清华软件工程：第01章-概论

软件工程第1章概论内容摘要•计算机软件•软件工程•软件过程•软件过程模型•敏捷软件开发•CASE工具与环境内容摘要•计算机软件•软件工程•软件过程•软件过程模型•敏捷软件开发•CASE工具与环境计算机软件•计算机软件指计算机系统中的程序及其文档–程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述•任务：以计算机为处理工具的任务都是计算任务•处理对象：数据（如数据、文字、图形、图像、声音等，它们只是表示，而无含义）或信息（数据及有关的含义）•处理规则一般指处理的动作和步骤。程序必须装入计算机内才能工作–文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料，文档一般是给人看的，不一定装入计算机软件的发展•1946-1956年从计算机问世到实用的高级程序语言出现前存储容量比较小，运算速度比较慢采用个体工作方式,用低级语言编写程序应用领域主要是以数值数据处理为主的科学计算，其特点是输入、输出量较小衡量程序质量的标准主要是功效，即运行时间省、占用内存小主要研究内容是科学计算程序、服务性程序和程序库，研究对象是顺序程序•1956-1968年从实用的高级程序语言出现到软件工程出现前存储器容量大，外围设备得到迅速发展，出现了高级程序设计语言应用领域包括数据处理（非数值数据），其特点是计算量不大，但输入、输出量却较大高速主机与低速外围设备的矛盾突出，出现了操作系统、并发程序、数据库及其管理系统20世纪60年代初提出了软件一词，开始认识到文档的重要性研究高级程序设计语言、编译程序、操作系统、支持编程的工具及各种应用软件工作方式逐步从个体方式转向合作方式出现软件危机•1968年-至今从软件工程出现到现在硬件向巨型机和微型机二个方向发展，出现了计算机网络，软件方面提出了软件工程，出现了“计算机辅助软件工程”（CASE）计算机的应用领域渗透到各个业务领域，出现了嵌入式应用，其特点是受制于它所嵌入的宿主系统开发方式逐步由个体合作方式转向工程方式软件工程方面的研究主要包括软件开发模型、软件开发方法及技术、软件工具与环境、软件过程、软件自动化系统等软件方面研究以智能化、自动化、集成化、并行化、以及自然化为标志的软件开发新技术软件危机许多软件项目不能满足客户的要求许多软件项目超出预算和时间安排软件危机的表现•对软件开发成本和进度的估计常常很不正确•用户对“已完成的”软件系统不满意的现象经常发生•软件产品的质量往往靠不住•软件常常是不可维护的•软件通常没有适当的文档资料•软件成本在计算机系统总成本中所占的比例逐年上升•软件开发生产率提高的速度远远跟不上计算机应用迅速普及深入的趋势软件危机的原因•软件是逻辑产品，开发进度、成本难以估计•缺乏或不完整、不一致的文档给维护带来困难•用户对软件需求的描述往往不够精确，有遗漏，有二义•软件开发人员对需求的理解与用户的本来愿望有差异•大型软件项目需多人协同完成，缺乏管理经验•开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系•缺乏有力的方法学和工具的支持•软件项目的特殊性和人类智力的局限性克服软件危机的途径•消除错误的概念和做法•推广使用成功的开发技术和方法•使用软件工具和软件工程支持环境•加强软件管理软件的特点•软件是一种逻辑实体，而不是有形的系统元件，其开发成本和进度难以准确地估算•软件是被开发的或被设计的，它没有明显的制造过程，一旦开发成功，只需复制即可，但其维护的工作量大•软件的使用没有硬件那样的机械磨损和老化问题其它特点：•软件的开发和运行常受到计算机硬件的限制，对计算机硬件有着不同程度的依赖性•软件的开发至今尚未完全实现自动化•软件成本相当昂贵•相当多的软件工作涉及到社会因素软件的分类•系统软件：属于计算机系统中最靠近硬件的一层，其它软件一般都通过系统软件发挥作用，它与具体的应用领域无关。如操作系统、编译程序等。•支持软件：支持软件的开发和维护的软件。如数据库管理系统、网络软件、软件开发环境等。•应用软件：特定应用领域专用的软件。如实时软件、嵌入式软件、科学和工程计算软件、事务处理软件、人工智能软件等。•按软件工作方式划分：实时处理软件分时软件交互式软件批处理软件•按软件服务对象的范围划分：项目软件产品软件•按使用的频度进行划分：一次使用频繁使用•按软件失效的影响进行划分：高可靠性软件一般可靠性软件软件语言softwarelanguage软件语言是用于书写计算机软件的语言。它主要包括：需求定义语言功能性语言设计性语言实现性语言（即程序设计语言）文档语言需求定义语言requirementsdefinitionlanguage需求定义语言用来书写软件需求定义。软件需求定义是软件功能需求和非功能需求的定义性描述。软件功能需求刻画软件“做什么”，软件非功能需求刻画诸如功能性限制、设计限制、环境描述、数据与通信规程及项目管理等典型的需求定义语言有PSL语言（ProblemStatementLanguage问题陈述语言）功能性语言functionallanguage功能性语言用来书写软件功能规约（functionalspecification）软件功能规约是软件功能的严格而完整的陈述。通常它只刻画软件系统“做什么”的外部功能，而不涉及系统“如何做”的内部算法。典型的功能性语言有广谱语言、Z语言。设计性语言designlanguage设计性语言用来书写软件设计规约（designspecification）软件设计规约是软件设计的严格而完整的陈述。一方面，它是软件功能归约的算法性细化，刻画软件“如何做”的内部算法，另一方面，它是软件实现的依据。典型的设计性语言有PDL语言（ProgramDesignLanguage）实现性语言实现性语言用来书写计算机程序实现性语言也称编程语言或程序设计语言（programminglanguage）程序设计语言可按语言的级别、对使用者的要求、应用范围、使用方式、成分性质等多种角度进行分类•按语言级别分：低级语言和高级语言低级语言是与特定计算机体系结构密切相关的程序设计语言，如机器语言、汇编语言。其特点是与机器有关，功效高，但使用复杂，开发费时，难维护。高级语言是不反映特定计算机体系结构的程序设计语言，它的表示方法比低级语言更接近于待解问题的表示方法。其特点是在一定程度上与具体机器无关，易学、易用、易维护。但高级语言程序经编译后产生的目标程序的功效往往较低。•按用户要求分：过程式语言和非过程式语言过程式语言（procedurallanguage）是通过指明一列可执行的运算及运算次序来描述计算过程的程序设计语言。如FORTRAN、COBOL、C等。非过程式语言（nonprocedurallanguage）是不显式指明处理过程细节的程序设计语言。在这种语言中尽量引进各种抽象度较高的非过程性描述手段，以期做到在程序中增加“做什么”的描述成分，减少“如何做”的细节描述。如第四代语言（4GL）、函数式语言、逻辑式语言。也可称：命令式语言和申述式语言命令式语言（imperativelanguage）即过程式语言。申述式语言（declarativelanguage）是着重描述要处理什么，而非描述如何处理的语言。申述式语言程序是关于问题解的约束陈述，这些约束迫使含于实现中的算法处理机制生成一个解或一组解。如函数式语言、逻辑式语言。函数式语言(functionalprogramminglanguage)中函数是构造程序的基本成分，它提供一些设施用于构造更为复杂的函数。程序人员根据提出的问题去定义求解函数（即主程序），其中可能包含一些辅助函数。如Lisp语言。逻辑式语言(logicprogramminglanguage)的基本运算单位是谓词。谓词定义了变元间的逻辑关系。例如，Prolog语言的基本形式是Horn子句，其程序围绕着某一主题的事实、规则和询问三类语句组成。这三类语句分别用来陈述事实、定义规则和提出问题。•按应用范围分：通用语言和专用语言通用语言指目标非单一的语言，如FORTRAN、COBOL、C等。专用语言指目标单一的语言，如自动数控程序APT。•按使用方式分：交互式语言和非交互式语言交互式语言指具有反映人机交互作用的语言，如BASIC。非交互式语言指不反映人机交互作用的语言，如FORTRAN、COBOL。•按成分性质分：顺序语言、并发语言、分布语言顺序语言指只含顺序成分的语言，如FORTRAN、C。并发语言指含有并发成分的语言，如Modula、Ada、并发Pascal。分布语言指考虑到分布计算要求的语言，如Modula。文档语言documentationlanguage•文档语言用来书写软件文档。计算机软件文档是计算机开发、维护和使用过程的档案资料和对软件本身的阐述性资料。通常用自然语言或半形式化语言书写。内容摘要•计算机软件•软件工程•软件过程•软件过程模型•敏捷软件开发•CASE工具与环境软件工程定义1968年NATO(北大西洋公约组织)会议上首次提出•FritzBauer：软件工程是为了经济地获得可靠的和能在实际机器上高效运行的软件而建立和使用的好的工程原则•IEEE：软件工程是（1）将系统化的、规范的、可度量的方法应用于软件的开发、运行和维护的过程，即将工程化应用于软件中；（2）（1）中所述方法的研究•计算机科学技术百科全书：软件工程是应用计算机科学、数学及管理科学等原理，以工程化的原则和方法制作软件的工程软件工程的框架•目标：生产具有正确性、可用性以及价格合宜的产品正确性反映软件产品实现相应功能规约的程度；可用性反映软件的基本结构、实现及其文档为用户可用的程度；价格合宜反映软件开发与运行的总代价满足用户要求的程度。•过程（Process）：生产一个最终满足需求且达到工程目标的软件产品所需要的步骤软件工程过程包括：开发过程、运作过程、维护过程、管理过程、支持过程、获取过程、供应过程、剪裁过程等•原则：选取适宜的开发模型采用合适的设计方法提供高质量的工程支持重视软件工程的管理软件生存周期（softwarelifecycle）•软件有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的生存过程。这个过程即为计算机软件的生存周期•软件生存周期大体可分为如下几个活动：计算机系统工程、需求分析、设计、编码、测试、运行和维护•计算机系统工程计算机系统包括计算机硬件、软件、使用计算机系统的人、数据库、文档、规程等系统元素。计算机系统工程的任务：确定待开发软件的总体要求和范围，以及它与其它计算机系统元素之间的关系进行成本估算，做出进度安排进行可行性分析，即从经济、技术、法律等方面分析待开发的软件是否有可行的解决方案，并在若干个可行的解决方案中作出选择。•软件需求分析主要解决待开发软件要“做什么”的问题确定软件的功能、性能、数据、界面等要求，生成软件需求规约。•软件设计主要解决待开发软件“怎么做”的问题。软件设计通常可分为系统设计（也称概要设计或总体设计）和详细设计。系统设计的任务是设计软件系统的体系结构，包括软件系统的组成成分、各成分的功能和接口、成分间的连接和通信，同时设计全局数据结构；详细设计的任务是设计各个组成成分的实现细节，包括局部数据结构和算法等。•编码用某种程序设计语言，将设计的结果转换为可执行的程序代码。•测试发现并纠正软件中的错误和缺陷。测试主要包括单元测试、集成测试、确认测试和系统测试。•运行和维护在软件运行期间，当发现了软件中潜藏的错误或需要增加新的功能或使软件适应外界环境的变化等情况出现时对软件进行修改。内容摘要•计算机软件•软件工程•软件过程•软件过程模型•敏捷软件开发•CASE工具与环境软件过程•软件过程是软件生存周期中的一系列相关的过程。过程是活动的集合，活动是任务的集合。•软件过程有三层含义：个体含义，即指软件产品或系统在生存周期中的某一类活动的集合，如软件开发过程，软件管理过程等；整体含义，即指软件产品或系统在所有上述含义下的软件过程的总体；工程含义，即指解决软件过程的工程，它应用软件工程的原则、方法来构造软件过程模型，并