【正文】 軟件技術(shù)基礎(chǔ) 軟件工程 計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)之一 第三部分 軟件工程 ? 目的與要求 ? 講課內(nèi)容與學(xué)時(shí) ? 參考資料 目的與要求 ? 學(xué)習(xí) 、 掌握和了解軟件工程的概念 ? 掌握軟件工程的方法和軟件開發(fā)的過程 ? 初步了解對(duì)軟件開發(fā)質(zhì)量的監(jiān)控和管理 講課內(nèi)容與學(xué)時(shí) 1. 軟件工程的基本概念 （ 2） 2. 軟件開發(fā)方法與工作模型 （ 2） 3. 結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法概述 （ 2） 4. 小結(jié)與習(xí)題 （ 2） 教科書、參考書 ? 孫淑霞 、 肖陽春等編 ， 2022 《 軟件技術(shù)基礎(chǔ) 》 ， 成都理工大學(xué) ? 黃迪明編 ， 1998， 《 軟件技術(shù)基礎(chǔ) 》 ，電子科技大學(xué)出版社 ? 鄭人杰 ， 軟件工程與軟件工程管理 ， 講座 ?國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 8631信息處理 程序構(gòu)造及其表示法的約定 ?國家標(biāo)準(zhǔn) GB856688軟件開發(fā)規(guī)范 ? CMM軟件成熟度模型 第三部分 軟件工程 1. 軟件工程的基本概念 2. 軟件開發(fā)方法與工作模型 3. 結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法概述 4. 習(xí)題 1 軟件工程的基本概念 ? 軟件工程學(xué)的形成和發(fā)展 ? 軟件工程學(xué)研究的內(nèi)容 ? 軟件與軟件生命周期 ? 軟件工程基本原則 軟件工程學(xué)的形成和發(fā)展 ? 軟件工程學(xué)是在克服 60年代末所出現(xiàn)的 “ 軟件危機(jī) ” （ software crisis） 的過程中逐漸形成與發(fā)展起來的 ? 而所謂 “ 軟件危機(jī) ” 是在軟件的規(guī)模越來越大 ， 復(fù)雜度不斷增加 ， 軟件需求量不斷增大的情況下出現(xiàn)的 ? 由于軟件開發(fā)過程是一種高密度的腦力勞動(dòng) ，軟件開發(fā)的模式及技術(shù)不能適應(yīng)軟件發(fā)展的需要 ， 所以 “ 軟件危機(jī) ” 便產(chǎn)生了 軟件工程的發(fā)展 ? 計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)不同的發(fā)展時(shí)期： –程序設(shè)計(jì)時(shí)期 （ 20世紀(jì) 50年代 ——60年代 ） –軟件時(shí)期 （ 20世紀(jì) 60年代中期 ——70年代 ） –軟件工程時(shí)期 （ 20世紀(jì) 70年代 ——現(xiàn)在 ） 發(fā)展 ? 程序設(shè)計(jì)語言 (Programming) – 機(jī)器語言 – 匯編語言 – ALGOL60 – FORTRAN – COBOL – BASIC ? 軟件 (Software) 1960 – 程序 – 文檔 – 數(shù)據(jù) ? 軟件危機(jī)引出軟件工程 (Software Engineering) – 軟件開發(fā)工程化 1968 NATO – 軟件開發(fā)階段與瀑布模型 – 軟件工程標(biāo)準(zhǔn) 焦點(diǎn) ? 目標(biāo) –少資源 、 高效益 –在人力投入 、 開發(fā)期 、 成本 、 質(zhì)量諸方面求得最佳 ? 風(fēng)險(xiǎn) –需求：不明與變更 –人員流動(dòng) –軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù) –不存在絕對(duì)無缺陷的軟件產(chǎn)品 成功的標(biāo)志 ? 如期完成 ? 預(yù)算內(nèi)完成 ? 達(dá)到質(zhì)量要求 （ 需求和希望 ） 軟件業(yè)與制造業(yè)的差異 |?設(shè)計(jì) ?||? 生產(chǎn) ?|| 運(yùn) 輸 ||倉 儲(chǔ) | |功能度 ….. 制造業(yè) 大量 |? 設(shè)計(jì)（開發(fā)） ?||? 生產(chǎn) ? || 運(yùn)輸 ||倉儲(chǔ) ||功能度 ….. 軟件業(yè) 大量 軟件的特點(diǎn) ? 軟件是一種邏輯實(shí)體 ， 具有抽象性 – 這個(gè)特點(diǎn)使它與其他工程對(duì)象有著明顯的差異 – 人們可以把它記錄在紙上 、 內(nèi)存和磁盤 、 光盤上 ， 但卻無法看到軟件本身的形態(tài) ， 必須通過觀察 、 分析 、 思考 、 判斷 ， 才能了解它的功能 、 性能等特性 ? 軟件沒有明顯的制造過程 – 一旦研制開發(fā)成功 ， 就可以大量拷貝同一內(nèi)容的副本 ， 所以對(duì)軟件的質(zhì)量控制 ， 必須著重在軟件開發(fā)方面下工夫 ? 軟件在使用過程中 ， 沒有磨損 、 老化的問題 – 軟件在生存周期后期不會(huì)因?yàn)槟p而老化 ， 但會(huì)為了適應(yīng)硬件 、環(huán)境以及需求的變化而進(jìn)行修改 ， 而這些修改又不可避免地引入錯(cuò)誤 ， 導(dǎo)致軟件失效率升高 ， 從而使得軟件退化 – 當(dāng)修改的成本變得難以接受時(shí) ， 軟件就被拋棄 ? 軟件對(duì)硬件和環(huán)境有著不同程度的依賴性 – 這導(dǎo)致了軟件移植的問題 軟件的特點(diǎn) (cont.) ? 軟件的開發(fā)至今尚未完全擺脫手工作坊式的開發(fā)方式 ，生產(chǎn)效率低 ? 軟件是復(fù)雜的 ， 而且以后會(huì)更加復(fù)雜 – 軟件是人類有史以來生產(chǎn)的復(fù)雜度最高的工業(yè)產(chǎn)品 – 軟件涉及人類社會(huì)的各行各業(yè) 、 方方面面 ， 軟件開發(fā)常常涉及其他領(lǐng)域的專門知識(shí) ， 這對(duì)軟件工程師提出了很高的要求 ? 軟件的成本相當(dāng)昂貴 – 軟件開發(fā)需要投入大量 、 高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng) ， 成本非常高 ， 風(fēng)險(xiǎn)也大 – 現(xiàn)在軟件的開銷已大大超過了硬件的開銷 ? 軟件工作牽涉到很多社會(huì)因素 – 許多軟件的開發(fā)和運(yùn)行涉及機(jī)構(gòu) 、 體制和管理方式等問題 ， 還會(huì)涉及到人們的觀念和心理 – 這些人的因素 ， 常常成為軟件開發(fā)的困難所在 ， 直接影響到項(xiàng)目的成敗 軟件危機(jī) (software crisis) ? 軟件危機(jī)是指計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題 – 軟件的數(shù)量急劇膨脹 ， 軟件需求日趨復(fù)雜 ， 維護(hù)的難度越來越大 ， 開發(fā)成本令人吃驚地高 ， 而失敗的軟件開發(fā)項(xiàng)目卻屢見不鮮 ? 它主要包含兩個(gè)方面的問題： – 如何開發(fā)軟件 ， 以滿足不斷增長 ， 日趨復(fù)雜的需求 ——軟件產(chǎn)品質(zhì)量低劣 ， 甚至開發(fā)過程就夭折 – 如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的軟件產(chǎn)品 ——軟件生產(chǎn)率低 ， 不能滿足需要 軟件危機(jī)的表現(xiàn) ? 對(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)常常不準(zhǔn)確 ，開發(fā)成本超出預(yù)算 ， 實(shí)際進(jìn)度比預(yù)定計(jì)劃一再拖延的現(xiàn)象并不罕見 ? 用戶對(duì) “ 已完成 ” 系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生 ? 軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住 ， Bug一大堆 ，Patch一個(gè)接一個(gè) ? 軟件的可維護(hù)程度非常之低 ? 軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料 ? 軟件的成本不斷提高 ? 軟件開發(fā)生產(chǎn)率的提高趕不上硬件的發(fā)展和人們需求的增長 產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因 ? 由于軟件本身的特點(diǎn) ， 管理和控制軟件開發(fā)過程相當(dāng)困難 ， 而且軟件維護(hù)較難 – 軟件是一種高智力活動(dòng) ， 由復(fù)雜的邏輯 、 復(fù)雜的運(yùn)算和復(fù)雜的關(guān)聯(lián)等構(gòu)成 ? 由于對(duì)軟件開發(fā)與軟件維護(hù)的不正確方法 ， 產(chǎn)生了軟件危機(jī) – 軟件規(guī)模越來越大 ， 功能越來越強(qiáng) ， 導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 – 忽視軟件開發(fā)前期的需求分析 – 開發(fā)過程沒有統(tǒng)一的 、 規(guī)范的方法論的指導(dǎo) ， 文檔資料不齊全 ， 忽視人與人的交流 – 忽視測試階段的工作 ， 提交用戶的軟件質(zhì)量差 – 輕視軟件的維護(hù)；等等 對(duì)軟件看法的轉(zhuǎn)變 ? 早期那些被認(rèn)為是優(yōu)秀的程序常常很難被別人看懂 ， 通篇充滿了程序技巧 ? 現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為優(yōu)秀的程序除了功能正確 ， 性能優(yōu)良之外 ， 還應(yīng)該容易看懂 、容易使用 、 容易修改和擴(kuò)充 軟件的定義 ? 軟件 (software)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件(hardware)相互依存的另一部分 ， 它包括： –程序 (program)——是按照事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列 –相關(guān)數(shù)據(jù) (data)——是程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) –說明文檔 (document)——是與程序開發(fā)維護(hù)和使用有關(guān)的各種圖文資料 軟件工程 (software engineering) ? 提出 – 1968年秋季 ， NATO（ 北約 ） 的科技委員會(huì)召集了近 50名一流的編程人員 、 計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工業(yè)界巨頭 ， 討論和制定擺脫 “ 軟件危機(jī) ” 的對(duì)策 。在那次會(huì)議上第一次提出了軟件工程這個(gè)概念 。 ? 軟件工程的定義 – 軟件工程是一門研究如何用系統(tǒng)化 、 規(guī)范化 、 數(shù)量化等工程原則和方法去進(jìn)行軟件的開發(fā)和維護(hù)的學(xué)科 。 1 軟件工程的基本概念 ? 軟件工程學(xué)的形成和發(fā)展 ? 軟件工程學(xué)研究的內(nèi)容 ? 軟件與軟件生命周期 ? 軟件工程基本原則 軟件工程學(xué)研究的內(nèi)容 ? “ 軟件工程 ” 是軟件工程人員尋求解決出現(xiàn)的軟件危機(jī)而產(chǎn)生的 ? 它的核心思想是 –采用工程化的原理與方法對(duì)軟件進(jìn)行計(jì)劃 、開發(fā)和維護(hù) 質(zhì)量 成本 效率 工具 方法 過程 產(chǎn)品需求 產(chǎn)品 資源 管理 ??？！ 高效率、低成本地 開發(fā)高質(zhì)量的軟件！ 軟件工程面對(duì)的挑戰(zhàn) 軟件工程兩個(gè)方面的內(nèi)容 ? 軟件開發(fā)技術(shù) –軟件開發(fā)方法學(xué) –軟件工具 –軟件工程環(huán)境 ? 軟件項(xiàng)目管理 –軟件度量 –項(xiàng)目估算 –進(jìn)度控制 –人員組織 –配置管理 –項(xiàng)目計(jì)劃等 1 軟件工程的基本概念 ? 軟件工程學(xué)的形成和發(fā)展 ? 軟件工程學(xué)研究的內(nèi)容 ? 軟件與軟件生命周期 ? 軟件工程基本原則 軟件與軟件生命周期 ? 關(guān)于軟件 – 要糾正那種認(rèn)為 “ 軟件就是程序 ， 開發(fā)軟件就是編寫程序 ” 的錯(cuò)誤觀念 – 軟件應(yīng)是 “ 程序以及開發(fā) 、 使用和維護(hù)程序所需的所有文檔 ” 。 具體來說是由： ? 應(yīng)用程序：面向用戶 ， 為解決各種特定問題編寫的程序 ? 系統(tǒng)程序：面向硬件 ， 為應(yīng)用程序服務(wù)的程序 ? 面向用戶的文檔：如何使用和維護(hù)應(yīng)用程序的資料 ? 面向開發(fā)者的文檔：記載了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程 ，以便進(jìn)一步開發(fā)和修改 軟件與軟件生命周期 ? 軟件生命周期 （ SLC） –軟件生命周期是指從軟件開發(fā)到報(bào)廢的全過程 ， 也稱軟件生存期 –軟件生命周期的描述模型 ?瀑布模型 （ 經(jīng)典 ） ?快速原型模型 –軟件生命周期的三個(gè)時(shí)期 ?定義時(shí)期 ?開發(fā)時(shí)期 ?維護(hù)時(shí)期 瀑布模型 問題定義 可行性研究 需求分析 設(shè) 計(jì) 編 程 測 試 運(yùn)行與維護(hù) 目標(biāo)與范圍說明書 可行性論證報(bào)告 需求說明書 設(shè)計(jì)文檔 程序 測試報(bào)告 維護(hù)報(bào)告 計(jì)劃時(shí)期 開發(fā)時(shí)期 運(yùn)行時(shí)期 快速原型模型 需求分析 原型開發(fā) 原型評(píng)定 目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 用戶意見 軟件開發(fā)流程 用 戶 初始需求 交付的軟件 運(yùn)行 維護(hù) 分析定義 需求規(guī)格說明 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)文檔 實(shí)現(xiàn) 測試 源程序 軟件生命周期 ——定義期 ? 定義期 –要為被開發(fā)的軟件規(guī)定 “ 做什么 ” –開發(fā)人員要確定 ?軟件將處理什么信息 ?軟件的功能 ?軟件的性能 ?建立什么樣的接口 ?要考慮什么設(shè)計(jì)限制 ?軟件開發(fā)成功的確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn) 軟件生命周期 ——定義期 ? 定義期包括三個(gè)階段的工作 – 系統(tǒng)分析 ? 把軟件要完成的工作與整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他部分 ， 如硬件 ， 操作人員及數(shù)據(jù)庫等應(yīng)完成的工作區(qū)分開來 – 軟件項(xiàng)目計(jì)劃 ? 確定軟件開發(fā)總目標(biāo) ， 進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析 ， 資源分配 ， 成本估計(jì) ， 規(guī)定工作任務(wù)和進(jìn)度安排 – 需求分析 ? 更明確地確定軟件做什么 ? 給出所開發(fā)軟件的功能 ， 性能 ， 用戶接口 ? 對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析 ? 給出功能說明 ? 寫出用戶手冊初稿 軟件生命周期 ——開發(fā)期 ? 開發(fā)期 –著重解決所開發(fā)軟件 “ 怎么做 ” 的問題 –開發(fā)期要進(jìn)行 ?設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ?設(shè)計(jì)軟件總體結(jié)構(gòu) ?實(shí)現(xiàn)軟件的過程細(xì)節(jié) ?將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成程序語言 ?進(jìn)行測試 軟件生命周期 ——開發(fā)期 ? 開發(fā)期含有以下三個(gè)階段 –軟件設(shè)計(jì) ?把已經(jīng)確定的軟件需求轉(zhuǎn)換成特定形式的設(shè)計(jì)表示 ， 使其得以實(shí)現(xiàn) –程序編制 ?用某個(gè)編程語言表達(dá)軟件設(shè)計(jì)時(shí)確定的處理過程算法 –軟件測試 ?對(duì)已編制的程序進(jìn)行測試 ， 以找出其中功能上 、邏輯上和實(shí)現(xiàn)中的錯(cuò)誤 軟件生命周期 ——維護(hù)期 ? 運(yùn)行維護(hù)期 –著重解決因多種原因軟件要做的變更 –軟件投入使用后 ， 要對(duì)軟件作變更的理由 ?開發(fā)期中存在的問題 ， 當(dāng)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決 ?適應(yīng)變更了的軟件運(yùn)行環(huán)境 ?軟件需進(jìn)一步完善 ?用戶需求較小的變化 軟件生存周期 ? 軟件生存期的三個(gè)時(shí)期有時(shí)也籠統(tǒng)地稱為軟件開發(fā) ? 為更清楚地表達(dá)生存期內(nèi)各個(gè)階段的工作和各階段間的關(guān)系 ， 可為生存期設(shè)計(jì)不同的范型 ， 或稱模型 。 如： –瀑布模型 –螺旋模型 –噴泉模型 軟件生存周期方法學(xué) ? 軟件工程采用的生存周期方法學(xué)就是 – 從時(shí)間角度對(duì)軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜問題進(jìn)行分解 – 將軟件的生存周期分為若干階段 ? 需求定義 ? 軟件設(shè)計(jì) ? 編程 ? 測試 ? 運(yùn)行維護(hù)等 – 每個(gè)