第1講 軟件工程概述

1軟件工程技術(shù)基礎(chǔ)

——流程與方法第一章軟件工程概述北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院蘆效峰23掌握一門以上程序開發(fā)語言掌握編程技巧（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法）掌握軟件開發(fā)方法論掌握專業(yè)知識(shí)如果只能選擇一個(gè)，你會(huì)怎么選擇？計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的素質(zhì)《軟件工程技術(shù)基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)目的

掌握軟件開發(fā)方法論體驗(yàn)軟件工程各階段的主要工作，特別注意吸取教訓(xùn)；學(xué)會(huì)與他人合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。成為一名項(xiàng)目經(jīng)理/產(chǎn)品經(jīng)理的必修課4授課內(nèi)容軟件工程概述可行性研究需求分析（UML）概要設(shè)計(jì)（UML）詳細(xì)設(shè)計(jì)人機(jī)交互編碼軟件測(cè)試軟件維護(hù)5主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：軟件軟件工程軟件生存周期常用軟件開發(fā)過程模型軟件開發(fā)方法簡(jiǎn)述軟件文檔671軟件

1.1軟件的概念及特點(diǎn)從1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生，計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)，進(jìn)入每個(gè)家庭，成為現(xiàn)代社會(huì)必不可少的工具。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大功能主要依賴于計(jì)算機(jī)軟件8計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)的工作是用程序、軟件來控制的IEEE定義：軟件是計(jì)算機(jī)程序、處理和與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的文檔和數(shù)據(jù)。程序是按事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)是程序運(yùn)行的基礎(chǔ)和操作的對(duì)象文檔是與程序開發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料2.軟件的特點(diǎn)軟件是一種邏輯實(shí)體，而不是具體的物理實(shí)體。因而它具有抽象性在軟件的運(yùn)行和使用期間，沒有硬件那樣的機(jī)械磨損，老化問題。但存在退化問題。軟件的生產(chǎn)與硬件不同，在它的開發(fā)過程中沒有明顯的制造過程，而是研制。是程序員腦力勞動(dòng)的結(jié)果。

這是好還是不好？9可變性，軟件在生產(chǎn)過程中甚至在投入運(yùn)行之后，也還可以再改變。軟件必須和運(yùn)行軟件的硬件保持一致（當(dāng)前這個(gè)特點(diǎn)變的突出了?。┸浖倪\(yùn)行受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的影響軟件一旦研制開發(fā)成功，其生產(chǎn)過程就變成復(fù)制過程。10軟件的開發(fā)至今尚未完全擺脫手工藝的開發(fā)方式。軟件成本相當(dāng)昂貴，軟件開發(fā)需要投入大量的、高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng)，人員成本很高，開發(fā)人員的工資大于運(yùn)維等部門。

兩面性原因1：軟件本身是復(fù)雜的實(shí)際問題的復(fù)雜性程序邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性原因2：人際關(guān)系等非技術(shù)原因更復(fù)雜軟件成本超過硬件11軟件開發(fā)成本昂貴軟件的分類1.按軟件的功能進(jìn)行劃分：系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件13軟件的分類

系統(tǒng)軟件控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)

操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通信處理程序等14

支持軟件支撐各種軟件的開發(fā)與維護(hù)的軟件，又稱為軟件開發(fā)環(huán)境文本編輯程序文件格式化程序程序庫(kù)系統(tǒng)支持需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和支持管理的軟件15

應(yīng)用軟件滿足用戶不同領(lǐng)域、不同問題的應(yīng)用

商業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件工程與科學(xué)計(jì)算軟件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／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(dòng)化軟件計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件162.基于軟件規(guī)模進(jìn)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 173.基于軟件工作方式劃分：

實(shí)時(shí)處理軟件分時(shí)軟件交互式軟件批處理軟件18按軟件服務(wù)對(duì)象的范圍劃分：

項(xiàng)目軟件產(chǎn)品軟件按使用的頻度進(jìn)行劃分：

一次使用頻繁使用按軟件失效的影響進(jìn)行劃分：

高可靠性軟件一般可靠性軟件19軟件的種類如此眾多，軟件的功能這么強(qiáng)大，軟件是如何發(fā)展起來的呢？從最初的軟件到現(xiàn)在的巨型系統(tǒng)軟件，軟件的發(fā)展是不是一帆風(fēng)順呢？203軟件的發(fā)展第一階段，程序設(shè)計(jì)階段，從1946年到20世紀(jì)60年代初。第二階段，程序系統(tǒng)階段，從20世紀(jì)60年代初到20世紀(jì)70年代初。程序的規(guī)模已經(jīng)發(fā)展的很大，需要多人分工協(xié)作，小組模式。第三階段，軟件工程階段，從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期。在這個(gè)階段，軟件工程師把工程化的思想加入到軟件的開發(fā)過程中。第四階段，面向?qū)ο箅A段，80年代中期至今21軟件神化20世紀(jì)60年代以前，計(jì)算機(jī)剛剛投入實(shí)際使用，軟件設(shè)計(jì)往往只是為了一個(gè)特定的應(yīng)用而在指定的計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)，基本上是個(gè)人設(shè)計(jì)、個(gè)人使用。60年代中期，大容量、高速度計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，軟件開發(fā)急劇增長(zhǎng)。高級(jí)語言開始出現(xiàn)；操作系統(tǒng)的發(fā)展引起了計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式的變化。軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，軟件可靠性問題也越來越突出。原來的個(gè)人設(shè)計(jì)、個(gè)人使用的方式不再能滿足要求，在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重的問題。2223

1963年美國(guó)飛往火星的火箭爆炸，造成1000萬美元的損失。原因是FORTRAN程序：

DO5I=1，3

誤寫為：DO5I=1.

3

1967年蘇聯(lián)“聯(lián)盟一號(hào)”載人宇宙飛船在返航時(shí)，由于軟件忽略一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，在進(jìn)入大氣層時(shí)因打不開降落傘而燒毀。

IBM公司的OS/360，共約100萬條指令，花費(fèi)了5000個(gè)人年；經(jīng)費(fèi)達(dá)數(shù)億美圓，而結(jié)果卻令人沮喪，錯(cuò)誤多達(dá)2000個(gè)以上，系統(tǒng)根本無法正常運(yùn)行。OS/360系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人Brooks這樣描述開發(fā)過程的困難和混亂：“…像巨獸在泥潭中作垂死掙扎，掙扎得越猛，泥漿就沾得越多，最后沒有一個(gè)野獸能夠逃脫淹沒在泥潭中的命運(yùn)?！?4軟件危機(jī)！?、佘浖_發(fā)費(fèi)用和進(jìn)度失控。費(fèi)用超支、進(jìn)度拖延的情況屢屢發(fā)生。②軟件的可靠性差。盡管耗費(fèi)了大量的人力物力，而系統(tǒng)的正確性卻越來越難以保證，出錯(cuò)率大大增加，造成的損失驚人。③生產(chǎn)出來的軟件難以維護(hù)。很多程序缺乏相應(yīng)的文檔資料，程序中的錯(cuò)誤難以定位，難以改正，有時(shí)改正了已有的錯(cuò)誤又引入新的錯(cuò)誤④用戶對(duì)“已完成”的系統(tǒng)不滿意現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。2560年代后期軟件開發(fā)出現(xiàn)的問題26

在軟件開發(fā)和維護(hù)的過程中存在這么多嚴(yán)重問題，一方面與軟件本身的特點(diǎn)有關(guān)，另一方面也和軟件開發(fā)與維護(hù)的方法不正確有關(guān)。

1、軟件不同于硬件：它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯部件，在寫出程序代碼并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行之前，軟件開發(fā)過程的進(jìn)展情況較難衡量，軟件開發(fā)的質(zhì)量也較難評(píng)價(jià)，因此管理和控制軟件開發(fā)過程相當(dāng)困難。

2、軟件在運(yùn)行過程中不會(huì)因使用時(shí)間過長(zhǎng)而被用壞，如果運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，絕不會(huì)是使用造成的，一定是遇到了一個(gè)在開發(fā)時(shí)期引入并且在測(cè)試階段沒能檢測(cè)出來的故障，因此軟件維護(hù)通常意味著改正或修改原來的設(shè)計(jì)。產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因分析：軟件的特點(diǎn)27

3、軟件不同于一般程序：規(guī)模龐大，必須有嚴(yán)格而科學(xué)的管理。

4、軟件專業(yè)人員對(duì)軟件開發(fā)和維護(hù)有不少的糊涂觀念，在實(shí)踐過程中或多或少地采用了錯(cuò)誤的方法和技術(shù)，忽視軟件需求分析的重要性，認(rèn)為開發(fā)軟件就是寫程序并使之運(yùn)行，輕視軟件維護(hù)，這可能是軟件危機(jī)的主要原因。

硬件/軟件產(chǎn)品失效率曲線磨合調(diào)整磨損用壞時(shí)間失效率修改點(diǎn)實(shí)際曲線時(shí)間失效率理想曲線軟件產(chǎn)品硬件產(chǎn)品2852002020001000需求分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼集成測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)改正一個(gè)問題的估算費(fèi)用/美元改正一個(gè)問題的估算工作量/人日0.050.52.5改正一個(gè)問題需付出的代價(jià)代價(jià)早期中期晚期時(shí)間高中低變更代價(jià)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)軟件危機(jī)的原因（1）沒有統(tǒng)一的、規(guī)范的方法論的指導(dǎo)。

文件資料不全，忽視交流，缺乏方法論的指導(dǎo)（2）忽視軟件開發(fā)前期的需求分析。

編程越早，需求分析不充分，完成時(shí)間越長(zhǎng)（3）忽視軟件文檔也是造成開發(fā)效率低下的原因。

對(duì)軟件開發(fā)、維護(hù)、用戶都很重要（4）忽視測(cè)試階段的工作，或不負(fù)責(zé)任的測(cè)試員，提交用戶的軟件質(zhì)量差。

“錯(cuò)誤是不可避免的”，該如何理解這句話？（5）輕視軟件的維護(hù)。（6）開發(fā)計(jì)劃不合理，缺乏經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累。29301、軟件開發(fā)應(yīng)該是一種組織良好、管理嚴(yán)密、各類人員協(xié)同配合、共同完成的工程項(xiàng)目。2、必須充分吸收和借鑒人類長(zhǎng)期以來從事各種工程項(xiàng)目所積累的行之有效的原理、概念、技術(shù)和方法，特別是要吸取幾十年來從事計(jì)算機(jī)硬件研究和開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。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。4、應(yīng)該開發(fā)和使用更好的軟件工具。

2.解決軟件危機(jī)的途徑達(dá)成共識(shí)總之，為了解決軟件危機(jī)，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。

技術(shù)措施管理措施按工程化的原則和方法組織軟件開發(fā)工作是有效的，是擺脫軟件危機(jī)的一個(gè)主要出路。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)軟件的學(xué)科。31321968年北大西洋公約組織的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在聯(lián)邦德國(guó)召開國(guó)際會(huì)議，第一次討論軟件危機(jī)問題，并正式提出“軟件工程”一詞，從此一門新興的工程學(xué)科——軟件工程學(xué)——為研究和克服軟件危機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

2軟件工程33

1983年IEEE給軟件工程的定義：“軟件工程是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法?！睆?qiáng)調(diào)“系統(tǒng)方法”不是“個(gè)人技巧”。專家觀點(diǎn)：

Fairly認(rèn)為：“軟件工程學(xué)是為了在成本限額以內(nèi)按時(shí)完成開發(fā)和修復(fù)軟件產(chǎn)品所需要的系統(tǒng)生產(chǎn)和維護(hù)技術(shù)及管理學(xué)科”。強(qiáng)調(diào)“成本限額以內(nèi)”及“技術(shù)和管理兩個(gè)方面”。

FritzBauer認(rèn)為：“軟件工程是為了經(jīng)濟(jì)地獲得可靠的且能在實(shí)際機(jī)器上有效地運(yùn)行的軟件，而建立和使用的完善的工程化原則”。強(qiáng)調(diào)“經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件，應(yīng)建立和使用的完善的工程化原則”。2.1軟件工程的定義和內(nèi)容34

1993年IEEE進(jìn)一步給出了一個(gè)更全面的定義： 軟件工程是：（1）把系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的過程，也就是把工程化應(yīng)用于軟件中；（2）研究（1）中提到的途徑。

352004年由IEEE/ACM聯(lián)合發(fā)布的SoftwareEngineering2004報(bào)告強(qiáng)調(diào)了對(duì)軟件工程的新定義，即軟件工程是：以系統(tǒng)的、學(xué)科的、定量的途徑，把工程應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)；同時(shí)，開展對(duì)上述過程中各種方法和途徑的研究。36

軟件工程是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程學(xué)科.采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)和維護(hù)軟件,把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來,以經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)它，這就是軟件工程.工具方法過程

質(zhì)量保證圖1-1軟件工程層次圖軟件工程是一種層次化的技術(shù)，如圖1-1所示。和其他工程方法一樣，軟件工程是以質(zhì)量為關(guān)注焦點(diǎn)，以相關(guān)的現(xiàn)代化管理為理念。軟件工程的基礎(chǔ)是過程層。軟件工程的過程是為獲得軟件產(chǎn)品，在軟件工具支持下由軟件人員完成的一系列軟件工程的活動(dòng)，貫穿于軟件開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)。它定義了方法使用的順序、要求交付的文檔資料，是軟件開發(fā)各個(gè)階段完成的標(biāo)志。軟件工程的內(nèi)容

如何做？軟件支撐環(huán)境37軟件工程的目標(biāo)付出較低的開發(fā)成本；達(dá)到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開發(fā)的軟件易于移植；需要較低的維護(hù)費(fèi)用；能按時(shí)完成開發(fā)工作，及時(shí)交付使用。38目標(biāo)之間的關(guān)系392.2工程化思想到底什么是工程化呢？類比我們較熟悉的建筑工程，蓋一個(gè)大樓IEEE定義：工程化是把系統(tǒng)的、受訓(xùn)到、可以計(jì)量的方法應(yīng)用到結(jié)構(gòu)、機(jī)械、產(chǎn)品、系統(tǒng)或處理過程。軟件開發(fā)工程化的目標(biāo)是通過規(guī)范軟件開發(fā)的步驟和每一步的要求，使軟件開發(fā)像在流水線上生產(chǎn)機(jī)械零件一樣402.3軟件工程的基本原理1．用分階段的生存