1、軟 件 工 程 概 論,湖北工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院 趙 嵐 ,軟件工程是計算機專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它對于培養(yǎng)學(xué)生軟件素質(zhì)，提高學(xué)生的軟件開發(fā)能力與軟件項目管理能力具有重要的意義。,課程主要內(nèi)容,本課程主要介紹軟件的基本要領(lǐng)和軟件工程的目標(biāo)，通過對傳統(tǒng)的面向過程的軟件開發(fā)方法和面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法的介紹，使學(xué)生掌握開發(fā)高質(zhì)量軟件的方法；通過對軟件開發(fā)過程和過程管理技術(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解如何進(jìn)行軟件度量和管理，怎樣進(jìn)行質(zhì)量保證活動，從而有效地策劃和管理軟件開發(fā)活動。,軟件工程課程與其它軟件專業(yè)課的區(qū)別,立足于系統(tǒng)的整體 講授系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、測試及維護(hù)的理論和方法 構(gòu)筑一個軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)軟

2、件開發(fā)全過程,1.1 軟件,一、軟件 “軟件”一詞最初是在1960年出現(xiàn)的，目前還沒有一個公認(rèn)的定義。在某些文獻(xiàn)里定義軟件為： 軟件 程序 + 數(shù)據(jù) + 文檔,6,軟件的定義： 軟件(software)是計算機系統(tǒng)中與硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相關(guān)數(shù)據(jù)(data)及其說明文檔(document)。 軟件由計算機程序、數(shù)據(jù)及文檔組成。,*注： （1）在運行中提供所希望的功能和性能的指令集（即程序） （2）使程序能夠正確運行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （3）是與程序開發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料。,二、軟件的特點：,軟件是一種邏輯實體，而不是具體的物理實體。因而它具

3、有抽象性。 軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒有明顯的制造過程。,(3)在軟件的運行和使用期間，沒有硬件那樣的機械磨損，老化問題。所以軟件的維護(hù)比硬件的維護(hù)要復(fù)雜得多，與硬件的維修有著本質(zhì)的差別。,(4) 軟件的開發(fā)和運行常常受到計算機系統(tǒng)的限制，對計算機系統(tǒng)有著不同程度的依賴性。 (5) 軟件的開發(fā)至今尚未完全擺脫手工藝的開發(fā)方式。 (6) 軟件本身是復(fù)雜的。 (7) 軟件成本相當(dāng)昂貴。 (8) 相當(dāng)多的軟件工作涉及到社會因素。,10,軟件生產(chǎn)的發(fā)展,程序設(shè)計時代,程序系統(tǒng)時代,軟件工程時代,時間,19461956,19561968,1968至今,生產(chǎn)方式,個體手工勞動,作坊式小集團(tuán)合作,工程化的生

4、產(chǎn),使用工具,機器、匯編語言,高級語言,開發(fā)工具,開發(fā)方法,個人編程技巧,個人編程技巧，開始提出結(jié)構(gòu)化方法,使用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、分布式、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等,硬件特征,價格貴，存儲容量小，運行可靠性差,速度、容量及工作可靠性明顯提高，價格降低,向超高速、大容量、微型化以及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,軟件特征,只有程序設(shè)計概念，不重視程序設(shè)計方法,程序員數(shù)量猛增，但開發(fā)人員素質(zhì)差，開發(fā)技術(shù)沒有新突破。軟件危機產(chǎn)生。,開發(fā)技術(shù)有很大進(jìn)步，但沒有突破性進(jìn)展，沒有完全擺脫軟件危機。,等于程序加技術(shù)文檔,完整定義,等于程序,軟件定義,從軟件發(fā)展的三個時期及其特點的對比，可以看出軟件發(fā)展最根本的變化體現(xiàn)在：,人們改變了對軟件

5、的看法 軟件的需求是軟件發(fā)展的動力 軟件工作的范圍從只考慮程序的編寫擴展到整個軟件生存周期,12,軟件種類可以從六個方面進(jìn)行劃分: 按功能分類 應(yīng)用軟件工程和科學(xué)計算軟件、嵌入式軟件、計算機輔助設(shè)計制造(CADCAM)軟件、系統(tǒng)仿真軟件、人工智能軟件等 。 系統(tǒng)軟件操作系統(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。它是計算機系統(tǒng)必不可少的一個組成部分。 支撐軟件支持軟件設(shè)計的圖形軟件包，支持軟件實現(xiàn)的編輯程序、預(yù)編譯程序等。它是協(xié)助用戶開發(fā)軟件的工具性軟件,1.1.2軟件的分類,13,按規(guī)模分類 按工作方式分類 分時軟件 實時軟件 交互式軟件 批處理式軟件,14,按服務(wù)對象分類 項目軟

6、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、財務(wù)處理軟件、人事管理軟件等。 按使用頻度分類 一次性使用軟件 頻繁使用軟件 按失效影響分類 高可靠性軟件 一般可靠性軟件 每一類軟件在管理方面要求程度不同。,15,1. 軟件危機 軟件危機指的是軟件開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重問題。 軟件危機包含以下兩方面的問題：如何開發(fā)軟件，怎樣滿足對軟件的日益增長的需求；如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的已有軟

7、件。,1.1.3 軟件危機,16,美國IBM公司在1963年至1966年開發(fā)的IBM360機的操作系統(tǒng)。這一項目花了5000人一年的工作量，最多時有1000人投入開發(fā)工作，寫出了近100萬行源程序。據(jù)統(tǒng)計，這個操作系統(tǒng)每次發(fā)行的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。,1995年SEI統(tǒng)計，美國共取消了810億美元的商業(yè)軟件項目，其中31的項目未做完就被取消，53的軟件項目進(jìn)度通常要延長50%的時間，只有9的軟件項目能夠及時交付并且費用也控制在預(yù)算之內(nèi)。,1962年7月22日美國一個計劃飛往金星的飛船水手1號在升空290秒之后墜毀。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地面控制計算機中一段運行程序執(zhí)行

8、了類似這樣的代碼：If not 雷達(dá)發(fā)現(xiàn)火箭 then 不調(diào)整火箭的飛行路線。然而程序員一個不小心漏掉了not，導(dǎo)致了這些事故的發(fā)生,17,2000年TechRepublic公司發(fā)表了有關(guān)IT項目的調(diào)查結(jié)果。該調(diào)查是以北美的1375個IT專家為對象實施問卷調(diào)查進(jìn)行的。根據(jù)此調(diào)查，IT項目中有40%失敗，這些項目的平均成本每年花費100萬美元。,18,軟件危機的表現(xiàn) 開發(fā)成本難以控制，進(jìn)度不可預(yù)計； 軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性很差，難以滿意； 軟件文檔相當(dāng)缺乏，軟件系統(tǒng)不可維護(hù)； 軟件開發(fā)生產(chǎn)率很低，軟件產(chǎn)品供不應(yīng)求。 軟件產(chǎn)品成本十分昂貴。,軟件危機產(chǎn)生的原因 1軟件本身的特點: - 軟件是一種邏

9、輯實體，而不是具體的物理實體，具有高度的抽象性； - 軟件是一個邏輯上復(fù)雜而規(guī)模上龐大的系統(tǒng)，涉及技術(shù)、管理等多方面的問題； - 軟件的生產(chǎn)方式與硬件明顯不同：產(chǎn)品的質(zhì)量控制在設(shè)計和制造階段的不同；產(chǎn)品的生產(chǎn)方式不同；設(shè)計和制造階段的資金和人力投入、 技術(shù)復(fù)雜度不同； - 軟件的運行和維護(hù)階段，沒有傳統(tǒng)意義上的機械磨損、老化問題。 - 軟件與硬件有關(guān)，對軟件有可移植性的要求。 - 軟件工作涉及許多社會因素。 2對軟件開發(fā)與維護(hù)存在許多錯誤認(rèn)識和做法：忽視軟件需求分析的重要性；對軟件與程序的概念不清；輕視軟件維護(hù)。 3軟件開發(fā)與維護(hù)的方法不正確：對系統(tǒng)需求沒有清楚和準(zhǔn)確的認(rèn)識就進(jìn)入開發(fā)階段， 忽

10、視對軟件開發(fā)過程的管理；,19,軟件的定義（Boehm)：軟件是程序以及開發(fā)、使用和維護(hù)程序需要的所有文檔。,早,中,晚,引入同一變動付出的代價隨時間變化的趨勢,改正一個問題的估計費用（美元）,改正一個問題的估計工作量（人天）,20,200,1000,2000,0.05,0.5,2.5,5.0,需求分析,概要設(shè)計,詳細(xì)設(shè)計,編碼,集成測試,系統(tǒng)測試,現(xiàn)場,Bell 實驗室統(tǒng)計結(jié)果(US）,軟件產(chǎn)品需要分階段的定義、設(shè)計和開發(fā)，嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量控制，完整的文檔記錄。,50,60,70,80,90,硬件,軟件,20,解決軟件危機的途徑 將軟件開發(fā)看成是一種組織嚴(yán)密、管理嚴(yán)格、各類人員協(xié)同配合共同完成

11、的工程項目。 研究和推廣成功的軟件開發(fā)技術(shù)和方法。 開發(fā)和使用好的軟件工具。 基本概念： 軟件生命周期：軟件所經(jīng)歷的定義、開發(fā)、使用和維護(hù)直到廢棄所經(jīng)歷的時期。 程序設(shè)計環(huán)境：源程序編輯，編譯或解釋，鏈接，調(diào)試和運行工具的集合。 軟件工程環(huán)境：軟件定義，設(shè)計和實現(xiàn)，測試和維護(hù)等各個階段所使用的軟件工具的集合。,21,1.2.1軟件工程定義 研究如何應(yīng)用一些科學(xué)理論和工程上的技術(shù)來指導(dǎo)軟件的開發(fā)，用較少的投資獲得高質(zhì)量的軟件的一門學(xué)科。,1.2軟件工程,22,軟件工程的兩個典型定義： 1968年在第一屆NATO會議上曾經(jīng)給出了軟件工程的一個早期定義：“軟件工程就是為了經(jīng)濟地獲得可靠的且能在實際機

12、器上有效地運行的軟件，而建立和使用完善的工程原理?！边@個定義不僅指出了軟件工程的目標(biāo)是經(jīng)濟地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件，而且強調(diào)了軟件工程是一門工程學(xué)科，它應(yīng)該建立并使用完善的工程原理。 1993年IEEE進(jìn)一步給出了一個更全面更具體的定義：“軟件工程是： 把系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開發(fā)、運行和維護(hù)過程，也就是把工程應(yīng)用于軟件； 研究中提到的途徑?！?23,軟件工程性質(zhì)：涉及計算機科學(xué)、工程科學(xué)、管理科學(xué)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，著重于如何建造一個軟件系統(tǒng)。用工程科學(xué)中的觀點來進(jìn)行費用估算、制定進(jìn)度、制定計劃和方案。用管理科學(xué)中的方法和原理進(jìn)行軟件生產(chǎn)的管理。用數(shù)學(xué)的方法建立軟件開發(fā)中的各種模型和各

13、種算法，如可靠性模型，說明用戶需求的形式化模型等。 軟件工程三要素：方法、工具和過程。,24,軟件方法,是完成軟件開發(fā)的各項任務(wù)的技術(shù)方法，回答“如何做”的問題；工具是為方法的運用提供自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境；過程是為了獲得高質(zhì)量的軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項任務(wù)的工作步驟。 傳統(tǒng)方法學(xué) 面向?qū)ο蠓椒▽W(xué),25,需要解決的問題：軟件成本、軟件可靠性、軟件維護(hù)、軟件生產(chǎn)率和軟件復(fù)用。 基本內(nèi)容：包括理論、結(jié)構(gòu)、方法、工具、環(huán)境與規(guī)范等 目標(biāo)：以較少的投資獲得易維護(hù)、易理解、可靠和高效率的軟件產(chǎn)品。 原則：即分解、抽象和信息隱蔽、一致性和確定性 原理：工程化和系統(tǒng)化。,軟件

14、工程框架,27,ISO 9000定義：軟件過程是把輸入轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關(guān)的資源和活動。 從軟件開發(fā)的觀點看，它就是使用適當(dāng)?shù)馁Y源（包括人員、硬軟件工具、時間等），為開發(fā)軟件進(jìn)行的一組開發(fā)活動，在過程結(jié)束時將輸入（用戶要求）轉(zhuǎn)化為輸出（軟件產(chǎn)品）。,1.2.2軟件過程,軟件工程過程包含四種基本的過程活動： Plan 軟件規(guī)格說明：規(guī)定軟件的功能及其運行的限制 Do 軟件開發(fā)：產(chǎn)生滿足規(guī)格說明的軟件 Check 軟件確認(rèn)：確認(rèn)軟件能夠完成客戶提出的要求 Action 軟件演進(jìn)：為滿足客戶的變更要求，軟件必須在使用的過程中演進(jìn),29,過程元素之間的關(guān)系,30,標(biāo)準(zhǔn)軟件過程體系結(jié)構(gòu)圖,31,詳細(xì)

15、的軟件過程層次體系結(jié)構(gòu),32,軟件過程模型,*注：軟件過程模型即為下章的軟件開發(fā)模型，具體模型下次課詳細(xì)介紹,33,【例】若要開發(fā)一個軟件系統(tǒng)（如圖書館信息系統(tǒng)），為了完成這項任務(wù)，首先要選擇軟件開發(fā)模型，確定開發(fā)方法、準(zhǔn)備開發(fā)工具、設(shè)計開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境，然后進(jìn)行需求分析、設(shè)計、編程、測試、試運行、正式運行、驗收和交付，最后是系統(tǒng)維護(hù)或系統(tǒng)升級換代。這樣就按照所選擇的開發(fā)模型，走完了軟件的一個生命周期，這一系列的軟件開發(fā)過程和管理過程，就是軟件工程。,三、軟件工程的基本原理 1968年,在聯(lián)邦德國加爾密斯,北大西洋公約組織(NATO),召開的有關(guān)計算機軟件會議上正式“軟件工程”術(shù)語。 目前有

16、100多條關(guān)于軟件工程的準(zhǔn)則，其中最出名的是著名軟件工程專家B.W.Boehm在1983年提出的7條基本原理。,35,軟件工程的基本原理有： 按軟件生存期分階段制定計劃并認(rèn)真實施； 堅持進(jìn)行階段評審； 堅持嚴(yán)格的產(chǎn)品控制； 使用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)； 明確責(zé)任，使得工作結(jié)果能夠得到清楚的審查； 用人少而精；不斷改進(jìn)開發(fā)過程。 承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實踐的必要性，不僅主動采納新技術(shù)，還要注意總結(jié)經(jīng)驗 “二八”定律，一般認(rèn)為完成了實際上只完成了，的問題存在在的程序中等。,理解軟件工程的基本原理,強調(diào)使用生存周期方法學(xué)： 就是從時間角度對軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜問題進(jìn)行分解，把軟件生存的漫長周期依次劃分為若干階段，每個階段有相對獨立的任務(wù)，然后逐步完成每個階段的任務(wù)。,理解軟件工程的基本原理（續(xù)）,強調(diào)使用結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)： 在軟件生存周期的每個階段都采用學(xué)的管理技術(shù)和良好的技術(shù)方法。每個階段結(jié)束之前都從技術(shù)和管理兩個角度進(jìn)行嚴(yán)格的審查。,四、軟件工程的目標(biāo)、框架及原則,1、 軟件工程的目標(biāo)可概括為“生產(chǎn)具有正確性、可用性以及開銷合宜的產(chǎn)