軟件工程(李浪)課件1

1、計計 算算 機機 網(wǎng)網(wǎng) 絡絡 COMPUTER NETWORKS第第1章章 概述概述 目錄目錄1.1 軟件軟件n1.1.1 軟件的定義和特點軟件的定義和特點n1.1.2 軟件的發(fā)展軟件的發(fā)展n1.2軟件危機軟件危機n1.2.1 軟件危機的主要特征軟件危機的主要特征n1.2.2軟件危機的具體體現(xiàn)軟件危機的具體體現(xiàn)n1.2.3軟件危機產(chǎn)生的原因軟件危機產(chǎn)生的原因n1.2.4軟件危機的解決途徑軟件危機的解決途徑n1.3軟件工程軟件工程n1.3.1軟件工程的定義軟件工程的定義n1.3.2 軟件工程的背景和歷史軟件工程的背景和歷史n1.3.3 軟件工程的基本原理軟件工程的基本原理n1.3.4 軟件工程工

2、具軟件工程工具1.1 軟件軟件n1.1.1 軟件的定義和特點軟件的定義和特點n1. 軟件的定義軟件的定義軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分。軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分。它包括程序、數(shù)據(jù)及其相關文檔的完整集合。一它包括程序、數(shù)據(jù)及其相關文檔的完整集合。一種公認的軟件傳統(tǒng)定義為：種公認的軟件傳統(tǒng)定義為：軟件軟件 = 程序程序 + 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) +文檔文檔其中，程序是按事先設計的功能和性能要求執(zhí)行的其中，程序是按事先設計的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能夠正確地處理信息的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能夠正確地處理信息的數(shù)據(jù)結構；文檔是與程序開發(fā)、維護和使用有關數(shù)據(jù)結構；文檔

3、是與程序開發(fā)、維護和使用有關的圖文資料。的圖文資料。n2.軟件的特點軟件的特點(1)軟件是一種邏輯實體，不是具體的物理軟件是一種邏輯實體，不是具體的物理實體形態(tài)特性（形態(tài)特性）實體形態(tài)特性（形態(tài)特性）(2)軟件與硬件的生產(chǎn)方式不同（生產(chǎn)特性）軟件與硬件的生產(chǎn)方式不同（生產(chǎn)特性）(3)軟件與硬件的維護不同（維護特性）軟件與硬件的維護不同（維護特性） n（4）軟件是復雜的（復雜特性）軟件是復雜的（復雜特性）軟件的復雜性一方面來自它所反映的實際問題軟件的復雜性一方面來自它所反映的實際問題復雜性；另一方面也來自程序結構的復雜性。復雜性；另一方面也來自程序結構的復雜性。軟件技術的發(fā)展明顯落后于復雜的軟件

4、需求，軟件技術的發(fā)展明顯落后于復雜的軟件需求，這個差距日益加大。如圖這個差距日益加大。如圖1-2所示。所示。n（5）軟件是復雜的智力產(chǎn)品（智能特性）軟件是復雜的智力產(chǎn)品（智能特性）n（6）軟件產(chǎn)品的質(zhì)量控制存在實際困難）軟件產(chǎn)品的質(zhì)量控制存在實際困難（質(zhì)量特性）（質(zhì)量特性）n（7）軟件開發(fā)和運行對計算機系統(tǒng)環(huán)境）軟件開發(fā)和運行對計算機系統(tǒng)環(huán)境有一定的依賴（環(huán)境特性）有一定的依賴（環(huán)境特性）n（8）軟件的管理特性）軟件的管理特性n（9）軟件的廢棄特性）軟件的廢棄特性n（10）軟件應用極其廣泛（應用特性）軟件應用極其廣泛（應用特性）n（11）軟件成本相當昂貴）軟件成本相當昂貴1.1.2 軟件的發(fā)展

5、軟件的發(fā)展n軟件工程是在克服軟件工程是在克服20世紀世紀60年代出現(xiàn)的年代出現(xiàn)的“軟件危機軟件危機”過程中逐漸形成和發(fā)展的。過程中逐漸形成和發(fā)展的。在在50年的時間里，軟件工程在理論和實踐年的時間里，軟件工程在理論和實踐方面都取得了長足的進步。它的發(fā)展已經(jīng)方面都取得了長足的進步。它的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了四個重要階段。經(jīng)歷了四個重要階段。n（1）第一代軟件技術）第一代軟件技術n（2）第二代軟件技術）第二代軟件技術n（3）第三代軟件技術）第三代軟件技術n（4）第四代軟件技術）第四代軟件技術1.2軟件危機軟件危機n1.2.1 軟件危機的主要特征軟件危機的主要特征n（1）軟件開發(fā)進度難以預測。軟件開發(fā)過程中

6、的拖延工期）軟件開發(fā)進度難以預測。軟件開發(fā)過程中的拖延工期想象并不罕見，這種想象降低了軟件開發(fā)組織的信譽。想象并不罕見，這種想象降低了軟件開發(fā)組織的信譽。n（2）軟件開發(fā)成本難以控制。軟件開發(fā)中投資一再追加，）軟件開發(fā)成本難以控制。軟件開發(fā)中投資一再追加，往往是實際成本比預算成本高出一個數(shù)量級。而為了趕進度往往是實際成本比預算成本高出一個數(shù)量級。而為了趕進度和節(jié)約成本所采取的一些權宜之計又往往損害了軟件產(chǎn)品的和節(jié)約成本所采取的一些權宜之計又往往損害了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，從而不可避免地引起用戶的不滿。質(zhì)量，從而不可避免地引起用戶的不滿。n（3）產(chǎn)品功能難以滿足用戶需求。開發(fā)人員和用戶之間很）產(chǎn)品功能

7、難以滿足用戶需求。開發(fā)人員和用戶之間很難溝通、矛盾很難統(tǒng)一，往往是軟件開發(fā)人員不能真正了解難溝通、矛盾很難統(tǒng)一，往往是軟件開發(fā)人員不能真正了解用戶的需求，而用戶又不了解計算機求解問題的模式和能力，用戶的需求，而用戶又不了解計算機求解問題的模式和能力，雙方無法用共同熟悉的語言進行交流和描述。在雙方不充分雙方無法用共同熟悉的語言進行交流和描述。在雙方不充分了解的情況下，就倉促上陣設計系統(tǒng)、匆忙著手編寫程序，了解的情況下，就倉促上陣設計系統(tǒng)、匆忙著手編寫程序，這種這種“閉門造車閉門造車”的開發(fā)方式必然導致最終的產(chǎn)品不符合用的開發(fā)方式必然導致最終的產(chǎn)品不符合用戶的實際需要。戶的實際需要。n（4）軟件產(chǎn)

8、品質(zhì)量無法保證。系統(tǒng)中的錯誤很難消除。）軟件產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。系統(tǒng)中的錯誤很難消除。軟件是邏輯產(chǎn)品，質(zhì)量問題很難以統(tǒng)一的標準度量，軟件是邏輯產(chǎn)品，質(zhì)量問題很難以統(tǒng)一的標準度量，因而造成質(zhì)量控制困難。軟件產(chǎn)品并不是沒有錯誤，因而造成質(zhì)量控制困難。軟件產(chǎn)品并不是沒有錯誤，而是盲目檢測很難發(fā)現(xiàn)錯誤，而隱藏下來的錯誤往往而是盲目檢測很難發(fā)現(xiàn)錯誤，而隱藏下來的錯誤往往是造成重大事故的隱患。是造成重大事故的隱患。n（5）軟件產(chǎn)品難以維護。軟件產(chǎn)品本質(zhì)上是開發(fā)人員）軟件產(chǎn)品難以維護。軟件產(chǎn)品本質(zhì)上是開發(fā)人員的代碼化的邏輯思維活動，他人難以替代。除非是開的代碼化的邏輯思維活動，他人難以替代。除非是開發(fā)者本人，

9、否則很難及時檢測、排除系統(tǒng)故障。為使發(fā)者本人，否則很難及時檢測、排除系統(tǒng)故障。為使系統(tǒng)適應新的硬件環(huán)境，或根據(jù)用戶的需要在原系統(tǒng)系統(tǒng)適應新的硬件環(huán)境，或根據(jù)用戶的需要在原系統(tǒng)中增加一些新的功能，又有可能增加系統(tǒng)中的錯誤。中增加一些新的功能，又有可能增加系統(tǒng)中的錯誤。n（6）軟件缺少適當?shù)奈臋n資料。文檔資料是軟件必不）軟件缺少適當?shù)奈臋n資料。文檔資料是軟件必不可少的組成部分。缺乏必要的文檔資料或者文檔資料可少的組成部分。缺乏必要的文檔資料或者文檔資料不合格，將給軟件開發(fā)和維護帶來許多嚴重的困難和不合格，將給軟件開發(fā)和維護帶來許多嚴重的困難和問題。問題。1.2.2軟件危機的具體體現(xiàn)軟件危機的具體體

10、現(xiàn)n軟件危機主要表現(xiàn)在兩個方面：軟件危機主要表現(xiàn)在兩個方面：n（1）軟件產(chǎn)品質(zhì)量低劣，甚至在開發(fā)過）軟件產(chǎn)品質(zhì)量低劣，甚至在開發(fā)過程中就夭折。程中就夭折。n（2）軟件生產(chǎn)率低，不能滿足要求。）軟件生產(chǎn)率低，不能滿足要求。1.2.3軟件危機產(chǎn)生的原因軟件危機產(chǎn)生的原因n用戶需求不明確。主要體現(xiàn)在：在軟件被開發(fā)出來之用戶需求不明確。主要體現(xiàn)在：在軟件被開發(fā)出來之前，用戶自己也不清楚軟件開發(fā)的具體需求；用戶對前，用戶自己也不清楚軟件開發(fā)的具體需求；用戶對軟件開發(fā)需求的描述不精確，可能有遺漏、有二義性軟件開發(fā)需求的描述不精確，可能有遺漏、有二義性甚至有錯誤；在軟件開發(fā)過程中，用戶還提會出修改甚至有錯誤

11、；在軟件開發(fā)過程中，用戶還提會出修改軟件開發(fā)功能、界面、支撐環(huán)境等方面的要求；軟件軟件開發(fā)功能、界面、支撐環(huán)境等方面的要求；軟件開發(fā)人員對用戶需求的理解與用戶的本來愿望有差異。開發(fā)人員對用戶需求的理解與用戶的本來愿望有差異。n缺乏正確的理論指導。由于軟件開發(fā)不同于大多數(shù)其缺乏正確的理論指導。由于軟件開發(fā)不同于大多數(shù)其他工業(yè)產(chǎn)品，其開發(fā)過程是復雜的邏輯思維過程，其他工業(yè)產(chǎn)品，其開發(fā)過程是復雜的邏輯思維過程，其產(chǎn)品很大程度上依賴于開發(fā)人員高度的智力投入。產(chǎn)品很大程度上依賴于開發(fā)人員高度的智力投入。 過過分地依靠程序設計人員在軟件開發(fā)過程中的技巧和創(chuàng)分地依靠程序設計人員在軟件開發(fā)過程中的技巧和創(chuàng)造性

12、，加劇軟件開發(fā)產(chǎn)品的個性化，也是發(fā)生軟件開造性，加劇軟件開發(fā)產(chǎn)品的個性化，也是發(fā)生軟件開發(fā)危機的一個重要原因。發(fā)危機的一個重要原因。n軟件開發(fā)規(guī)模越來越大。隨著軟件開發(fā)應用范圍的擴大，軟件開發(fā)規(guī)模越來越大。隨著軟件開發(fā)應用范圍的擴大，軟件開發(fā)規(guī)模也越來越大。大型軟件開發(fā)項目需要組織一軟件開發(fā)規(guī)模也越來越大。大型軟件開發(fā)項目需要組織一定的人力共同完成，而多數(shù)管理人員缺乏開發(fā)大型軟件系定的人力共同完成，而多數(shù)管理人員缺乏開發(fā)大型軟件系統(tǒng)的經(jīng)驗，而多數(shù)軟件開發(fā)人員又缺乏管理方面的經(jīng)驗。統(tǒng)的經(jīng)驗，而多數(shù)軟件開發(fā)人員又缺乏管理方面的經(jīng)驗。各類人員的信息交流不及時、不準確、有時還會產(chǎn)生誤解。各類人員的信息

13、交流不及時、不準確、有時還會產(chǎn)生誤解。軟件開發(fā)項目開發(fā)人員不能有效地、獨立自主地處理大型軟件開發(fā)項目開發(fā)人員不能有效地、獨立自主地處理大型軟件開發(fā)的全部關系和各個分支，因此容易產(chǎn)生疏漏和錯軟件開發(fā)的全部關系和各個分支，因此容易產(chǎn)生疏漏和錯誤。誤。n軟件開發(fā)復雜度越來越高。軟件開發(fā)不僅僅是在規(guī)模上快軟件開發(fā)復雜度越來越高。軟件開發(fā)不僅僅是在規(guī)模上快速地發(fā)展擴大，而且其復雜性也急劇地增加。軟件開發(fā)產(chǎn)速地發(fā)展擴大，而且其復雜性也急劇地增加。軟件開發(fā)產(chǎn)品的特殊性和人類智力的局限性，導致人們無力處理品的特殊性和人類智力的局限性，導致人們無力處理“復復雜問題雜問題”。所謂。所謂“復雜問題復雜問題”的概念是

14、相對的，一旦人們的概念是相對的，一旦人們采用先進的組織形式、開發(fā)方法和工具提高了軟件開發(fā)效采用先進的組織形式、開發(fā)方法和工具提高了軟件開發(fā)效率和能力，新的、更大的、更復雜的問題又會擺在人們面率和能力，新的、更大的、更復雜的問題又會擺在人們面前。前。1.2.4軟件危機的解決途徑軟件危機的解決途徑n1968年，計算機科學家在聯(lián)邦德國第一次討論軟件危年，計算機科學家在聯(lián)邦德國第一次討論軟件危機問題，并正式提出機問題，并正式提出“軟件工程軟件工程”一詞，從此一門新興一詞，從此一門新興的工程學科的工程學科為研究和克服軟件危機應運而生。作為為研究和克服軟件危機應運而生。作為一個新興的工程學科，軟件工程學主

15、要研究軟件產(chǎn)生的一個新興的工程學科，軟件工程學主要研究軟件產(chǎn)生的客觀規(guī)律性，建立與系統(tǒng)化軟件生產(chǎn)有關的概念、原則、客觀規(guī)律性，建立與系統(tǒng)化軟件生產(chǎn)有關的概念、原則、方法、技術和工具，指導和支持軟件系統(tǒng)的生產(chǎn)活動，方法、技術和工具，指導和支持軟件系統(tǒng)的生產(chǎn)活動，以期達到降低軟件生產(chǎn)成本、改進軟件產(chǎn)品質(zhì)量、提高以期達到降低軟件生產(chǎn)成本、改進軟件產(chǎn)品質(zhì)量、提高軟件生產(chǎn)率水平的目標。軟件工程學從硬件工程和其他軟件生產(chǎn)率水平的目標。軟件工程學從硬件工程和其他人類工程中吸收了許多成功的經(jīng)驗，明確提出了軟件生人類工程中吸收了許多成功的經(jīng)驗，明確提出了軟件生命周期的模型，發(fā)展了許多軟件開發(fā)與維護階段適用的命周

16、期的模型，發(fā)展了許多軟件開發(fā)與維護階段適用的技術和方法，并應用于軟件工程實踐，取得了良好的效技術和方法，并應用于軟件工程實踐，取得了良好的效果。果。1.3軟件工程軟件工程n1.3.1軟件工程的定義軟件工程的定義n軟件工程是一門指導計算機軟件開發(fā)和維軟件工程是一門指導計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科，是一門邊緣學科，涉及計護的工程學科，是一門邊緣學科，涉及計算機科學、工程科學、管理科學、數(shù)學等算機科學、工程科學、管理科學、數(shù)學等多學科，研究的范圍廣，主要研究如何應多學科，研究的范圍廣，主要研究如何應用軟件開發(fā)的科學理論和工程技術來指導用軟件開發(fā)的科學理論和工程技術來指導大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)。大型軟件

17、系統(tǒng)的開發(fā)。1.3.2 軟件工程的背景和歷史軟件工程的背景和歷史n為了克服軟件危機，為了克服軟件危機，1968年年10月在北大西洋公約月在北大西洋公約組織（組織（NATO）召開的計算機科學會議上，）召開的計算機科學會議上，F(xiàn)ritz Bauer首次提出首次提出“軟件工程軟件工程”的概念，視圖將工程的概念，視圖將工程化方法應用于軟件開發(fā)?；椒☉糜谲浖_發(fā)。n我國我國2006年的國家標準年的國家標準GB/T 11457-2006軟軟件工程術語件工程術語中對軟件工程的定義為中對軟件工程的定義為“應用計算機科應用計算機科學理論和技術以及工程管理原則和方法，按預算和進學理論和技術以及工程管理原則和方

18、法，按預算和進度，實現(xiàn)滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品的定義、開發(fā)、發(fā)度，實現(xiàn)滿足用戶需求的軟件產(chǎn)品的定義、開發(fā)、發(fā)布和維護的工程或進行研究的學科布和維護的工程或進行研究的學科”。n概括地講，軟件工程是指導軟件開發(fā)和維概括地講，軟件工程是指導軟件開發(fā)和維護的工程性學科，它以計算機科學理論和護的工程性學科，它以計算機科學理論和其他相關學科的理論為指導，采用工程化其他相關學科的理論為指導，采用工程化的概念、原理、技術和方法進行軟件的開的概念、原理、技術和方法進行軟件的開發(fā)和維護，把經(jīng)過時間考驗而證明是正確發(fā)和維護，把經(jīng)過時間考驗而證明是正確的管理技術和當前能夠得到的最好的技術的管理技術和當前能夠得到的最好的

19、技術方法結合起來，以較少的代價獲得高質(zhì)量方法結合起來，以較少的代價獲得高質(zhì)量的軟件并維護它。的軟件并維護它。 1.3.3 軟件工程的基本原理軟件工程的基本原理n下面簡要介紹軟件工程的下面簡要介紹軟件工程的7條基本原理。條基本原理。n（1）用分階段的生命周期計劃嚴格管理）用分階段的生命周期計劃嚴格管理n（2）堅持進行階段評審）堅持進行階段評審n（3）實行嚴格的產(chǎn)品控制）實行嚴格的產(chǎn)品控制n（4）采用現(xiàn)代程序設計技術）采用現(xiàn)代程序設計技術n（5）結果應能清楚地審查）結果應能清楚地審查n（6）開發(fā)小組的人員應該少而精）開發(fā)小組的人員應該少而精n（7）承認不斷改進軟件工程實踐的必要性）承認不斷改進軟件

20、工程實踐的必要性1.3.4 軟件工程工具軟件工程工具n1需求分析工具需求分析工具n需求分析工具的功能與所采用的系統(tǒng)開發(fā)方需求分析工具的功能與所采用的系統(tǒng)開發(fā)方法密不可分。按所采用的系統(tǒng)開發(fā)方法，可法密不可分。按所采用的系統(tǒng)開發(fā)方法，可以講需求分析工具分為兩類：結構化圖形工以講需求分析工具分為兩類：結構化圖形工具箱，面向對象模型化工具及分析工具。具箱，面向對象模型化工具及分析工具。n（1）結構化圖形工具箱）結構化圖形工具箱n（2）面向對象模型化工具及分析工具）面向對象模型化工具及分析工具n2.設計工具設計工具n對于概要設計活動和詳細設計活動，設計工具通常課分對于概要設計活動和詳細設計活動，設計工

21、具通常課分為概要設計工具和詳細設計工具。為概要設計工具和詳細設計工具。n（1）概要設計工具）概要設計工具nRational Rose，由，由Rational開發(fā)，是基于開發(fā)，是基于UML的設的設計工具，它支持體系結構設計中的所有方面。計工具，它支持體系結構設計中的所有方面。nAdalon由由Synthis公司開發(fā)，是用于設計和構建專門公司開發(fā)，是用于設計和構建專門基于基于Web構件體系結構的特定設計工具。構件體系結構的特定設計工具。nObjectif由由micro TOOL GmbH開發(fā)，是一個基于開發(fā)，是一個基于UML的設計工具，它用于設計符合基于構建的軟件工程的設計工具，它用于設計符合基于

22、構建的軟件工程的各種體系結構（的各種體系結構（Coldfusion 、J2EE和和Fusebox等）。等）。n（2）詳細設計工具）詳細設計工具n詳細設計工具用以輔佐設計人員設計模塊的算法詳細設計工具用以輔佐設計人員設計模塊的算法和內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。詳細設計規(guī)范的圖形描述方法和內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。詳細設計規(guī)范的圖形描述方法通常有輸入通常有輸入-處理處理-輸出（輸出（Input-Process-output，PO）圖、問題分析圖（）圖、問題分析圖（Problem Analysis Diagram,PAD）、盒圖（也稱）、盒圖（也稱N-S圖）、流程圖（圖）、流程圖（Flow Chart，F(xiàn)C）等。詳細）等。詳

23、細設計規(guī)范的語言描述方法通常有程序設計語言設計規(guī)范的語言描述方法通常有程序設計語言（Program Design Language，PDL）、）、結構化語言等，其表格描述方法通常有判定表和結構化語言等，其表格描述方法通常有判定表和判定樹。判定樹。n3.編碼工具和排錯工具編碼工具和排錯工具n輔助程序員進行編碼活動的工具有編碼工具和排錯工具。輔助程序員進行編碼活動的工具有編碼工具和排錯工具。編碼工具輔助程序員用某種程序設計語言編制源程序，編碼工具輔助程序員用某種程序設計語言編制源程序，并對源程序進行翻譯，最終轉換成可執(zhí)行的代碼。因此，并對源程序進行翻譯，最終轉換成可執(zhí)行的代碼。因此，編碼工具通常與編碼所使用的程序設計語言密切相關。編碼工具通常與編碼所使用的程序設計語言密切相關。排錯工具用來輔助程序員尋找程序中錯誤的性質(zhì)和原因，排錯工具用來輔助程序員尋找程序中錯誤的性質(zhì)和原因，并確定其出錯的位置。并確定其出錯的位置。n由于源程序一般以正文的形式出現(xiàn)，因此，必須用編輯由于源程序一般以正文的形式出現(xiàn)，因此，必須用編輯器將它輸入并進行瀏覽、編輯和修改。又由于源程序的器將它輸入并進行瀏覽、編輯和修改。又由于源程序的編寫往往不可能一次成功，需要不斷尋找其中的錯誤，編寫往往不可能一次成功，需要不斷尋找其中的錯誤，并加以糾正。