第1章 软件工程学概述

1968年在第一届NATO会议上曾经给出 了软件工程的一个早期定义：“软件工程就 是为了经济地获得可靠的且能在实际机器上 有效地运行的软件，而建立和使用完善的工 程原理。” 1993年IEEE进一步给出了一个更全面更 具体的定义：“软件工程是： ①把系统的、 规范的、可度量的途径应用于软件开发、运 行和维护过程，也就是把工程应用于软件； ②研究①中提到的途径。”
6. 编码和单元测试 这个阶段的关键任务是写出正确的 容易理解、容易维护的程序模块。 7. 综合测试 这个阶段的关键任务是通过各种类 型的测试(及相应的调试)使软件达到预 定的要求。 最基本的测试是集成测试和验收测试。
8. 软件维护 维护阶段的关键任务是，通过各种必要的维护 活动使系统持久地满足用户的需要。 通常有4类维护活动： 改正性维护，也就是诊断和改正在使用过程中 发现的软件错误； 适应性维护，即修改软件以适应环境的变化； 完善性维护，即根据用户的要求改进或扩充软 件使它更完善； 预防性维护，即修改软件为将来的维护活动预 先做准备。
1.2 软件工程
1.2.1 软件工程的介绍
概括地说，软件工程是指导计算机软件开发和 维护的一门工程学科。采用工程的概念、原理、技 术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证 明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方 法结合起来，以经济地开发出高质量的软件并有效 地维护它，这就是软件工程。 人们曾经给软件工程下过许多定义，下面给出 两个典型的定义。
著名的软件工程专家B.W.Boehm综 合这些学者们的意见并总结了TRW公 司多年开发软件的经验，于1983年在一 篇论文中提出了软件工程的7条基本原 理。他认为这7条原理是确保软件产品 质量和开发效率的原理的最小集合。
下面简要介绍软件工程的7条基本原理： 1. 用分阶段的生命周期计划严格管理 2. 坚持进行阶段评审 3. 实行严格的产品控制 4. 采用现代程序设计技术 5. 结果应能清楚地审查 6. 开发小组的人员应该少而精 7. 承认不断改进软件工程实践的必要性
1.4 软件过程
软件过程是为了获得高质量软件所 需要完成的一系列任务的框架，它规定 了完成各项任务的工作步骤。 通常使用生命周期模型简洁地描述 软件过程。生命周期模型规定了把生命 周期划分成哪些阶段及各个阶段的执行 顺序，因此，也称为过程模型。
1.4.1 瀑布模型
在20世纪80年代之前，瀑布模型一 直是惟一被广泛采用的生命周期模型， 现在它仍然是软件工程中应用得最广泛 的过程模型。传统软件工程方法学的软 件过程，基本上可以用瀑布模型来描述。 图1.2所示为传统的瀑布模型。按照 传统的瀑布模型开发软件，有下述的几 个特点。
1.1 软件危机
1.1.1 软件危机的介绍
软件危机包含下述两方面的问题： 如何开发软件，以满足对软件日益增长 的需求；如何维护数量不断膨胀的已有 软件。 具体地说，软件危机主要有以下一 些典型表现。
(1) 对软件开发成本和进度的估计常常很不 准确。 (2) 用户对“已完成的”软件系统不满意的 现象经常发生。 (3) 软件产品的质量往往靠不住。 (4) 软件常常是不可维护的。 (5) 软件通常没有适当的文档资料。 (6) 软件成本在计算机系统总成本中所占的 比例逐年上升。 (7) 软件开发生产率提高的速度，远远跟不 上计算机应用迅速普及深入的趋势。
在不同时期引入一个变动需要付出的代价的变化趋势。
图1.1 引入同一变动付出的代价随时间变化的趋势
1.1.3 消除软件危机的途径
软件是程序、数据及相关文档的完整集合。其 中，程序是能够完成预定功能和性能的可执行的指 令序列；数据是使程序能够适当地处理信息的数据 结构；文档是开发、使用和维护程序所需要的图文 资料。 1983年IEEE为软件下的定义是：计算机程序、 方法、规则、相关的文档资料以及在计算机上运行 程序时所必需的数据。 为了解决软件危机，既要有技术措施(方法和 工具)，又要有必要的组织管理措施。软件工程正 是从管理和技术两方面研究如何更好地开发和维护 计算机软件的一门新兴学科。
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软件工程导论
总 目 录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 软件工程学概述 可行性研究 需求分析 总体设计 详细设计 实现
总 目 录
第7章 维护 第8章 面向对象方法学引论 第9章 统一建模语言UML简介 第10章 面向对象分析 第11章 面向对象设计 第12章 面向对象实现 第13章 软件项目管理
1.3 软件生命周期
概括地说，软件生命周期由软件定义、软件开 发和运行维护(也称为软件维护)3个时期组成，每 个时期又进一步划分成若干个阶段。 软件定义时期的任务是： 确定软件开发工程 必须完成的总目标；确定工程的可行性；导出实现 工程目标应该采用的策略及系统必须完成的功能； 估计完成该项工程需要的资源和成本，并且制定工 程进度表。这个时期的工作通常又称为系统分析， 由系统分析员负责完成。软件定义时期通常进一步 划分成3个阶段，即问题定义、可行性研究和需求 分析。
图1.4 快速原型模型
快速原型模型是不带反馈环的，这正是这种过程模 型的主要优点： 软件产品的开发基本上是线性顺 序进行的。 能做到基本上线性顺序开发的主要原因如下： （1） 原型系统已经通过与用户交互而得到验证， 据此产生的规格说明文档正确地描述了用户需求， 因此，在开发过程的后续阶段不会因为发现了规格 说明文档的错误而进行较大的返工。 （2） 开发人员通过建立原型系统已经学到了许多 东西（至少知道了“系统不应该做什么，以及怎样 不去做不该做的事情”），因此，在设计和编码阶 段发生错误的可能性也比较小，这自然减少了在后 续阶段需要改正前面阶段所犯错误的可能性。 快速原型的本质是“快速”。
1.4.3 增量模型
增量模型也称为渐增模型，如图1.5所示。 使用增量模型开发软件时，把软件产品作为 一系列的增量构件来设计、编码、集成和测 试。每个构件由多个相互作用的模块构成， 并且能够完成特定的功能。使用增量模型时， 第一个增量构件往往实现软件的基本需求， 提供最核心的功能。第二个增量构件提供更 完善的编辑和文档生成功能；第三个增量构 件实现拼写和语法检查功能；第四个增量构 件完成高级的页面排版功能。
软件工程方法学包含3个要素：方法、 工具和过程。其中，方法是完成软件开 发的各项任务的技术方法，回答“怎样 做”的问题；工具是为运用方法而提供 的自动的或半自动的软件工程支撑环境； 过程是为了获得高质量的软件所需要完 成的一系列任务的框架，它规定了完成 各项任务的工作步骤。 目前使用得最广泛的软件工程方法 学，分别是传统方法学和面向对象方法 学。
1.2.3 软件工程方法学
软件工程包括技术和管理两方面的内容， 是技术与管理紧密结合所形成的工程学科。 所谓管理就是通过计划、组织和控制等 一系列活动，合理地配置和使用各种资源， 以达到既定目标的过程。 通常把在软件生命周期全过程中使用的 一整套技术方法的集合称为方法学 (methodology)，也称为范型(paradigm)。在 软件工程领域中，这两个术语的含义基本相 同。
4. 总体设计 这个阶段必须回答的关键问题是：“概括地说， 应该怎样实现目标系统?”总体设计又称为概要设计。 5. 详细设计 总体设计阶段以比较抽象概括的方式提出了解 决问题的办法。详细设计阶段的任务就是把解法具 体化，也就是回答下面这个关键问题：“应该怎样 具体地实现这个系统呢?” 详细设计也称为模块设计，在这个阶段将详细 地设计每个模块，确定实现模块功能所需要的算法 和数据结构。
1. 传统方法学 传统方法学也称为生命周期方法学或结构化范 型。它采用结构化技术(结构化分析、结构化设计 和结构化实现)来完成软件开发的各项任务，并使 用适当的软件工具或软件工程环境来支持结构化技 术的运用。 2. 面向对象方法学 当软件规模庞大，或者对软件的需求是模糊的 或会随时间而变化的时候，使用传统方法学开发软 件往往不成功，此外，使用传统方法学开发出的软 件，维护起来仍然很困难。
概括地说，面向对象方法学具有下述4个要点。 (1) 把对象(object)作为融合了数据及在数据上的操 作行为的统一的软件构件。 (2) 把所有对象都划分成类(class)。 (3) 按照父类(或称为基类)与子类(或称为派生类)的 关系，把若干个相关类组成一个层次结构的系 统(也称为类等级)。在类等级中，下层派生类自 动拥有上层基类中定义的数据和操作，这种现 象称为继承。 (4) 对象彼此间仅能通过发送消息互相联系。
1.1.2 产生软件危机的原因
在软件开发和维护的过程中存在这么多 严重问题，一方面与软件本身的特点有关， 另一方面也和软件开发与维护的方法不正确 有关。 一个软件从定义、开发、使用和维护， 直到最终被废弃，要经历一个漫长的时期， 这就如同一个人要经过胎儿、儿童、青年、 中年和老年，直到最终死亡的漫长时期一样。 通常把软件经历的这个漫长的时期称为生命 周期。
软件工程具有下述的本质特性： 1. 软件工程关注于大型程序的构造 2. 软件工程的中心课题是控制复杂性 3. 软件经常变化 4. 开发软件的效率非常重要 5. 和谐地合作是开发软件的关键 6. 软件必须有效地支持它的用户 7. 在软件工程领域中是由具有一种文化 背景的人替具有另一种文化背景的人
1.2.2 软件工程的基本原理
下面扼要介绍软件生命周期每个阶段的基本任务。 1. 问题定义 问题定义阶段必须回答的关键问题是：“要解 决的问题是什么?” 2. 可行性研究 这个阶段要回答的关键问题是：“对于上一个 阶段所确定的问题有行得通的解决办法吗?” 3. 需求分析 这个阶段的任务仍然不是具体地解决问题，而 是准确地确定“为了解决这个问题，目标系统必须 做什么”，主要是确定目标系统必须具备哪些功能。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第1章 软件工程学概述
1.1 软件危机 1.2 软件工程 1.3 软件生命周期 1.4 软件过程 1.5 小结 习题
迄今为止，计算机系统已经经历了4 个不同的发展阶段，但是，我们仍然没 有彻底摆脱“软件危机”的困扰，软件 已经成为限制计算机系统发展的瓶颈。 为了更有效地开发与维护软件，软 件工作者在20世纪60年代后期开始认真 研究消除软件危机的途径，从而逐渐形 成了一门新兴的工程学科——计算机软 件工程学(通常简称为软件工程)。