第1章　軟件工程學(xué)概述

1.1　復(fù)習(xí)筆記

一、軟件危機(jī)

1軟件危機(jī)的介紹

（1）概念

軟件危機(jī)是指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。

（2）典型表現(xiàn)

①對(duì)軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計(jì)不準(zhǔn)確。

②用戶對(duì)“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

③軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住。

④軟件常常是不可維護(hù)的。

⑤軟件通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。

⑥軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。

⑦軟件開發(fā)跟不上計(jì)算機(jī)應(yīng)用迅速普及深入的趨勢。

【注意】考試中常考查軟件的概念，記住公式：軟件＝程序＋數(shù)據(jù)＋文檔。

2產(chǎn)生軟件危機(jī)的原因

（1）客觀原因

①軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯部件，缺乏“可見性”，因此管理和控制軟件開發(fā)過程相當(dāng)困難。

②軟件維護(hù)通常意味著改正或修改原來的設(shè)計(jì)，因此軟件較難維護(hù)。

③軟件規(guī)模龐大，而程序復(fù)雜性將隨著程序規(guī)模的增加而呈指數(shù)上升。

（2）主觀原因

①存在與軟件開發(fā)和維護(hù)有關(guān)的許多錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)和做法。

②對(duì)用戶要求沒有完整準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)就匆忙著手編寫程序。

③開發(fā)人員只重視程序而忽視軟件配置的其余成分（文檔和數(shù)據(jù)等）。

④軟件開發(fā)人員輕視維護(hù)。

3消除軟件危機(jī)的途徑

（1）應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)軟件有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。

（2）應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到軟件開發(fā)是一種組織良好、管理嚴(yán)密、各類人員協(xié)同配合、共同完成的工程項(xiàng)目。

（3）應(yīng)該推廣使用在實(shí)踐中總結(jié)出來的開發(fā)軟件的成功的技術(shù)和方法，并且研究探索更好更有效的技術(shù)和方法。

（4）應(yīng)該開發(fā)和使用更好的軟件工具。

二、軟件工程

1軟件工程的介紹

（1）概念

采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)與維護(hù)軟件，把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來，以經(jīng)濟(jì)地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)它，這就是軟件工程。

（2）本質(zhì)特征

①軟件工程關(guān)注于大型程序的構(gòu)造；

②軟件工程的中心課題是控制復(fù)雜性；

③軟件經(jīng)常變化；

④開發(fā)軟件的效率非常重要；

⑤和諧地合作是開發(fā)軟件的關(guān)鍵；

⑥軟件必須有效地支持它的用戶；

⑦軟件工程領(lǐng)域由具有一種文化背景的人替具有另一種文化背景的人創(chuàng)造產(chǎn)品。

2軟件工程的基本原理

（1）七條基本原理

①用分階段的生命周期計(jì)劃嚴(yán)格管理；

②堅(jiān)持進(jìn)行階段評(píng)審；

③實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制；

④采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)；

⑤結(jié)果應(yīng)能清楚地審查；

⑥開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精；

⑦承認(rèn)不斷改進(jìn)軟件工程實(shí)踐的必要性。

（2）意義

這七條原理是確保軟件產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)效率的原理的最小集合，它們是互相獨(dú)立的，而且是缺一不可的最小集合，然而這七條原理又是相當(dāng)完備的。

3軟件工程方法學(xué)

（1）概念

通常把軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)方法的集合稱為方法學(xué)，也稱為范型。目前使用得最廣泛的軟件工程方法學(xué)，分別是傳統(tǒng)方法學(xué)和面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)。

（2）三要素

軟件工程方法學(xué)包括3個(gè)要素：方法、工具和過程。

（3）傳統(tǒng)方法學(xué)（生命周期方法學(xué)或結(jié)構(gòu)化范型）

①定義

采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)（結(jié)構(gòu)化分析、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化實(shí)現(xiàn)）來完成軟件開發(fā)的各項(xiàng)任務(wù)，并使用適當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蜍浖こ汰h(huán)境來支持結(jié)構(gòu)化技術(shù)的運(yùn)用。

②優(yōu)點(diǎn)

a．把軟件生命周期劃分成若干相對(duì)獨(dú)立、簡單的階段，便于不同人員分工協(xié)作，降低開發(fā)的困難程度；

b．開發(fā)過程中采用科學(xué)的管理技術(shù)和良好的技術(shù)方法，且在每個(gè)階段結(jié)束之前都進(jìn)行嚴(yán)格的審查，保證了軟件的質(zhì)量，提高了軟件的可維護(hù)性；

c．大大提高了軟件開發(fā)的成功率和生產(chǎn)率。

③缺點(diǎn)

a．不適用于軟件規(guī)模龐大、或者對(duì)軟件的需求是模糊的或會(huì)隨時(shí)間變化而變化的情況。

b．結(jié)構(gòu)化范型技術(shù)把數(shù)據(jù)和操作人為地分離成兩個(gè)獨(dú)立的部分，增加了軟件開發(fā)與維護(hù)的難度。

（4）面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)

①定義

面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N以數(shù)據(jù)為主線，把數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的操作緊密地結(jié)合起來的方法。

②要點(diǎn)

a．把對(duì)象作為融合了數(shù)據(jù)及在數(shù)據(jù)上的操作行為的統(tǒng)一的軟件構(gòu)件；

b．把所有對(duì)象都劃分成類；

c．繼承性；

d．對(duì)象彼此間僅能通過發(fā)送消息互相聯(lián)系。

③與傳統(tǒng)方法學(xué)的對(duì)比

a．傳統(tǒng)方法學(xué)強(qiáng)調(diào)自頂向下、逐層分解、順序開發(fā)。

b．面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)強(qiáng)調(diào)主動(dòng)地多次反復(fù)迭代地開發(fā)，保證了在各項(xiàng)開發(fā)活動(dòng)之間的平滑過渡。

④優(yōu)點(diǎn)

a．降低了軟件產(chǎn)品的復(fù)雜性；

b．提高了軟件的可理解性；

c．簡化了軟件的開發(fā)和維護(hù)工作；

d．提高了軟件的可重用性。

【注意】常考面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的基本特征：類、繼承、封裝、多態(tài)。結(jié)合第9章掌握其含義和意義。

三、軟件生命周期

1組成

（1）軟件定義

軟件定義時(shí)期通常進(jìn)一步劃分成3個(gè)階段，即問題定義、可行性研究和需求分析。

（2）軟件開發(fā)

通常由下述4個(gè)階段組成：總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)，編碼和單元測試，綜合測試。其中前兩個(gè)階段又稱為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，后兩個(gè)階段又稱為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（3）運(yùn)行和維護(hù)（軟件維護(hù)）

【注意】考題中常設(shè)置選項(xiàng)：在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段編寫代碼。這是錯(cuò)誤的，在編碼和單元測試階段才編寫代碼。

2維護(hù)活動(dòng)的分類

①改正性維護(hù)；

②適應(yīng)性維護(hù)；

③完善性維護(hù)；

④預(yù)防性維護(hù)。

四、軟件過程

1概念

（1）定義

軟件過程是為了獲得高質(zhì)量軟件所需要完成的一系列任務(wù)的框架，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟。

（2）表示

使用生命周期模型簡潔地描述軟件過程。

2典型軟件過程模型

【注意】考生要著重掌握瀑布模型、快速原型模型、螺旋模型、增量模型、噴泉模型。

（1）瀑布模型

①開發(fā)流程

實(shí)際的瀑布模型是帶“反饋環(huán)”的，如圖1-1所示（圖中實(shí)線箭頭表示開發(fā)過程，虛線箭頭表示維護(hù)過程）。

圖1-1　實(shí)際的瀑布模型

【注意】傳統(tǒng)的瀑布模型沒有圖中的反饋環(huán)。

②特點(diǎn)

第一，階段間具有順序性和依賴性；

第二，推遲實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)；

第三，質(zhì)量保證的觀點(diǎn)。

③瀑布模型的優(yōu)缺點(diǎn)

a．優(yōu)點(diǎn)

第一，可強(qiáng)迫開發(fā)人員采用規(guī)范的方法；

第二，嚴(yán)格地規(guī)定了每個(gè)階段必須提交的文檔；

第三，要求每個(gè)階段交出的所有產(chǎn)品都必須經(jīng)過質(zhì)量保證小組的仔細(xì)驗(yàn)證；

第四，對(duì)文檔的約束，使軟件維護(hù)變得容易一些，且能降低軟件預(yù)算。

b．缺點(diǎn)

第一：瀑布模型是由文檔驅(qū)動(dòng)的。

第二：缺乏對(duì)于需求變更和項(xiàng)目變化的適應(yīng)性。

（2）快速原型模型

①開發(fā)流程

如圖1-2所示（圖中實(shí)線箭頭表示開發(fā)過程，虛線箭頭表示維護(hù)過程）。

圖1-2　快速原型模型

②優(yōu)點(diǎn)

快速原型模型是不帶反饋環(huán)的。

【注意】快速原型模型彌補(bǔ)了瀑布模型不適用于需求動(dòng)態(tài)變更的缺點(diǎn)，其本質(zhì)是“快速”。

（3）增量模型

①開發(fā)步驟

增量模型也稱為漸增模型，如圖1-3所示。

圖1-3　增量模型

②原理

把軟件產(chǎn)品作為多個(gè)增量構(gòu)件來設(shè)計(jì)、編碼、集成、測試，開發(fā)人員一個(gè)構(gòu)件接一個(gè)構(gòu)件地向用戶提交產(chǎn)品。

③優(yōu)點(diǎn)

a．能在較短時(shí)間內(nèi)向用戶提交可完成部分工作的產(chǎn)品。

b．逐步增加產(chǎn)品功能可以使用戶有較充裕的時(shí)間學(xué)習(xí)和適應(yīng)新產(chǎn)品。

④技術(shù)難點(diǎn)

a．要求軟件體系結(jié)構(gòu)必須是開放的。

b．增量模型本身是自相矛盾的。

c．增量模型的靈活性很容易退化為邊做邊改模型，從而使軟件過程的控制失去整體性。

⑤風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型

圖1-4是一種風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型。

圖1-4　風(fēng)險(xiǎn)更大的增量模型

【注意】每個(gè)增量構(gòu)件的開發(fā)采用瀑布模型。

（4）螺旋模型

①基本思想

可以把它看作在每個(gè)階段之前都增加了風(fēng)險(xiǎn)分析過程的快速原型模型，如圖1-5所示。

圖1-5　簡化的螺旋模型

②原理

完整的螺旋模型如圖1-6所示。

圖1-6　完整的螺旋模型

③應(yīng)用

螺旋模型主要適用于內(nèi)部開發(fā)的大規(guī)模軟件項(xiàng)目。

④優(yōu)點(diǎn)

a．有利于已有軟件的重用，有助于把軟件質(zhì)量作為軟件開發(fā)的一個(gè)重要目標(biāo)；

b．減少了過多測試（浪費(fèi)資金）或測試不足（產(chǎn)品故障多）所帶來的風(fēng)險(xiǎn)；

c．在螺旋模型中維護(hù)只是模型的另一個(gè)周期，在維護(hù)和開發(fā)之間并沒有本質(zhì)區(qū)別。

⑤缺點(diǎn)

螺旋模型是風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的。要求軟件開發(fā)人員具有豐富的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)和這方面的專門知識(shí)。

（5）噴泉模型

①開發(fā)流程

圖1-7所示的噴泉模型，是典型的面向?qū)ο蟮能浖^程模型之一。

圖1-7　噴泉模型

②特點(diǎn)

a．噴泉模型是一種以用戶需求為動(dòng)力，以對(duì)象為驅(qū)動(dòng)的模型，主要用于描述面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程。

b．體現(xiàn)了面向?qū)ο筌浖_發(fā)過程迭代和無縫的特性。

（6）Rational統(tǒng)一過程（RUP）

①RUP軟件開發(fā)生命周期

RUP軟件開發(fā)生命周期是一個(gè)二維的面向?qū)ο蟮纳芷谀Ｐ停鐖D1-8所示。圖中縱軸代表核心工作流，橫軸代表時(shí)間。

圖1-8　RUP軟件開發(fā)生命周期

②核心工作流

如上圖縱軸所示，由上至下有九個(gè)核心工作流，前六個(gè)為核心過程工作流程，后三個(gè)為核心支持工作流程。

③工作階段

a．初始階段。

b．精化階段。

c．構(gòu)建階段。

d．移交階段。

④特點(diǎn)

a．采用迭代和漸增的方式開發(fā)軟件。

b．具有多功能性和廣泛適用性。

（7）敏捷過程

敏捷過程能夠較好地適應(yīng)商業(yè)競爭環(huán)境下對(duì)小型項(xiàng)目提出的有限資源和有限開發(fā)時(shí)間的約束。敏捷過程中最重要的是極限編程。

（8）極限編程

①極限編程的整體開發(fā)過程

圖1-9描述了極限編程的整體開發(fā)過程。

圖1-9　XP項(xiàng)目的整體開發(fā)過程

②極限編程的迭代過程

圖1-10描述了極限編程的迭代開發(fā)過程。

圖1-10　XP迭代開發(fā)過程

③特點(diǎn)

a．以極限編程為代表的敏捷過程，具有對(duì)變化和不確定性的更快速、更敏捷的反應(yīng)特性；

b．在快速的同時(shí)仍然能夠保持可持續(xù)的開發(fā)速度。

（9）微軟過程

①微軟軟件生命周期

微軟過程把軟件生命周期劃分成五個(gè)階段，圖1-11描繪了生命周期的階段及每個(gè)階段的主要里程碑。

圖1-11　微軟軟件生命周期階段劃分和主要里程碑

②微軟過程模型

a．定義

圖1-12描繪了微軟過程的生命周期模型。

圖1-12　微軟過程的生命周期模型

b．特點(diǎn)

第一，適用于商業(yè)環(huán)境下具有有限資源和有限開發(fā)時(shí)間約束的項(xiàng)目；

第二，微軟過程也有某些不足之處，例如，對(duì)方法、工具和產(chǎn)品等方面的論述不如RUP和敏捷過程全面，人們對(duì)它的某些準(zhǔn)則本身也有不同意見。