計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

軟件工程研究室王宇穎

wangyy@

軟件工程SoftwareEngineering軟件開發(fā)既是一門科學(xué),又是一門工程,也是一門藝術(shù)

授課對(duì)象:軟件工程專業(yè)

授課學(xué)時(shí):

40學(xué)時(shí),課程設(shè)計(jì)2周先修課程:高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等

后繼課程:面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)技術(shù)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)軟件質(zhì)量保證與測(cè)試等。

軟件工程的教學(xué)目的

本課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本軟件工程素質(zhì)，重視軟件項(xiàng)目開發(fā)的階段和過程，初步具備對(duì)軟件項(xiàng)目的需求分析和設(shè)計(jì)的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)，為今后從事規(guī)范化軟件開發(fā)奠定基礎(chǔ)，為培養(yǎng)優(yōu)秀的軟件工程人才奠定基礎(chǔ)。軟件工程知識(shí)是從事軟件行業(yè)職業(yè)的基礎(chǔ)軟件程序員系統(tǒng)分析員軟件設(shè)計(jì)員系統(tǒng)架構(gòu)師軟件集成師測(cè)試工程師實(shí)施工程師首席技術(shù)官軟件質(zhì)量經(jīng)理軟件項(xiàng)目經(jīng)理系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)庫管理員軟件售前人員軟件營銷人員本課程的主要內(nèi)容和知識(shí)結(jié)構(gòu)

第1章軟件工程的思想第2章軟件開發(fā)過程模型第3章軟件開發(fā)過管理第4章軟件需求分析

(軟件開發(fā)關(guān)鍵的一步)第5章軟件設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)的前提第6章實(shí)現(xiàn)-初始結(jié)果第8章軟件維護(hù)-延長軟件壽命第7章軟件測(cè)試和質(zhì)量保證-得到可交付的結(jié)果軟件工程教材叢書需求分析系列設(shè)計(jì)系列實(shí)現(xiàn)系列測(cè)試與度量系列項(xiàng)目管理系列質(zhì)量管理系列面向?qū)ο蠹夹g(shù)系列建模語言系列可用性與復(fù)用系列前沿論題系列軟件工程軟件工程方法與技術(shù)軟件項(xiàng)目管理軟件過程系列

史濟(jì)民等,軟件工程-原理、方法與應(yīng)用,

高等教育出板社ISBN7-04-011561-12007.08.第8次印刷.

孫家廣,軟件工程-理論、方法與實(shí)踐,

高等教育出板社,

2006年5月參考書

SoftwareEngineeringAPractitioner’sApproachAuthor:Rogers.Pressman（軟件工程實(shí)踐者的研究方法機(jī)械工業(yè)出版社）課程的基本要求

了解軟件工程的思想、范圍、基本要素、規(guī)范，軟件開發(fā)方法和工具。

掌握軟件開發(fā)的過程和初步建模

學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行初步的軟件項(xiàng)目開發(fā)。8考試要求

平時(shí)成績:占總成績的20%完成一個(gè)小型軟件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)文檔，階段性成果占總成績的20%考試成績:占總成績的60%財(cái)富可以通過辛勤勞動(dòng)獲取，也可能由于喜中彩票大獎(jiǎng)獲得。知識(shí)卻必須是通過一點(diǎn)一滴努力學(xué)習(xí)逐漸積累而獲得的。珍惜每一天，每一節(jié)課，每一分鐘。聽課復(fù)習(xí)閱讀討論練習(xí)，從知到會(huì)實(shí)踐，從會(huì)到通知識(shí)—方法—能力如何學(xué)習(xí)軟件工程

學(xué)習(xí)讀書

知識(shí)課程

你們的收獲不會(huì)僅僅局限在本課程之內(nèi)……課堂教學(xué)復(fù)習(xí)作業(yè)參考資料實(shí)踐滲透總結(jié)屬于自己的“最佳實(shí)踐”多動(dòng)手、多實(shí)踐，方可成為合格的軟件工程師；實(shí)踐越多、參與的項(xiàng)目越大，積累經(jīng)驗(yàn)越多；首先遵循他人提出的“最佳實(shí)踐”，進(jìn)而創(chuàng)造自己的“最佳實(shí)踐”。從“程序員”成長為“軟件工程師”程序員軟件工程師軟件工程課程(課堂)+課程設(shè)計(jì)(實(shí)踐)+課后孜孜不倦的練習(xí)、實(shí)踐、總結(jié)、歸納(…越多越好)實(shí)踐作業(yè)1)分析和設(shè)計(jì)下列問題之一,并寫出文檔.3)自定題目，如:教學(xué)管理軟件教學(xué)網(wǎng)站網(wǎng)上售書,網(wǎng)上購物超市管理食堂管理工寓管理

題目要有創(chuàng)新性。

2)課程階段性報(bào)告

學(xué)生體會(huì)

從他的歷史發(fā)展中我明白了很多道理，從他的前景中我感到了振奮和鼓舞，感謝軟件工程又給了我很多問題去思考，很多方法去實(shí)踐，更多的命題要在生活和實(shí)踐中慢慢領(lǐng)悟。

任何事物都有它美的一面，軟件的美是博大精深的，有待我們?nèi)ゼ?xì)細(xì)體味，而這種美又是由我們賦予的.

希望認(rèn)真溝通實(shí)踐創(chuàng)新14第1章

軟件工程的思想SoftwareEngineering軟件工程研究室15內(nèi)容：

1.1軟件

1.2軟件工程的概念

1.3軟件工程的作用

1.4軟件工程的發(fā)展

1.5軟件工程三要素

1.6軟件開發(fā)的基本策略1.7軟件工程的目標(biāo)

161.1軟件

20世紀(jì)五十年代

軟件=程序面向過程的程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)六十年代

軟件=程序+文檔

20世紀(jì)七十年代

軟件=程序+文檔+數(shù)據(jù)

面向?qū)ο蟮某绦?對(duì)象+消息面向構(gòu)件的程序=構(gòu)件+構(gòu)架

1.1.1軟件的定義軟件比程序更復(fù)雜軟件必須能夠模擬現(xiàn)實(shí)世界，才能解決現(xiàn)實(shí)世界的問題?，F(xiàn)實(shí)世界是復(fù)雜的，軟件是復(fù)雜的。17軟件是是被開發(fā)或設(shè)計(jì)的，而不是被制造的人的作用不同，構(gòu)建方法不同，質(zhì)量問題不同，成本構(gòu)成不同。故障率時(shí)間初期故障率磨損實(shí)際理想故障率時(shí)間修改軟件故障曲線硬件故障曲線圖1-1硬件、軟件故障圖1.1.2軟件的特征軟件是產(chǎn)品交付使用的載體。軟件不會(huì)磨損,軟件需求變化快，維護(hù)軟件困難。18*系統(tǒng)軟件:和硬件交互多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜*應(yīng)用軟件*商業(yè)軟件*工程和科學(xué)計(jì)算軟件*嵌入式軟件*個(gè)人計(jì)算機(jī)軟件*人工智能軟件*基于web軟件*工具包軟件*開源軟件

*遺留軟件1.1.3軟件的分類191.2軟件工程P.Wegner和B.Boehm認(rèn)為：

科學(xué)知識(shí)在設(shè)計(jì)和構(gòu)造計(jì)算機(jī)程序，以及開發(fā)、運(yùn)作和維護(hù)這些程序所需求的有關(guān)文檔編制中的實(shí)際應(yīng)用。F.L.Bauer認(rèn)為：

為了經(jīng)濟(jì)地獲得軟件，這個(gè)軟件是可靠的并且能在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上工作，所需要的健全的工作原理(方法)的確立和使用。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì)83)指出：軟件工程是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的系統(tǒng)化方法。IEEE(93)指出：

軟件工程是將系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的過程，即將工程化的方法應(yīng)用于軟件開發(fā)中。201.3軟件工程的作用軟件開發(fā)失敗的例子1962年6月,美國飛向金星的第1個(gè)空間探測(cè)器(水手1號(hào))飛行中偏移了航線,失敗了。

原因:飛艙中的導(dǎo)航程序中的一個(gè)語句的語義錯(cuò)。世界上精心設(shè)計(jì)的并花費(fèi)巨額投資的美國阿波羅8號(hào)太空飛船登月飛行計(jì)劃的軟件的錯(cuò)誤,使存儲(chǔ)器一部分信息丟失;阿波羅14號(hào)的飛行10天中,出現(xiàn)18個(gè)軟件錯(cuò)誤。原因:軟件的可靠性問題。1963～1966年IBM開發(fā)OS/360操作系統(tǒng)，投資幾千萬美元，工作量5000多人年，拖延幾年才交付使用，而且每年要發(fā)現(xiàn)近100個(gè)錯(cuò)誤。原因:計(jì)劃上的問題,無法控制進(jìn)度。21美國肯尼迪發(fā)射的一枚“阿脫拉斯火箭,當(dāng)飛地面幾十英里高空時(shí),翻轉(zhuǎn).地面控制中心被迫下令炸毀,結(jié)果損失1850萬美元。原因:飛行計(jì)劃程序漏掉一個(gè)“連”接字符。由此可看出:軟件需求量不斷增大，復(fù)雜度越來越高，軟件可靠性無保障軟件維護(hù)費(fèi)用不斷上升軟件進(jìn)度無法預(yù)測(cè)成本增長無法控制程序人員無限度地增加程序功能。22上述原因?qū)е铝?0年代末的“軟件危機(jī)1968年北大西洋公約組織(NATO)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家在聯(lián)邦德國的幕尼黑召開的一次計(jì)算機(jī)軟件國際會(huì)議上，對(duì)軟件開發(fā)的方法、技術(shù)進(jìn)行了廣泛的討論,首次提出了“軟件工程”的概念。軟件工程的作用：解決60年代出現(xiàn)的軟件危機(jī)。解決軟件當(dāng)前面臨的問題。

軟件開發(fā)周期長,成本高,找錯(cuò)誤難,度量困難,軟件可靠性、重用性、維護(hù)性存在問題。告訴人們?cè)鯓尤ラ_發(fā)軟件、管理軟件。現(xiàn)代軟件開發(fā)對(duì)人才的要求。

提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，降低軟件開發(fā)的成本。

231.4軟件工程的發(fā)展傳統(tǒng)的軟件工程時(shí)代過程軟件工程時(shí)代對(duì)象軟件工程時(shí)代構(gòu)件軟件工程時(shí)代（構(gòu)件技術(shù)，中間件技術(shù),集成技術(shù)）自動(dòng)化的流水線裝配軟件工程的發(fā)展方向

分布式、大規(guī)模的軟件開發(fā)

遍在計(jì)算移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)資源開源軟件

軟件的網(wǎng)絡(luò)化，服務(wù)化，全球化的發(fā)展。24為屏蔽計(jì)算機(jī)硬件的異構(gòu)性，發(fā)展了操作系統(tǒng).NET/COMWebServicesJ2EE/EJBUNIXWindowsLinuxC/C++語言Java語言為屏蔽操作系統(tǒng)和編程語言的異構(gòu)性，發(fā)展了支撐軟件和中間件為了屏蔽中間件之間的異構(gòu)性，出現(xiàn)了Web技術(shù)。Fortran語言為了禰補(bǔ)應(yīng)用軟件與現(xiàn)實(shí)計(jì)算環(huán)境之間的距離

網(wǎng)絡(luò)層

綜觀軟件技術(shù)的發(fā)展圖1-2應(yīng)用系統(tǒng)操作系統(tǒng)支撐軟件

中間件251.5軟件工程三個(gè)要素

工具

Softwareengineeringlayers圖1-3軟件工程三個(gè)要素方法(步驟、原則)

過程(任務(wù)(活動(dòng)))質(zhì)量焦點(diǎn)工具26

提供完成系統(tǒng)開發(fā)每一步的詳細(xì)指導(dǎo)，包括具體的模型、工具和技術(shù)(的使用說明)。

1.5.1系統(tǒng)的開發(fā)方法(SystemDevelopmentMethodology)結(jié)構(gòu)化方法:

使用結(jié)構(gòu)化分析，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)化編程技術(shù)的系統(tǒng)開發(fā)方法。

面向?qū)ο蠓椒ǎ菏褂妹嫦驅(qū)ο蟮姆治觯嫦驅(qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)的系統(tǒng)開發(fā)方法。27系統(tǒng)開發(fā)中使用的一些工具

項(xiàng)目管理應(yīng)用程序制圖/圖形應(yīng)用程序字處理器應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境（IDE）數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用程序反向工程工具代碼生成工具

1.5.2工具(Tool)

為軟件開發(fā)方法或開發(fā)過程提供自動(dòng)或半自動(dòng)支持。

CASE(Computer-AidedSoftwareEngineering)工具28

(1)

MicrosoftVisio(2)VisibleAnalyst()(3)OracleDesigner()(4)RationalRose()(5)Togethersoft()29DFDonCASEToolVisualAnalyst

Figure1-4顯示DFD的可視化工具30RationalRoseShowingOODiagramsFigure1-5顯示交互圖的ROSE工具31TogetherJShowingClassDiagramandSynchronizedJavaCodeFigure1-6顯示類圖和JAVA源代碼的往返工程工具32過程:定義了活動(dòng)的時(shí)間、人員、工作內(nèi)容

和達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的途徑.

如一個(gè)通用過程框架(建?；顒?dòng)

(分析任務(wù)(獲取、分析建立DFD圖…文檔),設(shè)計(jì)任務(wù)(結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、接口…設(shè)計(jì)文檔)))

1.5.3軟件過程331.6軟件開發(fā)的基本策略“軟件復(fù)用”、“分而治之”、“優(yōu)化—折中”。

1.6.1軟件復(fù)用(Reuse)

構(gòu)造新的軟件系統(tǒng),使用已有的軟構(gòu)件，即組裝（或加以合理修改）成新的系統(tǒng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世上已有1000億多行程序，無數(shù)功能被重寫了成千上萬次，真是浪費(fèi)!

在一個(gè)新系統(tǒng)中，大部分的內(nèi)容是成熟的，只有部分內(nèi)容是創(chuàng)新的。復(fù)用已有的功能模塊，既可以提高開發(fā)效率，也可以改善新開發(fā)過程中帶來的質(zhì)量問題。將復(fù)雜問題分解為若干可獨(dú)立的簡單子問題，并分別獨(dú)立求解，以降低復(fù)雜性；將各子問題的解綜合起來，形成最初復(fù)雜問題的解。1.6.2分而治之(DivideandConquer)Figure1-7顯示模塊的分解與組裝分治的好處：開發(fā)工作可并行進(jìn)行獨(dú)立部分小,易于理解一個(gè)部分出了問題,易替換,影響范圍小。局限：只了解自己工作部分,不能深入了解全部內(nèi)容。35

優(yōu)化就是精簡,去掉繁鎖。

例如：

#在算法設(shè)計(jì)時(shí)要考慮空間和時(shí)間的折中；

#低成本和高可靠性的折中；

#安全性和速度的折中。1.6.3優(yōu)化——折中

軟件中的折中(Trade-off)：不同的需求之間往往存在矛盾與沖突，需要通過折中來作出的合理的取舍，找到使雙方均滿意的點(diǎn)。折中策略:

是通過協(xié)調(diào)各個(gè)質(zhì)量因素，實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量的最優(yōu)。

36軟件折中的重要原則:

不能使某一方損失關(guān)鍵的職能，更不可以象“舍魚而取熊掌”那樣拋棄一方。用“優(yōu)化——折中”的策略解決“魚和熊掌不可兼得”的難題。

問題提出：假設(shè)魚每千克10元，熊掌每千克一萬元。有個(gè)人只有20元錢，非得要吃上一公斤美妙的“熊掌燒魚”，怎么辦？

解決方案：

用9元9角9分錢買999克魚肉，用10元錢買1克熊掌肉，可做一道“熊掌戲魚”菜。剩下的那一分錢還可建立獎(jiǎng)勵(lì)基金。例舉你在學(xué)習(xí)和生活中使用折中思想的例子

37

軟件工程的目標(biāo)是提高軟件的質(zhì)量與生產(chǎn)率，降低軟件開發(fā)和維護(hù)成本,最終實(shí)現(xiàn)軟件的工業(yè)化生產(chǎn)。

質(zhì)量是軟件需求方最關(guān)心的問題，用戶即使不圖物美價(jià)廉，也要求個(gè)貨真價(jià)實(shí).

1.7軟件工程的目標(biāo)38本章小結(jié)

軟件工程的概念軟件工程三要素(方法、工具、過程)軟件開發(fā)的基本策略軟件工程的目標(biāo)軟件工程的思想是:

提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，降低軟件開發(fā)和維護(hù)的成本;

系統(tǒng)化的、規(guī)范化的進(jìn)行軟件開發(fā)和科學(xué)化的管理軟件。在軟件開發(fā)中遵循模型化、模塊化、抽象的思維、復(fù)用的思想、優(yōu)化—折中的思想。

39觀念之一：實(shí)踐者并不能依賴于書籍，這是因?yàn)椋含F(xiàn)實(shí)的工作中，由于條件千差萬別，即使是相當(dāng)成熟的軟件工程規(guī)范，常常也無法套用。正確認(rèn)識(shí)軟件工程的觀念軟件技術(shù)日新月異，沒有哪一種軟件標(biāo)準(zhǔn)能長盛不衰。祖?zhèn)髅胤皆谀承╊I(lǐng)域很吃香，而在軟件領(lǐng)域則意味著落后。觀念之二：我們擁有最好的開發(fā)工具、最好的計(jì)算機(jī)，一定能做出優(yōu)秀的軟件。

客觀情況：良好的開發(fā)環(huán)境只是產(chǎn)出成果的必要條件，而不是充分條件。如果擁有好環(huán)境的是一群庸人，難保他們不干出南轅北轍的事情。40觀念之三：

如果我們落后于計(jì)劃，可以增加更多的程序員來解決。觀念之四：需求分析很困難，軟件修改越早代價(jià)越少，修改越晚代價(jià)越大，就跟治病一樣道理?？陀^情況：軟件開發(fā)不同于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人多不見得力量大。如果給落后于計(jì)劃的項(xiàng)目增添新手，可能會(huì)更加延誤項(xiàng)目。41

爭(zhēng)議之一：如果軟件運(yùn)行較慢，是換一臺(tái)更快的計(jì)算機(jī)，還是設(shè)計(jì)一種更快的算法？一些有爭(zhēng)議的觀念

如果開發(fā)軟件的目的是為了學(xué)習(xí)或是研究，那么應(yīng)該設(shè)計(jì)一種更快的算法。

如果該軟件已經(jīng)用于商業(yè)，則需謹(jǐn)慎考慮：若換一臺(tái)更快的計(jì)算機(jī)能解決問題，則是最快的解決方案。42類似的爭(zhēng)議還有：是買現(xiàn)成的程序，還是徹底自己開發(fā)？技術(shù)人員和商業(yè)人士常常會(huì)有不同的選擇。

改進(jìn)算法雖然可以從根本上提高軟件的運(yùn)行速度，但可能引入錯(cuò)誤以及延誤進(jìn)程。技術(shù)狂毫無疑問會(huì)選后擇者，因?yàn)樗麄冇X得放棄任何可以優(yōu)化的機(jī)會(huì)就等于犯罪。爭(zhēng)議之二：

有最好的軟件工程方法，最好的編程語言嗎？觀點(diǎn):開發(fā)人員應(yīng)該根據(jù)客觀條件，選擇自己熟悉的方法和語言，才能保證合格的質(zhì)量與生產(chǎn)率。

程序設(shè)計(jì)是自由與快樂的事情，不要自尋煩惱。43

觀點(diǎn)：就軟件開發(fā)而言，技巧的優(yōu)點(diǎn)在于能另辟蹊徑地解決一問題，缺點(diǎn)是技巧并不為人熟知。若在程序中用太多的技巧,可能會(huì)留下隱患，別人也難以理解程序。鑒于一個(gè)局部的優(yōu)點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言是微不足道的，而一個(gè)錯(cuò)誤則可能是致命的。編程時(shí)是否應(yīng)該多使用技巧？爭(zhēng)議之三：建議用自然的方式編程，少用技巧。

《狼三則》的故事告訴我們“失敗的技