軟件開發(fā)方法

軟件開發(fā)方法計(jì)算機(jī)科學(xué)術(shù)語01Parnas方法面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的SASD方法問題分析法目錄03020405面向?qū)ο蟮腎CASE可視化開發(fā)方法軟件重用和組件連接目錄070608基本信息在上個(gè)世紀(jì)60年代中期爆發(fā)了眾所周知的軟件危機(jī)。為了克服這一危機(jī)，在1968、1969年連續(xù)召開的兩次著名的NATO會(huì)議上提出了軟件工程這一術(shù)語，并在以后不斷發(fā)展、完善。與此同時(shí)，軟件研究人員也在不斷探索新的軟件開發(fā)方法。已形成了八類軟件開發(fā)方法。Parnas方法Parnas方法最早的軟件開發(fā)方法是由D．Parnas在1972年提出的。由于當(dāng)時(shí)軟件在可維護(hù)性和可靠性方面存在著嚴(yán)重問題，因此Parnas提出的方法是針對(duì)這兩個(gè)問題的。首先，Parnas提出了信息隱蔽原則：在概要設(shè)計(jì)時(shí)列出將來可能發(fā)生變化的因素，并在模塊劃分時(shí)將這些因素放到個(gè)別模塊的內(nèi)部。這樣，在將來由于這些因素變化而需修改軟件時(shí)，只需修改這些個(gè)別的模塊，其它模塊不受影響。信息隱蔽技術(shù)不僅提高了軟件的可維護(hù)性，而且也避免了錯(cuò)誤的蔓延，改善了軟件的可靠性。信息隱蔽原則已成為軟件工程學(xué)中的一條重要原則。Parnas提出的第二條原則是在軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的種種意外故障采取措施。軟件是很脆弱的，很可能因?yàn)橐粋€(gè)微小的錯(cuò)誤而引發(fā)嚴(yán)重的事故，所以必須加強(qiáng)防范。如在分配使用設(shè)備前，應(yīng)該取設(shè)備狀態(tài)字，檢查設(shè)備是否正常。此外，模塊之間也要加強(qiáng)檢查，防止錯(cuò)誤蔓延。Parnas對(duì)軟件開發(fā)提出了深刻的見解。遺憾的是，他沒有給出明確的工作流程。所以這一方法不能獨(dú)立使用，只能作為其它方法的補(bǔ)充。SASD方法SASD方法1978年，E．Yourdon和L．L．Constantine提出了結(jié)構(gòu)化方法，即SASD方法，也可稱為面向功能的軟件開發(fā)方法或面向數(shù)據(jù)流的軟件開發(fā)方法。1979年TomDeMarco對(duì)此方法作了進(jìn)一步的完善。Yourdon方法是80年代使用最廣泛的軟件開發(fā)方法。它首先用結(jié)構(gòu)化分析（SA）對(duì)軟件進(jìn)行需求分析，然后用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（SD）方法進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后是結(jié)構(gòu)化編程（SP）。這一方法不僅開發(fā)步驟明確，SA、SD、SP相輔相成，一氣呵成，而且給出了兩類典型的軟件結(jié)構(gòu)（變換型和事務(wù)型），便于參照，使軟件開發(fā)的成功率大大提高，從而深受軟件開發(fā)人員的青睞。面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Warnier方法Jackson方法面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson方法1975年，M．A．Jackson提出了一類仍廣泛使用的軟件開發(fā)方法。這一方法從目標(biāo)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手，導(dǎo)出程序框架結(jié)構(gòu)，再補(bǔ)充其它細(xì)節(jié)，就可得到完整的程序結(jié)構(gòu)圖。這一方法對(duì)輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)明確的中小型系統(tǒng)特別有效，如商業(yè)應(yīng)用中的文件表格處理。該方法也可與其它方法結(jié)合，用于模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)。Jackson方法有時(shí)也稱為面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)方法。Warnier方法1974年，J．D．Warnier提出的軟件開發(fā)方法與Jackson方法類似。差別有三點(diǎn)：一是它們使用的圖形工具不同，分別使用Warnier圖和Jackson圖；另一個(gè)差別是使用的偽碼不同；最主要的差別是在構(gòu)造程序框架時(shí)，Warnier方法僅考慮輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而Jackson方法不僅考慮輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而且還考慮輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。問題分析法問題分析法PAM問題分析法。PAM（ProblemAnalysisMethod）是80年代末由日立公司提出的一種軟件開發(fā)方法。PAM方法希望能兼顧Yourdon方法、Jackson方法和自底向上的軟件開發(fā)方法的優(yōu)點(diǎn)，而避免它們的缺陷。它的基本思想是：考慮到輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)系統(tǒng)的分解，在系統(tǒng)分析指導(dǎo)下逐步綜合。這一方法的具體步驟是：從輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)出基本處理框；分析這些處理框之間的先后關(guān)系；按先后關(guān)系逐步綜合處理框，直到畫出整個(gè)系統(tǒng)的PAD圖。從上述步驟中可以看出，這一方法本質(zhì)上是綜合的自底向上的方法，但在逐步綜合之前已進(jìn)行了有目的的分解，這個(gè)目的就是充分考慮系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PAM方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用PAD圖。這是一種二維樹形結(jié)構(gòu)圖，是最好的詳細(xì)設(shè)計(jì)表示方法之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于NS圖和PDL語言。這一方法在日本較為流行，軟件開發(fā)的成功率也很高。由于在輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與整個(gè)系統(tǒng)之間同樣存在著鴻溝，這一方法仍只適用于中小型問題。面向?qū)ο蟮淖缘紫蛏系臍w納自頂向下的分解OMT的基礎(chǔ)是對(duì)象模型需求分析徹底可維護(hù)性大大改善12345面向?qū)ο蟮淖缘紫蛏系臍w納OMT的第一步是從問題的陳述入手，構(gòu)造系統(tǒng)模型。從真實(shí)系統(tǒng)導(dǎo)出類的體系，即對(duì)象模型包括類的屬性，與子類、父類的繼承關(guān)系，以及類之間的關(guān)聯(lián)。類是具有相似屬性和行為的一組具體實(shí)例（客觀對(duì)象）的抽象，父類是若干子類的歸納。因此這是一種自底向上的歸納過程。在自底向上的歸納過程中，為使子類能更合理地繼承父類的屬性和行為，可能需要自頂向下的修改，從而使整個(gè)類體系更加合理。由于這種類體系的構(gòu)造是從具體到抽象，再?gòu)某橄蟮骄唧w，符合人類的思維規(guī)律，因此能更快、更方便地完成任務(wù)。這與自頂向下的Yourdon方法構(gòu)成鮮明的對(duì)照。在Yourdon方法中構(gòu)造系統(tǒng)模型是最困難的一步，因?yàn)樽皂斚蛳碌摹绊敗笔且粋€(gè)空中樓閣，缺乏堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且功能分解有相當(dāng)大的任意性，因此需要開發(fā)人員有豐富的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。而在OTM中這一工作可由一般開發(fā)人員較快地完成。在對(duì)象模型建立后，很容易在這一基礎(chǔ)上再導(dǎo)出動(dòng)態(tài)模型和功能模型。這三個(gè)模型一起構(gòu)成要求解的系統(tǒng)模型。自頂向下的分解系統(tǒng)模型建立后的工作就是分解。與Yourdon方法按功能分解不同，在OMT中通常按服務(wù)（Service）來分解。服務(wù)是具有共同目標(biāo)的相關(guān)功能的集合，如I/O處理、圖形處理等。這一步的分解通常很明確，而這些子系統(tǒng)的進(jìn)一步分解因有較具體的系統(tǒng)模型為依據(jù)，也相對(duì)容易。所以O(shè)MT也具有自頂向下方法的優(yōu)點(diǎn)，即能有效地控制模塊的復(fù)雜性，同時(shí)避免了Yourdon方法中功能分解的困難和不確定性。OMT的基礎(chǔ)是對(duì)象模型每個(gè)對(duì)象類由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（屬性）和操作（行為）組成，有關(guān)的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）都成了軟件開發(fā)的依據(jù)。因此Jackson方法和PAM中輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與整個(gè)系統(tǒng)之間的鴻溝在OMT中不再存在。OMT不僅具有Jackson方法和PAM的優(yōu)點(diǎn)，而且可以應(yīng)用于大型系統(tǒng)。更重要的是，在Jackson方法和PAM方法中，當(dāng)它們的出發(fā)點(diǎn)--輸入、輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（即系統(tǒng)的邊界）發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)軟件必須推倒重來。但在OMT中系統(tǒng)邊界的改變只是增加或減少一些對(duì)象而已，整個(gè)系統(tǒng)改動(dòng)極小。需求分析徹底需求分析不徹底是軟件失敗的主要原因之一。這一危險(xiǎn)依然存在。傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法不允許在開發(fā)過程中用戶的需求發(fā)生變化，從而導(dǎo)致種種問題。正是由于這一原因，人們提出了原型化方法，推出探索原型、實(shí)驗(yàn)原型和進(jìn)化原型，積極鼓勵(lì)用戶改進(jìn)需求。在每次改進(jìn)需求后又形成新的進(jìn)化原型供用戶試用，直到用戶基本滿意，大大提高了軟件的成功率。但是它要求軟件開發(fā)人員能迅速生成這些原型，這就要求有自動(dòng)生成代碼的工具的支持。OMT徹底解決了這一問題。因?yàn)樾枨蠓治鲞^程已與系統(tǒng)模型的形成過程一致，開發(fā)人員與用戶的討論是從用戶熟悉的具體實(shí)例（實(shí)體）開始的。開發(fā)人員必須搞清現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)才能導(dǎo)出系統(tǒng)模型，這就使用戶與開發(fā)人員之間有了共同的語言，避免了傳統(tǒng)需求分析中可能產(chǎn)生的種種問題?？删S護(hù)性大大改善在OMT之前的軟件開發(fā)方法都是基于功能分解的。盡管軟件工程學(xué)在可維護(hù)方面作出了極大的努力，使軟件的可維護(hù)性有較大的改進(jìn)。但從本質(zhì)上講，基于功能分解的軟件是不易維護(hù)的。因?yàn)楣δ芤坏┯凶兓紩?huì)使開發(fā)的軟件系統(tǒng)產(chǎn)生較大的變化，甚至推倒重來。更嚴(yán)重的是，在這種軟件系統(tǒng)中，修改是困難的。由于種種原因，即使是微小的修改也可能引入新的錯(cuò)誤。所以傳統(tǒng)開發(fā)方法很可能會(huì)引起軟件成本增長(zhǎng)失控、軟件質(zhì)量得不到保證等一系列嚴(yán)重問題。正是OMT才使軟件的可維護(hù)性有了質(zhì)的改善。OMT的基礎(chǔ)是目標(biāo)系統(tǒng)的對(duì)象模型，而不是功能的分解。功能是對(duì)象的使用，它依賴于應(yīng)用的細(xì)節(jié)，并在開發(fā)過程中不斷變化。由于對(duì)象是客觀存在的，因此當(dāng)需求變化時(shí)對(duì)象的性質(zhì)要比對(duì)象的使用更為穩(wěn)定，從而使建立在對(duì)象結(jié)構(gòu)上的軟件系統(tǒng)也更為穩(wěn)定。更重要的是OMT徹底解決了軟件的可維護(hù)性。在OO語言中，子類不僅可以繼承父類的屬性和行為，而且也可以重載父類的某個(gè)行為（虛函數(shù)）。利用這一特點(diǎn)，我們可以方便地進(jìn)行功能修改：引入某類的一個(gè)子類，對(duì)要修改的一些行為（即虛函數(shù)或虛方法）進(jìn)行重載，也就是對(duì)它們重新定義。由于不再在原來的程序模塊中引入修改，所以徹底解決了軟件的可修改性，從而也徹底解決了軟件的可維護(hù)性。OO技術(shù)還提高了軟件的可靠性和健壯性?？梢暬_發(fā)方法可視化開發(fā)方法可視化開發(fā)是90年代軟件界最大的兩個(gè)熱點(diǎn)之一。隨著圖形用戶界面的興起，用戶界面在軟件系統(tǒng)中所占的比例也越來越大，有的甚至高達(dá)60～70%。產(chǎn)生這一問題的原因是圖形界面元素的生成很不方便。為此Windows提供了應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口API（ApplicationProgrammingInterface），它包含了600多個(gè)函數(shù)，極大地方便了圖形用戶界面的開發(fā)。但是在這批函數(shù)中，大量的函數(shù)參數(shù)和使用數(shù)量更多的有關(guān)常量，使基于WindowsAPI的開發(fā)變得相當(dāng)困難。為此BorlandC++推出了ObjectWindows編程。它將API的各部分用對(duì)象類進(jìn)行封裝，提供了大量預(yù)定義的類，并為這些定義了許多成員函數(shù)。利用子類對(duì)父類的繼承性，以及實(shí)例對(duì)類的函數(shù)的引用，應(yīng)用程序的開發(fā)可以省卻大量類的定義，省卻大量成員函數(shù)的定義或只需作少量修改以定義子類。ObjectWindows還提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的缺省處理，大大減少了應(yīng)用程序開發(fā)的工作量。但要掌握它們，對(duì)非專業(yè)人員來說仍是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。為此人們利用WindowsAPI或BorlandC++的ObjectWindows開發(fā)了一批可視開發(fā)工具?？梢暬_發(fā)就是在可視開發(fā)工具提供的圖形用戶界面上，通過操作界面元素，諸如菜單、按鈕、對(duì)話框、編輯框、單選框、復(fù)選框、列表框和滾動(dòng)條等，由可視開發(fā)工具自動(dòng)生成應(yīng)用軟件。這類應(yīng)用軟件的工作方式是事件驅(qū)動(dòng)。對(duì)每一事件，由系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的消息，再傳遞給相應(yīng)的消息響應(yīng)函數(shù)。這些消息響應(yīng)函數(shù)是由可視開發(fā)工具在生成軟件時(shí)自動(dòng)裝入的。ICASEICASE提高人類的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，一直是人類堅(jiān)持不懈的追求目標(biāo)。軟件開發(fā)也不例外。早在1982年美國(guó)國(guó)防部就提出了STARS工程，希望建立一個(gè)"用以支持需求定義、程序生成以及軟件維護(hù)等軟件生存期全部活動(dòng)的，并把它們集成在一起的整個(gè)體系"。但早期的軟件開發(fā)環(huán)境工具較少，且不配套，支持需求分析等高層次生存期階段的工具更少，因此要求支持某類軟件開發(fā)方法的全過程已很不容易了。如Your-don公司的Cradle軟件開發(fā)環(huán)境支持Yourdon結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法，Jackson工具集支持Jackson開發(fā)方法。隨著軟件開發(fā)工具的積累，自動(dòng)化工具的增多，軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)入了第三代ICASE（IntegratedComputer-AidedSoftwareEngineering）。系統(tǒng)集成方式經(jīng)歷了從數(shù)據(jù)交換（早期CASE采用的集成方式:點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換），到公共用戶界面（第二代CASE:在一致的界面下調(diào)用眾多不同的工具），再到信息中心庫(kù)方式。這是ICASE的主要集成方式。它不僅提供數(shù)據(jù)集成（1991年IEEE為工具互連提出了標(biāo)準(zhǔn)P1175）和控制集成（實(shí)現(xiàn)工具間的調(diào)用），還提供了一組用戶界面管理設(shè)施和一大批工具，如垂直工具集（支持軟件生存期各階段，保證生成信息的完備性和一致性）、水平工具集（用于不同的軟件開發(fā)方法）以及開放工具槽。ICASE的進(jìn)一步發(fā)展則是與其它軟件開發(fā)方法的結(jié)合，如與面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件重用技術(shù)結(jié)合，以及智能化的I-CASE。已出現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)軟件開發(fā)的ICASE。軟件重用和組件連接基于軟件復(fù)用庫(kù)的軟件重用組件連接與面向?qū)ο蠹夹g(shù)結(jié)合軟件重用和組件連接基于軟件復(fù)用庫(kù)的軟件重用它是一種傳統(tǒng)的軟件重用技術(shù)。這類軟件開發(fā)方法要求提供軟件可重用成份的模式分類和檢索，且要解決如何有效地組織、標(biāo)識(shí)、描述和引用這些軟件成份。通常采用兩種方式進(jìn)行軟件重用:（1）生成技術(shù)這是對(duì)模式的重用。由軟件生成器通過替換特定參數(shù)，生成抽象軟件成份的具體實(shí)例。（2）組裝方式常用的組裝方式有:子程序庫(kù)技術(shù)、共享接口設(shè)計(jì)和嵌套函數(shù)調(diào)用等。組裝方式對(duì)軟件重用成份通常不作修改，或僅作很少的修改。與面向?qū)ο蠹夹g(shù)結(jié)合OO技術(shù)中類的聚集、實(shí)例對(duì)類的成員函數(shù)或操作的引用、子類對(duì)父類的繼承等使軟件的可重用性有了較大的提高。而且這種類型的重用容易實(shí)現(xiàn)。所以這種方式的軟件重用發(fā)展較快。組件連接這是發(fā)展最快的軟件重用方式。最早的組件連接技術(shù)OLE1.0（ObjectLinkingandEmbedding）是Micr