計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門基礎(chǔ)課程 第 8章 軟件工程 本章要點(diǎn)： 了解軟件危機(jī)、軟件工程的概念、軟件的生命周期 掌握軟件開發(fā)模型和軟件開發(fā)方法 了解軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)和保證體系 了解軟件項(xiàng)目管理 了解軟件評(píng)審 了解軟件可靠性 了解軟件容錯(cuò) 了解軟件環(huán)境 軟件工程概述 概念： 大型軟件開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重問題 。 表現(xiàn)形式： 質(zhì)量難以保證 、開發(fā)成本和開發(fā)進(jìn)度難以控制 、維護(hù)非常困難 、用戶不滿意 。 產(chǎn)生的原因 ： 規(guī)模 、管理 、 費(fèi)用 、開發(fā)技術(shù) 、生產(chǎn)方式 、開發(fā)工具。 軟件工程 ： 研究大規(guī)模程序設(shè)計(jì)的方法、工具和管理的一門工程科學(xué)，也就是運(yùn)用系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法來開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)軟件的系統(tǒng)工程。 軟件工程概述 一個(gè)軟件從提出開發(fā)要求開始直到該軟件報(bào)廢為止的整個(gè)時(shí)期。 （包括可行性分析和項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、維護(hù)等活動(dòng)）。 軟件工程概述 軟件開發(fā)模型 要 求 定 義確認(rèn)設(shè)計(jì)確認(rèn)編碼確認(rèn)測(cè)試確認(rèn)維護(hù)確認(rèn)需 求 說 明 書設(shè) 計(jì) 說 明 書源 程 序 清 單測(cè) 試 報(bào) 告軟 件 維 護(hù) 報(bào) 軟件開發(fā)模型 軟件開發(fā)模型 需 求 計(jì) 劃 操 作 概 念 軟 件 需 求提 交 部 分確 定 目 標(biāo) 方 案限 制 條 件費(fèi) 用 累 加風(fēng) 險(xiǎn) 分 析風(fēng) 險(xiǎn) 分 析風(fēng) 險(xiǎn) 分 析原 型 1 原 型 2 原 型 3可 操 作 原 型詳 細(xì) 設(shè) 計(jì)編程模塊測(cè)試組裝測(cè)試確認(rèn)測(cè)試運(yùn)行評(píng) 估 方 案 , 標(biāo) 識(shí) 、 解 決 風(fēng) 險(xiǎn)軟 件 產(chǎn) 品設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 驗(yàn) 證 和 確 認(rèn)需 求 驗(yàn) 證開 發(fā) 計(jì) 劃測(cè) 試 計(jì) 劃集 成 和計(jì) 劃 下 階 段 工 作開 發(fā) 驗(yàn) 證 下 一 級(jí) 產(chǎn) 軟件開發(fā)模型 實(shí) 現(xiàn)軟 件 設(shè) 計(jì)系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)分 軟件開發(fā)模型 模 型 檢 查軟 件 需 求 形 式化 說 明 ( 件 設(shè) 計(jì) 形 式化 說 明 ( 序( 變換 變換 軟件開發(fā)模型 用 戶 概 念支 持 需 求 分析 專 家 系 統(tǒng)需 求 分 析概 要 設(shè) 計(jì)詳 細(xì) 設(shè) 計(jì)編碼測(cè)試維護(hù)支 持 設(shè) 計(jì)專 家 系 統(tǒng)支 持 測(cè) 試專 家 系 統(tǒng)支 持 維 護(hù)專 家 系 將待開發(fā)軟件劃分為一些功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，模塊與模塊之間定義相應(yīng)的接口，各個(gè)模塊是可以分別單獨(dú)開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行測(cè)試的，最后，再將多個(gè)模塊組合起來，進(jìn)行軟件的整體測(cè)試，從而完成整個(gè)軟件的開發(fā)。 注意模塊劃分原則： 低耦合、大小適宜、接口明確、高復(fù)用率、調(diào)用層次少。 軟件開發(fā)方法 2. 結(jié)構(gòu)化方法 又稱面向數(shù)據(jù)流的軟件開發(fā)方法 ，使用了一組符號(hào)和一系列的準(zhǔn)則和工具來完成軟件開發(fā)各階段的工作。 原則： 用戶參與需求分析，先分析、再設(shè)計(jì)、后實(shí)現(xiàn)，自頂向下，文檔化管理。 軟件開發(fā)方法 通過分析信息結(jié)構(gòu)，并使用專門的圖形描述工具 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而得到軟件結(jié)構(gòu)。 從分析組成系統(tǒng)的對(duì)象開始，以數(shù)據(jù)抽象的類為基礎(chǔ)、自底向上的開發(fā)方法。 軟件開發(fā)方法 是一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言。它只是給出一套用于建模的元素及表示符號(hào)，并定義了它們的語義，而并不涉及如何進(jìn)行系統(tǒng)建模。 軟件開發(fā)方法 6. 軟件復(fù)用和構(gòu)件技術(shù) 利用人們長(zhǎng)期進(jìn)行軟件開發(fā)而積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法、需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、文檔等，來進(jìn)行新的軟件開發(fā)。復(fù)用對(duì)象可以包括整個(gè)軟件開發(fā)過程及其成果。 構(gòu)件 (在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成分。而可復(fù)用構(gòu)件 (指具有相對(duì)獨(dú)立的功能和可復(fù)用價(jià)值的構(gòu)件。 軟件開發(fā)方法 件質(zhì)量評(píng)價(jià)和保證 (1) 與所確定的功能和性能需求的一致性。 (2) 與所成文的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的一致性。 (3) 與所有專業(yè)開發(fā)的軟件所期望的隱含特性的一致性。 2. 影響軟件質(zhì)量的因素 ： (1) 可以直接度量的因素 : 如單位時(shí)間內(nèi)千行代碼 (所產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)。 (2) 只能間接度量的因素 : 如可用性或可維護(hù)性。 件質(zhì)量評(píng)價(jià)和保證 質(zhì)量保證就是向用戶及社會(huì)提供滿意的高質(zhì)量的產(chǎn)品，確保軟件產(chǎn)品從誕生到消亡為止的所有階段的質(zhì)量活動(dòng)，即確定、達(dá)到和維護(hù)需要的軟件質(zhì)量而進(jìn)行的所有有計(jì)劃、有系統(tǒng)的管理活動(dòng)。 量度量模型 1. 量度量模型 面向軟件產(chǎn)品的運(yùn)行、修正和轉(zhuǎn)移定義了一系列特性。 （ 正確性 、可靠性 、效率 、完整性 、可用性 可維護(hù)性 、可測(cè)試性 、適應(yīng)性 可移植性 、可重用性 、可互操作性 ） 2. 件的復(fù)雜性 1. 基本概念 軟件復(fù)雜性度量的參數(shù)： (1) 規(guī)模： 即總共的指令數(shù)，或源程序行數(shù)。 (2) 難度： 通常由程序中出現(xiàn)的操作數(shù)的數(shù)目所決定的量來表示。 (3) 結(jié)構(gòu)： 通常用與程序結(jié)構(gòu)有關(guān)的度量來表示。 (4) 智能度： 即算法的難易程度。 件的復(fù)雜性 2. 軟件復(fù)雜性的度量方法 (1)代碼行度量法 ： 以源代碼行數(shù)作為程序復(fù)雜性的度量 。 (2) ： 又稱環(huán)路度量，以圖論為工具，先畫出程序圖，然后用該圖的環(huán)路數(shù)作為程序復(fù)雜性的度量值。 件項(xiàng)目管理 1. 軟件項(xiàng)目計(jì)劃 目標(biāo)是為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提供一個(gè)框架，使之能合理地估算軟件項(xiàng)目開發(fā)所需的資源、經(jīng)費(fèi)和開發(fā)進(jìn)度，并控制軟件項(xiàng)目開發(fā)過程按此計(jì)劃進(jìn)行。 2. 軟件項(xiàng)目計(jì)劃內(nèi)容 范圍：給出該軟件項(xiàng)目的綜合描述，定義所要做的工作以及性能限制 。 資源：所需人員配置、軟件、硬件及其他資源。 進(jìn)度安排：給出實(shí)施進(jìn)度、資源使用表、成本估算、培訓(xùn)計(jì)劃等。 件可靠性 1. 軟件可靠性定義 一個(gè)程序按照用戶的要求和設(shè)計(jì)的目標(biāo)，執(zhí)行其功能的正確程度。 一個(gè)可靠的程序應(yīng)要求是正確的、完整的、一致的和健壯的。 平均失效等待時(shí)間 均失效間隔時(shí)間 件可靠性 （ 1） 平均失效等待時(shí)間 如對(duì) 硬件或者軟件 )進(jìn)行測(cè)試，它們的失效時(shí)間分別是 ， 平均失效等待時(shí)間 o 義為： 說明： 平均失效等待時(shí)間 的倒數(shù)： 。 其中， 是由用戶給出的指標(biāo)目標(biāo)值。 （ 2） 平均失效間隔時(shí)間 指兩次相繼失效之間的平均時(shí)間。 件可靠性 3. 軟件可靠性模型 (1) 可靠性增長(zhǎng)模型 硬件可靠性理論導(dǎo)出的模型，通過度量硬件的穩(wěn)定可用程度，用其錯(cuò)誤出現(xiàn)和糾正的速率來表示。 令 機(jī)器的穩(wěn)定可用性可定義為： A= 可靠性增長(zhǎng)模型的基本思想是一個(gè)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)并改正后，它的可靠性有一個(gè)定值的增長(zhǎng)。 件可靠性 (2) 基于程序內(nèi)部特性的模型 通過計(jì)算存在于軟件中的錯(cuò)誤的預(yù)計(jì)數(shù) ， 衡量軟件的可靠性。 (3) 植入模型 在軟件中“植入”已知的錯(cuò)誤，在歷經(jīng)一段時(shí)間的測(cè)試之后 , 可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并計(jì)算發(fā)現(xiàn)的植入錯(cuò)誤數(shù)與發(fā)現(xiàn)的實(shí)際錯(cuò)誤數(shù)之比。 件評(píng)審 在軟件開發(fā)的各個(gè)階段都要采用評(píng)審的方法，以發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，然后加以改正。 主要包括： (1) 設(shè)計(jì)的規(guī)格說明書要符合用戶的要求。 (2) 程序要按照設(shè)計(jì)規(guī)格說明書所規(guī)定的情況正確執(zhí)行。 件容錯(cuò)技術(shù) 1. 軟件容錯(cuò)的定義 2. 容錯(cuò)的一般方法 3. 容錯(cuò)軟件的設(shè)計(jì)過程 件工程環(huán)境 (1) 軟件開發(fā)環(huán)境： 在計(jì)算機(jī)的基本軟件的基礎(chǔ)上，為了支持軟件的開發(fā)而提供的一組工具軟件系統(tǒng) 。 (2) 對(duì)軟件開發(fā)環(huán)境的要求 : 一體化 、通用性 、適應(yīng)性和靈活性 、易使用、經(jīng)濟(jì)高效 。 件工程環(huán)境 (1) 按解決的問題分類 ： 程序設(shè)計(jì)環(huán)境 、 系統(tǒng)合成環(huán)境 、項(xiàng)目管理環(huán)境 。 (2) 按軟件開發(fā)環(huán)境的演變趨向分類 : 以語言為中心的環(huán)境 、工具箱環(huán)境 、基于方法的環(huán)境 。 (3) 按集成化程度分類 :