第1章 軟件工程的內容與方法

本章導讀

本章首先對軟件、軟件工程、軟件工程學科體系、軟件工程課程進行了定義與解釋，然后提出“面向過程方法、面向對象方法、面向元數據方法、形式化方法”的軟件工程方法論，以及“面向流程分析、面向元數據設計、面向對象實現、面向功能測試、面向過程管理”的“五個面向”軟件工程實踐論，該方法論與實踐論不但適用于信息系統的開發，也適用于其他軟件系統的開發。本章最后簡要介紹了ISO 9001、CMMI、軟件企業文化、信息系統的定義與案例分析。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習中要了解、理解和關注的主要內容。

1.1 軟件的定義

1.計算機硬件與軟件

計算機（Computer）由硬件（Hardware）和軟件（Software）組成，硬件是看得見、摸得著的電子機械設備，如機箱、主板、硬盤、光盤、U盤、電源、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機、電纜等。軟件是依附在硬件上面的程序、數據和文檔的集合，是指揮控制計算機系統（包括硬件系統和軟件系統）工作的神經中樞。如果將硬件比作人的身體，那么軟件就相當于人的神經中樞和知識才能。軟件的分類比較復雜。分類方法不同，內容也不同。表1-2從5個不同角度對軟件進行了分類。

計算機工程（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和硬件管理的工程學科，其內容包括計算機及網絡硬件的分析、設計、生產、采購、驗收、安裝、培訓、維護。軟件工程是研究軟件生產和軟件管理的工程學科，其內容包括市場調研、正式立項、需求分析、項目策劃、概要設計、詳細設計、編程、測試、試運行、產品發布、用戶培訓、產品復制、實施、系統維護、版本升級。由于軟件的生產和管理比硬件復雜，積累的經驗不如硬件那么豐富，所以軟件工程的研究成為一個長期的熱點。

【例1-1】 請讀者根據自身環境，規劃、設計、安裝一個校園網。這是一個硬件工程，其中要完成的工作內容包括：制定設計方案，網絡設備的選型、配置、采購、驗貨、布線、安裝、調試、運行和交付。在安裝和調試中，又要安裝和調試許多軟件，如網絡操作系統、數據庫管理系統、教學軟件系統、辦公自動化系統、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、調試，所以在今天，除了生產硬件的廠商之外，純粹的“硬件工程”幾乎不存在，大多數硬件工程都與軟件有關，于是就出現了一個新名詞“網絡工程”，它是介于硬件工程和軟件工程之間的系統工程，人們有時也稱它為“系統集成工程”。

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。一般認為，程序是計算機為完成特定任務而執行的指令的有序集合。站在應用的角度可以更通俗地理解為

面向過程的程序 = 算法 + 數據結構

面向對象的程序 = 對象 + 消息

面向構件的程序 = 構件 + 構架

通常，軟件有以下定義：

軟件 = 程序 + 數據 + 文檔

這里的“程序”，是對計算機任務的處理對象和處理規則的描述；這里的“文檔”，是為了理解程序所需的詳細描述性資料；這里的“數據”，主要是軟件系統賴以運行的初始化數據。

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

至于對管理文檔的全面認識，那就更晚了。直到1974年，美國人才開始認識到軟件需要管理。1984年，美國人開始認識到軟件管理是一個過程管理，或是一個管理過程。1991年，出現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容與方法，并將軟件開發和管理中產生的各種文檔叫做“軟件工作產品”，而將最后交付給用戶使用的軟件工作產品叫做“軟件產品”。1996年，出現了統一建模語言UML 0．9版，稱軟件管理文檔為“管理制品”，稱軟件開發文檔為“技術制品”，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，文檔是否規范與齊全，是衡量軟件企業是否成熟的重要標志之一。軟件文檔分為開發文檔和管理文檔兩大類。開發文檔主要由項目組書寫，用于指導軟件開發與維護；管理文檔主要由軟件工程管理部門書寫，用于指導軟件管理和決策。兩類文檔的標準、規范和編制模板，全公司范圍內要統一，這一工作由軟件工程管理部門完成。開發文檔是指導軟件開發與維護的文檔，開發與維護中所有的程序，都是按照開發文檔的要求編寫與實現的。軟件工程規定：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。

開發文檔本身具有嚴格的層次關系和依賴關系，這種關系反映在如下的覆蓋關系之中，即有

（1）《目標程序》覆蓋《源程序》；

（2）《源程序》覆蓋《詳細設計說明書》；

（3）《詳細設計說明書》覆蓋《概要設計說明書》；

（4）《概要設計說明書》覆蓋《需求分析規格說明書》；

（5）《需求分析規格說明書》覆蓋《用戶需求報告》；

（6）《用戶需求報告》覆蓋《軟件合同》/《軟件任務書》。

管理文檔本身具有嚴格的時序關系，這種時序關系反映在如下的軟件過程之中，而過程由一系列的時間序列所組成：

（1）需求分析過程管理文檔；

（2）軟件策劃過程管理文檔；

（3）軟件設計過程管理文檔；

（4）軟件實現過程管理文檔；

（5）軟件測試過程管理文檔；

（6）軟件維護過程管理文檔；

（7）軟件過程改進管理文檔。

成熟的軟件企業，都有一套自己的開發文檔和管理文檔編寫標準或編寫模板，在企業內部嚴格執行。

4.軟件的最新定義

軟件 = 知識+程序+數據+文檔

定義中增加了“知識”。對這一定義的討論正在進行。正方認為：因為軟件是知識在網絡上的體現，所以這個定義非常好。反方認為：程序、數據、文檔本身就是知識的載體與表現，所以這個定義有些畫蛇添足的意味。