第1章 軟件工程的內(nèi)容與方法

本章導(dǎo)讀

本章首先對(duì)軟件、軟件工程、軟件工程學(xué)科體系、軟件工程課程進(jìn)行了定義與解釋，然后提出“面向過程方法、面向?qū)ο蠓椒ā⒚嫦蛟獢?shù)據(jù)方法、形式化方法”的軟件工程方法論，以及“面向流程分析、面向元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)、面向功能測(cè)試、面向過程管理”的“五個(gè)面向”軟件工程實(shí)踐論，該方法論與實(shí)踐論不但適用于信息系統(tǒng)的開發(fā)，也適用于其他軟件系統(tǒng)的開發(fā)。本章最后簡要介紹了ISO 9001、CMMI、軟件企業(yè)文化、信息系統(tǒng)的定義與案例分析。因此，本章是軟件工程課程的緒論。表1-1列出了讀者在本章學(xué)習(xí)中要了解、理解和關(guān)注的主要內(nèi)容。

1.1 軟件的定義

1.計(jì)算機(jī)硬件與軟件

計(jì)算機(jī)（Computer）由硬件（Hardware）和軟件（Software）組成，硬件是看得見、摸得著的電子機(jī)械設(shè)備，如機(jī)箱、主板、硬盤、光盤、U盤、電源、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、電纜等。軟件是依附在硬件上面的程序、數(shù)據(jù)和文檔的集合，是指揮控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)）工作的神經(jīng)中樞。如果將硬件比作人的身體，那么軟件就相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和知識(shí)才能。軟件的分類比較復(fù)雜。分類方法不同，內(nèi)容也不同。表1-2從5個(gè)不同角度對(duì)軟件進(jìn)行了分類。

計(jì)算機(jī)工程（Computer Engineering）由硬件工程（Hardware Engineering）和軟件工程（Software Engineering）組成。硬件工程是研究硬件生產(chǎn)和硬件管理的工程學(xué)科，其內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)硬件的分析、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購、驗(yàn)收、安裝、培訓(xùn)、維護(hù)。軟件工程是研究軟件生產(chǎn)和軟件管理的工程學(xué)科，其內(nèi)容包括市場(chǎng)調(diào)研、正式立項(xiàng)、需求分析、項(xiàng)目策劃、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試、試運(yùn)行、產(chǎn)品發(fā)布、用戶培訓(xùn)、產(chǎn)品復(fù)制、實(shí)施、系統(tǒng)維護(hù)、版本升級(jí)。由于軟件的生產(chǎn)和管理比硬件復(fù)雜，積累的經(jīng)驗(yàn)不如硬件那么豐富，所以軟件工程的研究成為一個(gè)長期的熱點(diǎn)。

【例1-1】 請(qǐng)讀者根據(jù)自身環(huán)境，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝一個(gè)校園網(wǎng)。這是一個(gè)硬件工程，其中要完成的工作內(nèi)容包括：制定設(shè)計(jì)方案，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型、配置、采購、驗(yàn)貨、布線、安裝、調(diào)試、運(yùn)行和交付。在安裝和調(diào)試中，又要安裝和調(diào)試許多軟件，如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、教學(xué)軟件系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、防火墻及殺毒軟件等。

由于有這么多軟件也需要選型、配置、采購、安裝、調(diào)試，所以在今天，除了生產(chǎn)硬件的廠商之外，純粹的“硬件工程”幾乎不存在，大多數(shù)硬件工程都與軟件有關(guān)，于是就出現(xiàn)了一個(gè)新名詞“網(wǎng)絡(luò)工程”，它是介于硬件工程和軟件工程之間的系統(tǒng)工程，人們有時(shí)也稱它為“系統(tǒng)集成工程”。

2.軟件定義

為了弄清軟件工程的概念，首先要了解程序和軟件的概念。一般認(rèn)為，程序是計(jì)算機(jī)為完成特定任務(wù)而執(zhí)行的指令的有序集合。站在應(yīng)用的角度可以更通俗地理解為

面向過程的程序 = 算法 + 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

面向?qū)ο蟮某绦?= 對(duì)象 + 消息

面向構(gòu)件的程序 = 構(gòu)件 + 構(gòu)架

通常，軟件有以下定義：

軟件 = 程序 + 數(shù)據(jù) + 文檔

這里的“程序”，是對(duì)計(jì)算機(jī)任務(wù)的處理對(duì)象和處理規(guī)則的描述；這里的“文檔”，是為了理解程序所需的詳細(xì)描述性資料；這里的“數(shù)據(jù)”，主要是軟件系統(tǒng)賴以運(yùn)行的初始化數(shù)據(jù)。

上述定義看起來很簡單，實(shí)際上卻來之不易。表1-3列出了美國人對(duì)軟件定義的認(rèn)識(shí)過程。直到今天，仍然有少數(shù)人認(rèn)為：“軟件就等于程序”。這些人在軟件開發(fā)過程中，上來就寫程序，而不是寫文檔。軟件工程大師Roger S Pressman對(duì)這些人提出了尖銳的批評(píng)：“越早開始寫代碼的人，就是越遲完成代碼的人”。

至于對(duì)管理文檔的全面認(rèn)識(shí)，那就更晚了。直到1974年，美國人才開始認(rèn)識(shí)到軟件需要管理。1984年，美國人開始認(rèn)識(shí)到軟件管理是一個(gè)過程管理，或是一個(gè)管理過程。1991年，出現(xiàn)了軟件過程能力成熟度模型CMM（Capability Maturity Model for Software）1.0版，人們研究了軟件過程管理的具體內(nèi)容與方法，并將軟件開發(fā)和管理中產(chǎn)生的各種文檔叫做“軟件工作產(chǎn)品”，而將最后交付給用戶使用的軟件工作產(chǎn)品叫做“軟件產(chǎn)品”。1996年，出現(xiàn)了統(tǒng)一建模語言UML 0．9版，稱軟件管理文檔為“管理制品”，稱軟件開發(fā)文檔為“技術(shù)制品”，兩者合稱為“制品（Artifact）”。

3.文檔的重要性

文檔在軟件工程中特別重要，文檔是否規(guī)范與齊全，是衡量軟件企業(yè)是否成熟的重要標(biāo)志之一。軟件文檔分為開發(fā)文檔和管理文檔兩大類。開發(fā)文檔主要由項(xiàng)目組書寫，用于指導(dǎo)軟件開發(fā)與維護(hù)；管理文檔主要由軟件工程管理部門書寫，用于指導(dǎo)軟件管理和決策。兩類文檔的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和編制模板，全公司范圍內(nèi)要統(tǒng)一，這一工作由軟件工程管理部門完成。開發(fā)文檔是指導(dǎo)軟件開發(fā)與維護(hù)的文檔，開發(fā)與維護(hù)中所有的程序，都是按照開發(fā)文檔的要求編寫與實(shí)現(xiàn)的。軟件工程規(guī)定：文檔必須指揮程序，而決不允許程序指揮文檔；文檔與程序必須保持高度一致，而決不允許程序脫離開文檔。

開發(fā)文檔本身具有嚴(yán)格的層次關(guān)系和依賴關(guān)系，這種關(guān)系反映在如下的覆蓋關(guān)系之中，即有

（1）《目標(biāo)程序》覆蓋《源程序》；

（2）《源程序》覆蓋《詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書》；

（3）《詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書》覆蓋《概要設(shè)計(jì)說明書》；

（4）《概要設(shè)計(jì)說明書》覆蓋《需求分析規(guī)格說明書》；

（5）《需求分析規(guī)格說明書》覆蓋《用戶需求報(bào)告》；

（6）《用戶需求報(bào)告》覆蓋《軟件合同》/《軟件任務(wù)書》。

管理文檔本身具有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，這種時(shí)序關(guān)系反映在如下的軟件過程之中，而過程由一系列的時(shí)間序列所組成：

（1）需求分析過程管理文檔；

（2）軟件策劃過程管理文檔；

（3）軟件設(shè)計(jì)過程管理文檔；

（4）軟件實(shí)現(xiàn)過程管理文檔；

（5）軟件測(cè)試過程管理文檔；

（6）軟件維護(hù)過程管理文檔；

（7）軟件過程改進(jìn)管理文檔。

成熟的軟件企業(yè)，都有一套自己的開發(fā)文檔和管理文檔編寫標(biāo)準(zhǔn)或編寫模板，在企業(yè)內(nèi)部嚴(yán)格執(zhí)行。

4.軟件的最新定義

軟件 = 知識(shí)+程序+數(shù)據(jù)+文檔

定義中增加了“知識(shí)”。對(duì)這一定義的討論正在進(jìn)行。正方認(rèn)為：因?yàn)檐浖侵R(shí)在網(wǎng)絡(luò)上的體現(xiàn)，所以這個(gè)定義非常好。反方認(rèn)為：程序、數(shù)據(jù)、文檔本身就是知識(shí)的載體與表現(xiàn)，所以這個(gè)定義有些畫蛇添足的意味。