如何理解软件与软件工程

第一章软件与软件工程1.1软件（Software）1.1.1软件与软件的组成计算机软件——与计算机系统操作有关的程序、规程、规则及任何与之有关的文档和数据。∴软件程序及有关数据—机器可执行；文档（与软件开发、运行、维护、使用、培训有关）——不可执行。程序（program）——用程序设计语言描述的，适合于计算机处理的语句序列。程序设计语言三种类型：1．机器语言、汇编语言：依赖于机器，面向机器2．高级语言：独立于机器，面向过程或面向对象3．面向问题语言：独立于机器，非过程式语言（4GL）文档（document）—一种数据媒体和其上所记录的数据。文档记录软件开发活动和阶段成果，具有永久性，可供人或机器阅读。文档可用于专业人员和用户之间的通信和交流；软件开发过程的管理；运行阶段的维护。1.软件的特点软件是逻辑产品，硬件是物理产品。特点：（1）软件开发更依赖于开发人员的业务素质、智力、人员的组织、合作和管理。软件开发、设计几乎都是从头开始，成本和进度很难估计。（2）软件存在潜伏错误，硬件错误一般能排除。（3）软件开发成功后，只需对原版进行复制。（4）软件在使用过程中维护复杂：1）纠错性维护—改正运行期间发现的潜伏错误；2）完善性维护—提高或完善软件的性能；3）适应性维护—修改软件，以适应软硬件环境的变化；4）预防性维护—改进软件未来的可维护性和可靠性。（5）软件不会磨损和老化。2.软件的发展第一阶段——20世纪60年代中期以前，软件开发处于个体化生产状态。在这一阶段中，软件还没有系统化的开发方法。目标主要集中在如何提高时空效率上。第二阶段——从20世纪60年代中期到70年代末期。软件开发已进入了作坊式生产方式，即出现了“软件车间”。软件开发开始形成产品。到20世纪60年代末，“软件危机”变得十分严重。第三阶段——从20世纪70年代中期到20世纪80年代末期。软件开发进入了产业化生产，即出现了众多大型的“软件公司”。在这一阶段，软件开发开始采用了“工程”的方法，软件产品急剧增加，质量也有了很大的提高。第四阶段——从20世纪80年代末期开始的。这是一个软件产业大发展的时期。也是软件工程大发展的时期，人们开始采用面向对象的技术和可视化的集成开发环境。1.1.2软件危机——软件危机是指在计算机软件开发、使用与维护过程中遇到的一系列严重问题和难题。1．软件危机的表现1）对软件开发成本和进度的估计常常很不准确。常常出现实际成本比估算成本高出一个数量级、实际进度比计划进度拖延几个月甚至几年的现象，从而降低了开发商的信誉，引起用户不满。2）用户对已完成的软件不满意的现象时有发生。3）软件产品的质量往往是靠不住的。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。文档资料不全或不合格，必将给软件开发和维护工作带来许多难以想象的困难和难以解决的问题。6）软件成本在计算机系统总成本中所占比例逐年上升。特别是软件维护成本迅速增加，已经占据软硬件总成本的40%~75%。7）开发生产率提高的速度远跟不上软件需求。硬件软件开发软件维护1955年1970年1985年100%80%60%40%20%图1-1-1软件、硬件成本变化趋势2．产生软件危机的原因1）用户对软件需求的描述不精确。2）软件开发人员对用户需求的理解有偏差，这将导致软件产品与用户的需求不一致。3）缺乏处理大型软件项目的经验。开发大型软件项目需要组织众多人员共同完成。一般来说，多数管理人员缺乏大型软件的开发经验，而多数软件开发人员又缺乏大型软件项目的管理经验，致使各类人员的信息交流不及时、不准确、容易产生误解。4）开发大型软件易产生疏漏和错误。5）缺乏有力的方法学的指导和有效的开发工具的支持。软件开发过多地依靠程序员的“技巧”，从而加剧了软件产品的个性化。6）面对日益增长的软件需求，人们显得力不从心。从某种意义上说，解决供求矛盾将是一个永恒的主题。3．缓解软件危机的途径到了20世纪60年代末期，软件危机已相当严重。这促使计算机科学家们开始探索缓解软件危机的方法。他们提出了“软件工程”的概念，即用现代工程的原理、技术和方法进行软件的开发、管理、维护和更新。于是，开创了计算机科学技术的一个新的研究领域。1.2软件工程的概念11..22..11软软件件工工程程的的定定义义1968年，北大西洋公约组织在原西德召开计算机科学会议，由FritzBauer首次提出了“软件工程”的概念。软件工程——用工程、科学和数学的原则与方法开发、维护计算机软件的有关技术和管理方法。软件工程由方法、工具和过程三部分组成，称软件工程的三要素。11..22..11软软件件工工程程的的定定义义软件工程中的各种方法是完成软件工程项目的技术手段，它们支持软件工程的各个阶段。软件工程使用的软件工具能够自动或半自动地支持软件的开发、管理和文档的生成。软件工程中的过程贯穿于整个工程的各个环节，在这一过程中，管理人员应对软件开发的质量、进度、成本等进行评估、管理和控制，包括计划跟踪与控制、成本估算、人员的组织、质量保证、配置管理等1.2.2软件工程的基本原理著名的软件工程专家B.W.Boehm于1983年综合了软件工程专家学者们的意见并总结了开发软件的经验，提出了软件工程的7条基本原理。这7条原理被认为是确保软件产品质量和开发效率的原理的最小集合，又是相互独立、缺一不可、相当完备的最小集合。下面就简单介绍软件工程的这7条原理：1．用分阶段的生存周期计划严格管理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．开发小组的人员应少而精7．承认不断改进软件工程实践的必要性1.2.3软件工程的目标软件工程的目标是在给定成本、进度的前提下，开发出具有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性并满足用户需求的软件产品。名词解释1）可修改性（modifiability），允许对软件系统进行修改而不增加其复杂性。它支持软件调试与维护。2）有效性（efficiency），指软件系统的时间和空间效率。这是一个应当努力追求的重要目标。3）可靠性（reliability），是指在给定的时间间隔内，程序成功运行的概率。可靠性是衡量软件质量的一个重要目标。4）可理解性（understandability），指系统具有清晰的结构，能直接反映问题的需求。可理解性有助于控制软件系统的复杂性，并支持软件的维护、移植和重用。5）可维护性（maintainability），是指软件产品交付使用后，在实现改正潜伏的错误、改进性能等属性、适应环境变化等方面工作的难易程度。由于软件的维护费用在整个软件生存周期中占主要的比重，因此，可维护性是软件工程中的一个十分重要的目标。软件的可理解性和可修改性支持软件的可维护性。6）可重用性（reusability），是指软部件可以在多种场合使用的程度。概念或功能相对独立的一个或一组相关模块可构成一个软部件。软部件应具有清晰的结构和注释、正确的编码和较高的时空效率。可将各种软部件按照某种规则放在软部件库中供开发人员选用。广义地讲，可重用性还应包括应用项目、规格说明、设计、概念和方法等等的重用。一般来说，重用的层次越高，带来的效益越可重用性有助于提高软件产品的质量和开发效率、降低软件开发和维护费用。7）可适应性（adaptability），是指软件在不同的系统约束条件下，使用户需求得到满足的难易程度。选择广为流行的软硬件支持环境、采用广为流行的程序设计语言编码、采用标准的术语和格式书写文档可增强软件产品的可适应性。8）可移植性（portability），是指软件从一个计算机系统或环境移植到另一个上去的难易程度。采用通用的运行支持环境和尽量通用的程序设计语言的标准部分可提高可移植性。而应将依赖于计算机系统的低级（物理）特征部分相对独立、集中起来。可移植性支持软件的可重用性和可适应性。9）可追踪性（traceability），是指根据软件需求对软件设计、程序进行正向追踪，或根据程序、软件设计对软件需求进行逆向追踪的能力。软件开发各阶段的文档和程序的完整性、一致性、可理解性支持软件的可追踪性。10）可互操作性（interoperability），是指多个软件元素相互通信并协同完成任务的能力。1.2.4软件工程的原则1．抽象（abstraction），抽取各个事物中共同的最基本的特征和行为，暂时忽略它们之间的差异。一般采用分层次抽象的方法来控制软件开发过程的复杂性。抽象使软件的可理解性增强并有利于开发过程的管理。2．信息隐藏（informationhiding），将模块内部的信息（数据和过程）封装起来。其他模块只能通过简单的模块接口来调用该模块，而不能直接访问该模块内部的数据或过程，即将模块设计成“黑箱”。信息隐藏的原则可使开发人员把注意力集中于更高层次的抽象上。3．模块化：4．局部化（localization），即在一个物理模块内集中逻辑上相互关联的计算资源。局部化支持信息隐藏，从而保证模块之间具有松散的耦合、模块内部有较强的内聚。这有助于控制每一个解的复杂性。5．一致性（consistency），整个软件系统（包括程序、数据和文档）的各个模块应使用一致的概念、符号和术语；程序内部接口应保持一致；软件与环境的接口应保持一致；系统规格说明应与系统行为保持一致；用于形式化规格说明的公理系统应保持一致。6．完全性（completeness），软件系统不丢失任何重要成分，完全实现所需的系统功能的程度。为了保证系统的完全性，在软件的开发和维护过程中需要严格的技术评审。7．可验证性（verifiability），开发大型软件系统需要对系统逐层分解。系统分解应遵循易于检查、测试、评审的原则，以使系统可验证。抽象、信息隐藏、模块化和局部化的原则支持可理解性、可修改性、可靠性等目标，并可提高软件产品的质量和开发效率；一致性、完全性和可验证性等原则可以帮助软件开发人员去实现一个正确的系统。1.3软件生存周期软件从定义开始，经过开发、使用和维护，直到最终退役的全过程称为软件生存周期。可将软件生存周期划分为3个过程共9个阶段。3个过程是：软件定义过程、软件开发过程、软件使用与维护过程。9个阶段有：可行性研究、需求分析、概要设计、详细设计、实现、组装测试、验收测试、使用与维护、退役。它们之间的关系如图1-3-1所示。使用与维护验收测试组装测试实现详细设计概要设计需求分析退役开发过程使用与维护过程定义过程可行性研究使用与维护验收测试组装测试实现详细设计概要设计需求分析退役开发过程使用与维护过程定义过程可行性研究（图1-3-1）1.3.1软件定义软件定义的基本任务是确定软件系统的工程需求，也就是要搞清“做什么”。软件定义过程可通过软件系统的可行性研究和需求分析两个阶段来完成。1．可行性研究本阶段的任务是根据用户提出的工程项目的性质、目标和规模，进一步了解用户的要求及现有的环境及条件，从技术、经济和社会等多方面研究并论证该项目的可行性。即该项目是否值得去解决，是否存在可行的解决办法。此时，系统分析人员应在用户的配合下对用户的要求和现有的环境进行深入调查并写出调研报告。进而进行可行性论证。可行性论证包括经济可行性、技术可行性、操作可行性、法律可行性等。在此基础上还要制定初步的项目计划，包括需要的软硬件资源、定义任务、风险分析、成本/效益分析以及进度安排等。可行性研究的结果将是使用部门负责人做出是否继续进行该项目决定的重要依据。2．需求分析1）需求分析的任务需求分析的任务是确定待开发的软件系统“做什么”。具体任务包括确定软件系统的功能需求、性能需求和运行环境约束，编制软件需求规格说明书、软件系统的验收测试准则和初步的用户手册。2）需求分析的实现途径软件系统需求一般由用户提出。系统分析员和开发人员在需求分析阶段必须与用户反复讨论、协商，充分交流信息，并用某种方法和工具构建软件系统的逻辑模型。为了使开发方与用户对待开发软件系统达成一致的理解，必须建立相应的需求