第七章軟件工程,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,軟件的特點(diǎn)：,軟件是一種邏輯實(shí)體，而不是具體的物理實(shí)體。因而它具有抽象性。軟件的生產(chǎn)與硬件不同，在它的開發(fā)過程中沒有明顯的制造過程。在軟件的運(yùn)行和使用期間，沒有硬件那樣的機(jī)械磨損，老化問題。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,軟件的開發(fā)和運(yùn)行常受到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，對(duì)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。軟件本身是復(fù)雜的實(shí)際問題的復(fù)雜性。程序邏輯結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。軟件成本相當(dāng)昂貴。相當(dāng)多的軟件工作涉及到社會(huì)因素。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,一、軟件工程基本概念二、軟件工程基本原則三、軟件工程的設(shè)計(jì)模式四、軟件質(zhì)量,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,1、軟件工程基本概念,程序設(shè)計(jì)階段50至60年代程序系統(tǒng)階段60至80年代主要圍繞軟件項(xiàng)目，開展開發(fā)模型、支持工具以及開發(fā)方法的研究。軟件工程階段80年代以后開展有關(guān)軟件生產(chǎn)技術(shù)、軟件復(fù)用技術(shù)、軟件生產(chǎn)管理的研究和實(shí)踐；提出具有廣泛應(yīng)用前景的面向?qū)ο蠓椒ê拖嚓P(guān)的語(yǔ)言,近年來(lái)，軟件工程的研究從過程轉(zhuǎn)向產(chǎn)品更加注重程序的開發(fā)范型和軟件生產(chǎn)。高智能、自動(dòng)化CASE成為軟件工程技術(shù)研究的熱點(diǎn)。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,Boehm：運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)并構(gòu)造計(jì)算機(jī)程序及為開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)這些程序所必需的相關(guān)文件資料。IEEE：軟件工程是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法。FritzBauer：建立并使用完善的工程化原則，以較經(jīng)濟(jì)的手段獲得能在實(shí)際機(jī)器上有效運(yùn)行的可靠軟件的一系列方法。,一、軟件工程概念,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,軟件工程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理，開發(fā)軟件的工程。目標(biāo)是讓學(xué)生了解和掌握軟件開發(fā)中的方法學(xué)和工程學(xué)知識(shí)，并應(yīng)用于實(shí)踐。劉乃琦教授,軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)與軟件工程方法,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,軟件工程項(xiàng)目的基本目標(biāo),付出較低的開發(fā)成本達(dá)到要求的軟件功能取得較好的軟件性能開發(fā)的軟件易于移植需要較低的維護(hù)費(fèi)用能按時(shí)完成開發(fā)工作，及時(shí)交付使用,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,1、軟件生命周期,軟件生命周期：開發(fā)、使用、修改。軟件命周期六個(gè)步驟：（問題定義和可行性研究）制定計(jì)劃、需求分析、設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)）、程序編碼、測(cè)試及運(yùn)行維護(hù)。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,2、制定計(jì)劃,確定要開發(fā)軟件系統(tǒng)的總目標(biāo)。給出功能、性能、可靠性以及接口等方面的要求。完成該軟件任務(wù)的可行性研究。估計(jì)可利用的資源(計(jì)算機(jī)硬件，軟件，人力等)、成本、效益、開發(fā)進(jìn)度。制定出完成開發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃,連同可行性研究報(bào)告，提交管理部門審查。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,3、需求分析和定義,對(duì)待開發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義。編寫軟件需求說明書或系統(tǒng)功能說明書及初步的系統(tǒng)用戶手冊(cè)。提交管理機(jī)構(gòu)評(píng)審。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,4、軟件設(shè)計(jì),概要設(shè)計(jì)把各項(xiàng)需求轉(zhuǎn)換成軟件的體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中每一組成部分都是意義明確的模塊，每個(gè)模塊都和某些需求相對(duì)應(yīng)。詳細(xì)設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)模塊要完成的工作進(jìn)行具體的描述，為源程序編寫打下基礎(chǔ)。編寫設(shè)計(jì)說明書，提交評(píng)審。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,5、程序編寫,把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的程序代碼，即寫成以某一種特定程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示的“源程序清單”。寫出的程序應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)良好、清晰易讀的，且與設(shè)計(jì)相一致的。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,6、軟件測(cè)試,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,測(cè)試是軟件開發(fā)的最后一個(gè)階段，是保證軟件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它是對(duì)需求分析、設(shè)計(jì)和編碼的最后復(fù)審，通過測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)和糾正軟件中的錯(cuò)誤，以保證軟件的可靠性。,6.1程序測(cè)試的基本概念,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,測(cè)試看作其程序能夠正常運(yùn)行的證明。GJMyers：“程序測(cè)試是為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程?！备鶕?jù)這一測(cè)試定義，只有發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤的測(cè)試才能認(rèn)為是成功的測(cè)試。測(cè)試具有不徹底性。通過測(cè)試可以找出程序中的錯(cuò)誤，但任何測(cè)試都是不徹底的，不能保證測(cè)試后的程序不存在遺留的錯(cuò)誤。,6.2、程序測(cè)試的基本概念,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,測(cè)試時(shí)還要考慮其經(jīng)濟(jì)性。一般來(lái)說，測(cè)試成本占整個(gè)開發(fā)成本的三分之一左右。為了降低測(cè)試成本，要認(rèn)真研究測(cè)試策略，采用盡可能少的測(cè)試用例，發(fā)現(xiàn)盡可能多的程序錯(cuò)誤。如果在設(shè)計(jì)階段程序設(shè)計(jì)做得很好，那么測(cè)試時(shí)就不需花費(fèi)太多時(shí)間。如果設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分地對(duì)算法進(jìn)行測(cè)試，那么就可能存在許多邏輯錯(cuò)誤，要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)試。一般規(guī)律是：在分析和設(shè)計(jì)算法時(shí)花時(shí)間越多，調(diào)試程序時(shí)就花時(shí)間越少。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,6.2測(cè)試的種類,在程序測(cè)試期，通常進(jìn)行兩類測(cè)試：人工測(cè)試和機(jī)器測(cè)試。人工測(cè)試（靜態(tài)測(cè)試）對(duì)程序首先進(jìn)行的不是機(jī)器測(cè)試，而是通過人工集體協(xié)同的方式來(lái)對(duì)被測(cè)程序進(jìn)行靜態(tài)審查，以發(fā)現(xiàn)代碼中的錯(cuò)誤。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,機(jī)器測(cè)試（動(dòng)態(tài)測(cè)試）動(dòng)態(tài)測(cè)試分為兩類。一類是把被測(cè)程序看成一個(gè)黑盒，根據(jù)程序功能來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，稱為黑盒測(cè)試；另一類是根據(jù)被測(cè)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，測(cè)試者必須事先了解被測(cè)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故稱為白盒測(cè)試。,6.2測(cè)試的種類,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,高級(jí)測(cè)試高級(jí)測(cè)試通常就是由程序測(cè)試小組與用戶一起進(jìn)行的驗(yàn)收測(cè)試，這時(shí)不是將程序功能與系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范說明書相比較，而是將它與用戶需求說明相比較，即將它與用戶的原始目標(biāo)、預(yù)期結(jié)果以及用戶當(dāng)前需要相比較。當(dāng)用戶認(rèn)為程序能夠滿足預(yù)期的需要時(shí)，開發(fā)過程的測(cè)試階段就結(jié)束了。,6.2測(cè)試的種類,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,6.3程序運(yùn)行和維護(hù),程序初步測(cè)試成功，并不說明大功告成，必須經(jīng)過運(yùn)行，在運(yùn)行中使程序老化。所謂老化就是經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后，驗(yàn)證程序的性能指標(biāo)，看看是否便于維護(hù)。已交付的軟件投入正式使用，便進(jìn)入運(yùn)行階段。這一階段可能持續(xù)若干年甚至幾十年。軟件在運(yùn)行中可能由于多方面的原因，需要進(jìn)行修改。其可能的原因有：軟件在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤需要修正；為了適應(yīng)變化了的軟件工作環(huán)境，需要適當(dāng)變更；為了增強(qiáng)軟件的功能需做變更等等。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,7、運(yùn)行維護(hù),改正性維護(hù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了軟件中的錯(cuò)誤需要修正。適應(yīng)性維護(hù)為了適應(yīng)變化了的軟件工作環(huán)境，需做適當(dāng)變更。完善性維護(hù)為了增強(qiáng)軟件的功能需做變更。,二、軟件工程的基本原則,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,瀑布模型演化模型螺旋模型噴泉模型智能模型,三、軟件工程的設(shè)計(jì)方法,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,1、瀑布模型,瀑布模型有什么缺點(diǎn)？如何改進(jìn)？,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,從上一階段接受本階段工作的對(duì)象作為輸入。本階段的工作成果作為輸出傳入下一階段。評(píng)估各階段，若本階段工作得到確認(rèn)，繼續(xù)，否則返回前一階段?？梢栽黾臃答伨€來(lái)表示具有反饋回路的瀑布模型。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,核心系統(tǒng)開發(fā),2、演化模型,演化模型有什么特點(diǎn)？,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,w由于在項(xiàng)目開發(fā)的初始階段人們對(duì)軟件的需求認(rèn)識(shí)常常不夠清晰，用戶只能給出系統(tǒng)的核心，并根據(jù)實(shí)現(xiàn)的核心系統(tǒng)有效地提出反饋，來(lái)支持系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。w第一次只是試驗(yàn)開發(fā)核心系統(tǒng)，其目標(biāo)只是在于探索可行性，弄清軟件需求。w第二次則在此基礎(chǔ)上提出精化系統(tǒng)，獲得較為滿意的軟件產(chǎn)品。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,3螺旋模型,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,w制定計(jì)劃確定軟件目標(biāo)，選定實(shí)施方案，弄清項(xiàng)目開發(fā)的限制條件。w風(fēng)險(xiǎn)分析分析所選方案，考慮如何識(shí)別和消除風(fēng)險(xiǎn)。w實(shí)施工程實(shí)施軟件開發(fā)。w客戶評(píng)估評(píng)價(jià)開發(fā)工作，提出修正建議。,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,迭代重復(fù)演進(jìn)無(wú)間隙各階段間無(wú)明顯界限,4、噴泉模型,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,基于知識(shí)的軟件開發(fā)模型，并把專家系統(tǒng)結(jié)合在一起。該模型應(yīng)用基于規(guī)則的系統(tǒng)，采用規(guī)約和推理機(jī)制，幫助軟件人員完成開發(fā)工作，并使維護(hù)在系統(tǒng)規(guī)格說明一級(jí)進(jìn)行。建立知識(shí)庫(kù)，將模型、軟件工程知識(shí)與特定領(lǐng)域的知識(shí)分別存入數(shù)據(jù)庫(kù)。,5、智能模型,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)總論,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,軟件工程與其他工程的區(qū)別？,軟件組件的重用率低；對(duì)