第一講軟件工程

軟件工程

SoftwareEngineering

第一講教材及參考資料《軟件工程》張海藩人民郵電出版社《軟件工程》鄂大偉清華大學(xué)出版社其他有關(guān)軟件開發(fā)、設(shè)計(jì)、管理類的書籍.hk軟件工程論壇，如CSDN中的軟件工程論壇等……2課程考核方式平時(shí)考勤：20分遲到一次扣1分曠課一次扣2分上機(jī)作業(yè)：15分課堂討論及課下作業(yè)：15分期末考試（筆試，閉卷）：50分缺課次數(shù)在1/3以上的不允許參加考試3先修課程計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)類課程計(jì)算機(jī)編程語言：C、C++數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（非必須）4如何學(xué)好這門課從簡到繁、從繁到簡的學(xué)習(xí)過程多看、多想、多交流、多實(shí)踐理論聯(lián)系實(shí)際5本門課程的重要性……6這門課程的學(xué)分較高這門課程的內(nèi)容很多這門課程的難度不小這門課程的意義重大故此，要求大家每節(jié)課必到，每節(jié)課必聽。7讓我們進(jìn)入軟件工程的廣袤天地，共同學(xué)習(xí)、交流、進(jìn)步……8引論1、我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過：計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)等課程。2、是否具備完成一般軟件目標(biāo)能力呢？例如：⑴編寫計(jì)算y=sin(x)的源碼；⑵手機(jī)芯片操作系統(tǒng)(COS)設(shè)計(jì)；⑶大學(xué)課表編制系統(tǒng)，等等。3、要達(dá)到完成上述目標(biāo)，我們僅有計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)是不行的。4、一般情況下，一個軟件的完成，除了要掌握計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)外，還要有數(shù)學(xué)、物理、電子技術(shù)等基礎(chǔ)科學(xué)與領(lǐng)域知識。95、有了上述技術(shù)還不夠。還要有軟件開發(fā)的專門技術(shù)。例如，我們要編寫一個手機(jī)操作系統(tǒng)時(shí)：①我們發(fā)現(xiàn)要知道他的設(shè)計(jì)是怎樣的；②當(dāng)設(shè)計(jì)該問題時(shí),我們發(fā)現(xiàn)對該問題要進(jìn)行分析。③我們求解該問題的程序?qū)幔竣苋绻浖_發(fā)周期比較長，如何應(yīng)付開發(fā)對象變化？⑤參加的人員較多時(shí)的分工協(xié)作。⑥軟件質(zhì)量怎么管理？10(7)一個軟件的開發(fā)用什么工具。(8)開發(fā)中如何與用戶交流與合作，與同伴合作。(9)每一個軟件技術(shù)人員都希望有軟件項(xiàng)目開發(fā)。那么是不是有投資就可以開發(fā)呢？這就是所謂的可行性問題。(10)如何計(jì)算一個軟件工程的費(fèi)用與開發(fā)周期。(11)工程中個人榮譽(yù)與利益。……只有學(xué)習(xí)《軟件工程》，才能回答上述問題。11第一章軟件工程主要內(nèi)容軟件危機(jī)軟件概念、特點(diǎn)軟件工程的定義、內(nèi)容、基本原理121.1軟件危機(jī)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷程第一代（20世紀(jì)60年代中期以前）程序設(shè)計(jì)階段 專用軟件、規(guī)模小、沒有系統(tǒng)化方法和管理、最終只有程序保留第二代（從20世紀(jì)60年代中期到70年代中期）程序系統(tǒng)階段 多道程序、多用戶系統(tǒng)、在線存儲及數(shù)據(jù)庫，軟件作坊，——“軟件工程”學(xué)科誕生第三代（從20世紀(jì)70年代中期到80年代中期）軟件工程階段 分布式系統(tǒng)、微處理器，主要在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界應(yīng)用第四代（從20世紀(jì)80年代中期至今）軟件工程階段 C/S、B/S，軟件產(chǎn)業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)中已經(jīng)占有舉足輕重的地位13*幾十年來根本的變化體現(xiàn)在(1)人們改變了對軟件的看法。50-60年代，程序設(shè)計(jì)曾被看成一種任人發(fā)揮創(chuàng)造才能的技術(shù)領(lǐng)域，程序只要能在得出正確的結(jié)果，其寫法可不受任何約束。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛使用，人們要求這些程序容易看懂、使用、修改和擴(kuò)充。于是，程序便從按個人意圖創(chuàng)造的“藝術(shù)品”轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙粡V大用戶接受的工程化產(chǎn)品。(2)軟件的需求是軟件發(fā)展的動力。早期只是為了滿足程序開發(fā)者的需要；進(jìn)入軟件工程階段以后，軟件開發(fā)的成果要在市場中流通以滿足廣大用戶的需要。(3)軟件工作的范圍從只考慮程序的編寫擴(kuò)展到涉及整個軟件生存周期。1420世紀(jì)60年代末70年代初，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了一場“軟件危機(jī)”（1968年由北大西洋公約組織（NATO）在德國召開的國際學(xué)術(shù)會議上首次提出）。這場軟件危機(jī)表現(xiàn)：一方面軟件十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，供需差日益增大；另一方面軟件開發(fā)時(shí)又常常受挫，質(zhì)量差，指定的進(jìn)度表和完成日期很少能按時(shí)實(shí)現(xiàn)，研制過程很難管理，即軟件的研制往往失去控制軟件危機(jī)是指軟件開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的這一系列嚴(yán)重問題。軟件危機(jī)包含下述兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，以滿足對軟件日益增長的需求；如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的已有軟件。151.1.2軟件危機(jī)軟件危機(jī)的典型表現(xiàn)成本和進(jìn)度估計(jì)不準(zhǔn)確用戶不滿意質(zhì)量靠不住軟件不可維護(hù)沒有適當(dāng)?shù)奈臋n（對于管理人員、開發(fā)人員、維護(hù)人員）軟件成本占計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本比例逐年上升軟件開發(fā)速度跟不上硬件和應(yīng)用普及，16軟件本身缺乏“可見性”，開發(fā)過程難于管理軟件維護(hù)意味著對軟件原來設(shè)計(jì)的修改大型軟件合作開發(fā)軟件開發(fā)和維護(hù)的方法不正確沒有真正把握用戶需求軟件生命周期：定義、開發(fā)、使用、維護(hù)，編程占10-20%工作量軟件由一個完整配置組成，程序只是軟件的一個部分做好軟件定義（不同階段修改付出的代價(jià)大不相同）輕視維護(hù)171.1.3產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因18*《人月神話》和《沒有銀彈》由Brooks分別在1975年和1987年出版；F.P.Brooks是IBM公司在1963年—1966年開發(fā)的IBM360機(jī)操作系統(tǒng)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；該項(xiàng)目花費(fèi)5000人一年的工作量，近100萬行代碼，但結(jié)果非常糟糕，每個新版本都是從前一版本中找出1000個程序錯誤而修正的結(jié)果。“正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死的掙扎，越是掙扎，陷得越深，最后無法逃脫滅頂?shù)臑?zāi)難”（摘自《人月神話》）。19*《人月神話》和《沒有銀彈》在《沒有銀彈》中，Brooks有一個著名論斷：軟件工作是人類所從事的最復(fù)雜的工作。在他看來，對于軟件的突破性技術(shù)（即所謂的銀彈）而言，不管是過去、現(xiàn)在還是將來，類似于“銀彈”的各種“屠龍之技”都不可能解決軟件復(fù)雜性的問題。這讓人們意識到了軟件工程的本質(zhì)，放棄尋找“放之四海而皆準(zhǔn)”的幻想。20軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，它是包括程序、數(shù)據(jù)及其相關(guān)文檔的完整集合。其中：程序是能夠完成預(yù)定功能和性能的可執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能夠適當(dāng)?shù)奶幚硇畔⒌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的圖文資料。值得強(qiáng)調(diào)的是，程序≠軟件，程序只是軟件的組成部分21*軟件的概念軟件是一種邏輯實(shí)體，不是物理實(shí)體，具有不可見和抽象性軟件的開發(fā)，是人的智力的高度發(fā)揮，而不是硬件制造軟件維護(hù)與硬件的維修有著本質(zhì)的差別軟件的開發(fā)和運(yùn)行常常受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著不同程度的依賴性軟件的開發(fā)至今尚未完全擺脫手工藝的開發(fā)方式，使軟件的開發(fā)效率受到很大限制軟件的開發(fā)是一個復(fù)雜的過程，可能來自它所反映的實(shí)際問題的復(fù)雜性，也可能來自程序邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性軟件的成本非常高昂相當(dāng)多的軟件工作涉及到社會因素。許多軟件的開發(fā)和運(yùn)行涉及機(jī)構(gòu)、體制及管理方式等問題，甚至涉及到人的觀念和人們的心理22*軟件的特點(diǎn)*基于軟件功能的劃分系統(tǒng)軟件

能與計(jì)算機(jī)硬件緊密配合在一起，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個部件、相關(guān)的軟件和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、高效地工作的軟件。例如，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序以及通信處理程序等。 支撐軟件是協(xié)助用戶開發(fā)軟件的工具性軟件，其中包括幫助程序人員開發(fā)軟件產(chǎn)品的工具，也包括幫助管理人員控制開發(fā)的進(jìn)程的工具。應(yīng)用軟件

是在特定領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)，為特定目的服務(wù)的一類軟件。23*軟件的分類*基于軟件工作方式的劃分實(shí)時(shí)處理軟件指在事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，立即予以處理，并及時(shí)反饋信號，控制、監(jiān)測過程的軟件。主要包括數(shù)據(jù)采集，分析，輸出三部分分時(shí)軟件

允許多個聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)交互式軟件能實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信的軟件批處理軟件把一組輸入作業(yè)或一批數(shù)據(jù)以成批處理的方式一次運(yùn)行，按順序逐個處理完的軟件24*基于軟件開發(fā)目標(biāo)用戶的劃分：項(xiàng)目軟件也稱定制軟件，是受某個特定客戶（或少數(shù)客戶）的委托，由一個或多個軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)在合同的約束下開發(fā)出來的軟件。例如軍用防空指揮系統(tǒng)、衛(wèi)星控制系統(tǒng)產(chǎn)品軟件是由軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)出來直接提供給市場，或是為千百個用戶服務(wù)的軟件。例如，文字處理軟件、文本處理軟件、財(cái)務(wù)處理軟件、人事管理軟件等。25*基于軟件部署方式的劃分：桌面程序帶數(shù)據(jù)庫不帶數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)程序C/SB/S261.2軟件工程主要內(nèi)容：軟件工程的定義軟件工程的基本原理*軟件工程的框架*軟件工程的三個要素*軟件工程的知識體系*軟件開發(fā)方法271.2.1軟件工程定義軟件工程是指導(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)與維護(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，經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)它。 1993年美國《IEEE軟件工程標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語》對軟件工程下的定義為（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。28*軟件工程含義的理解1968年北大西洋公約組織（NATO）的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在國際學(xué)術(shù)會議上，針對軟件開發(fā)長期以來存在的“開發(fā)周期長、成本高、質(zhì)量差、適應(yīng)性差、難維護(hù)”這五大難題，提出了“軟件危機(jī)”的概念。并為解決這些難題，首次提出“軟件工程”的概念，提出把軟件開發(fā)從“藝術(shù)”和“個體行為”向“工程”和“群體協(xié)同工作”轉(zhuǎn)化。基本思想是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)理論和技術(shù)以及工程管理原則和方法，按照預(yù)算和進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)滿足用戶要求的軟件產(chǎn)品的定義、開發(fā)、發(fā)布和維護(hù)的工程。291.2.2軟件工程的7條基本原理它們是相互獨(dú)立的，是缺一不可的最小集合；同時(shí)，它們又是相當(dāng)完備的。1）用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理 把軟件生命周期劃分成若干個階段，并相應(yīng)地制定出切實(shí)可行的計(jì)劃，然后嚴(yán)格按照計(jì)劃對軟件的開發(fā)與維護(hù)進(jìn)行管理。

項(xiàng)目概要計(jì)劃、里程碑計(jì)劃、項(xiàng)目控制計(jì)劃、產(chǎn)品控制計(jì)劃、驗(yàn)證計(jì)劃、運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃2）堅(jiān)持進(jìn)行階段評審 設(shè)計(jì)錯誤63%，編碼錯誤37%,發(fā)現(xiàn)越晚成本越高303）實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制 需求變更不可避免，需經(jīng)過變更評審。實(shí)行基準(zhǔn)（基線）配置管理。4）采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)

結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο蟆⒚嫦蚍?wù)、面向模式程序設(shè)計(jì)5）結(jié)果應(yīng)能清楚的審查

根據(jù)開發(fā)總目標(biāo)和期限規(guī)定開發(fā)組織的責(zé)任和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)6）開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精7）承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性

積極主動地采納新的軟件技術(shù)，注意不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)31*軟件工程的框架軟件工程描述一個團(tuán)隊(duì)為達(dá)到某個既定目標(biāo)，在一定環(huán)境中的工作步驟，以及在這些工作步驟中如何對團(tuán)隊(duì)的成員進(jìn)行角色分工，如何為各種角色確定具體的工作流程，并指明在工作流程中應(yīng)從事哪些活動，使用什么樣的方法、工具，產(chǎn)生哪些階段性成果。此外軟件工程還指明上述內(nèi)容應(yīng)如何進(jìn)行有效管理以確保成功，以及工程進(jìn)行過程中和結(jié)束后怎樣對工程進(jìn)行評價(jià)，以期不斷改進(jìn)。32軟件過程軟件管理角色環(huán)境流程活動方法工具成果評價(jià)目標(biāo)（軟件產(chǎn)品）軟件工程框架*軟件工程的3個要素總體而言，軟件工程包含技術(shù)和管理兩方面的內(nèi)容，是管理和技術(shù)的緊密結(jié)合。軟件工程研究的內(nèi)容包含方法、工具、過程這三個要素。整體體系以質(zhì)量為中心，關(guān)注質(zhì)量是軟件工程的根本出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)33關(guān)注質(zhì)量過程方法工具方法：包括管理方法（如項(xiàng)目管理）和技術(shù)方法（如系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、測試技術(shù)等）。工具；為方法提供支持，為方法的運(yùn)用提供自動或半自動的支撐環(huán)境和軟件工具。過程：是將方法與工具相結(jié)合，為開發(fā)高質(zhì)量軟件規(guī)定各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。*軟件工程的知識體系2001年5月，ISO和IEC共同發(fā)布了一份標(biāo)準(zhǔn)化文件——《軟件工程知識體系指南》，目前仍在更新之中。以2004年發(fā)布的版本，軟件工程知識體系（SWEBOK,SoftwareEngineeringBodyofKnowledge）的主要內(nèi)容包括10個知識域（KnowledgeArea）：34*軟件工程的知識體系軟件需求（SoftwareRequirements）軟件設(shè)計(jì)（SoftwareDesign）軟件構(gòu)造（SoftwareConstruction）軟件測試（SoftwareTesting）軟件維護(hù)（SoftwareMaintenance）軟件配置管理（SoftwareConfigurationManagement）軟件工程管理（SoftwareEngineeringManagement）軟件工程過程（SoftwareEngineeringProcess）軟件工程工具與方法（SoftwareEngineeringToolsandMethods）軟件質(zhì)量（SoftwareProcessandProductQuality）35*軟件開發(fā)方法1、軟件開發(fā)方法是一種認(rèn)知觀軟件主要涉及“現(xiàn)實(shí)世界”、“概念世界”、“計(jì)算機(jī)世界”三個空間。其實(shí)質(zhì)是人以計(jì)算機(jī)語言為橋梁，將現(xiàn)實(shí)世界映射于計(jì)算機(jī)世界中，已解決人們在客觀感知世界中的問題。在很多工程領(lǐng)域中，從事工程設(shè)計(jì)開發(fā)的都是熟悉本領(lǐng)域的工程師或?qū)＜遥坏窃谲浖こ填I(lǐng)域，一般由計(jì)算機(jī)專業(yè)背景的人在另一個不熟悉的領(lǐng)域中從事軟件開發(fā)。這就要求一個學(xué)習(xí)、調(diào)研、表述、論證的過程，做到對應(yīng)用領(lǐng)域的真正認(rèn)知，而后進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)。軟件開發(fā)方法正是為了解決上述問題而產(chǎn)生的。36*軟件開發(fā)方法面向過程的結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法兩種開發(fā)方法是本門課程的主要內(nèi)容。37Theend.后面部分的內(nèi)容作為參考資料。39*工程對比一、蓋房子確定和分析需求；提出并文檔化房子的總體設(shè)計(jì)；提出房子的詳細(xì)規(guī)格說明；識別并設(shè)計(jì)房子的組成部分；構(gòu)建房子的每一個組成部分；測試房子的每一個組成部分；把房子的各個組成部分集成在一起，在住戶搬進(jìn)來之前做最后的修改；由房子的住戶持續(xù)進(jìn)行維護(hù)。注意事項(xiàng)：1、房子是在社會、經(jīng)濟(jì)以及它所處的政府體系的背景下建造的。即房子的建造要遵守建設(shè)法規(guī)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、生活和風(fēng)俗習(xí)慣、質(zhì)量保證規(guī)定和常識等40*工程對比注意事項(xiàng)：2、不可能確切的規(guī)定建造房子的活動，必須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為決策留有余地，已處理未預(yù)料到的或非常標(biāo)準(zhǔn)的情形。這正是藝術(shù)和專業(yè)技術(shù)發(fā)揮作用的地方。。。。因此，蓋房子是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，在建造的過程中，過程、產(chǎn)品或資源很多時(shí)候會發(fā)生變化，但都可以通過藝術(shù)和專業(yè)知識進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)劑。雖然蓋房子的過程可以標(biāo)準(zhǔn)化，但是，專家的判斷力和創(chuàng)造性總是需要的。41*工程對比二、構(gòu)建一個系統(tǒng)：42蓋房子軟件項(xiàng)目確定Smith夫婦、Smith父母、工程隊(duì)確定客戶、用戶、開發(fā)團(tuán)隊(duì)確定需求：邊界、實(shí)體、活動確定需求：邊界、實(shí)體、活動設(shè)計(jì)建筑平面圖、透視圖向客戶展示圖片、報(bào)表、文字描述、原型客戶評審；設(shè)計(jì)細(xì)化；開始施工客戶評審；設(shè)計(jì)細(xì)化；設(shè)計(jì)編寫代碼變更（增加一個天窗；追加預(yù)算用另外一種材料；增加設(shè)施）需求變更單個房間測試；供電、供水整體測試單元測試；集成測試交付使用驗(yàn)收測試及交付住戶維護(hù)；工程隊(duì)維修用戶使用；開發(fā)商維護(hù)*軟件工程的概念、特點(diǎn)及類比概念：軟件工程是創(chuàng)造和生產(chǎn)軟件的活動和過程，包括相關(guān)的需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程、測試和部署等各個環(huán)節(jié)。軟件工程不是科學(xué)，因?yàn)槠淠康脑谟趧?chuàng)造而不是發(fā)現(xiàn)軟件工程甚至不是傳統(tǒng)意義上的工程，因?yàn)橐话愎こ潭加谐墒斓南到y(tǒng)化方法，比如土木設(shè)計(jì)有很嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)手冊供參考，但軟件工程至今沒有一個公認(rèn)的系統(tǒng)化方法，還停留在后手工作坊階段。43*軟件