1、軟件工程2022/9/142第1章 軟件工程學(xué)概述 1.1 軟件危機(jī) 1.2 軟件工程 1.3 軟件生命周期1.4 軟件過程1.5 小結(jié)2022/9/143軟件危機(jī)的介紹1.1 軟件危機(jī)硬件和軟件發(fā)展的不平衡，硬件性能的發(fā)展極其迅速，給軟件提出了更高的要求軟件開發(fā)和維護(hù)成本越來越大，令人吃驚地高失敗的軟件開發(fā)項(xiàng)目屢見不鮮什么是軟件危機(jī)軟件危機(jī)是指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。2022/9/144軟件危機(jī)軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件成本日益增長 開發(fā)進(jìn)度難以控制 軟件質(zhì)量差 軟件維護(hù)困難軟件開發(fā)速度跟不上計(jì)算機(jī)發(fā)展速度軟件危機(jī)的原因技術(shù)原因軟件規(guī)模越來越大 軟件復(fù)雜度越來越高 管理

2、原因軟件開發(fā)缺乏正確的理論指導(dǎo)，過分依靠個(gè)人技巧和創(chuàng)造性對(duì)用戶需求沒有完整準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，就匆忙著手編寫程序如何克服軟件危機(jī) ：軟件工程2022/9/1452022/9/146引入同一變動(dòng)付出的代價(jià)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)問題在哪里？軟件開發(fā)鏈條的“放大”作用。(規(guī)范每個(gè)環(huán)節(jié))只有早期發(fā)現(xiàn)問題，才會(huì)盡量減少損失。(失之毫厘，謬以千里)但客觀規(guī)律：用戶的牙膏不會(huì)一下子擠完。(靜態(tài)開發(fā)方法“天生”會(huì)延遲問題的發(fā)現(xiàn))2022/9/147消除軟件危機(jī)的途徑對(duì)計(jì)算機(jī)軟件正確認(rèn)識(shí)。(軟件的偏見、定義及特征)推廣使用開發(fā)軟件成功的技術(shù)和方法，研究探索更好更有效的技術(shù)和方法，消除錯(cuò)誤概念和做法。開發(fā)和使用更好的軟件工具。

3、需要組織管理措施。軟件工程正是從技術(shù)和管理兩方面研究如何更好地開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)軟件的一門新興學(xué)科。無章法（個(gè)人英雄主義） 工程項(xiàng)目管理模式（團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)）軟件工程三要素2022/9/1481.2 軟件工程軟件工程（IEEE）1968年秋，提出軟件工程1) 將系統(tǒng)化、規(guī)范化、可量化的工程原則和方法，應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)。2) 對(duì)1)中方法的理論研究。主要目標(biāo)：高效開發(fā)高質(zhì)量軟件。軟件工程規(guī)范工業(yè)界：參照修改其它工程項(xiàng)目的管理模式如 ISO, PMI, Six Sigma學(xué)術(shù)界：CMM2022/9/149軟件工程基本原理 (開發(fā)與維護(hù)的指導(dǎo))用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審實(shí)

4、行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)果應(yīng)能清楚地審查開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性2022/9/1410軟件的生命周期 軟件開發(fā)過程瀑布模型快速原型、螺旋模型 噴泉模型等軟件開發(fā)新過程敏捷軟件開發(fā)(極限編程XP)統(tǒng)一軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)的規(guī)律軟件開發(fā)方法 結(jié)構(gòu)化方法面向?qū)ο蠓椒↗ackson系統(tǒng)開發(fā)方法模塊化方法軟件復(fù)用2022/9/1411軟件工程方法學(xué)把在軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)的集合稱為方法學(xué)(methodology)，也稱范型(paradigm)。軟件工程（方法學(xué)）三個(gè)要素：方法、工具和過程。方法是完成軟件開發(fā)各項(xiàng)任務(wù)的技術(shù)，回答“如何做”；工具

5、是為方法的運(yùn)用提供自動(dòng)或半自動(dòng)軟件支撐環(huán)境，回答“用什么做”；過程是為獲得高質(zhì)量的軟件要完成的一系列任務(wù)的框架，規(guī)定完成各項(xiàng)任務(wù)步驟，回答“如何控制、協(xié)調(diào)、保證質(zhì)量”。2022/9/1412傳統(tǒng)方法學(xué)也稱為生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型。 當(dāng)軟件規(guī)模較大，或?qū)浖男枨笫悄：幕螂S時(shí)間變化的時(shí)候，使用結(jié)構(gòu)化范型開發(fā)軟件往往不成功；此外，使用傳統(tǒng)方法學(xué)開發(fā)出的軟件，維護(hù)起來通常都很困難。結(jié)構(gòu)化靜態(tài)分析，面向?qū)ο髣?dòng)態(tài)分析傳統(tǒng)方法學(xué)2022/9/1413傳統(tǒng)方法的特點(diǎn)生命周期模型軟件過程劃分為若干個(gè)階段每個(gè)階段有各自的任務(wù)階段之間有某種順序性2022/9/1414面向?qū)ο蠓椒ǎ簩?duì)象作為融合數(shù)據(jù)及在數(shù)據(jù)之

6、上的操作行為的統(tǒng)一的軟件構(gòu)件。把所有對(duì)象都劃分成類(Class)。每個(gè)類都定義了一組數(shù)據(jù)和一組操作。按照父類(或稱為基類)與子類(或稱為派生類)的關(guān)系，把若干個(gè)相關(guān)類組成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(也稱為類等級(jí))。在類等級(jí)中，下層派生類自動(dòng)擁有上層基類中定義的數(shù)據(jù)和操作，稱為繼承。對(duì)象彼此間僅能通過發(fā)送消息互相聯(lián)系封裝性。數(shù)據(jù)：靜態(tài)操作：動(dòng)態(tài)Everything is Object.2022/9/1415OO特點(diǎn)面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的出發(fā)點(diǎn)和基本原則，是盡可能模擬人類習(xí)慣的思維方式。用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)開發(fā)軟件的過程，是一個(gè)主動(dòng)地多次反復(fù)迭代的演化過程。概念和表示方法上的一致性，階段間平滑（無縫）過渡。特殊到一

7、般的歸納思維過程；一般到特殊的演繹思維過程。（繼承的思想）2022/9/1416OO特點(diǎn) (2)最終產(chǎn)品中的對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體相對(duì)應(yīng)，降低了復(fù)雜性，提高了可理解性，簡化了軟件的開發(fā)和維護(hù)工作。對(duì)象是相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體，容易在軟件產(chǎn)品中重復(fù)使用，促進(jìn)了軟件重用。面用對(duì)象方法特有的繼承性，也進(jìn)一步提高了面向?qū)ο筌浖目芍赜眯浴?022/9/1417當(dāng)需求變化時(shí)：要求服務(wù)員禮貌待客！- 問候模擬人類思維迭代開發(fā)設(shè)計(jì)簡單、容易理解2022/9/1418面向?qū)ο蠓治鲱悎D的例子2022/9/14191.3 軟件生命周期 軟件生命周期由軟件定義、軟件開發(fā)和運(yùn)行維護(hù)三個(gè)時(shí)期組成，每個(gè)時(shí)期又可進(jìn)一步劃分成若干個(gè)

8、階段，每個(gè)階段有各自的任務(wù)。1軟件定義2軟件開發(fā)3運(yùn)行維護(hù)2022/9/1420問題定義（領(lǐng)域分析1）要解決的問題是什么可行性研究 （領(lǐng)域分析2，問題背景）上一個(gè)階段所確定的問題是否有行得通的解決辦法需求分析仍然不是具體地解決客戶的問題，而是準(zhǔn)確地回答“目標(biāo)系統(tǒng)必須做什么”。要用正式文檔準(zhǔn)確地記錄對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求，這份文檔通常稱為規(guī)格說明(specification)。2022/9/1421概要設(shè)計(jì)概括地回答“怎樣實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)?”這個(gè)問題。概要設(shè)計(jì)又稱為初步設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、高層設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)?？梢越o出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)的幾種可能的方案。另一項(xiàng)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)程序的體系結(jié)構(gòu)，即確定程序由哪些模塊組成以及

9、模塊間的關(guān)系。詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)是把解法具體化，回答“應(yīng)該怎樣具體地實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)”這個(gè)關(guān)鍵問題。還不是編寫程序，而是設(shè)計(jì)出程序的詳細(xì)規(guī)格說明。又稱為模塊設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)或低層設(shè)計(jì)。 2022/9/1422編碼和單元測(cè)試關(guān)鍵任務(wù)是寫出正確的容易理解、容易維護(hù)的程序模塊，并測(cè)試。綜合測(cè)試關(guān)鍵任務(wù)是通過各種類型的測(cè)試(及相應(yīng)的調(diào)試)使軟件達(dá)到預(yù)定的要求。集成測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試分析系統(tǒng)的可靠性記錄測(cè)試計(jì)劃、詳細(xì)測(cè)試方案及實(shí)際測(cè)試結(jié)果，作為軟件配置的一部分。2022/9/1423軟件維護(hù)維護(hù)階段的關(guān)鍵任務(wù)是，通過各種必要的維護(hù)活動(dòng)使系統(tǒng)持久地滿足用戶的需要。通常有四類維護(hù)活動(dòng)改正性維護(hù)，也就是診斷和改正在

10、使用過程中發(fā)現(xiàn)的軟件錯(cuò)誤；適應(yīng)性維護(hù)，即修改軟件以適應(yīng)環(huán)境的變化；完善性維護(hù)，即根據(jù)用戶的要求改進(jìn)或擴(kuò)充軟件使它更完善；預(yù)防性維護(hù)，即修改軟件為將來的維護(hù)活動(dòng)預(yù)先做準(zhǔn)備。2022/9/14241.4 軟件過程在實(shí)際軟件開發(fā)時(shí)，軟件規(guī)模、種類、開發(fā)環(huán)境及開發(fā)時(shí)使用的技術(shù)方法等因素，影響階段的劃分。軟件開發(fā)軟件維護(hù)軟件定義生命周期模型規(guī)定了把生命周期劃分成哪些階段及各個(gè)階段的執(zhí)行順序，因此，也稱為過程模型。在20世紀(jì)80年代之前，瀑布模型一直是唯一被廣泛采用的生命周期模型，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用得最廣泛的過程模型。按照傳統(tǒng)的瀑布模型來開發(fā)軟件，有如下特點(diǎn)。階段間具有順序性和依賴性推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)清楚地區(qū)分邏

11、輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)，盡可能推遲程序的物理實(shí)現(xiàn)。2022/9/1425瀑布模型 2022/9/1426傳統(tǒng)瀑布模型 傳統(tǒng)的瀑布模型 不希望有“變化”變化來的越晚，付出的代價(jià)越高。設(shè)計(jì)階段過多的假設(shè)，導(dǎo)致理想化、一廂情愿的東西過多。(用戶只參與需求)“文檔驅(qū)動(dòng)”，靜態(tài)2022/9/1427質(zhì)量保證的觀點(diǎn)每個(gè)階段都必須完成規(guī)定的文檔，沒有交出合格的文檔就是沒有完成該階段的任務(wù)。每個(gè)階段結(jié)束前都要對(duì)所完成的文檔進(jìn)行評(píng)審，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題，改正錯(cuò)誤。2022/9/1428實(shí)際瀑布模型可以在一定程度解決“變化”的問題如何“擁抱”變化？實(shí)際的瀑布模型2022/9/1429快速原型模型快速建立起可以運(yùn)行的程序，

12、其功能往往是最終產(chǎn)品功能的子集。模型的第一步是快速建立一個(gè)能反映用戶主要需求的原型系統(tǒng)，讓用戶試用，通過實(shí)踐了解目標(biāo)系統(tǒng)的概貌。2022/9/1430快速原型模型2022/9/1431快速原型開發(fā)快速原型的本質(zhì)是“快速”。盡可能快地建造出原型系統(tǒng)，以加速軟件開發(fā)過程，節(jié)約軟件開發(fā)成本。原型的用途是獲知用戶的真正需求，一旦需求確定了，原型將被拋棄。（原型通常沒有嚴(yán)格的規(guī)范化，缺少文檔，難以維護(hù)）2022/9/1432增量模型也稱為漸增模型。把軟件產(chǎn)品作為一系列增量構(gòu)件來設(shè)計(jì)、編碼、集成和測(cè)試。每個(gè)構(gòu)件由多個(gè)相互作用的模塊構(gòu)成，并且能夠完成特定的功能。使用增量模型時(shí)，第一個(gè)增量構(gòu)件往往實(shí)現(xiàn)軟件的基

13、本需求，提供最核心的功能。(滾雪球方式)2022/9/1433增量模型瀑布模型：力求一次性給用戶完整的系統(tǒng)。增量模型：逐步增加系統(tǒng)功能。需要開放的架構(gòu)設(shè)計(jì)。2022/9/1434風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型2022/9/1435螺旋模型螺旋模型的基本思想是使用原型及其他方法盡量降低風(fēng)險(xiǎn)。在每個(gè)階段之前都增加了風(fēng)險(xiǎn)分析過程的快速原型模型。完整的螺旋模型中帶箭頭的點(diǎn)劃線的長度代表當(dāng)前累計(jì)的開發(fā)費(fèi)用，螺線旋過的角度值代表開發(fā)進(jìn)度。2022/9/1436簡化的螺旋模型原型模型可以在一定程度上降低風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)有些風(fēng)險(xiǎn)也無能為力。需要專業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估人員。2022/9/1437完整的螺旋模型2022/9/1438噴泉模型迭代是OO開發(fā)過程的主要特性。噴泉模型是典型的面向?qū)ο笊芷谀Ｐ??！皣娙?體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程迭代和無縫的特性。為避免噴泉模型的過分無序，把一個(gè)線性過程作為總目標(biāo)。迭代 2022/9/1439噴泉模型迭代：逐步求精階段間沒有明顯的界限面向?qū)ο蟮乃枷氡ＷC了各個(gè)階段開發(fā)的一致性。2022/9/1440敏捷軟件開發(fā)快速適應(yīng)需求變化提高軟件生產(chǎn)率靈活、動(dòng)態(tài)的人員組織方式面向業(yè)務(wù)目標(biāo)持續(xù)改進(jìn)和重組2022/9/1441Rational統(tǒng)一過程2022/9/1442敏捷過程與極限編程敏捷軟件開發(fā)宣言個(gè)體和交互勝過過程和工具可以工作的軟件勝過面面俱到的