第2章軟件工程與需求工程

目錄軟件工程軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型需求工程與軟件開(kāi)發(fā)軟件需求的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程2-12-22-32-42-1軟件工程軟件工程軟件危機(jī)指工程方法開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟甲的過(guò)程和有關(guān)技術(shù)，主要適用對(duì)象是大型軟件。研究的基本內(nèi)容包括軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程、軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的方法與技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)工具系統(tǒng)、質(zhì)量評(píng)價(jià)和質(zhì)量保證、軟件管理和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等。指人們難以控制軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)，具體表現(xiàn)為：大型軟件系統(tǒng)十分復(fù)雜，很難理解和維護(hù)軟件開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)大型軟件系統(tǒng)的可靠性差軟件費(fèi)用往往超出預(yù)算2-1軟件工程軟件危機(jī)讓人們認(rèn)識(shí)到需要工程化的方法來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟件。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型軟件生命期該模型是為獲得高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)所需完成的一系列任務(wù)的框架。它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。在軟件工程的初期，軟件生命期的概念被提出，用標(biāo)準(zhǔn)的形式表示和定義了軟件生存過(guò)程。指的是軟件從軟件計(jì)劃開(kāi)始，經(jīng)歷需求分析和定義、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、運(yùn)行、維護(hù)直到廢止為止的期間，被視為軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的依據(jù)2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-2-1瀑布式模型瀑布式開(kāi)發(fā)模型是最早依據(jù)軟件生命期開(kāi)發(fā)的模型，亦稱軟件生命期模型，如下圖所示。其特點(diǎn)是階段間具有順序性和依賴性，各階段必須完成規(guī)定的文檔，從而在審查文檔的基礎(chǔ)上保證軟件的質(zhì)量等。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型瀑布式模型只提供了一個(gè)完成軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)任務(wù)的指導(dǎo)性框架，缺乏具體的實(shí)施方法和技術(shù)，也并非以線性方式進(jìn)行。在實(shí)際的軟件開(kāi)發(fā)工作中還存在著反復(fù)。例如，在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)需求比較含糊，則需回到需求分析與定義階段重新講行外理。2-2-1瀑布式模型瀑布式開(kāi)發(fā)模型各階段都有明確的分工和任務(wù)，并且彼此間緊密相關(guān)，后一階段的工作需要依據(jù)前一階段的工作結(jié)果展開(kāi)，各階段基本任務(wù)如下：軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃：確定軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目必須完成的總目標(biāo)，統(tǒng)籌項(xiàng)目資源，產(chǎn)生任務(wù)計(jì)劃書(shū)以及項(xiàng)目可行性報(bào)告。需求分析與定義：軟件開(kāi)發(fā)人員與用戶一起理解和表達(dá)用戶需求，產(chǎn)生需求規(guī)格說(shuō)明。設(shè)計(jì)：分為總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)子階段?？傮w設(shè)計(jì)階段根據(jù)軟件需求規(guī)格說(shuō)明建立軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，描述軟件系統(tǒng)的具體功能和接口，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生編碼階段所需的一系列模塊設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明。編碼：根據(jù)設(shè)計(jì)要求,使用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)程序。測(cè)試：對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行檢查和測(cè)試，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和糾正軟件系統(tǒng)中的故障和邏輯錯(cuò)誤，并產(chǎn)生測(cè)試報(bào)告等。測(cè)試也可分為單元測(cè)試和綜合測(cè)試。維護(hù)：通過(guò)各種必要的維護(hù)活動(dòng)保證軟件系統(tǒng)正常運(yùn)行,并能持久地滿足用戶的需求。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-2-1瀑布式模型瀑布式模型在20世紀(jì)80年代之前一直是唯一廣泛乎田的生命期模型，現(xiàn)在仍然是軟件工程中應(yīng)用得最廣泛的模型。傳統(tǒng)的瀑布式模型也存在諸多問(wèn)題：在實(shí)際開(kāi)發(fā)工作中，用戶的需求需要逐步完善，而模糊的需求導(dǎo)致開(kāi)發(fā)的軟件不能夠令用戶滿意或者用戶的需求需要更改時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致軟件開(kāi)發(fā)工作按瀑布式模型的步驟從頭開(kāi)始，增加了軟件開(kāi)發(fā)的難度。由于模型各階段的界線劃分清晰獨(dú)立，而且參加人員和開(kāi)發(fā)人員也都相對(duì)獨(dú)立，在階段間移交信息（文檔）的過(guò)程中，個(gè)人的理解的不同或者當(dāng)事人不在時(shí)，容易產(chǎn)生誤解。這容易導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出的軟件系統(tǒng)與用戶需求產(chǎn)生偏差。用戶的參與程度不夠。軟件的運(yùn)行版本要等到測(cè)試后才會(huì)出現(xiàn)，用戶也只能在需求分析與定義階段和測(cè)試階段的后期參與到開(kāi)發(fā)工作中，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有參與其中。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-2-2快速原型模型軟件原型是指待開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)的部分實(shí)現(xiàn)，而快速原型是在完成最終可運(yùn)行軟件系統(tǒng)之前快速建立實(shí)驗(yàn)性的、可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序(原型)，然后給予評(píng)價(jià)的過(guò)程。該模型是針對(duì)瀑布式模刑存在的不足而提出的改進(jìn)模型，下圖表示了它的基本過(guò)程。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型該模型的基本思想是快速建立一個(gè)實(shí)現(xiàn)了若干功能(不要求完全)的可運(yùn)行模型來(lái)啟發(fā)、揭示和不斷完善用戶需求，直到滿足用戶的全部需求為止。對(duì)于開(kāi)發(fā)出的原型，其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。所以重要的是必須迅速地構(gòu)建原型并根據(jù)用戶意見(jiàn)修改原型。UNIXShell和超文本都是廣泛使用的快速原型語(yǔ)言。最近的趨勢(shì)是使用第四代語(yǔ)言(4GL)來(lái)構(gòu)建快速原型。當(dāng)快速原型的某個(gè)部分是利用軟件工具由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的時(shí)候，也可以將這部分用到最終的軟件產(chǎn)品中。2-2-2快速原型模型使用快速原型模型的目的：明確并完善需求。作為一種需求工具，原型初步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一部分。探索設(shè)計(jì)選擇方案。作為一種設(shè)計(jì)工具，探索界面技術(shù)，用于評(píng)價(jià)以后的技術(shù)方案?？梢园l(fā)展為最終的產(chǎn)品。作為一種構(gòu)造工具，原型是產(chǎn)品最初若干基本功能的實(shí)現(xiàn)。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型快速原型模型的特點(diǎn)：開(kāi)發(fā)過(guò)程雖然仍與瀑布式模型相同，彌補(bǔ)了瀑布式模型的一些不足。使用戶的需求明確化，也可減少用戶需求的遺漏或用戶頻繁修改需求的可能性。用戶可以充分地參與到軟件開(kāi)發(fā)中?？焖僭湍Ｐ鸵泊嬖谥蛔阒帲河脩粢子谝曉蜑檎疆a(chǎn)品?？焖僭拖到y(tǒng)對(duì)于軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較多,在一定程度上影響了其使用的范圍和實(shí)用價(jià)值。2-2-3漸增式模型漸增式模型亦稱增量模型，其基本思想是從核心功能開(kāi)始,通過(guò)不斷地改進(jìn)和擴(kuò)充，使得軟件系統(tǒng)能適應(yīng)用戶需求的變動(dòng)和擴(kuò)充，從而獲得柔性較高的軟件系統(tǒng)。其開(kāi)發(fā)過(guò)程如下圖所示，在實(shí)現(xiàn)各個(gè)構(gòu)件之前需要全部完成需求分析和概要設(shè)計(jì)工作。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型漸增式模型類似快速原型模型，都盡可能快給用戶提供可用的軟件系統(tǒng)，但快速原型模型主要根據(jù)用戶需求較為模糊的部分優(yōu)先開(kāi)發(fā)原型。而漸增式模型則從功能明確、設(shè)計(jì)技術(shù)上不確定因素很少的核心功能優(yōu)先開(kāi)發(fā)，并且分批地逐步向用戶提交產(chǎn)品。2-2-3漸增式模型漸增式模型的特點(diǎn)：能在短時(shí)間向用戶提交可完成部分功能的產(chǎn)品。能逐步增強(qiáng)產(chǎn)品功能，以使用戶有較充裕的時(shí)間學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的軟件系統(tǒng)。漸增式模型存在如下一些不足之處:在把每個(gè)新增的構(gòu)件或功能集成到現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)中時(shí)，必須不破壞該軟件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時(shí)，要充分考慮其開(kāi)放性，加入新構(gòu)件的過(guò)程必須簡(jiǎn)單和方便。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-2-4螺旋式模型軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程種存在各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)該考慮各種風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。螺旋式模型的基本思想是：將瀑布式模型與快速原型模型結(jié)合到一起，加上風(fēng)險(xiǎn)分析。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型理解這種模型的一個(gè)簡(jiǎn)便方法是把它看作在每個(gè)階段之前都增加風(fēng)險(xiǎn)分析。該模型的開(kāi)發(fā)過(guò)程為依螺旋方式旋轉(zhuǎn)，其4個(gè)方面的活動(dòng)分布在簡(jiǎn)稱為坐標(biāo)系的4個(gè)象限上,這些活動(dòng)如左圖所示。2-2-4螺旋式模型螺旋式模型的特點(diǎn)如下：適用于軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)內(nèi)部開(kāi)發(fā)大規(guī)模軟件項(xiàng)目。對(duì)于可選方案和約束條件的強(qiáng)調(diào)有利于已有軟件的重用，也有助于把軟件質(zhì)量作為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要目標(biāo)。減少過(guò)多測(cè)試或測(cè)試不足所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。該模型要求軟件開(kāi)發(fā)人員具有豐富的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)，這往往是大部分軟件開(kāi)發(fā)人員所不具備的。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-2-5敏捷模型該模型是一種可快速應(yīng)對(duì)需求變化的開(kāi)發(fā)方法，非常適合于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代用戶需求快速迭代的項(xiàng)目，它將變更作為軟件開(kāi)發(fā)的常態(tài)，采用“輕量級(jí)”方法來(lái)適應(yīng)不斷變化的需求。軟件開(kāi)發(fā)中呈現(xiàn)敏捷性的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：個(gè)體和互動(dòng)高于流程和工具、可工作的軟件高于詳盡的文檔、客戶合作高于合同談判、響應(yīng)變化高于遵循計(jì)劃。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型該模型包含了迭代和增量開(kāi)發(fā)的內(nèi)涵，不均形式地向用戶頻繁交付可執(zhí)行的程序，同時(shí)將傳統(tǒng)軟件生命周期不同階段的名稱重命名為用戶故事、驗(yàn)收測(cè)試、測(cè)試驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)、重構(gòu)、持續(xù)集成，左圖展示了敏捷模型的一般開(kāi)發(fā)過(guò)程。2-2-5敏捷模型特定變種的敏捷模型：極限編程、Scrum、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法、敏捷統(tǒng)一過(guò)程、特性驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等。常用的是極限編程和Scrum以及這兩者的混合型。該模型的特點(diǎn)是：輕量、適應(yīng)性強(qiáng)，能快速響應(yīng)需求的變化。支持快速編碼，基于用戶使用的檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)于可能的錯(cuò)誤快速進(jìn)行重構(gòu)。相比于瀑布模型、螺旋模型等傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型，在系統(tǒng)內(nèi)外部復(fù)雜因素增加時(shí)，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的成功率更高。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型該模型存在的問(wèn)題則是局限于小型開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，是否適合于大型項(xiàng)目和大型開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)存在較多的爭(zhēng)議和質(zhì)疑。2-2-6基于組件的模型軟件組件是指包含、可編程、可重用、與語(yǔ)言無(wú)關(guān)的軟件單元，作為構(gòu)造軟件的“零部件”，可被用來(lái)構(gòu)造其他軟件。該模型依賴于可復(fù)用的軟件組件和能集成這些組件的框架，其開(kāi)發(fā)過(guò)程下圖所示。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型在基于組件的模型中，需求定義、測(cè)試和維護(hù)階段與其他模型類似，中間階段則有較大差異。2-2-6基于組件的模型該模型中間階段的基本任務(wù)如下：組件分析：針對(duì)需求定義，搜尋可滿足功能的組件。需求修改：根據(jù)可獲得的組件信息重新對(duì)需求進(jìn)行分析，并對(duì)需求進(jìn)行修改。使用復(fù)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：分析已獲得的軟件組件，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架組織組件，可重復(fù)使用一個(gè)框架。開(kāi)發(fā)和集成：當(dāng)所需的組件缺乏現(xiàn)成產(chǎn)品時(shí)，自行開(kāi)發(fā)后與已有的組件集成為完整軟件系統(tǒng)?；诮M件的模型的特點(diǎn)是：減少了軟件開(kāi)發(fā)的工作量，從而降低了軟件開(kāi)發(fā)成本，并有利于快速交付。成熟的組件已經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證，有利于提高軟件質(zhì)量，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。但基于組件的模型也存在一些不足：若過(guò)于依賴現(xiàn)有的組件而對(duì)原始需求的修改，容易導(dǎo)致最終開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)不符合用戶的真正需求。外部組件的版本更新不受自己控制，進(jìn)而導(dǎo)致難以控制所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的進(jìn)化。2-2軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型2-3需求工程在軟件開(kāi)發(fā)中的地位2-3-1需求工程對(duì)軟件開(kāi)發(fā)中的影響需求工程是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)階段，處于軟件開(kāi)發(fā)的開(kāi)始階段，提供了軟件項(xiàng)目其余部分得以實(shí)施的根基，能夠避免軟件以錯(cuò)誤的基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因此，需求工程在軟件開(kāi)發(fā)中起著十分重要的作用。需求工程對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的影響如下:需求是制訂項(xiàng)目計(jì)劃的基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)資源和進(jìn)度安排的估算都應(yīng)建立在對(duì)最終軟件系統(tǒng)的真正理解上。需求工程所產(chǎn)生的最終產(chǎn)物(需求規(guī)格說(shuō)明)是軟件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。軟件設(shè)計(jì)工作要根據(jù)功能需求來(lái)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模塊，而模塊又是編寫(xiě)代碼的依據(jù)。需求規(guī)格說(shuō)明是測(cè)試工作和用戶驗(yàn)收軟件系統(tǒng)的依據(jù)。測(cè)試人員需要根據(jù)用戶需求開(kāi)展測(cè)試。此外，軟件系統(tǒng)能否最終滿足用戶需求，與需求規(guī)格說(shuō)明能否正確和完整地反映用戶需求是緊密相關(guān)的。需求規(guī)格說(shuō)明是軟件維護(hù)工作的依據(jù)。2-3需求工程在軟件開(kāi)發(fā)中的地位2-3-2需求工程面臨的困難需求工程是人們通過(guò)不斷地認(rèn)識(shí)和深入研究而形成的結(jié)果，對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的影響是很大的。隨著軟件系統(tǒng)日益大型和復(fù)雜化，軟件需求的開(kāi)發(fā)和管理也日益復(fù)雜，而且需求工程自身也面臨諸多有待解決的問(wèn)題，如:需求獲取與需求分析的困難性。有些需求可能用戶也不是很清楚;需要用戶與開(kāi)發(fā)人之間進(jìn)行充分的交流和協(xié)商；需求間的沖突和矛盾的檢查以及解決；需求是否完整和確定；合適的需求建模的方法和技術(shù)。需求描述語(yǔ)言和規(guī)范化的困難性。怎樣規(guī)范化用戶需求；規(guī)范化哪些用戶需求；非形式化和形式化描述語(yǔ)言的使用。2-3需求工程在軟件開(kāi)發(fā)中的地位2-3-2需求工程面臨的困難需求驗(yàn)證的困難性。需求規(guī)格說(shuō)明正確性的確認(rèn)和驗(yàn)證；驗(yàn)證的方法和技術(shù);如何進(jìn)行自動(dòng)驗(yàn)證。需求管理的困難性。需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量保證；需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的版本管理；需求變更的控制。如何解決這些困難和問(wèn)題，決定需求工程的目的、研究?jī)?nèi)容和所要完成的實(shí)際工作。2-3需求工程在軟件開(kāi)發(fā)中的地位2-4需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程需求工程的目標(biāo)需求工程的目標(biāo)就是給出待開(kāi)發(fā)或待完善的軟件系統(tǒng)的一個(gè)清晰的、完整的、無(wú)二義性的和精確的描述，并最終產(chǎn)生高質(zhì)量的軟件需求規(guī)格說(shuō)明，這需要通過(guò)需求工程中一系列的活動(dòng)完成的。2-4需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程軟件需求的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程是由導(dǎo)出、確認(rèn)和維護(hù)軟件系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明的一系列活動(dòng)織成的。實(shí)際上，一個(gè)完整的過(guò)程描述應(yīng)該包括要執(zhí)行的活動(dòng)、活動(dòng)的組織或調(diào)度、每個(gè)活動(dòng)的負(fù)責(zé)人、活動(dòng)的輸人和輸出、用于支持開(kāi)發(fā)和維護(hù)需求的工具等。在過(guò)程的實(shí)際執(zhí)行中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，還需要對(duì)過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)。這是過(guò)程管理方面的內(nèi)容，可用CMM(CapabilityMaturityModel)方法來(lái)評(píng)估需求工程的成熟度問(wèn)題。2-4需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程需求工程的開(kāi)發(fā)和管理過(guò)程可大致劃分為如右圖所示的需求開(kāi)發(fā)和需求管理兩個(gè)階段。需求開(kāi)發(fā)主要產(chǎn)生正式的需求規(guī)格說(shuō)明，需求管理主要根據(jù)需求的變化對(duì)需求規(guī)格說(shuō)明的內(nèi)容及版本進(jìn)行管理。此外，對(duì)于需求開(kāi)發(fā)階段又可再細(xì)分為如下兩個(gè)階段：用戶的意圖分析：