軟件工程課件：第一章軟件工程概論

1、1軟件工程軟件工程（Software Engineering）計算機科學(xué)與工程學(xué)院計算機科學(xué)與工程學(xué)院School of Computer Science & Engineering2缺乏項目計劃缺乏項目計劃項目缺乏過程控制，開發(fā)過程沒有納入項目缺乏過程控制，開發(fā)過程沒有納入配置管理配置管理項目之間的相互牽扯較多項目之間的相互牽扯較多沒有明確的的生命周期模型沒有明確的的生命周期模型開發(fā)過程不可視開發(fā)過程不可視缺乏質(zhì)量保證意識，缺乏質(zhì)量保證意識，“專家專家”和和“牛人牛人”支撐企業(yè)支撐企業(yè)沒有需求管理措施沒有需求管理措施開發(fā)存在的主要問題開發(fā)存在的主要問題3關(guān)注功能實現(xiàn)，缺乏對可測試性、

2、可維關(guān)注功能實現(xiàn)，缺乏對可測試性、可維護性等等質(zhì)量屬性方面的關(guān)注護性等等質(zhì)量屬性方面的關(guān)注開發(fā)規(guī)程、規(guī)范、模板、檢查單較少開發(fā)規(guī)程、規(guī)范、模板、檢查單較少缺乏培訓(xùn)體系缺乏培訓(xùn)體系制定了一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但可操作性還制定了一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但可操作性還不強，需要更新和完善不強，需要更新和完善缺乏缺乏ITIT支撐體系支撐體系開發(fā)存在的主要問題開發(fā)存在的主要問題4不成熟組織軟件項目的特征不成熟組織軟件項目的特征缺乏確定的軟件過程和相應(yīng)的管理和控制；缺乏確定的軟件過程和相應(yīng)的管理和控制； 即使給出了軟件過程，也不嚴(yán)格的執(zhí)行；即使給出了軟件過程，也不嚴(yán)格的執(zhí)行； 管理是完全被動的，管理者采用的策略是救火管理

3、是完全被動的，管理者采用的策略是救火式的，解決的時候也難以縱觀全局，只顧眼前；式的，解決的時候也難以縱觀全局，只顧眼前； 由于缺乏有依據(jù)的估算，制訂軟件預(yù)算和生產(chǎn)由于缺乏有依據(jù)的估算，制訂軟件預(yù)算和生產(chǎn)計劃時往往跟著感覺走，實際生產(chǎn)常常超標(biāo)；計劃時往往跟著感覺走，實際生產(chǎn)常常超標(biāo)； 如果強制在預(yù)定期限內(nèi)完成，那么軟件的功能如果強制在預(yù)定期限內(nèi)完成，那么軟件的功能和質(zhì)量肯定是得不到保證；和質(zhì)量肯定是得不到保證； 缺乏評價軟件產(chǎn)品質(zhì)量和解決產(chǎn)品缺陷和過程缺乏評價軟件產(chǎn)品質(zhì)量和解決產(chǎn)品缺陷和過程問題的客觀基礎(chǔ)。問題的客觀基礎(chǔ)。5成熟組織軟件項目的特征成熟組織軟件項目的特征具有在企業(yè)范圍內(nèi)管理、控制軟

4、件開發(fā)和維護具有在企業(yè)范圍內(nèi)管理、控制軟件開發(fā)和維護過程的能力；過程的能力； 現(xiàn)有人員和新進人員均了解所遵循的軟件過程，現(xiàn)有人員和新進人員均了解所遵循的軟件過程，且工作活動均按照事先的計劃完成；且工作活動均按照事先的計劃完成； 在定義好的軟件過程中，所有項目和機構(gòu)中的在定義好的軟件過程中，所有項目和機構(gòu)中的角色和責(zé)任分明；角色和責(zé)任分明； 制定的計劃是有效的且與實際的工作進展一致；制定的計劃是有效的且與實際的工作進展一致； 軟件過程在必要時可按照一定規(guī)則和程序加以軟件過程在必要時可按照一定規(guī)則和程序加以修改；修改； 軟件產(chǎn)品和過程的具有一定的可控性。這主要軟件產(chǎn)品和過程的具有一定的可控性。這主

5、要體現(xiàn)在：體現(xiàn)在：6成熟組織軟件項目的特征成熟組織軟件項目的特征管理者能夠監(jiān)督軟件產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程；管理者能夠監(jiān)督軟件產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程； 具有客觀的和定量化的措施來判斷產(chǎn)品質(zhì)量具有客觀的和定量化的措施來判斷產(chǎn)品質(zhì)量并分析產(chǎn)品與生產(chǎn)過程中的問題；并分析產(chǎn)品與生產(chǎn)過程中的問題； 計劃和預(yù)算有章可循，它是基于歷史數(shù)據(jù)的，計劃和預(yù)算有章可循，它是基于歷史數(shù)據(jù)的，從而是實際可行的；從而是實際可行的； 預(yù)算的結(jié)果，包括成本、時間表、產(chǎn)品功能預(yù)算的結(jié)果，包括成本、時間表、產(chǎn)品功能和質(zhì)量等，通常能夠達到；和質(zhì)量等，通常能夠達到； 有關(guān)的參與者完全理解遵循軟件過程的價值有關(guān)的參與者完全理解遵循軟件過程的

6、價值并認(rèn)真地遵循之；并認(rèn)真地遵循之； 具有支撐軟件過程的基礎(chǔ)設(shè)施，如標(biāo)準(zhǔn)過程具有支撐軟件過程的基礎(chǔ)設(shè)施，如標(biāo)準(zhǔn)過程庫、歷史數(shù)據(jù)庫等。庫、歷史數(shù)據(jù)庫等。7不成熟組織軟件項目的結(jié)果不成熟組織軟件項目的結(jié)果救火英雄輩出救火英雄輩出錯誤付出高昂代價錯誤付出高昂代價員工積極性降低員工積極性降低企業(yè)生存壓力受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)企業(yè)生存壓力受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)8數(shù)數(shù)/KLOC軟件Bug率對比0.5公司公司SEI7.3Bug率率數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析9問題所占百分比問題所占百分比錯誤類型錯誤類型XX產(chǎn)品產(chǎn)品XX版本問題按錯版本問題按錯誤分布統(tǒng)計圖誤分布統(tǒng)計圖14.214.814.84.833.118.3接口接口需求需求編碼編碼邏輯

7、邏輯設(shè)計設(shè)計其他其他數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析10問題所占百分比問題所占百分比錯誤類型錯誤類型設(shè)計問題分布7.141.119.7設(shè)計思想錯誤設(shè)計思想錯誤設(shè)計缺陷設(shè)計缺陷更改設(shè)計更改設(shè)計新增設(shè)計新增設(shè)計32.1數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析11問題所占百分比問題所占百分比錯誤類型錯誤類型需求問題分布244需求不明確需求不明確需求不合理需求不合理新增需求新增需求72數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析12原微軟全球技術(shù)中心總經(jīng)理唐俊會見朱鎔基原微軟全球技術(shù)中心總經(jīng)理唐俊會見朱鎔基時分析中國軟件企業(yè)的不足：時分析中國軟件企業(yè)的不足：中國軟件企業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)模式，中國軟件企業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)模式，缺乏了解正規(guī)的軟件研發(fā)流程的管理人缺乏了解正

8、規(guī)的軟件研發(fā)流程的管理人員，缺乏真正熟悉軟件開發(fā)流程的高級員，缺乏真正熟悉軟件開發(fā)流程的高級程序員。程序員。專家言論專家言論13印度軟件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：印度軟件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀： 20022002年軟件產(chǎn)值為年軟件產(chǎn)值為101101億美元、出口億美元、出口76.876.8億美元，估計在億美元，估計在20082008年為年為850850億美元，出口億美元，出口500500億美元。全球最大的億美元。全球最大的500500家公司中有家公司中有200200多家采用印度軟件，美國最大的多家采用印度軟件，美國最大的100100家公司幾家公司幾乎乎100%100%把印度作為國外軟件的首選地。把印度作為國外軟件的首選地。印

9、度成功的經(jīng)驗：印度成功的經(jīng)驗： CMMCMM流程化管理，全球流程化管理，全球CMMCMM五級組織有五級組織有4242家家，CMMCMM四級組織有四級組織有8787家，印度有家，印度有8080多家。多家。印度模式印度模式1415軟件發(fā)展存在的問題軟件發(fā)展存在的問題硬件的發(fā)展一直超過軟件，難以發(fā)揮硬件的硬件的發(fā)展一直超過軟件，難以發(fā)揮硬件的潛能潛能建造程序的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對新程序建造程序的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對新程序的需求，不能滿足商業(yè)和市場的要求。的需求，不能滿足商業(yè)和市場的要求。軟件的可靠性越來越重要。軟件失敗，會造軟件的可靠性越來越重要。軟件失敗，會造成巨大的經(jīng)濟損失，有可能帶來災(zāi)難。

10、成巨大的經(jīng)濟損失，有可能帶來災(zāi)難。拙劣的設(shè)計和資源的缺乏難以支持和增強已拙劣的設(shè)計和資源的缺乏難以支持和增強已有軟件。有軟件。16產(chǎn)業(yè)的觀點產(chǎn)業(yè)的觀點為什么需要長時間才能結(jié)束開發(fā)？為什么需要長時間才能結(jié)束開發(fā)？為什么成本如此之高？為什么成本如此之高？為什么不能在軟件交付給客戶之前就發(fā)現(xiàn)所有為什么不能在軟件交付給客戶之前就發(fā)現(xiàn)所有的錯誤？的錯誤？為什么軟件開發(fā)過程中我們難以度量其進展？為什么軟件開發(fā)過程中我們難以度量其進展？老化的軟件工廠老化的軟件工廠軟件的競爭軟件的競爭這種關(guān)注最終導(dǎo)致軟件工程實踐的出現(xiàn)這種關(guān)注最終導(dǎo)致軟件工程實踐的出現(xiàn)17軟件技術(shù)面臨的問題軟件技術(shù)面臨的問題 規(guī)模規(guī)模 復(fù)雜性

11、復(fù)雜性 生產(chǎn)率生產(chǎn)率Exchange2000Windows20002000項目經(jīng)理項目經(jīng)理2525人人約約250250人人開發(fā)人員開發(fā)人員140140人人約約17001700人人測試人員測試人員350350人人約約32003200人人 Windows95Windows95有有10001000萬行代碼萬行代碼Windows2000Windows2000有有50005000萬行代碼萬行代碼 Exchange2000Exchange2000和和 Windows2000Windows2000開發(fā)人員結(jié)構(gòu)開發(fā)人員結(jié)構(gòu)18軟件危機的主要特征軟件危機的主要特征 軟件開發(fā)周期大大超過規(guī)定日期軟件開發(fā)周期大大超

12、過規(guī)定日期; ; 軟件開發(fā)成本嚴(yán)重超標(biāo)軟件開發(fā)成本嚴(yán)重超標(biāo); ; 軟件質(zhì)量難于保證軟件質(zhì)量難于保證19改正一個問題需付出的代價改正一個問題需付出的代價需需求求分分析析結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計詳詳細(xì)細(xì)設(shè)設(shè)計計編編碼碼集集成成測測試試系系統(tǒng)統(tǒng)測測試試現(xiàn)現(xiàn)場場改正改正一個一個問題問題的估的估計費計費用用改正改正一個一個問題問題估計估計的工的工作量作量202020020020002000100010005.05.02.52.50.050.050.50.5( (美元美元) )( (人天人天) )20成功沒有那么輕易到來成功沒有那么輕易到來31%53%16%SuccessfullyChallengedCancel

13、ed21成功與失敗成功與失敗成功的標(biāo)準(zhǔn)：成功的標(biāo)準(zhǔn)：s 用戶在用用戶在用s 用戶可很容易做完要做的事用戶可很容易做完要做的事失敗的根本原因：失敗的根本原因：s 開發(fā)人員寫出的東西達不到用戶要求開發(fā)人員寫出的東西達不到用戶要求( (人的人的問題問題. .技術(shù)問題技術(shù)問題) )22處在十字路口的中國軟件產(chǎn)業(yè)處在十字路口的中國軟件產(chǎn)業(yè)s 主權(quán)大國必須建立基于自主技術(shù)的、完整的主權(quán)大國必須建立基于自主技術(shù)的、完整的軟件產(chǎn)業(yè)體系。軟件產(chǎn)業(yè)體系。 軟件本國提供率：中國軟件本國提供率：中國1/31/3左右，美國左右，美國97%97%s “印度模式印度模式”還是還是“中國模式中國模式”s 軟件人才結(jié)構(gòu)不合理，

14、缺乏中高級軟件人才，軟件人才結(jié)構(gòu)不合理，缺乏中高級軟件人才，軟件人員缺乏軟件工程化的概念。軟件人員缺乏軟件工程化的概念。23軟件工程的定義軟件工程的定義1 1 IEEEIEEE【IEE83IEE83】給出的軟件工程定義：給出的軟件工程定義： “軟件工程是開發(fā)、運行、維護和修復(fù)軟件工程是開發(fā)、運行、維護和修復(fù)軟件的系統(tǒng)方法。軟件的系統(tǒng)方法?！?4 IEEE IEEE【IEE93IEE93】給出了一個更加綜合的給出了一個更加綜合的定義：定義： “將系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的方將系統(tǒng)化的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運行和維護的過程，法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運行和維護的過程，即將工程化應(yīng)用于軟

15、件中。即將工程化應(yīng)用于軟件中。”軟件工程的定義軟件工程的定義2 25軟件工程是應(yīng)用計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理軟件工程是應(yīng)用計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳統(tǒng)工科學(xué)等原理開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳統(tǒng)工程的原則、方法，以提高質(zhì)量，降低成本為程的原則、方法，以提高質(zhì)量，降低成本為目的。目的。 軟件工程的定義軟件工程的定義3 3 26軟件工程是一門交叉學(xué)科軟件工程是一門交叉學(xué)科軟件工程的主要研究內(nèi)容軟件工程的主要研究內(nèi)容: :軟件開發(fā)技術(shù)軟件開發(fā)技術(shù): :軟件開發(fā)方法學(xué)軟件開發(fā)方法學(xué) 軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)過程 軟件工具和軟件工程環(huán)境軟件工具和軟件工程環(huán)境軟件工程管理軟件工程管理: :

16、軟件管理學(xué)軟件管理學(xué) 軟件經(jīng)濟學(xué)軟件經(jīng)濟學(xué) 軟件心理學(xué)軟件心理學(xué)軟件工程所包含的內(nèi)容不是一成不變的，隨著軟件工程所包含的內(nèi)容不是一成不變的，隨著人們對軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)和生產(chǎn)的理解。應(yīng)用人們對軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)和生產(chǎn)的理解。應(yīng)用發(fā)展的眼光看待它。發(fā)展的眼光看待它。27質(zhì)量焦點質(zhì)量焦點軟件工程軟件工程 一種層次化技術(shù)一種層次化技術(shù)Software engineering layers軟件工程三個要素：軟件工程三個要素：過程、方法、工具過程、方法、工具過程過程方法方法工具工具28三要素：三要素： 方法、工具和過程方法、工具和過程軟件工程方法包括了多方面的任務(wù)，如項目計劃與軟件工程方法包括了多方面的

17、任務(wù)，如項目計劃與估算、軟件系統(tǒng)需求分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體結(jié)估算、軟件系統(tǒng)需求分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、算法的設(shè)計、編碼、測試以及維護等。構(gòu)的設(shè)計、算法的設(shè)計、編碼、測試以及維護等。軟件工具為軟件工程方法提供了自動的或半自動的軟件工具為軟件工程方法提供了自動的或半自動的軟件支撐環(huán)境。如軟件支撐環(huán)境。如CASECASE、ISEEISEE等。等。軟件工程過程則是將軟件工程的方法和工具綜合起軟件工程過程則是將軟件工程的方法和工具綜合起來以達到合理、及時地進行計算機軟件開發(fā)的目的。來以達到合理、及時地進行計算機軟件開發(fā)的目的。過程定義了方法使用的順序、要求交付的文檔資料、過程定義了方法使用

18、的順序、要求交付的文檔資料、為保證質(zhì)量和協(xié)調(diào)變化所需要的管理、及軟件開發(fā)為保證質(zhì)量和協(xié)調(diào)變化所需要的管理、及軟件開發(fā)各個階段完成的里程碑。各個階段完成的里程碑。29軟件工程過程特性軟件工程過程特性易理解性易理解性可見性可見性可支持性可支持性可接受性可接受性可靠性可靠性健壯性健壯性可維護性可維護性速度速度30 工程是對技術(shù)（或社會）實體的分析、設(shè)計、建造、驗證和工程是對技術(shù)（或社會）實體的分析、設(shè)計、建造、驗證和管理。因此工程須回答下列問題：管理。因此工程須回答下列問題： 要解決的問題是什么？要解決的問題是什么？ 要用于解決該問題的實體具有什么特點？要用于解決該問題的實體具有什么特點？ 如何實現(xiàn)

19、該實體（解決方案）？如何實現(xiàn)該實體（解決方案）？ 如何建造該實體？如何建造該實體？ 采用什么方法去發(fā)現(xiàn)該實體設(shè)計和建造過程中產(chǎn)生采用什么方法去發(fā)現(xiàn)該實體設(shè)計和建造過程中產(chǎn)生的錯誤？的錯誤？ 當(dāng)該實體的用戶要求修改、適應(yīng)和增強時，如何支當(dāng)該實體的用戶要求修改、適應(yīng)和增強時，如何支持這些活動？持這些活動？軟件工程的一般視軟件工程的一般視圖圖31與一般軟件工程相關(guān)的三個階段：與一般軟件工程相關(guān)的三個階段：定義階段集中于定義階段集中于“做什么做什么”： 涉及所要處理的信息、所需完成的功能和性能、所擬具有的涉及所要處理的信息、所需完成的功能和性能、所擬具有的系統(tǒng)行為、所想建造的界面、設(shè)計約束以及系統(tǒng)的評

20、價標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)行為、所想建造的界面、設(shè)計約束以及系統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)等。等。 包括三個主要任務(wù)：系統(tǒng)或信息工程；軟件項目計劃；需求包括三個主要任務(wù)：系統(tǒng)或信息工程；軟件項目計劃；需求分析。分析。開發(fā)階段集中于開發(fā)階段集中于“如何做如何做”： 涉及數(shù)據(jù)如何結(jié)構(gòu)化、功能如何轉(zhuǎn)換為軟件體系結(jié)構(gòu)、過程涉及數(shù)據(jù)如何結(jié)構(gòu)化、功能如何轉(zhuǎn)換為軟件體系結(jié)構(gòu)、過程細(xì)節(jié)如何實現(xiàn)、界面如何表示、設(shè)計如何轉(zhuǎn)換成程序設(shè)計語細(xì)節(jié)如何實現(xiàn)、界面如何表示、設(shè)計如何轉(zhuǎn)換成程序設(shè)計語言（或非過程語言）、測試如何執(zhí)行。言（或非過程語言）、測試如何執(zhí)行。 包括三個主要任務(wù)：軟件設(shè)計；代碼生成；軟件測試。包括三個主要任務(wù)：軟件設(shè)計；代碼生成；軟件

21、測試。軟件工程的一般視圖軟件工程的一般視圖32與一般軟件工程相關(guān)的三個階段：與一般軟件工程相關(guān)的三個階段：維護階段集中于維護階段集中于“改變改變”： 涉及糾正原有錯誤、為新環(huán)境而做的適應(yīng)性修改和用戶需求涉及糾正原有錯誤、為新環(huán)境而做的適應(yīng)性修改和用戶需求變化的增強性修改。變化的增強性修改。 包括四類修改：糾錯、適應(yīng)、增強和預(yù)防。包括四類修改：糾錯、適應(yīng)、增強和預(yù)防。 軟件項目追蹤和控制；軟件項目追蹤和控制； 正式的技術(shù)復(fù)審；正式的技術(shù)復(fù)審； 軟件質(zhì)量保證；軟件質(zhì)量保證； 軟件配置管理；軟件配置管理； 文檔的準(zhǔn)備和產(chǎn)生；文檔的準(zhǔn)備和產(chǎn)生； 可復(fù)用管理可復(fù)用管理 測試測試 風(fēng)險管理風(fēng)險管理軟件工程

22、的一般視圖所涉及的保護性活動軟件工程的一般視圖所涉及的保護性活動：軟件工程的一般視圖軟件工程的一般視圖33軟件工程與一般工程的差異軟件工程與一般工程的差異v軟件是邏輯產(chǎn)品而不是實物產(chǎn)品軟件是邏輯產(chǎn)品而不是實物產(chǎn)品v軟件的功能依賴于硬件和軟件的運行環(huán)境以軟件的功能依賴于硬件和軟件的運行環(huán)境以及人們對它的操作及人們對它的操作v軟件設(shè)計的復(fù)雜性軟件設(shè)計的復(fù)雜性v軟件特征：功能的多樣性軟件特征：功能的多樣性 實現(xiàn)的多樣性實現(xiàn)的多樣性 能見度低能見度低 軟件結(jié)構(gòu)合理性差軟件結(jié)構(gòu)合理性差v智力密集及知識產(chǎn)權(quán)保護智力密集及知識產(chǎn)權(quán)保護34軟件工程知識結(jié)構(gòu)軟件工程知識結(jié)構(gòu) 軟件配置管理軟件配置管理 軟件工程管理軟件工程管理 軟件工程過程軟件工程過程 軟件工程工具和方法軟件工程工具和方法 軟件