1.2 軟件工程的定義

1.軟件危機

軟件工程來源于軟件危機，即先有軟件危機，后有軟件工程。

20世紀60年代中期，在美國出現(xiàn)了軟件危機（Software Crisis），它表現(xiàn)在研發(fā)大型軟件時，軟件開發(fā)的成本增大、進度延期、維護困難和質量得不到保障。最突出的例子是美國IBM公司于1963—1966年開發(fā)的IBM360系列機操作系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)花了大約5000人年的工作量，最多時有1000人投入開發(fā)工作，源程序代碼近100萬行。盡管投入了這么多的人力和物力，得到的結果卻極其糟糕。據(jù)統(tǒng)計，該操作系統(tǒng)每次發(fā)行的新版本，都是從前一個舊版本中找出1000個程序錯誤而修正的結果。可想而知，這樣的軟件質量糟糕到什么地步。

由此可見，所謂軟件危機，就是在軟件開發(fā)和維護過程中所遇到一系列難以控制的問題。“軟件危機”這個專業(yè)術語的首次出現(xiàn)，是1968 年NATO（North Atlantic Treaty Organization，北約）的計算機科學家，在聯(lián)邦德國召開的國際學術會議上提出的。

為了克服軟件危機，同樣是在1968年，北約科技委員會召集了近50名一流的編程人員、計算機科學家和工業(yè)界巨頭，討論和制定擺脫“軟件危機”的對策。就在那次會議上，第一次提出了軟件工程（Software Engineering）這個專業(yè)術語。當時人們的想法是：若借用建筑工程或機器制造工程的思想、標準、規(guī)范、規(guī)程去開發(fā)軟件與維護軟件，也許能克服軟件危機。以后的實踐證明：用工程的方法開發(fā)軟件與維護軟件是個好主意，但是要完全克服軟件危機，還有許多其他工作要做。

2.軟件工程定義

1993年，權威雜志IEEE對軟件工程的定義是：軟件工程是將系統(tǒng)化的、嚴格約束的、可量化的方法，應用于軟件開發(fā)、運行和維護中去。

2001年，軟件工程大師Roger S Pressman對軟件工程的定義是：軟件工程是一個過程、一組方法和一系列工具。

由于軟件技術飛速發(fā)展，所以軟件工程的定義也要與時俱進。下面，根據(jù)當前軟件技術的進展狀況，給出現(xiàn)代軟件工程的最新定義。

軟件工程是研究軟件開發(fā)和軟件管理的一門工程學科。

這里，一是強調開發(fā)。開發(fā)是軟件工程的主體，開發(fā)是在規(guī)定的時間、按照規(guī)定的成本、開發(fā)出符合規(guī)定質量要求的軟件。二是強調管理，或過程管理。當然，開發(fā)中有管理，管理是為了更好地開發(fā)。所以開發(fā)和管理是一個問題的相輔相成的兩個方面。許多軟件項目的失敗，不是在開發(fā)技術上出了問題，而是在管理過程上出了問題。所以在某種程度上說，對于一個軟件企業(yè)，過程管理比開發(fā)技術更重要。三是強調工程。要將軟件的開發(fā)（包括維護）當作一項工程，既要按照工程的辦法去開發(fā)，又要按照工程的辦法去管理。四是強調學科。時至今日，軟件工程不只是一門課程，而是一個學科體系，即軟件工程知識體系。

3.軟件工程學科體系

軟件工程作為一個學科體系，到21世紀初才初步形成。2001年4月18日，美國發(fā)布了軟件工程知識體系指南SWEBOK（guide to the SoftWare Engineering Body Of Knowledge）0．95版。2004年，軟件工程學科體系的內(nèi)容才基本確立，就在這一年，美國ACM和IEEE-CS聯(lián)合制訂了SWEBOK 2004年版，它將軟件工程學科體系的知識劃分為如下10個知識域：

（1）軟件需求（Software Requirements）。軟件需求是真實世界中的問題而必須展示的特性。軟件需求知識域有7 個子域：需求基礎、需求過程、需求獲取、需求分析、需求規(guī)格說明、需求確認、實踐考慮。

（2）軟件設計（Software Design）。軟件設計既是定義一個系統(tǒng)的體系結構、組件、接口和其他特征的過程，又是這個過程的結果。軟件設計知識域有6 個子域：軟件設計基礎、軟件設計關鍵問題、軟件結構與體系結構、軟件設計質量的分析與評價、軟件設計符號、軟件設計的策略與方法。

（3）軟件構造（Software Construction）。它指通過編碼、驗證、單元測試、集成測試和排錯的組合，具體創(chuàng)建一個可以工作的、有意義的軟件。其知識域有3個子域：軟件構造基礎、管理構造、實際考慮。

（4）軟件測試（Software Testing）。它是由在有限測試用例集合上，根據(jù)期望的行為對程序的行為進行的動態(tài)驗證組成，測試用例是從實際上無限的執(zhí)行域中適當選擇出來的。軟件測試知識域有5 個子域：軟件測試基礎和測試級別、測試技術、需求分析、與測試相關的度量、測試過程。

（5）軟件維護（Software Maintenance）。軟件一旦投入運行，就可能出現(xiàn)異常，運行環(huán)境可能發(fā)生改變，用戶會提出新的需求。生命周期中的軟件維護，從軟件交付時開始。軟件維護的知識域有4個子域：軟件維護基礎、軟件維護的關鍵問題、維護過程、維護技術。

（6）軟件配置管理（Software Configuration Management）。軟件配置是為了系統(tǒng)地控制配置的變更，維護軟件在整個系統(tǒng)生命周期中的完整性及可追蹤性，而標志軟件在不同時間點上的配置的學科。軟件配置管理知識域有6個子域：軟件配置管理過程管理、軟件配置標志、軟件配置控制、軟件配置狀態(tài)統(tǒng)計、軟件配置審核、軟件發(fā)行管理和交付。

（7）軟件工程管理（Software Engineering Management）。進行軟件工程的管理與度量，雖然度量是所有知識域的一個重要方面，但是這里所說的是度量程序的主題。軟件工程管理知識域有6 個子域：啟動和范圍定義、軟件項目計劃、軟件項目實施、評審與評價、關閉、軟件工程度量。前5個覆蓋軟件過程工程管理，第6個描述軟件度量的程序。

（8）軟件工程過程（Software Engineering Process）。涉及軟件工程過程本身的定義、實現(xiàn)、評定、度量、管理、變更和改進。軟件工程過程知識域有4 個子域：過程實施與改變、過程定義、過程評定、過程和產(chǎn)品度量。

（9）軟件工程工具和方法（Software Engineering Tool and Method）。它有軟件工程工具、軟件工程方法兩個子域。

（10）軟件質量（Software Quality）。處理跨越整個軟件生命周期過程的軟件質量的考慮，由于軟件質量問題在軟件工程中無處不在，其他知識域也涉及質量問題。軟件質量知識域有3個子域：軟件質量基礎、軟件質量過程、實踐考慮。

在上述軟件工程學科體系中，前5個知識域是講軟件開發(fā)，后5個知識域是講軟件管理。由此可見，軟件工程知識體系包括軟件開發(fā)和軟件管理兩大部分，所以軟件工程的定義也應該包括軟件開發(fā)和軟件管理兩項內(nèi)容。

4.軟件工程課程研究的內(nèi)容

軟件工程課程與軟件工程學科體系是有區(qū)別的：前者是一門或一組課程，后者是一個知識體系；前者是一個局部問題，后者是一個整體問題。

作為一門軟件工程課程，它研究的內(nèi)容至今沒有統(tǒng)一的說法。可以這么認為，軟件工程課程研究的內(nèi)容，應該涵蓋“軟件生命周期模型、軟件開發(fā)方法、軟件支持過程、軟件管理過程”這4個方面，如表1-4所示。

盡管軟件生命周期模型和軟件支持過程非常重要，但是現(xiàn)代軟件工程研究的重點，仍然是軟件開發(fā)方法和軟件管理過程。在軟件管理過程的內(nèi)容中，除了ISO 9001和CMMI之外，還將軟件企業(yè)文化也列入其中，如微軟企業(yè)文化、敏捷文化現(xiàn)象和IBM企業(yè)文化。

【例1-2】 請讀者開發(fā)一個“圖書館信息系統(tǒng)”，即圖書館MIS。這是一項小型軟件工程，為了完成這項任務，讀者首先要選擇軟件生命周期模型，確定開發(fā)方法，準備開發(fā)工具，設計開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境，然后進行需求分析、概要設計、詳細設計、編程、測試、試運行、正式運行、驗收和交付，最后是系統(tǒng)維護或系統(tǒng)升級換代。這樣，讀者就按照所選擇的開發(fā)模型，走完了軟件的一個生命周期。這一系列的軟件開發(fā)過程和管理過程，就是軟件工程。

5.軟件工程基本原理

習慣上，人們常常把軟件工程的方法（開發(fā)方法）、工具（支持方法的工具）、過程（管理過程）稱為軟件工程三要素。而把美國著名的軟件工程專家B．W Boehm于1983年提出的7條原理，作為軟件工程的基本原理。

（1）用分階段的生命周期計劃嚴格管理軟件開發(fā)。階段劃分為計劃、分析、設計、編程、測試和運行維護。

（2）堅持進行階段評審。上一階段評審不通過，就不能進入下一階段開發(fā)。

（3）實行嚴格的產(chǎn)品版本控制。

（4）采用現(xiàn)代程序設計技術。

（5）結果應能清楚地審查。因此，對文檔要有嚴格要求。

（6）開發(fā)小組的成員要少而精。

（7）要不斷地改進軟件工程實踐的經(jīng)驗和技術，要與時俱進。

上述7 條原理，雖然是在面向過程的程序設計時代（結構化時代）提出來的。但是，直到今天，在面向元數(shù)據(jù)和面向對象的程序設計新時代，它仍然有效。根據(jù)“與時俱進”的原則，還有一條基本原理在軟件的開發(fā)和管理中特別重要，需要補充進去，作為軟件工程的第8條基本原理。

（8）二八定律。對軟件項目進度和工作量的估計：一般人主觀上認為已經(jīng)完成了80%，但實際上只完成了20%；對程序中存在問題的估計：80%的問題存在于20%的程序之中；對模塊功能的估計：20%的模塊，實現(xiàn)了80%的功能；對人力資源的估計：20%的人，解決了軟件中80%的問題；對投入資金的估計：企業(yè)信息系統(tǒng)中80%的問題，可以用20%的資金來解決。

在軟件開發(fā)和管理的歷史上，有無數(shù)的案例都驗證了二八定律。所以，軟件工程發(fā)展到今天，可以認為它的基本原理共有8條。

研究二八定律的現(xiàn)實意義，在于指導軟件開發(fā)計劃的制訂與執(zhí)行。如果事先掌握了二八定律，就能自覺地用二八定律去制訂、跟蹤與執(zhí)行軟件開發(fā)計劃。也就是說，計劃中要用開始的20%時間，去完成80%的開發(fā)進度；剩下20%的進度，要留下80%的時間去完成。只有這樣，項目的開發(fā)計劃與項目的開發(fā)進度才能吻合。

6.軟件工程在中國

1982年，軟件工程的創(chuàng)始人、美藉華人葉祖堯博士，帶著自己開創(chuàng)的“軟件工程學”理論來到中國，成為當時中國政府計算機領導小組的顧問。他制定了一項“中國軟件發(fā)展計劃”，提交給當時的國務院主要領導，從此，軟件工程在中國開始啟動。1984年，國家科委在北京召開“軟件工程”大會。會議期間，國防科技大學陳火旺院士與孟慶余教授，宴請了美國軟件工程專家葉祖堯博士。席間，時任美國馬里蘭大學計算機系主任的葉祖堯博士說：“軟件工程，只有你們長沙（國防科技大學）并行機的研究搞得最好！”

根據(jù)《軟件工程技術概論》（北京：科學出版社，2002）一書的記載，中國軟件工程的第一本書籍，是由朱三元等人編著的《軟件工程指南》，出版時間為1985年。