軟件工程方法簡介.ppt

1、軟件技術(shù)基礎(chǔ),第三章 軟件工程方法,3.1軟件工程概述,3.1.1 軟件工程學(xué)的形成與發(fā)展 軟件工程的提出源于60年代末期出現(xiàn)的“軟件危機(jī)”，并在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)展成為一個(gè)完整的學(xué)科方向，30多年來，就理論研究和工程實(shí)踐兩個(gè)方面作了大量的工作。軟件的工程化生產(chǎn)已形成一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)部門，成為軟件產(chǎn)業(yè)。軟件已成為計(jì)算機(jī)工業(yè)最重要的產(chǎn)品之一。 自從1945年第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生以來，軟件開發(fā)方法從機(jī)器碼編程到軟件工程方法，經(jīng)歷了三個(gè)階段： 1程序設(shè)計(jì)時(shí)期（1946年到60年代中） 生產(chǎn)方式為手工生產(chǎn)、個(gè)體勞動，憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)； 使用工具：機(jī)器語言、匯編、服務(wù)性程序； 還沒有“軟件”的概念。,2軟件時(shí)期

2、（60年代中至70年代中）,“作坊式”生產(chǎn)方式。多人分工、共同協(xié)作。 提出“軟件”概念，強(qiáng)調(diào)軟件工程師的作用，強(qiáng)調(diào)開發(fā)者的通信和協(xié)作。 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，軟件規(guī)模及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，作坊式生產(chǎn)仍然不能滿足要求，出現(xiàn)“軟件危機(jī)”。 軟件危機(jī)的表現(xiàn)： 軟件開發(fā)成本和進(jìn)度估算不準(zhǔn)； 用戶對軟件不滿意； 軟件質(zhì)量常被懷疑； 軟件維護(hù)困難； 缺乏完善的軟件文檔； 軟件生產(chǎn)效率低。,軟件危機(jī)產(chǎn)生的根本原因： 軟件是邏輯部件，具有無形性。應(yīng)將軟件作為一個(gè)完整的產(chǎn)品來衡量；發(fā)生故障不能用替換法，只能修改原設(shè)計(jì)；開發(fā)進(jìn)度和質(zhì)量的管理和控制困難； 軟件規(guī)模越來越大，功能越來越強(qiáng)，致使軟件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。 以美國

3、宇航局的軟件系統(tǒng)為例： 1963年 水星計(jì)劃系統(tǒng) 200萬條指令 1967年 雙子星座計(jì)劃系統(tǒng) 400萬條指令 1973年 阿波羅計(jì)劃系統(tǒng) 1000萬條指令 1979年 哥倫比亞航天飛機(jī)系統(tǒng) 4000萬條指令 假設(shè)1個(gè)人一年生產(chǎn)一萬條有效指令，那么是否4000人生產(chǎn)一年，或400人生產(chǎn)10年就能完成任務(wù)嗎？答案是否定的。一萬條指令的復(fù)雜度決不僅僅是100條指令復(fù)雜度的100倍。 如何解決？ 軟件開發(fā)方法學(xué)：管理、控制、復(fù)審等方法； 支持軟件開發(fā)各階段的技術(shù)和工具：標(biāo)準(zhǔn)接口、自動代碼向?qū)Чぞ摺⒊绦蛘_性驗(yàn)證器等。,3軟件工程時(shí)期(70年代至今),1968年、1969年北大西洋公約組織成員國軟件工

4、作者研討會提出了“軟件工程”這一術(shù)語，根本目的在于克服“軟件危機(jī)”中遇到的困難，從此軟件生產(chǎn)進(jìn)入軟件工程時(shí)代。 特點(diǎn)： 硬件已向“四化”（巨型、微型、網(wǎng)絡(luò)、智能）發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成熟并廣泛應(yīng)用，第三、四代語言出現(xiàn)。 第一代軟件技術(shù)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)在數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域取得優(yōu)異成績； 第二代軟件技術(shù)軟件測試技術(shù)、方法、原理用于軟件生產(chǎn)過程； 第三代軟件技術(shù)處理需求定義技術(shù)，用于軟件需求分析和描述。,3.1.2 軟件工程及軟件工程學(xué),軟件工程的定義： Boehm: 運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識來設(shè)計(jì)并構(gòu)造計(jì)算機(jī)程序及為開發(fā)運(yùn)行、維護(hù)這些程序所必需的相關(guān)文件資料。 IEEE: 軟件工程是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修復(fù)軟件的

5、系統(tǒng)方法。 軟件工程學(xué)的內(nèi)涵：,3.2軟件與軟件生存周期,3.2.1 軟件 軟件的定義：軟件是程序開發(fā)以及開發(fā)、使用和維護(hù)程序所需要的各種文檔，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的范疇內(nèi)，軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的一個(gè)部分。通常，軟件部分的完整配置應(yīng)包括以下幾主要部分： (1) 應(yīng)用程序直接面向用戶，為解決各種特定問題而編寫的程序，如實(shí)時(shí)控制、工程研究、科學(xué)計(jì)算、信息管理、人工智能等。 (2) 系統(tǒng)程序?yàn)閼?yīng)用程序服務(wù)所編制的程序匯總，面向計(jì)算機(jī)硬件，是應(yīng)用程序的支撐部分。 (3) 面向用戶的文檔如何使用和維護(hù)應(yīng)用程序的資料，如用戶手冊、操作手冊以及維護(hù)手冊等。 (4) 面向開發(fā)者的文檔記載了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和

6、開發(fā)過程，以便進(jìn)一步開發(fā)和修改。如，可行性研究報(bào)告，項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，需求規(guī)格說明書、設(shè)計(jì)說明書、程序設(shè)計(jì)說明、測試報(bào)告等。,軟件和硬件的對照,3.2.2 軟件生存周期從用戶提出要求到廢棄不用的過程,一、瀑布模型1976年，B.W.Boehm提出,二、快速原型,三、面向?qū)ο笊嬷芷谀Ｐ?主導(dǎo)思想：在整個(gè)軟件開發(fā)過程中將面向?qū)ο蠹夹g(shù)貫穿于整個(gè)生存周期。當(dāng)然，還要結(jié)合傳統(tǒng)開發(fā)模式中好的、已被無數(shù)成功開發(fā)活動證明是可行的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。,3.3 軟件的需求分析,3.3.1 需求分析概述 需求分析之前的可行性研究： 技術(shù)可行性 經(jīng)濟(jì)可行性 操作可行性 需求分析的任務(wù)：用戶和軟件人員進(jìn)一步理解需求，并將雙方的共

7、同理解表達(dá)成一致接受的“需求說明書”。 需求說明書的作用： 作為用戶和開發(fā)者的合同，為雙方相互了解提供基礎(chǔ)； 作為開發(fā)者進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程的根據(jù)； 作為軟件開發(fā)完成后驗(yàn)收的依據(jù)。,需求說明書的內(nèi)容包括以下部分,概述： 說明開發(fā)軟件的目的、意義和背景。 需求說明 功能說明：列出各種功能需求的序號、名稱和簡要說明； 性能說明：說明處理速度、相應(yīng)時(shí)間、精度等。 數(shù)據(jù)描述 數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)字典 接口說明 運(yùn)行環(huán)境 硬件設(shè)備 支持軟件 限制：說明軟件開發(fā)的成本、進(jìn)度、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面的限制,3.4 軟件設(shè)計(jì)“做什么？”,3.4.1 軟件設(shè)計(jì)概述 一、任務(wù)和目標(biāo) 任務(wù)：將分析階段獲得的需求說明轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)中可實(shí)現(xiàn)

8、的系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)），提交軟件設(shè)計(jì)說明書。 目標(biāo)： 提高可靠性：包括正確性和健壯性； 提高可維護(hù)性：可讀性、可擴(kuò)充性、可修改性； 提高可理解性：模塊化、界面清晰、規(guī)格說明清晰無歧義； 提高效率：時(shí)間、空間效率；,二、設(shè)計(jì)方法和步驟,概要設(shè)計(jì) 定義系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，包括：系統(tǒng)的模塊劃分、建立模塊的層次結(jié)構(gòu)、邏輯關(guān)系、設(shè)計(jì)全局DS及DB； 詳細(xì)設(shè)計(jì) 根據(jù)每個(gè)模塊的功能描述，設(shè)計(jì)模塊內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)算法、模塊所需要的局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,三、設(shè)計(jì)文檔,設(shè)計(jì)階段要交付的文檔是設(shè)計(jì)說明書。它可對編程和測試提供指南服務(wù)，還可在系統(tǒng)交付使用后，為維護(hù)人員提供幫助。內(nèi)容包括： 概述 描述設(shè)計(jì)工作

9、總的范圍；系統(tǒng)目標(biāo)、功能、接口等； 參考文檔 現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)參考資料； 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 包括：系統(tǒng)的模塊劃分、每個(gè)模塊的功能簡介、各個(gè)模塊之間的邏輯關(guān)系； DS及DB設(shè)計(jì) 用圖表把設(shè)計(jì)結(jié)果描述出來； 接口設(shè)計(jì) 包括：人機(jī)界面設(shè)計(jì)、軟、硬件之間的接口設(shè)計(jì)、本系統(tǒng)與外界以及與支持軟件之間的接口關(guān)系； 模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)模塊的功能，用相應(yīng)的工具描述每個(gè)模塊的流程，以及每個(gè)模塊用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 測試準(zhǔn)備 擬定測試大綱，整體策略等。,3.4.2 軟件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,如何度量軟件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)業(yè)界對該問題還處于初期認(rèn)識階段。 不分模塊的程序是無法理解、管理和維護(hù)的程序。凡是使用計(jì)算機(jī)編程的人均自覺不自覺地將程序劃分為模

10、塊。但有這樣一個(gè)實(shí)際問題，一個(gè)系統(tǒng)到底劃分為多少個(gè)模塊好呢？如何度量模塊化的程度呢？ 經(jīng)典設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 軟件結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則 模塊化準(zhǔn)則 模塊獨(dú)立性準(zhǔn)模塊的偶合性 模塊的內(nèi)聚性,舉例：汽車儀表盤設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)一個(gè)“智能”產(chǎn)品汽車數(shù)字儀表盤，實(shí)現(xiàn)如下功能： 通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)傳感器和微處理器的接口； 在發(fā)光二級管面板上顯示數(shù)據(jù)； 指示mph（每小時(shí)英里數(shù)）、行駛里程、每加侖汽油行駛的英里數(shù)（mpg）等； 指示加速|(zhì)減速 超速警告；車速超過55英里/小時(shí)，則發(fā)出超速警告鈴聲。,汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖(DFD),上箭頭,輸入流,3.5 軟件編程,3.5.1 軟件編程概述 任務(wù)：在總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)之后，為每個(gè)

11、模塊編寫程序； 正確評介和選擇編程語言對于完成任務(wù)十分重要；,3.5.2 程序設(shè)計(jì)語言,開發(fā)軟件系統(tǒng)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況選擇使用的程序設(shè)計(jì)語言。 程序設(shè)計(jì)語言分“機(jī)器語言”、“匯編語言”和“高級語言”；機(jī)器語言和匯編語言的程序執(zhí)行效率高，但生產(chǎn)效率低；高級語言的程序執(zhí)行效率不如匯編語言，但編程效率則要高得多，同時(shí)還有可讀性、可維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。 因此，除了在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域（例如，對程序執(zhí)行時(shí)間、存儲空間都有很嚴(yán)格限制的情況；需要產(chǎn)生任意的、甚至非法的指令序列等）之外，其他程序一律使用高級語言編程。 選擇語言時(shí)，不僅要考慮理論上的標(biāo)準(zhǔn)，還必須同時(shí)考慮使用方面的各種限制。,1、BASIC語言,“初學(xué)

12、者通用符號指令代碼”，具有會話功能，便于人機(jī)交互的語言； Microsoft 開發(fā)； 2、FORTRAN語言1956年出現(xiàn) 公式翻譯語言：利用公式的表達(dá)方式和英語語句組合形式編程； 適用于科學(xué)和工程計(jì)算的程序設(shè)計(jì)語言； 3、COBOL語言 通用面向商業(yè)語言，用于商業(yè)、金融業(yè)數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì) 4、PASCAL語言 著名的結(jié)構(gòu)化語言,5、C語言 最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)化語言 可直接訪問物理地址和寄存器，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用 6、ADA語言 美國防部研制； 用于嵌入式計(jì)算設(shè)計(jì)的語言，類似PASCAL； 7、LISP語言 符號處理語言；用于人工智能領(lǐng)域；定理證明、樹的查找等問題； 8、PROLOG語言 用于人工智能、專

13、家系統(tǒng)的語言； 陳述性語言，描述做什么而不是怎么做；,9、SMALLTALK語言 首先實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮恼Z言； 10、C+ 最受歡迎的面向?qū)ο笳Z言； 和C兼容； 11、JAVA 徹底的面向?qū)ο箝_發(fā)工具； Internet應(yīng)用程序開發(fā)； 12、C# MS設(shè)計(jì)，用于和.NET framework協(xié)作； 與JAVA非常相似“派生于C和C+的簡單、現(xiàn)代、面向?qū)ο蠛皖愋桶踩某绦蛘Z言”。,語言選擇的一般準(zhǔn)則,項(xiàng)目的應(yīng)用領(lǐng)域； 算法和計(jì)算復(fù)雜性； 軟件執(zhí)行環(huán)境； 性能因素； 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性； 軟件開發(fā)人員的水平。,3.6 軟件測試,3.6.1 軟件測試概述 一、基本概念 軟件測試：為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程

14、； 調(diào)試: 找出程序中的錯(cuò)誤原因、位置并加以糾正； 可靠性: 在給定時(shí)間內(nèi)，軟件不發(fā)生錯(cuò)誤的概率； 二、測試目標(biāo)和原則 目標(biāo)： 測試是為了發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤而運(yùn)行軟件的過程； 好的測試方案是盡可能地發(fā)現(xiàn)至今尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的測試方案； 成功的測試是發(fā)現(xiàn)出至今尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤的測試。,軟件測試基本原則：,不要抱“軟件不會有錯(cuò)或查不出錯(cuò)”的幻想； 設(shè)計(jì)測試用例時(shí)，應(yīng)同時(shí)確定輸出結(jié)果； 設(shè)計(jì)測試用例時(shí)，應(yīng)包括合理的輸入數(shù)據(jù)和不合理的輸入數(shù)據(jù)； 軟件設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)避免測試自己的程序； 嚴(yán)格全面地執(zhí)行測試計(jì)劃； 測試完成后，應(yīng)該妥善保存測試計(jì)劃、測試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告。,三、測試的方式,人工測試 人工對

15、軟件進(jìn)行閱讀和檢查； 檢查軟件結(jié)構(gòu)是否合理，功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)說明要求；各模塊接口是否正確；模塊內(nèi)部控制邏輯是否正確；進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析和語法分析； 動態(tài)測試 上機(jī)測試，用設(shè)計(jì)好的測試用例執(zhí)行程序； 自動測試 利用測試工具進(jìn)行測試； 包括：靜態(tài)分析工具、動態(tài)分析工具和測試評估工具。,3.6.2 軟件測試策略,3.7 軟件維護(hù),3.7.1 軟件維護(hù)的概念 一個(gè)軟件產(chǎn)品投入使用后，通常由于各種理由需要對它作適當(dāng)?shù)淖兏耆蛔兊那闆r是很少見的。把軟件交付使用后的變更稱為維護(hù)。 維護(hù)是軟件生存周期最后一個(gè)階段,由于維護(hù)工作的重要性往往被人們忽視，這更增加了維護(hù)工作的困難。平均而言，大型軟件的維護(hù)成本是開

16、發(fā)成本的4倍左右。國外許多軟件開發(fā)組織把60%以上的人力用于維護(hù)已投入運(yùn)行的軟件。這個(gè)比例隨著軟件數(shù)量增多和使用壽命延長，還在繼續(xù)上升。學(xué)習(xí)軟件工程學(xué)的主要目的之一就是研究如何減少花費(fèi)在軟件維護(hù)上的工作量，降低維護(hù)成本。,一、軟件維護(hù)的主要原因,對在運(yùn)行過程中某些特定條件下暴露出來的程序錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)缺陷做修改； 由于軟件運(yùn)行環(huán)境變換（硬件增加），需要修改軟件以適應(yīng)新的環(huán)境； 為增加軟件的功能，提高性能進(jìn)行修改升級。,二、軟件維護(hù)的種類,校正性維護(hù)：把診斷、校正軟件錯(cuò)誤的過程稱之為校正性維護(hù)。這部分維護(hù)工作約占全部維護(hù)活動的17%21%。 適應(yīng)性維護(hù)：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，外部設(shè)備和其他系統(tǒng)元素經(jīng)常改進(jìn)和變化，為適應(yīng)變化的環(huán)境而修改軟件的活動稱之為適應(yīng)性維護(hù)。它占總維護(hù)活動的18%25%。 完善性