已經(jīng)成為世界舞臺上最為重要的科技領域，并且是“意外效應法則”的一個最好的體現(xiàn)。 現(xiàn)在的軟件技術具有產(chǎn)品和產(chǎn)品生產(chǎn)載體的雙重作用。 作為一個產(chǎn)品，軟件顯示了由計算機硬件體現(xiàn)的計算能力。 作為產(chǎn)品生產(chǎn)的載體，軟件提供了計算機控制（操作系統(tǒng)）、信息通信（網(wǎng)絡）以及應用開發(fā)和控制（軟件工具和環(huán)境）的基礎平臺。 軟

2、件傳遞了我們這個時代最重要的產(chǎn)品信息。 現(xiàn)在，龐大的軟件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)經(jīng)濟中的主導因素。早期的獨立程序員也已經(jīng)被多個專業(yè)的軟件開發(fā)團隊所代替。 同過去的獨立程序員一樣，開發(fā)現(xiàn)代計算機系統(tǒng)時，軟件開發(fā)人員依然面臨同樣的問題： 為什么軟件需要如此長的開發(fā)時間？ 為什么開發(fā)成本居高不下？ 為什么在將軟件交付顧客使用時，我們無法找到所有的錯誤？ 為什么維護已有的程序要花費高昂的時間和人力代價？ 為什么軟件開發(fā)和維護的過程難以度量？1.1 1.1 軟件和軟件危機軟件和軟件危機軟件是能夠完成預定功能和性能的可執(zhí)行的計算機程序，包括使程序正常執(zhí)行所需的數(shù)據(jù)，以及有關描述程序操作和使用的文檔（R. S. P

3、ressman）軟件=程序（包括數(shù)據(jù)）+文檔程序是為了解決某個特定問題而用程序設計語言描述的適合計算機處理的語句序列。數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結構。文檔是與程序開發(fā)，維護和使用有關的圖文材料。軟件開發(fā)不同于硬件設計；軟件生產(chǎn)與硬件制造不同；軟件維護不同于硬件維修。軟件開發(fā)與人關系密切；軟件開發(fā)成本大；軟件生產(chǎn)是簡單的拷貝；軟件不會磨損和老化；軟件受環(huán)境影響大；軟件維護易產(chǎn)生新的問題。 軟件危機的表現(xiàn)軟件危機的表現(xiàn)對軟件開發(fā)成本和進度的估算很不準確；對軟件開發(fā)成本和進度的估算很不準確；用戶很不滿意；用戶很不滿意；質量很不可靠；質量很不可靠；沒有適當?shù)奈臋n；沒有適當?shù)奈臋n；軟件成本比重上升

4、；軟件成本比重上升；供不應求：軟件開發(fā)生產(chǎn)率跟不上計算機應供不應求：軟件開發(fā)生產(chǎn)率跟不上計算機應用迅速深入的趨勢用迅速深入的趨勢 。 硬件/軟件成本變化趨勢硬件軟件100% 0%195519701985 軟件技術進步落后于需求增長軟件危機的原因軟件危機的原因客觀：軟件本身特點客觀：軟件本身特點-邏輯部件-規(guī)模龐大、復雜度高主觀：不正確的開發(fā)方法主觀：不正確的開發(fā)方法-忽視需求分析-個人化方式：軟件開發(fā)=程序編寫-輕視軟件維護解決途徑解決途徑組織管理組織管理-工程項目管理方法技術措施技術措施-軟件開發(fā)技術與方法-軟件工具 促使了軟件工程的誕生促使了軟件工程的誕生 按是解決軟件開發(fā)中的問題一個主要

5、出路。 軟件工程學的研究范疇軟件工程學的研究范疇 “軟件工程軟件工程”一詞是在一詞是在19681968年北大西洋公約組織在聯(lián)年北大西洋公約組織在聯(lián)邦德國召開的一次會議上提出。有多種定義，中心思邦德國召開的一次會議上提出。有多種定義，中心思想是把軟件當做一件工業(yè)產(chǎn)品。想是把軟件當做一件工業(yè)產(chǎn)品。軟軟件件開發(fā)開發(fā)技技術術軟軟件工程管理件工程管理軟軟件工程件工程學學軟軟件方法件方法軟軟件工具件工具軟軟件工程件工程環(huán)環(huán)境境軟軟件管理件管理學學軟軟件件經(jīng)濟學經(jīng)濟學軟軟件度量件度量學學軟件工程學的研究范疇軟件工程學的研究范疇 軟件開發(fā)方法軟件開發(fā)方法 為軟件開發(fā)提供了為軟件開發(fā)提供了 “ “如何做如何做”

6、 ” 的技術的技術 個性化方法個性化方法- -結構化方法結構化方法- -面向對象方法面向對象方法- -軟件復用軟件復用 軟件工具軟件工具 為軟件開發(fā)提供了自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境為軟件開發(fā)提供了自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境 單個工具單個工具- -工具箱、集成工具工具箱、集成工具- -環(huán)境環(huán)境 軟件工程管理軟件工程管理 目的：為了按進度及預算完成軟件計劃目的：為了按進度及預算完成軟件計劃 內容：成本估算、進度安排、人員組織、質量保證等內容：成本估算、進度安排、人員組織、質量保證等r三種編程范型三種編程范型r過程式編程范型過程式編程范型r程序由一組被動數(shù)據(jù)和一組能動過程組成r程序=數(shù)據(jù)結構+算

7、法r著眼于程序的過程和基本控制結構，粒度最小r面向對象編程范型面向對象編程范型r數(shù)據(jù)及其操作被封裝在對象中r程序=對象+消息r著眼于程序中的對象，粒度比較大r基于構件技術的編程范型基于構件技術的編程范型r構件是通用的、可復用的標準化對象類r程序=構件+架構r著眼于適合整個領域的類對象，粒度更大 過程式和面向對象的編程范型存款取款利息結算帳戶余額帳戶余額利息結算存 款取 款銀行儲蓄處理業(yè)務 傳統(tǒng)軟件工程 開發(fā)過程經(jīng)歷的階段：結構化分析 結構化設計 面向過程的編碼 軟件測試 面向對象軟件工程 開發(fā)過程經(jīng)歷的階段： OO分析與對象抽取 對象詳細設計 面向對象的編碼和測試 基于構件的軟件工程 開發(fā)過程

8、經(jīng)歷的階段：領域分析和測試計劃定制 領域設計 建立可復用構件庫 查找并集成構件 1.4 1.4 軟件工程的應用軟件工程的應用 軟件工程指導中小型軟件 軟件工程指導大型軟件 軟件工程的成就 解決軟件開發(fā)中的部分問題（非本質） 軟件生產(chǎn)率穩(wěn)步增長 軟件工程發(fā)展的展望 開發(fā)伴隨軟件復用，開發(fā)為了軟件復用 軟件就是服務小結小結 軟件工程自軟件工程自19681968年提出以來，在過去年提出以來，在過去3030余年中，已發(fā)余年中，已發(fā)展成為用于指導軟件生產(chǎn)工程化，覆蓋軟件開發(fā)方法展成為用于指導軟件生產(chǎn)工程化，覆蓋軟件開發(fā)方法學、軟件工程管理、軟件工具與環(huán)境等內容的一門新學、軟件工程管理、軟件工具與環(huán)境等內

9、容的一門新學科。學科。 隨著程序設計從結構化程序設計發(fā)展到面向對象程序隨著程序設計從結構化程序設計發(fā)展到面向對象程序設計，軟件工程也由傳統(tǒng)的軟件工程演變?yōu)槊嫦蛟O計，軟件工程也由傳統(tǒng)的軟件工程演變?yōu)槊嫦?對象對象的軟件工程，現(xiàn)正向更新一代的基于構件的軟件工程的軟件工程，現(xiàn)正向更新一代的基于構件的軟件工程邁進。邁進。 長期的實踐，軟件工程積累了許多行之有效的原理與長期的實踐，軟件工程積累了許多行之有效的原理與方法，已經(jīng)為產(chǎn)業(yè)界廣泛接受與應用。方法，已經(jīng)為產(chǎn)業(yè)界廣泛接受與應用。 上篇：傳統(tǒng)軟件工程上篇：傳統(tǒng)軟件工程第2章 軟件生存周期與軟件過程第3章 結構化分析與設計第第2 2章章 軟件生存周期與軟

10、件過程軟件生存周期與軟件過程軟件生存周期軟件生存周期 傳統(tǒng)的軟件過程傳統(tǒng)的軟件過程軟件演化模型軟件演化模型 形式化方法模型形式化方法模型 統(tǒng)一過程和敏捷過程統(tǒng)一過程和敏捷過程 軟件可行性研究軟件可行性研究2.1 軟件生存周期軟件生存周期 軟件生存周期軟件生存周期（Software Life Cycle）：一個軟件）：一個軟件從問題提出立項開始，直到軟件產(chǎn)品最終退役從問題提出立項開始，直到軟件產(chǎn)品最終退役（廢棄不用）為止。（廢棄不用）為止。 軟件生存周期分為三個時期：軟件生存周期分為三個時期：計劃計劃、開發(fā)開發(fā)和和維護。維護。 整個軟件生存周期劃分為多個相對獨立的較小整個軟件生存周期劃分為多個相

11、對獨立的較小階階段段，給每個階段賦予確定而有限的任務，從而降，給每個階段賦予確定而有限的任務，從而降低了整個軟件工程的難度，提高了軟件開發(fā)生產(chǎn)低了整個軟件工程的難度，提高了軟件開發(fā)生產(chǎn)率。率。典型的軟件生存周期典型的軟件生存周期需求分析需求分析軟軟件分析件分析軟軟件件設計設計編碼編碼（測試測試）交付交付測試測試使用使用維護維護典型的典型的軟軟件生存周期的主要活件生存周期的主要活動動軟件生存周期的主要活動軟件生存周期的主要活動1. 需求分析 明確需要解決的問題（從用戶的視角）。 建立需求模型：描述軟件的功能、性能、約束、接口等。2. 軟件分析 在需求模型基礎上從開發(fā)人員的視角對軟件進行分析。 建

12、立與需求模型一致的分析模型：描述軟件的邏輯模型。3. 軟件設計 將分析模型轉變?yōu)樵O計模型。軟件設計分為總體設計和詳細設計兩個階段。 總體設計：確定軟件的總體結構和全局性設計原則。 詳細設計：確定各部件的數(shù)據(jù)結構和操作。 建立軟件設計模型：考慮實現(xiàn)技術和平臺。軟件生存周期的主要活動軟件生存周期的主要活動4. 編碼 用程序設計語言將設計文檔翻譯成源程序。 建立軟件實現(xiàn)模型：包含現(xiàn)有軟件構件包。5. 軟件測試 發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤、提高軟件質量 單元測試、集成測試、確認測試、系統(tǒng)測試6. 運行維護軟件過程與軟件生存周期的關系軟件過程與軟件生存周期的關系 軟件過程軟件過程 圍繞軟件開發(fā)所進行的一系列活動。

13、圍繞軟件開發(fā)所進行的一系列活動。 軟件過程模型軟件過程模型 把軟件生存周期中軟件開發(fā)活動的有序流程用一個把軟件生存周期中軟件開發(fā)活動的有序流程用一個合理的框架來規(guī)范描述。合理的框架來規(guī)范描述。 軟件過程模型是一種軟件過程的抽象表示法，它從軟件過程模型是一種軟件過程的抽象表示法，它從一個特定的角度表現(xiàn)一個開發(fā)過程。一個特定的角度表現(xiàn)一個開發(fā)過程。 軟件生存周期中的階段和軟件過程中的活動是軟件生存周期中的階段和軟件過程中的活動是基本一致的?；疽恢碌?。2.2 2.2 傳統(tǒng)的軟件過程傳統(tǒng)的軟件過程 傳統(tǒng)的過程模型 瀑布模型 waterfall model 基于軟件生存周期的線性開發(fā)模型 快速原型模型

14、 rapid prototype model 基于原型的迭代化開發(fā)模型瀑布模型瀑布模型nW.Royce于1970年提出n線性開發(fā)模型n強調軟件文檔每一個階段必須完成規(guī)定的文檔每一個階段都要復審完成的文檔圖圖2.2 2.2 瀑布模型的瀑布模型的階階段段與與文文檔檔需求分析需求分析需求需求規(guī)規(guī)格格說說明明軟軟件分析件分析與總與總體體設計設計軟軟件件結構圖結構圖模模塊說塊說明明系系統(tǒng)測試統(tǒng)測試確確認測試認測試綜綜合合測試測試程序程序清單清單詳細設計詳細設計編編 碼碼用用戶戶要求要求單單元元測試測試瀑布模型的階段與文檔瀑布模型瀑布模型 特點1. 階段的順序性和依賴性2. 推遲實現(xiàn)的觀點3. 質量保證的

15、觀點 存在問題 不適合需求模糊的系統(tǒng) 開發(fā)初始階段很難徹底弄清軟件需求快速原型模型快速原型模型需求原型開發(fā)最終系統(tǒng)設計原型評價最終系統(tǒng)實現(xiàn)用戶反饋快速原型法的過程模型快速原型模型快速原型模型 特點 “逼真”的原型可以使用戶迅速作出反饋。 循環(huán)回溯和迭代：非線性模型。 使用快速開發(fā)工具。 種類 漸進型：對原型補充和修改獲得最終系統(tǒng)。 拋棄型：原型廢棄不用。 應防止的偏向 舍不得拋棄，從而影響軟件質量。2.3 2.3 軟件演化模型軟件演化模型 演化開發(fā)模型：使所開發(fā)的軟件在迭代中逐步完善，是漸進式的開發(fā)模型，也稱為迭代化開發(fā)模型。 增量模型（incremental model） 螺旋模型（spir

16、al model） 構件集成模型（component integration model） 增量模型增量模型 增量模型是瀑布模型的順序特征與原型法的迭代特征相結合的產(chǎn)物，把軟件看作一系列相互聯(lián)系的增量，每次迭代完成一個增量。 增量 小而可用的軟件。 第一個增量通常是軟件的核心。 特點 在前面增量的基礎上開發(fā)后面的增量。 每個增量的開發(fā)可用瀑布或快速原型模型。 每個增量開發(fā)的順序性和總體的迭代性相結合。增量模型增量模型構構件件1 1：需求需求設計設計實現(xiàn)實現(xiàn)和集成和集成交付客交付客戶戶構構件件2 2：需求需求設計設計實現(xiàn)實現(xiàn)和集成和集成交付客交付客戶戶構構件件3 3：需求需求設計設計實現(xiàn)實現(xiàn)和集

17、成和集成交付客交付客戶戶構構件件n n：需求需求設計設計實現(xiàn)實現(xiàn)和集成和集成交付客交付客戶戶增量模型規(guī)規(guī)格格說說明明組組設計組設計組實現(xiàn)實現(xiàn)和集成和集成組組螺旋模型螺旋模型 特點特點 瀑布模型（順序性、邊開發(fā)邊復審）瀑布模型（順序性、邊開發(fā)邊復審）+ +快速原型（快速原型（迭代性）迭代性） 風險分析風險分析- -發(fā)現(xiàn)、控制風險發(fā)現(xiàn)、控制風險 一個螺旋一個螺旋式周期式周期 計劃：確定目標，選擇方案，選定完成目標的策略計劃：確定目標，選擇方案，選定完成目標的策略 風險分析：從風險角度分析該策略風險分析：從風險角度分析該策略 開發(fā)：啟動一個開發(fā)活動開發(fā)：啟動一個開發(fā)活動 評審：評價前一步的結果評審：

18、評價前一步的結果，計劃下一輪的工作計劃下一輪的工作 螺旋模型螺旋模型構件集成模型構件集成模型 構件集成模型主要適用于面向對象的軟件開發(fā)。 面向對象的基本概念 對象Object 類Class 繼承Inheritance 消息Message 面向對象 對象+類+繼承+消息通信構件集成模型構件集成模型 構件 在某個領域內具有通用性，可以復用的軟件部件 將可以復用的構件存儲起來，形成構件庫構件庫 特點 面向對象 基于構件庫 融合螺旋模型特征 支持軟件開發(fā)的迭代方法 軟件復用構件集成模型構件集成模型2.4 2.4 形式化方法模型形式化方法模型 形式化方法模型：基于程序變換和驗證技術的軟件開發(fā) 轉換模型（

19、transformational model） 凈室模型（cleanroommodel）轉換模型轉換模型 開發(fā)過程開發(fā)過程 第一步：第一步：確定形式化需求規(guī)格說明書（使用形式確定形式化需求規(guī)格說明書（使用形式化語言）化語言） 第二部步：第二部步：進行自動的程序變換（由變換系統(tǒng)完進行自動的程序變換（由變換系統(tǒng)完成，產(chǎn)生形式化開發(fā)記錄）成，產(chǎn)生形式化開發(fā)記錄） 第三步：第三步：針對形式化開發(fā)記錄進行測試針對形式化開發(fā)記錄進行測試 特點特點 形式化軟件開發(fā)方法形式化軟件開發(fā)方法 基于模型的，基于代數(shù)結構的，基于時序邏輯的基于模型的，基于代數(shù)結構的，基于時序邏輯的 形式化需求規(guī)格說明形式化需求規(guī)格說明

20、 變換技術變換技術 程序自動生成技術程序自動生成技術 確保正確確保正確轉換模型轉換模型形式化形式化規(guī)規(guī)格格說說明明與與需求需求比比較較后后修正修正變換變換2 2變換變換1 1變換變換n n測試測試形式化形式化開發(fā)記錄開發(fā)記錄系系統(tǒng)統(tǒng)需求需求目目標標系系統(tǒng)統(tǒng)轉換模型轉換模型凈室模型凈室模型 凈室思想 在分析和設計階段消除錯誤。 在“潔凈”狀態(tài)下實現(xiàn)軟件制作。 增量模型 把軟件看成一系列的增量。每個增量是一個用形式化方式表示的“盒”。 形式化 盒結構表示分析和設計。 正確性驗證。凈室模型凈室模型需求需求收集收集盒盒結構結構規(guī)約規(guī)約形式化形式化設計設計統(tǒng)計統(tǒng)計性使性使用用測試測試正確性正確性證證明明

21、代代碼碼生成生成與檢查與檢查測試計劃測試計劃認證認證需求需求收集收集盒盒結構結構規(guī)約規(guī)約形式化形式化設計設計統(tǒng)計統(tǒng)計性使性使用用測試測試正確性正確性證證明明代代碼碼生成生成與檢查與檢查測試計劃測試計劃認證認證需求需求收集收集盒盒結構結構規(guī)約規(guī)約形式化形式化設計設計統(tǒng)計統(tǒng)計性使性使用用測試測試正確性正確性證證明明代代碼碼生成生成與檢查與檢查測試計劃測試計劃認證認證增量增量1增量增量2增量增量n凈室模型凈室模型軟件過程模型的特點匯總軟件過程模型的特點匯總開發(fā)模型開發(fā)模型特特 點點適用場合適用場合瀑布模型瀑布模型線性模型，每一階段必須完成規(guī)定的文檔線性模型，每一階段必須完成規(guī)定的文檔需求明確的中、小

22、型軟件開發(fā)需求明確的中、小型軟件開發(fā)快速原型模型快速原型模型用戶介入早，通過迭代完善用戶需求，原型廢用戶介入早，通過迭代完善用戶需求，原型廢棄不用棄不用需求模糊的小型軟件開發(fā)需求模糊的小型軟件開發(fā)增量模型增量模型每次迭代完成一個增量，可用于每次迭代完成一個增量，可用于OO開發(fā)開發(fā)容易分塊的大型軟件開發(fā)容易分塊的大型軟件開發(fā)螺旋模型螺旋模型典型迭代模型，重視風險分析，可用于典型迭代模型，重視風險分析，可用于OO開發(fā)開發(fā)具有不確定性大型軟件開發(fā)具有不確定性大型軟件開發(fā)構件集成模型構件集成模型軟件開發(fā)與構件開發(fā)平行進行軟件開發(fā)與構件開發(fā)平行進行領域工程、行業(yè)的中型軟件開領域工程、行業(yè)的中型軟件開發(fā)發(fā)

23、轉換模型轉換模型形式化的規(guī)格說明，自動的程序變換系統(tǒng)形式化的規(guī)格說明，自動的程序變換系統(tǒng)理想化模型，尚無成熟工具支理想化模型，尚無成熟工具支持持凈室模型凈室模型形式化的增量開發(fā)模型，在潔凈狀態(tài)下實現(xiàn)軟形式化的增量開發(fā)模型，在潔凈狀態(tài)下實現(xiàn)軟件制作件制作開發(fā)團隊熟悉形式化方法，中開發(fā)團隊熟悉形式化方法，中小型軟件開發(fā)小型軟件開發(fā)2.5 統(tǒng)一過程和敏捷過程統(tǒng)一過程和敏捷過程 統(tǒng)一過程 Rational Unified Process（RUP）描述了軟件開發(fā)中各個環(huán)節(jié)應該做什么、怎么做、什么時候做以及為什么要做，描述了一組以某種順序完成的活動。 敏捷過程 Agile Development是一種以人

24、為核心、迭代、循序漸進的開發(fā)方法，其軟件開發(fā)過程稱為“敏捷過程”。 RUP Rational Unified Process 將軟件開發(fā)分為四個階段： 初始（先啟）初始（先啟） 定義整個項目的范圍； 細化（精化）細化（精化） 制定項目計劃、描述功能、建立體系架構框架； 構造（構建）構造（構建） 構造軟件產(chǎn)品； 遷移遷移 將軟件產(chǎn)品移交到最終用戶手中。 每個階段分為若干次迭代，每次迭代有一個核心工作流，都會經(jīng)歷需求、分析、設計、實現(xiàn)、測試等活動。敏捷過程敏捷過程 敏捷開發(fā)是以人為核心，以迭代方式循序漸進開發(fā)的方法。 敏捷過程是把一個大項目分為多個相互聯(lián)系的可獨立運行的小項目，并分別完成，在此過程

25、中軟件一直處于可用狀態(tài)。 敏捷開發(fā)的價值觀個人和交互勝過過程和工具 可以運行的軟件勝過面面俱到的文檔 客戶合作勝過合同談判 響應變化勝過遵循計劃敏捷開發(fā)的12條原則1.1.盡早、不斷地提交有價值的軟件盡早、不斷地提交有價值的軟件 2.2.允許改變需求，利用變化來為客戶創(chuàng)造優(yōu)勢允許改變需求，利用變化來為客戶創(chuàng)造優(yōu)勢3.3.盡快、不斷地提交可運行的軟件盡快、不斷地提交可運行的軟件4.4.在業(yè)務人員和開發(fā)人員必須天天都在一起工作在業(yè)務人員和開發(fā)人員必須天天都在一起工作5.5.以積極向上的員工為中心建立項目組，提供環(huán)境和支持，以積極向上的員工為中心建立項目組，提供環(huán)境和支持，并信任他們的工作并信任他們的工作6.6.在團隊內部重視面對面的交流在團隊內部重視面對面的交流7.7.依據(jù)可運行軟件來評估項目的進展依據(jù)可運行軟件來評估項目的進展8.8.提倡可持續(xù)的開發(fā)提倡可持續(xù)的開發(fā)9.9.時刻關注技術上的精益求精和好的設計，以增強敏捷能力時刻關注技術上的精益求精和好的設計，以增強敏捷能力10.10. 簡單是