軟件工程學(xué) 第一章

第一章軟件工程概述11.1軟件工程的基本概念1.3

軟件生存期模型1.5軟件工具與軟件開發(fā)環(huán)境1.4

軟件開發(fā)方法1.2軟件工程過程與軟件生存期1.1軟件工程的基本概念1.1軟件工程的基本概念

軟件是信息化的核心，國民經(jīng)濟、國防建設(shè)、社會發(fā)展及人民生活都離不開軟件。軟件產(chǎn)業(yè)是增長最快的朝陽產(chǎn)業(yè)，是高投入／高產(chǎn)出、無污染、低能耗的綠色產(chǎn)業(yè)。軟件產(chǎn)業(yè)關(guān)系到國家經(jīng)濟和文化安全，體現(xiàn)了國家綜合實力，是決定21世紀(jì)國際競爭地位的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。軟件工程（SoftwareEngineering)是在克服60年代末所出現(xiàn)的“軟件危機”的過程中逐漸形成與發(fā)展的。軟件工程是一門指導(dǎo)計算機軟件系統(tǒng)開發(fā)和維護的工程學(xué)科，是一門新興的邊緣學(xué)科，主要研究如何應(yīng)用軟件開發(fā)的科學(xué)理論和工程技術(shù)來指導(dǎo)大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)。1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展軟件工程的發(fā)展已經(jīng)歷了四個重要階段：4、第四代軟件工程

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構(gòu)件工程3、第三代軟件工程

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過程工程2、第二代軟件工程

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對象工程1、第一代軟件工程

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傳統(tǒng)的軟件工程1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展軟件工程的發(fā)展已經(jīng)歷了四個重要階段：1、第一代軟件工程

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傳統(tǒng)的軟件工程2、第二代軟件工程

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對象工程3、第三代軟件工程

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過程工程4、第四代軟件工程

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構(gòu)件工程60年代末到70年代為了克服“軟件危機”

(Softwarecrisis)提出“軟件工程”的名詞,將軟件開發(fā)納入工程化的軌道，基本形成軟件工程的概念、框架、技術(shù)和方法。稱為傳統(tǒng)的軟件工程。1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展軟件工程的發(fā)展已經(jīng)歷了四個重要階段：1、第一代軟件工程

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傳統(tǒng)的軟件工程2、第二代軟件工程

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對象工程3、第三代軟件工程

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過程工程4、第四代軟件工程

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構(gòu)件工程80年代中到90年代，面向?qū)ο蟮姆椒ㄅc技術(shù)得到發(fā)展，研究的重點轉(zhuǎn)移到面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計，演化為一種完整的軟件開發(fā)方法和系統(tǒng)的技術(shù)體系，稱為對象工程。1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展軟件工程的發(fā)展已經(jīng)歷了四個重要階段：1、第一代軟件工程

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傳統(tǒng)的軟件工程2、第二代軟件工程

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對象工程3、第三代軟件工程

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過程工程4、第四代軟件工程

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構(gòu)件工程80年代中開始，人們在軟件開發(fā)的實踐過程中認(rèn)識到：提高軟件生產(chǎn)率，保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵是“軟件過程”，是軟件開發(fā)和維護中的管理和支持能力，逐步形成軟件過程工程。1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1軟件工程的產(chǎn)生和發(fā)展軟件工程的發(fā)展已經(jīng)歷了四個重要階段：1、第一代軟件工程

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傳統(tǒng)的軟件工程2、第二代軟件工程

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對象工程3、第三代軟件工程

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過程工程4、第四代軟件工程

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構(gòu)件工程90起年代，基于構(gòu)件（Component）的開發(fā)方法取得重要進展，軟件系統(tǒng)的開發(fā)可通過使用現(xiàn)成的可復(fù)用構(gòu)件組裝完成，而無需從頭開始構(gòu)造，以此達到提高效率和質(zhì)量，降低成本的目的。稱為構(gòu)件工程。1.1.２軟件工程研究的內(nèi)容軟件工程是一門新興的邊緣學(xué)科,涉及的學(xué)科多，研究的范圍廣。歸結(jié)起來軟件工程研究的主要內(nèi)容有以下幾方面：}軟件開發(fā)技術(shù)軟件開發(fā)方法、技術(shù)軟件開發(fā)工具及環(huán)境軟件管理技術(shù)軟件規(guī)范（國際規(guī)范）}軟件管理技術(shù)(1)軟件開發(fā)技術(shù)（軟件結(jié)構(gòu)、開發(fā)方法、工具與軟件工程環(huán)境、軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化）(2)軟件工程管理（質(zhì)量管理，軟件工程經(jīng)濟學(xué)：成本估算，計劃安排）1.1.２軟件工程研究的內(nèi)容１.２軟件工程過程與軟件生存期1.２軟件工程過程與軟件生存期從68年北大西洋公約的軟件可靠性會議（NATO）上，首次提出“軟件工程”的概念，提出了在軟件生產(chǎn)中采用工程化的方法，采用一系列科學(xué)的、現(xiàn)代化的方法技術(shù)來開發(fā)軟件。這種工程化的思想貫穿到軟件開發(fā)和維護的全過程。了解有關(guān)軟件、軟件生存期及軟件工程過程等重要的概念，對掌握、學(xué)習(xí)和應(yīng)用軟件工程的方法、技術(shù)是極有益的。1.2.1軟件的概念和特點1.2.1軟件的概念和特點一、軟件（Software）要糾正軟件就是程序，開發(fā)軟件就是編寫程序的錯誤觀念。軟件是“程序以及開發(fā)使用維護程序所需的所有文檔”，由應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序，面向用戶的文檔，及面向開發(fā)者的文檔四部分構(gòu)成。二、軟件的特點1、軟件是一種邏輯實體，不是具體的物理實體。2、軟件產(chǎn)品的生產(chǎn)主要是研制。3、軟件具有“復(fù)雜性”，其開發(fā)和運行常受到計算機系統(tǒng)的限制。4、軟件成本昂貴，其開發(fā)方式目前尚未完全擺脫手工生產(chǎn)方式。5、軟件不存在磨損和老化問題，但存在退化問題。

硬件失效率曲線，是一U型曲線（即浴盆曲線）。軟件失效率曲線，它沒有U型曲線的右半翼。因為軟件不存在磨損和老化問題，然而存在退化問題。失效率時間

硬件失效率曲線失效率時間實際曲線理想曲線

軟件失效率曲線1.2.1軟件的概念和特點軟、硬件失效情況的對比三、軟件的分類1、按照軟件功能劃分系統(tǒng)軟件

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如操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序等。支撐軟件（實用軟件）—

協(xié)助用戶開發(fā)的工具軟件，如編輯程序、程序庫、圖形軟件包等。應(yīng)用軟件

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如工程與科學(xué)計算軟件、CAD/CAM軟件、CAI軟件、信息管理系統(tǒng)等。2、按照軟件規(guī)模劃分類別參加人數(shù)研制期限產(chǎn)品規(guī)模（源代碼行）微型11–4周0.5K小型11–6月1K–2K中型2-51–2年5–50K大型5-202–3年50–500K甚大型100-10004–5年1M極大型2000-50005–10年1M–10M1.2.1軟件的概念和特點分類續(xù)3、按照軟件工作方式劃分實時處理軟件 交互式軟件 批處理軟件4、按照軟件服務(wù)對象的范圍劃分項目軟件—

由客戶委托開發(fā)的軟件。產(chǎn)品軟件—

由軟件開發(fā)機構(gòu)開發(fā)，提供給市場的。此外，還可以按照軟件使用的頻度及按照軟件失效的影響進行劃分。軟件工程過程（Softwareengineeringprocess）：是指在軟件工具的支持下，所進行的一系列軟件工程活動。

通常包括以下四類基本過程：1、軟件規(guī)格說明：規(guī)定軟件的功能及其運行環(huán)境2、軟件開發(fā)：產(chǎn)生滿足規(guī)格說明的軟件3、軟件確認(rèn)：確認(rèn)軟件能夠完成客戶提出的要求4、軟件演進：為滿足客戶的變更要求，軟件必須在使用的過程中演進。

軟件工程過程的特性：1、可理解性 2、可見性（過程的進展和結(jié)果可見）3、可靠性4、可支持性（易于使用CASE工具支持）5、可維護性 6、可接受性（為軟件工程師接受）7、開發(fā)效率 8、健壯性（抵御外部意外錯誤的能力）1.2.2軟件工程過程1.2.2軟件工程過程1.3軟件生存期模型

軟件生存周期模型是描述軟件開發(fā)過程中各種活動如何執(zhí)行的模型。目前有若干軟件生存期模型，各種模型有其不同的特點，并適用于不同的開發(fā)方法。1.3軟件生存期模型瀑布模型(waterfallmodel)循環(huán)模型(loopmodel)增量模型(incrementalmodel)螺旋模型(spiralmodel)噴泉模型(fountainmodel)智能模型(intelligentmodel)問題定義編碼需求分析設(shè)計可行性研究運行與維護測試開發(fā)時期運行時期計劃時期(目標(biāo)與范圍說明書)(可行性論證論告)(維護報告)(測試報告)(程序)(設(shè)計文檔)(需求說明書)瀑布模型圖1.3瀑布模型1.3軟件生存期1.3.2循環(huán)模型

為了描述軟件開發(fā)過程中可能的回溯，尤其是維護階段往往要經(jīng)歷上述各個階段，采用循環(huán)模型描述。1.3.2循環(huán)模型需求分析設(shè)計編碼測試運行評價計劃

循環(huán)模型1.3.3增量模型(incrementalmodel)1.3.3漸增模型

增量模型是一種非整體開發(fā)的模型。根據(jù)增量的方式和形式的不同，分為基于瀑布模型的漸增模型和基于原型的快速原型模型。該模型具有較大的靈活性，適合于軟件需求不明確、設(shè)計方案有一定風(fēng)險的軟件項目。增量模型和瀑布模型之間的本質(zhì)區(qū)別是：瀑布模型屬于整體開發(fā)模型，它規(guī)定在開始下一個階段的工作之前，必須完成前一階段的所有細(xì)節(jié)。而增量模型屬于非整體開發(fā)模型，它推遲某些階段或所有階段中的細(xì)節(jié)，從而較早地產(chǎn)生工作軟件。1.3.3增量模型定義概要需求把需求分配給增量設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)增量驗證增量組裝增量驗證系統(tǒng)系統(tǒng)不完全最終系統(tǒng)

增量模型1.3.3增量模型

螺旋模型對于大型軟件，只開發(fā)一個原型往往達不到要求。螺旋模型將瀑布模型和增量模型結(jié)合起來，并加入了風(fēng)險分析。1.3.4螺旋模型螺旋模型將開發(fā)過程分為幾個螺旋周期，每個螺旋周期可分為4個工作步驟：

1.確定目標(biāo)、方案和限制條件；

2.評估方案、標(biāo)識風(fēng)險和解決風(fēng)險；

3.開發(fā)確認(rèn)產(chǎn)品；

4.計劃下一周期工作。

螺旋模型1.3.5噴泉模型分析系統(tǒng)設(shè)計軟件設(shè)計實現(xiàn)圖1.5噴泉模型該模型是由B.H.Sollers和J.M.Edwards于1990年提出的一種新的開發(fā)模型。主要用于采用對象技術(shù)的軟件開發(fā)項目。它克服了瀑布模型不支持軟件重用和多項開發(fā)活動集成的局限性，噴泉模型使開發(fā)過程具有迭代性和無間隙性。

其特點如下：

１、開發(fā)過程有分析、系統(tǒng)設(shè)計、軟件設(shè)計和實現(xiàn)4個階段。２、各階段相互重疊，它反映了軟件過程并行性的特點。３、以分析為基礎(chǔ)，資源消耗成塔型。４、反映了軟件過程迭代性的自然特性，從高層返回低層無資源消耗。５、強調(diào)增量開發(fā)，整個過程是一個迭代的逐步提煉的過程。

1.3.5噴泉模型1.3.6智能模型(intelligentmodel)獲取需求需求分析具體描述優(yōu)化程序調(diào)整驗證維護知識庫專家系統(tǒng)程序

也稱為基于知識的軟件開發(fā)模型，是知識工程與軟件工程相結(jié)合的軟件開發(fā)模型。其主要特點是必須建立知識庫，并將模型本身、軟件工程知識、特定領(lǐng)域知識放入知識庫。具體描述可以使用形式功能規(guī)約，也可以使用知識處理語言描述等。其模型如圖所示：1.3.5智能模型圖1.13智能模型1.4軟件開發(fā)方法1.4軟件開發(fā)方法軟件開發(fā)的目標(biāo)是要在規(guī)定的投資和時間內(nèi)，開發(fā)出符合用戶的需求，高質(zhì)量的軟件，為此需要有成功的開發(fā)方法。為了克服軟件危機，從60年代末開始，一直在進行軟件方法的研究與實踐，提出了多種軟件開發(fā)方法和技術(shù)，對軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著不可估量的作用。1.4.1軟件工程方法

軟件工程的內(nèi)容包括技術(shù)和管理兩方面，兩方面又緊密結(jié)合。通常把在軟件生命期中所使用的一整套技術(shù)的集合稱為方法（methodology）或范型(paradigm)。1.4.1軟件工程方法如何評價軟件開發(fā)方法：1、技術(shù)特征：層次性、抽象性、并行性、安全性、正確性等。2、使用特征：易理解性、易修改性、可移植性、工具的支持、可復(fù)用性、任務(wù)范圍、使用的頻度等。3、管理特征：易管理性；成本估算、配置管理等。4、經(jīng)濟特征：各種效益與代價。

軟件工程方法包括三要素：方法、工具和過程。方法：完成軟件開發(fā)各項任務(wù)的技術(shù)方法；工具：為方法的運用提供自動或者半自動的支撐環(huán)境；過程：為開發(fā)高質(zhì)量軟件所規(guī)定的各項任務(wù)的工作步驟。軟件開發(fā)方法可分為幾大類：面向過程的開發(fā)方法（傳統(tǒng)的）面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法基于構(gòu)件的開發(fā)方法1.4.1軟件工程方法特別要注意：由于軟件與程序是不同的概念，軟件開發(fā)方法與程序設(shè)計方法是兩個不同的概念。軟件開發(fā)方法可以是針對局部的，也可以是針對全局的。軟件工程方法，更加強調(diào)和重點研究的是需求分析與軟件設(shè)計的開發(fā)方法。也稱為面向過程的軟件開發(fā)方法，這類開發(fā)方法都典型地包含了分析、設(shè)計、實現(xiàn)、確認(rèn)（測試）、演化（維護）等活動。典型的傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法有：

Jackson方法、結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法、原型化方法、HIPO法、IDEF法等。1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法一、結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法（StructuredDevelopingMethod）是一種面向數(shù)據(jù)流的開發(fā)方法，是現(xiàn)有的軟件開發(fā)方法中最成熟，應(yīng)用最廣泛的方法，主要特點是快速，自然和方便。結(jié)構(gòu)化方法總的指導(dǎo)思想是自頂向下、逐步求精，以數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)的封閉性準(zhǔn)則來逐層分解的，它的基本原則是功能的分解與抽象。

結(jié)構(gòu)化方法強調(diào)結(jié)構(gòu)的合理性。提出了一組提高軟件結(jié)構(gòu)質(zhì)量的準(zhǔn)則，如功能的分解與抽象、模塊獨立性、信息屏蔽等。二、Jackson方法1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法

JACKSON方法是一種面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。強調(diào)程序結(jié)構(gòu)與問題結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。

JACKSON方法由兩部分構(gòu)成：

1、JSP（Jacksonstructured

Programming)

2、JSD(JacksonSystemDevelopment)原型是軟件開發(fā)過程中，軟件的一個早期可運行的版本，它反映了最終系統(tǒng)的部分重要特性。

原型化方法的基本思想是花費少量代價建立一個可運行的系統(tǒng)，使用戶及早獲得學(xué)習(xí)的機會，原型化方法又稱速成原型法（RapidPrototyping）。強調(diào)的是軟件開發(fā)人員與用戶的不斷交互，通過原型的演進不斷適應(yīng)用戶任務(wù)改變的需求。將維護和修改階段的工作盡早進行，使用戶驗收提前，從而使軟件產(chǎn)品更加適用。1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法三、原型化方法（PrototypingMethod）1.4.2傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法四、HIPO法（HierarchyPlusInput—Process—Output）

HIPO法（HierarchyPlusInput—Process—Output），按功能層次結(jié)構(gòu)分析法，74年由IBM公司推出的軟件分析及設(shè)計方法，又稱HIPO圖。

HIPO圖是以功能、功能完備性準(zhǔn)則逐層分解的。由直觀目錄表（H圖），概要HIPO圖，詳細(xì)IPO圖三部分組成。OOSD（Object-OrientedSoftwareDevelopment）法這是80年代推出的一種全新的軟件開發(fā)方法。非常實用而強有力，被譽為90年代軟件的核心技術(shù)之一。1.4.3面向?qū)ο蠓椒?.4.3面向?qū)ο蠓椒?/p>

其基本思想是：對問題領(lǐng)域進行自然的分割，以更接近人類通常思維的方式建立問題領(lǐng)域的模型，以便對客觀的信息實體進行結(jié)構(gòu)和行為的模擬，從而使設(shè)計的軟件更直接地表現(xiàn)問題的求解過程。面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法以對象作為最基本的元素，是分析和解決問題的核心。1.5軟件復(fù)用技術(shù)

“軟件重用”或“軟件復(fù)用”（SoftwareReuse）是指將已有的軟件成分用于構(gòu)造新的軟件系統(tǒng)。該技術(shù)是提高軟件生產(chǎn)率和質(zhì)量，降低成本的有效方法。1.5.1復(fù)用方式復(fù)用程序：包括目標(biāo)代碼和源代碼的復(fù)用，可通過連接(Link)、綁定(Binding)、包含(include)等功能支持及對象鏈接及嵌入(OLE)技術(shù)實現(xiàn)。復(fù)用分析比設(shè)計復(fù)用級別更高，實現(xiàn)方式與設(shè)計復(fù)用類似。復(fù)用設(shè)計：設(shè)計結(jié)果比源程序的抽象級別高，因此復(fù)用受環(huán)境影響小?？梢酝ㄟ^從現(xiàn)有系統(tǒng)中提取全部或者不同粒度的設(shè)計構(gòu)件，或者獨立于具體應(yīng)用開發(fā)設(shè)計構(gòu)件。復(fù)用結(jié)構(gòu)復(fù)用模塊結(jié)構(gòu)或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1.5軟件復(fù)用技術(shù)1.5.2可復(fù)用的構(gòu)件

構(gòu)件是指可以被明確標(biāo)識的軟件制品，可以是軟件開發(fā)不同階段的產(chǎn)品。

可復(fù)用構(gòu)件是指可被其它系統(tǒng)復(fù)用，用于構(gòu)成新系統(tǒng)的構(gòu)件?？蓮?fù)用構(gòu)件的特性：1.獨立性解決相對獨立的問題，與外界聯(lián)系盡量少。2.完整性既要包括完整的解決方案，還定義相應(yīng)操作。3.通用性在同類應(yīng)用中具有一般性。4.可標(biāo)識性通過合適的命名，構(gòu)件所解決的問題是可標(biāo)識的。5.可適應(yīng)性適應(yīng)環(huán)境變化。6.可靠性對各個使用它的系統(tǒng)都具有高的可靠性。1.5.2可復(fù)用的構(gòu)件1.6軟件工具及軟件開發(fā)環(huán)境CASE（計算機輔助軟件工程）的兩個階段：1、依賴與于軟件內(nèi)生命周期各階段的分散工具。2、軟件開發(fā)環(huán)境（SoftwareDevelopmentEnvironment)

軟件工程環(huán)境（SoftwareEngineeringEnvironment)

是包括方法、工具和管理等多種技術(shù)在內(nèi)的綜合系統(tǒng)，應(yīng)具備以下特點：①緊密性（各種工具緊密配合工作）②堅定性（環(huán)境可自