軟件工程概述4

2023/1/16第1章軟件工程概述

哈工大軟件學(xué)院楊大易2023/1/16本章主要內(nèi)容1.1什么是軟件1.2軟件危機(jī)1.3軟件工程1.4軟件工程方法學(xué)1.5軟件開(kāi)發(fā)模型1.6本章小結(jié)2023/1/161.1什么是軟件軟件的定義是計(jì)算機(jī)程序、程序使用的數(shù)據(jù)以及說(shuō)明程序的各種文檔的集合。軟件(software)由三部分組成可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序(program)。運(yùn)行程序需要的數(shù)據(jù)(data)。軟件開(kāi)發(fā)、維護(hù)、使用需要的各種文檔(document)1.1什么是軟件軟件的特征軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性軟件沒(méi)有明顯的制造過(guò)程軟件在使用過(guò)程中，沒(méi)有磨損、老化的問(wèn)題軟件對(duì)硬件和環(huán)境有著不同程度的依賴性軟件開(kāi)發(fā)至今尚未完全擺脫手工作坊式的開(kāi)發(fā)方式，生產(chǎn)效率低軟件的成本相當(dāng)昂貴大多數(shù)軟件是自定的，而不是通過(guò)已有的構(gòu)件組裝而來(lái)的軟件工作牽涉到很多社會(huì)因素2023/1/162023/1/161.1什么是軟件軟件的發(fā)展過(guò)程從1946年到60年代初：程序設(shè)計(jì)時(shí)期，其主要特征是程序生產(chǎn)方式為個(gè)體手工方式。從20世紀(jì)60年代初到70年代初：程序系統(tǒng)時(shí)期，程序的規(guī)模已經(jīng)很大，需要多人分工協(xié)作，軟件的開(kāi)發(fā)方式由“個(gè)體生產(chǎn)”發(fā)展到了“軟件作坊”。從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期：軟件工程時(shí)期，軟件的開(kāi)發(fā)以工程化的思想為指導(dǎo)，用工程化原則、方法和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟件。從20世紀(jì)80年代中期至今：面向?qū)ο髸r(shí)期，面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)技術(shù)在迅速取代傳統(tǒng)軟件工程開(kāi)發(fā)方法。2023/1/161.2軟件危機(jī)1968年北大西洋公約組織的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在德國(guó)召開(kāi)國(guó)際會(huì)議，把計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)的一系列嚴(yán)重問(wèn)題稱為“軟件危機(jī)”。軟件危機(jī)包括兩個(gè)方面的問(wèn)題如何開(kāi)發(fā)軟件以滿足用戶對(duì)軟件日益增長(zhǎng)的需求如何維護(hù)數(shù)量迅速增長(zhǎng)的已有軟件2023/1/161.2軟件危機(jī)軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件功能與實(shí)際需求不符軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率提高的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶需要軟件價(jià)格昂貴軟件產(chǎn)品的質(zhì)量差對(duì)軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常不準(zhǔn)確軟件文檔資料通常既不完整也不合格軟件的維護(hù)費(fèi)用急劇上升2023/1/161.2軟件危機(jī)產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因軟件缺乏“可見(jiàn)性”，在寫(xiě)出程序代碼并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行之前，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的進(jìn)展質(zhì)量較難衡量，很難檢驗(yàn)開(kāi)發(fā)的正確性。軟件規(guī)模龐大，邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜。開(kāi)發(fā)管理人員只重視設(shè)計(jì)程序而輕視用戶需求分析，導(dǎo)致最后研制出的軟件產(chǎn)品無(wú)法滿足用戶的需求。軟件設(shè)計(jì)技術(shù)和管理技術(shù)落后，沒(méi)有統(tǒng)一的軟件質(zhì)量管理規(guī)范。在軟件的開(kāi)發(fā)與維護(hù)關(guān)系問(wèn)題上存在錯(cuò)誤的概念，重視開(kāi)發(fā)，而輕視維護(hù)。2023/1/161.3軟件工程軟件工程的提出1968年，北大西洋公約組織在原西德召開(kāi)計(jì)算機(jī)科學(xué)會(huì)議，由FritzBauer首次提出了“軟件工程”的概念。軟件工程的定義軟件工程是用科學(xué)知識(shí)和技術(shù)原理來(lái)定義、開(kāi)發(fā)、維護(hù)軟件的一門(mén)學(xué)科。它應(yīng)用工程的概念、原理、技術(shù)和方法，應(yīng)用科學(xué)的開(kāi)發(fā)技術(shù)和管理方法來(lái)開(kāi)發(fā)軟件。1983年IEEE給出的定義為：“軟件工程是開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法?！逼渲校败浖钡亩x為：“計(jì)算機(jī)程序、方法、規(guī)則、相關(guān)的文檔資料以及在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)所必需的數(shù)據(jù)?！避浖こ倘兀悍椒ā⒐ぞ?、過(guò)程1.3軟件工程SWEBOK：軟件工程知識(shí)體系指南2023/1/161.3軟件件工工程程SWEBOK2022/12/312022/12/311.3軟件工程軟件工程基本本思想——著名的軟件工工程專家B.W.Boehm于1983年提出用分階段的生生存周期計(jì)劃劃嚴(yán)格管理堅(jiān)持進(jìn)行階段段評(píng)審實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)產(chǎn)品控制采用現(xiàn)代程序序設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)果應(yīng)能清楚楚地審查開(kāi)發(fā)小組的人人員應(yīng)少而精精承認(rèn)不斷改進(jìn)進(jìn)軟件工程實(shí)實(shí)踐的必要性性2022/12/311.3軟件工程軟件工程的目目標(biāo)提高軟件產(chǎn)品品質(zhì)量和軟件件開(kāi)發(fā)效率，，減少軟件維維護(hù)難度需考慮的問(wèn)題題可修改性：允許對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)修改，而不不增加系統(tǒng)復(fù)復(fù)雜性。有效性：軟件系統(tǒng)能能在一定的時(shí)時(shí)間資源和空空間資源環(huán)境境下，完成規(guī)規(guī)定的任務(wù)。。正確性：軟件能準(zhǔn)確確無(wú)誤地執(zhí)行行用戶需求的的各種功能，，滿足用戶要要求的各種性性能指標(biāo)?？煽啃裕阂卜Q為健壯壯性，在硬件件、操作系統(tǒng)統(tǒng)出現(xiàn)故障，，或人為操作作不當(dāng)?shù)那闆r況下，不會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致軟件系統(tǒng)統(tǒng)失效。2022/12/311.3軟件工工程可理解解性：包括括兩個(gè)個(gè)方面面的內(nèi)內(nèi)容，，一是是軟件件系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)清晰晰、容容易理理解，，二是是程序序算法法功能能清晰晰，容容易讀讀懂。?？芍赜糜眯裕很浖械牡哪硞€(gè)個(gè)部分分可以以在系系統(tǒng)的的多處處重復(fù)復(fù)使用用，或或者在在多個(gè)個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)中使使用。?？蛇m應(yīng)應(yīng)性：軟件件在不不同硬硬件和和操作作系統(tǒng)統(tǒng)環(huán)境境下的的適應(yīng)應(yīng)程度度?？梢浦仓残裕后w現(xiàn)現(xiàn)了軟軟件從從一種種計(jì)算算機(jī)軟軟件移移動(dòng)到到另一一種計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)環(huán)境境下的的難易易程度度?？筛欅櫺裕喊ɡ▋煞椒矫?，，一是是可以以根據(jù)據(jù)軟件件開(kāi)發(fā)發(fā)的文文檔對(duì)對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)程程進(jìn)行行正向向跟蹤蹤或逆逆向跟跟蹤；；二是是軟件件測(cè)試試和維維護(hù)過(guò)過(guò)程中中，對(duì)對(duì)程序序的執(zhí)執(zhí)行進(jìn)進(jìn)行跟跟蹤，，根據(jù)據(jù)跟蹤蹤情況況，分分析程程序執(zhí)執(zhí)行的的因果果關(guān)系系?；ゲ僮髯餍裕憾鄠€(gè)個(gè)軟件件相互互通信信，協(xié)協(xié)作完完成任任務(wù)的的能力力。2022/12/311.3軟件工工程軟件工工程的的原則則抽象（abstraction）：抽抽取各各個(gè)事事物中中共同同的最最基本本的特特征和和行為為，暫暫時(shí)忽忽略它它們之之間的的差異異。信息隱隱藏（informationhiding）：將將模塊塊內(nèi)部部信息息（數(shù)數(shù)據(jù)和和過(guò)程程）封封裝起起來(lái)。。局部化化（localization）：即即在一一個(gè)物物理模模塊內(nèi)內(nèi)集中中邏輯輯上相相互關(guān)關(guān)聯(lián)的的計(jì)算算資源源。一致性性（consistency）：應(yīng)應(yīng)保證證在開(kāi)開(kāi)發(fā)過(guò)過(guò)程中中相關(guān)關(guān)內(nèi)容容的一一致。。完全性性（completeness）：軟軟件系系統(tǒng)不不丟失失任何何重要要成分分，完完全實(shí)實(shí)現(xiàn)所所需的的系統(tǒng)統(tǒng)功能能的程程度。。可驗(yàn)證證性（verifiability）：開(kāi)開(kāi)發(fā)大大型軟軟件系系統(tǒng)需需要對(duì)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)逐層層分解解、驗(yàn)驗(yàn)證。。2022/12/311.4軟件工工程方方法把在軟軟件生生命周周期全全過(guò)程程中使使用的的一整整套技技術(shù)集集合稱稱為方法（methodology），也也稱為為范型（paradigm）。軟件工工程方方法包包括開(kāi)開(kāi)發(fā)方法、開(kāi)發(fā)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)發(fā)過(guò)程三方面面開(kāi)發(fā)方方法：：完成成軟件件開(kāi)發(fā)發(fā)的技技術(shù)方方法開(kāi)發(fā)工工具：：開(kāi)發(fā)發(fā)軟件件的支支撐環(huán)環(huán)境開(kāi)發(fā)過(guò)過(guò)程：：完成成開(kāi)發(fā)發(fā)軟件件各項(xiàng)項(xiàng)任務(wù)務(wù)的工工作步步驟。。目前使使用得得最廣廣泛的的軟件件工程程方法法，分分別是是傳統(tǒng)方方法和面向?qū)?duì)象方方法。2022/12/311.4軟件工程方方法傳統(tǒng)方法：也可稱為為軟件生命周周期方法或結(jié)構(gòu)化方法法，把軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)和維護(hù)護(hù)分成軟件件定義、軟軟件開(kāi)發(fā)和和軟件維護(hù)護(hù)三個(gè)時(shí)期期，每個(gè)時(shí)時(shí)期又分成成若干個(gè)階階段。軟件定義時(shí)時(shí)期：確定軟件件開(kāi)發(fā)必須須完成的任任務(wù)；論證證軟件可行行性；確定定用戶需求求的詳細(xì)功功能和性能能?？蓜澐址譃槿齻€(gè)階階段：?jiǎn)栴}題定義、可可行性研究究和需求分分析。軟件開(kāi)發(fā)時(shí)時(shí)期：設(shè)計(jì)和實(shí)實(shí)現(xiàn)軟件的的定義。四四個(gè)階段：：總體設(shè)計(jì)計(jì)、詳細(xì)設(shè)設(shè)計(jì)、編碼碼及單元測(cè)測(cè)試、綜合合測(cè)試。軟件維護(hù)時(shí)時(shí)期：對(duì)投入使使用的軟件件的修改，，實(shí)際上是是對(duì)軟件的的一次重新新定義和開(kāi)開(kāi)發(fā)過(guò)程。。2022/12/311.4軟件工程程方法傳統(tǒng)方法法的各階階段問(wèn)題定義義：弄清楚楚要解決決什么問(wèn)問(wèn)題?？尚行匝醒芯浚悍治銮迩宄坝糜檬裁崔k辦法解決決這個(gè)問(wèn)問(wèn)題”，，保證在在技術(shù)上上、實(shí)效效上、法法律上都都是行得得通的。。需求分析析：確定軟軟件的功功能和性性能。用用戶要要要清楚開(kāi)開(kāi)發(fā)出的的軟件系系統(tǒng)能夠夠做什么么；軟件件開(kāi)發(fā)人人員也應(yīng)應(yīng)該清楚楚用戶的的具體要要求是什什么?？傮w設(shè)計(jì)計(jì)：設(shè)計(jì)軟軟件的總總體結(jié)構(gòu)構(gòu)，將一一個(gè)大系系統(tǒng)按照照功能設(shè)設(shè)計(jì)成小小模塊，，總體設(shè)設(shè)計(jì)有時(shí)時(shí)也稱概概要設(shè)計(jì)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)：對(duì)每個(gè)個(gè)模塊設(shè)設(shè)計(jì)具體體算法和和數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)，詳詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)有時(shí)也也稱模塊塊設(shè)計(jì)。。編碼及單單元測(cè)試試：根據(jù)詳詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)的結(jié)果果，用程程序設(shè)計(jì)計(jì)語(yǔ)言，，編寫(xiě)正正確的源源程序，，并且對(duì)對(duì)每段程程序進(jìn)行行嚴(yán)格測(cè)測(cè)試。綜合測(cè)試試：通過(guò)測(cè)測(cè)試使軟軟件系統(tǒng)統(tǒng)達(dá)到用用戶的要要求。最最基本的的測(cè)試集集成測(cè)試試和驗(yàn)收收測(cè)試。。軟件維護(hù)護(hù)：軟件投投入運(yùn)行行后的維維護(hù)活動(dòng)動(dòng)，通常?？蓜澐址譃樗念?lèi)類(lèi)：改正正性維護(hù)護(hù)、適應(yīng)應(yīng)性維護(hù)護(hù)、完善善性維護(hù)護(hù)、預(yù)防防性維護(hù)護(hù)。1.4軟件工程程方法仍然是使使用十分分廣泛的的軟件工工程方法法。采用結(jié)構(gòu)構(gòu)化技術(shù)術(shù)來(lái)完成成軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)的各各項(xiàng)任務(wù)務(wù)，并使使用適當(dāng)當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚧蜍浖すこ汰h(huán)境境來(lái)支持持結(jié)構(gòu)化化技術(shù)的的運(yùn)用。。從上而下下，順序序地完成成軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)的各各階段任任務(wù)。2022/12/311.4軟件工程程方法面向?qū)ο笙蠓椒ㄒ环N把面面向?qū)ο笙蟮乃枷胂霊?yīng)用于于軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)過(guò)程程中，指指導(dǎo)開(kāi)發(fā)發(fā)活動(dòng)的的系統(tǒng)方方法，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱OO（Object-Oriented）方法。。面向?qū)ο笙蠓椒ǖ牡奶卣魇墙⒃谠趯?duì)象概概念基礎(chǔ)礎(chǔ)上的方方法學(xué)，，對(duì)象的的概念貫貫穿于開(kāi)開(kāi)發(fā)全過(guò)過(guò)程。運(yùn)用人類(lèi)類(lèi)日常的的思維方方法和原原則進(jìn)行行系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)，體體現(xiàn)出繼繼承性、、封裝性性、多態(tài)態(tài)性等基基本特征征?？蓜澐譃闉槿齻€(gè)階階段：面面向?qū)ο笙蠓治觯ǎ∣OA）、面向向?qū)ο笤O(shè)設(shè)計(jì)（OOD）、面向向?qū)ο髮?shí)實(shí)現(xiàn)（OOI）。2022/12/312022/12/311.5軟件生命周期期模型軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)發(fā)和維護(hù)的全全過(guò)程軟件生命周期期模型的種類(lèi)類(lèi)以軟件需求完完全確定為基基礎(chǔ)的瀑布模模型；開(kāi)發(fā)初期僅給給出基本需求求的漸進(jìn)式模模型，如原型型模型、螺旋旋模型、噴泉泉模型等；以形式化開(kāi)發(fā)發(fā)方法為基礎(chǔ)礎(chǔ)的變換模型型、基于第四四代語(yǔ)言技術(shù)術(shù)的模型。在實(shí)際開(kāi)發(fā)時(shí)時(shí)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)項(xiàng)目的特點(diǎn)和和現(xiàn)有的條件件選取合適的的模型，也可可以把幾種模模型組合起來(lái)來(lái)使用以便充充分利用各模模型的優(yōu)點(diǎn)。。2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模型型瀑布模型嚴(yán)格按照軟件件生存周期各各個(gè)階段來(lái)進(jìn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，上上一階段的輸輸出即是下一一階段的輸入入，強(qiáng)調(diào)每一一階段的嚴(yán)格格性。2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模模型瀑布模型的的優(yōu)點(diǎn)提供了軟件件開(kāi)發(fā)的基基本框架，，有利于大大型軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)過(guò)程中中人員的組組織、管理理，有利于于軟件開(kāi)發(fā)發(fā)方法和工工具的研究究與使用，，因此，在在軟件工程程中占有重重要的地位位。瀑布模型的的缺點(diǎn)在軟件開(kāi)發(fā)發(fā)的初期階階段就要求求做出正確確、全面、、完整的需需求分析對(duì)對(duì)許多應(yīng)用用軟件來(lái)說(shuō)說(shuō)是極其困困難的。作為整體開(kāi)開(kāi)發(fā)的瀑布布模型，由由于不支持持產(chǎn)品的演演化，缺乏乏靈活性，，對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)過(guò)程中很難難發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)錯(cuò)誤，只有有在最終產(chǎn)產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)時(shí)才能暴露露出來(lái)，從從而使軟件件產(chǎn)品難以以維護(hù)。瀑布模型的的適用場(chǎng)合合適合于功能能、性能明明確、完整整、無(wú)重大大變化的軟軟件系統(tǒng)2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模模型原型模型開(kāi)發(fā)人員與與用戶一起起進(jìn)行需求求分析，進(jìn)進(jìn)行快速設(shè)設(shè)計(jì)，建造造原型，原原型由用戶戶評(píng)估，進(jìn)進(jìn)一步修改改原型，再再次進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)。迭代代這個(gè)過(guò)程程，逐步滿滿足用戶需需要。2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模型型原型模型的主主要優(yōu)點(diǎn)原型模型法可可以得到良好好的需求定義義，能夠有效效處理用戶的的模糊需求，，開(kāi)發(fā)者和用用戶得到充分分的協(xié)作。原型模型的主主要缺點(diǎn)開(kāi)發(fā)者常常需需要實(shí)現(xiàn)上的的折衷，以使使原型能盡快快工作；用戶似乎看到到的是軟件的的工作版本，，其實(shí)軟件質(zhì)質(zhì)量和可靠性性難以保證；；資源規(guī)劃和管管理較為困難難，更新文檔檔工作量繁重重。原型模型的適適用場(chǎng)合適合于那些不不能預(yù)先確切切定義需求的的軟件系統(tǒng)的的開(kāi)發(fā)，更適適合于那些項(xiàng)項(xiàng)目組成員（（包括分析員員、設(shè)計(jì)員、、程序員和用用戶）不能很很好交流或通通信有困難的的情況。2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模型型螺旋模型綜合了瀑布模模型和原型模模型的優(yōu)點(diǎn)，，即將兩者結(jié)結(jié)合，并加入入了風(fēng)險(xiǎn)分析析機(jī)制。2022/12/311.5軟件開(kāi)發(fā)模型型螺旋模型的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)支持用戶需求求的動(dòng)態(tài)變化化。螺旋模型特別別強(qiáng)調(diào)原型的的可擴(kuò)充性和和可修改性。。為項(xiàng)目管理人人員及時(shí)調(diào)整整管理決策提提供了方便，，可降低開(kāi)發(fā)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。螺旋模型的缺缺點(diǎn)如果每次迭代代的效率不高高，致使迭代代次數(shù)過(guò)多。。需要有相當(dāng)豐豐富的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和專專門(mén)知識(shí)，要要求開(kāi)發(fā)隊(duì)伍伍水平較高。。螺旋模型適用用場(chǎng)合支持需求不明明確、特別是是大型軟件系系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，，并支持多種種軟件開(kāi)發(fā)方方法，是一種種具有廣闊前前景的模型。。