北京理工大學教學課件

1、北京理工大學教學課件,軟件工程,課 名：軟件工程,參考教材：1、張海藩，軟件工程導(dǎo)論（第5版），清華大學出版社，20082、齊治昌等，軟件工程（第二版），高等教育出版社，20063、鄭人杰等，軟件工程概論，機械工業(yè)出版社，2010教學方式：授課＋實驗課時： 40,教學目的和要求：,（1） 掌握軟件工程的基本概念（2）學會軟件工程項目開發(fā)過程的分析、設(shè) 計、編碼要求以及測試、維護的基本策

2、 略和方法（3）了解軟件工程項目管理的基本內(nèi)容和方 法,主要內(nèi)容為：,（1）軟件工程概述： 軟件工程發(fā)展、過程模型.（2） 軟件工程技術(shù)：  軟件工程分析方法、軟件工程系統(tǒng)設(shè)計方法、軟件測試技術(shù)（3）軟件維護：軟件的可維性、軟件維護的任務(wù)及過程、  軟件維護的副作用（4） 軟件項目管理技術(shù)： 軟件項目管理的基本概念、項目計劃、 風險分析、軟件質(zhì)量保證、軟件配置管理,第一章,軟件工程

3、概述,第一章 軟件工程概述的內(nèi)容,1.1 引言 1.2  軟件基本概念、分類、特點1.3 軟件工程的發(fā)展過程  1.4 軟件工程的活動 1.5  軟件過程模型 1.6  Rational統(tǒng)一過程模型,1.1 引 言,為什么要講軟件和軟件工程？ 唯有對軟件和軟件的開發(fā)過程，有充分的認識，才能更好的開發(fā)出過程受控、質(zhì)量受控的軟件產(chǎn)品。 對于軟件和軟件工程

4、的認識是困難的，但軟件開發(fā)過程又存在很多困惑，需要對此有正確的、深刻的認識。,1.1 引 言,軟件不僅僅是在計算機運行的程序任何預(yù)先定義好的程序步驟的地方，都有軟件的身影軟件的應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)軟件實時軟件商業(yè)軟件工程和科學計算軟件嵌入式軟件個人計算機軟件基于Web的軟件（網(wǎng)站）人工智能軟件,1.2.1 軟件,1.2軟件基本概念、分類、特點,軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一 部分，包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整

5、集合。,,,,,三要素,程序：按事先設(shè)計的功能、性能要求執(zhí)行的指令 (語句)序列；,數(shù)據(jù)：使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；,文檔：與程序開發(fā)、維護和使用有關(guān)的圖文資料。,可執(zhí)行的,,計算機軟件定義（GB） 與計算機系統(tǒng)的操作有關(guān)的計算機程序、規(guī)程、規(guī)則，以及可能有的文件、文檔及數(shù)據(jù)。,其中:I=(i1,i2,… ,in) 輸入集合。Ij表示一個抽象的輸入數(shù)據(jù)類型 O=(O1,O2,…,On)

6、 輸出集合。Oj表示一個抽象的輸出數(shù)據(jù)類型E=(e1,e2,…,en) 構(gòu)成集合。ei表示一個子系統(tǒng)或一個構(gòu)件R=(r1，r2，…，rn) 構(gòu)件關(guān)系集合.ri表示一個關(guān)系。,軟件表示 S = ( I, O, E, R ),1.2.2 軟件的特點,1. 是邏輯實體，非物理實體，具抽象性；2. 沒有明顯的制作過程；3. 運行、使用期間不存在磨損、老化；4. 軟件的開發(fā)、運行受計算機系統(tǒng)的限制；復(fù)雜性高

7、，成本昂貴。涉及社會因素。,1.2.3 軟件分類,軟件從設(shè)計、實現(xiàn)、維護和傳統(tǒng)工程有相同的基礎(chǔ),2. 基于軟件工作方式：* 實時處理* 分時處理* 交互處理* 批處理,1. 基于軟件大的功能框架： * 系統(tǒng)軟件 * 支撐（工具）軟件 * 應(yīng)用軟件,管理者的錯誤觀點:我們已經(jīng)有標準和規(guī)程了我們已經(jīng)有好的開發(fā)平臺和工具了我們可以在開發(fā)進度得不到保障時，可增加開發(fā)人員我們可以外包

8、一部分項目，緩解項目的壓力,用戶的錯誤觀點：因為知道項目的目標，可先編程序。不考慮項目將來怎樣，以后要變改就行了,開發(fā)者的錯誤觀點：編完程序就大功告成程序未運行前，沒有質(zhì)量問題最后項目完成只提交程序軟件工程，就是寫文檔，增加開發(fā)成本,1軟件開發(fā)的錯誤觀點,開發(fā)者,管理者,用戶,1.2.4 軟件開發(fā)技術(shù)面臨的問題,1.2.5 軟件危機,概括地說，軟件危機包含下述兩個方面的問題：如何開發(fā)軟件，以滿足對軟件日益增長的需求；如何

9、維護數(shù)量不斷膨脹的已有軟件。在軟件開發(fā)和維護的過程中存在這么多嚴重問題，一方面與軟件本身的特點有關(guān)，另一方面也和軟件開發(fā)與維護的方法不正確有關(guān)。,1.2.6.軟件危機的主要特點,軟件開發(fā)周期大大超過規(guī)定日期;軟件系統(tǒng)開發(fā)成本高，周期長，質(zhì)量差，滿足不了市場需求; 軟件質(zhì)量無保證軟件系統(tǒng)開發(fā)人員數(shù)量少，質(zhì)量低．軟件系統(tǒng)維護難度大．軟件開發(fā)缺乏合適的工具和方法軟件的版權(quán)問題得不到保證,1.2.7 yet, Success Ha

10、sn?t Come Easily,31%,53%,,成功,爭議,失敗,,,16%,成功的標準：,用戶在使用用戶使用軟件很容易做完要做的事,開發(fā)人員寫出的軟件達不到用戶要求： 人的能力問題. 當前技術(shù)發(fā)展問題 系統(tǒng)平臺問題,失敗的根本原因,1.3 軟件工程的發(fā)展,1.3.1 軟件的發(fā)展,在軟件危機形式下，軟件工程誕生了，1968年在北大西洋公約組織（NATO）的德國開的學術(shù)會議上，軟件工程術(shù)語首次提出,1.3.

11、2 軟件生命周期(Software Life Cycle),軟件產(chǎn)品或軟件系統(tǒng)從設(shè)計、投入使用到被淘汰的全過程,1.3.3 硬件、軟件生命周期的比較,,,,,,,,,,,,,硬件故障率曲線,軟件實際故障率曲線,生命初期,,磨損后,,理想曲線,,實際曲線,由于副作用造成的故障率提高,,修改,,故障率,故障率,時間,時間,改正一個問題需付出的代價,,需求分析,結(jié)構(gòu)設(shè)計,詳細設(shè)計,編碼,集成測試,系統(tǒng)測試,現(xiàn)場,改正一個問題的估計

12、費用,改正一個問題估計的工作量,20,200,2000,1000,5.0,2.5,0.05,0.5,(美元),(人天),,,,,,,,,,,,,1.4 軟件工程的定義,1 IEEE93對軟件工程定義： 軟件工程是（1）將系統(tǒng)化的、嚴格約束的、可量化的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運行和維護。即將工程化應(yīng)用于軟件。（2）在（1）中所述方法的研究,IEEE:美國電氣和電子工程師學會:（Institute of Ele

13、ctrical and Electronics Engineers)學會設(shè)各種專門技術(shù)分會，軟件標準分技術(shù)委員會為SESS,2 定義給的四個要點：軟件工程方法和性質(zhì)----系統(tǒng)化、嚴格約束、可量化的方法軟件工程方法的作用和范圍-----軟件的開發(fā)、運行和維護軟件工程方法的目標----即將工程化應(yīng)用于軟件軟件工程方法的趨勢-----方法的研究,在給定成本、進度的前提下，開發(fā)出有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可維護性、可重用

14、性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性且滿 足用戶需求的產(chǎn)品 。,3 軟件工程的目標,技術(shù)的觀點：包括：軟件項目的分析、設(shè)計、編碼、測試、維護等技術(shù)方法。按軟件技術(shù)理論，以高效、健壯、可復(fù)用、可維護為目的，研究軟件體系結(jié)構(gòu)、組成以及構(gòu)造方式、等,工程的觀點:包括：軟件項目招標、合同、實施、監(jiān)督、驗收推廣等。以經(jīng)濟管理科學為依據(jù)，研究軟件工程的規(guī)劃策略和經(jīng)濟收益等工程問題,管理的觀點：包括：軟件項目開發(fā)人員組織控制、進度風險分

15、析和質(zhì)量保證體系等方面。以科學性、高效可行及可測量性為目標來研究工程項目管理,,,,4 軟件工程的三視圖,,,5 軟件工程基本原理,1、用分階段的生命周期計劃嚴格管理2、堅持進行階段評審3、實行嚴格的產(chǎn)品控制4、采用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(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、承認不斷改進軟件工程實踐的必要性,軟件工程的基本思想生命周期的觀點重視文檔的作用自上而下和逐步細化的思想模塊化的思想反復(fù)迭代

16、的思想注意編程風格,1.5 軟件過程模型,軟件工程學的基礎(chǔ)是軟件過程軟件過程貫穿于軟件生命周期中軟件工程學中的方法用于軟件過程的各階段的各項活動中,1 軟件過程定義,,,,,工具,方法,過程,質(zhì)量焦點,Software engineering layers,質(zhì)量焦點：支持軟件工程的根基就在于對質(zhì)量的關(guān)注。過程：軟件工程的過程將技術(shù)層結(jié)合在一起，使計算機軟件合理和及時開發(fā)出來。方法：涵蓋一系列的任務(wù)：需求分析、設(shè)計、編

17、程、測試和維護。工具：對過程、方法提供自動或半自動的支持。例CASE集成軟件、硬件或一個軟件工程數(shù)據(jù)庫。,根據(jù)不同的項目來定義貫穿于軟件生命周期之中的一組關(guān)鍵活動區(qū)域。也稱過程模型,2 軟件過程的位置和作用,3. 瀑布模型 (線形順序模型),可行性研究與計劃,需求分析,設(shè)計,編碼,運行維護,測試,,,,,,,,,,,,,,,定義階段,,,開發(fā)階段,,,維護階段,,開發(fā)軟件的特點:過程具有順序性和依賴性不適應(yīng)需求不確定的項目

18、錯誤最后才發(fā)現(xiàn)開始進程呈阻塞情況,,承接上一項活動中接收本項活動所需的對象作為輸入 利用輸入進行本項活動。 把本項的活動成果傳送下一項 對本項工作進行評審，若評審正確才能進行下一項工作,確定：系統(tǒng)功能系統(tǒng)性能,設(shè)計：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)接口算法,開發(fā)軟件的原則,分析：系統(tǒng)需求軟件需求,4 原型模型,,,,,聽取用戶意見,建造/修改原型,用戶測試運行原型,原型模型帶來的問題:原型時期的質(zhì)量問題用戶如何理

19、解進度先入為主的非最佳方式,,不適合原型開發(fā)的領(lǐng)域: 實時控制軟件 數(shù)值計算軟件,原型產(chǎn)生的步驟,需求分析和定義規(guī)格 軟件設(shè)計的一種工具 解決不確定性的工具 一種實驗工具 開發(fā)同時,作為同步培訓工具原型演化為最終系統(tǒng)軟件維護的輔助工具,應(yīng)用領(lǐng)域,需求,,設(shè)計,,,編碼,,測試,,集成,,運行、試用,,,,核心系統(tǒng)開發(fā),,,設(shè)計,需求,,編碼,,測試,,集成,,運行、試用,,,,第二次迭代,,,,,反饋,

20、反饋,,5 演化（迭代）模型,需要足夠的人力資源用戶和設(shè)計都成為關(guān)鍵適用于MIS形式的系統(tǒng),開發(fā)過程(1) 根據(jù)用戶要求開發(fā)出核心系統(tǒng)(2)用戶試用后，提出精化系統(tǒng)、增強系統(tǒng)能力的需求，開發(fā)人員實施開發(fā)的迭代過程,6 增量模型(遞增模型、增殖模型),先完成一個系統(tǒng)子集的開發(fā)，再按同樣的開發(fā)步驟增加功能 (系統(tǒng)子集),如此遞增下去直至滿足全部系統(tǒng)需求。 系統(tǒng)的總體設(shè)計在初始子集設(shè)計階段就應(yīng)作出設(shè)想。,,分析,增量模型,,設(shè)計,,編

21、碼,,測試,,,,,分析,,設(shè)計,,編碼,,測試,,,,,分析,,設(shè)計,,編碼,,測試,,,,,分析,,設(shè)計,,編碼,,測試,,,,增量1,增量2,增量3,增量4,,,交付的增量1,交付的增量2,交付的增量3,交付的增量4,日歷時間,7.螺旋模型,瀑布模型和增量模型相結(jié)合，增加風險分析 用來指導(dǎo)大型軟件項目的開發(fā) 將開發(fā)劃分為制定計劃、風險分析、實施工程、客戶評估四類活動 沿螺旋線每轉(zhuǎn)一圈，表示開發(fā)出一個

22、更完善的新的軟件版本,,要點：相似于增量模型，是順序模型與原型過程的統(tǒng)一，強調(diào)版本的升級。,活動化分不同更強調(diào)：計劃、風險分析、用戶評估,與增量模型的區(qū)別：,8. 噴泉模型,,演化,,,,分析,,,,設(shè)計,,,,實現(xiàn),,,,確認,,,,維護,,,,,1990年B.H.Sollers和J.M.Edwards提出主要用于采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的項目噴泉體現(xiàn)迭代和無間隙的特征軟件的某些部分常常被重復(fù)工作多次，相關(guān)對象在每次迭代中隨之加入漸進

23、的軟件成分在分析、設(shè)計、實現(xiàn)等各項活動之間無明顯邊界,9.構(gòu)件集成模型,構(gòu)件庫,問題域,識別構(gòu)件,查找構(gòu)件,,生成構(gòu)件,,,,組裝系統(tǒng),,查到構(gòu)件,未查到構(gòu)件,模型要點：? 基于軟件復(fù)用性? 形成統(tǒng)一開發(fā)過程? 采用統(tǒng)一建模語言,35,基本需求,螺旋,螺旋模型第n次迭代,原型,建造原型第n次迭代,維護,運行系統(tǒng),需求分析,設(shè)計,編碼,測試,,,,,,,,,,,,,,1,3,2,5,7,8,6,14,9,4,,,,,,,4GT

24、,,,4GT,,,,,,,,4GT,,,10,11,12,13,組合模型,要點：幾種模型配合使用以一種模型為主，嵌入其它模型由開發(fā)者選擇開發(fā)路徑,?已經(jīng)有先例的項目 ?問題明確且時間緊的項目 ?規(guī)模較大且時間緊的項目 ?需求不確定的項目 ?帶有突破性技術(shù)的項目 ?客戶難以溝通和理解的項目 ?明顯復(fù)用潛

25、力的項目,項目適應(yīng)模型的規(guī)律（一般情況）,,,項目情況,適用模型,瀑布模型增量模型演化模型原型模型螺旋模型原型模型構(gòu)件模型,37,Rational統(tǒng)一過程RUP,RUP是由IBM公司開發(fā)和維護的過程產(chǎn)品它提供了在開發(fā)機構(gòu)中分派任務(wù)和責任的方法它的目的是在可以預(yù)見的日程和預(yù)算前提下確保滿足最終用戶需求的高質(zhì)量軟件的產(chǎn)生,RUP的優(yōu)越性,提高了團隊的生產(chǎn)力創(chuàng)建并維護模型為如何有效地使用UML提供了指導(dǎo)是一個可配置的過程

26、吸收了許多在商業(yè)上得到證明的軟件開發(fā)的最佳實踐經(jīng)驗,RUP所吸收的最佳工程實踐經(jīng)驗,迭代地開發(fā)軟件需求管理使用基于組件的體系結(jié)構(gòu)可視化的軟件建模驗證軟件質(zhì)量控制軟件的變化,RUP的二維結(jié)構(gòu),軟件工程方法學 通常把在軟件生命周期全過程中使用的一整套技術(shù)的集合稱為方法學(methodology)，也稱為范型(paradigm)。軟件工程方法學包括三個要素，這就是方法、工具和過程。目前使用得最廣泛的軟件工程方法學，分別是傳

27、統(tǒng)方法學和面向?qū)ο蠓椒▽W。,43,結(jié)構(gòu)化方法 PK 面向?qū)ο蠓椒?,,44,結(jié)構(gòu)化方法 PK 面向?qū)ο蠓椒?傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法是以功能分析和數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，采用分解和抽象的方法找出軟件功能模塊及其之間的連接關(guān)系，并找出數(shù)據(jù)的表或視圖以及它們之間的關(guān)聯(lián)。但是，該方法使得人們對現(xiàn)實世界的認識與編程之間存在理解上的鴻溝，整個系統(tǒng)的變動和修改十分困難，不便于軟件重用，并且難以適應(yīng)以突出控制特性的系統(tǒng)要求。,,45,結(jié)構(gòu)化方法 PK 面向?qū)ο?/p>

28、方法,,面向?qū)ο蠓椒ㄊ菑默F(xiàn)實世界中客觀存在的事物（即對象）出發(fā)，盡可能地運用人類的自然思維方式來構(gòu)造軟件系統(tǒng)。它運用人類在日常的邏輯思維中經(jīng)常采用的思想方法與原則，例如抽象、分類、繼承、聚合、封裝等，將其貫穿于整個分析和設(shè)計過程，實現(xiàn)了客觀世界到計算機系統(tǒng)的平滑過渡，容易為人們所理解，并使得軟件的復(fù)用在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計中成了自然而然的事情。,46,什么是CASE,CASE( Computer Aided Software Enginee

29、ring)計算機輔助軟件工程是一組工具和方法的集合，用于輔助軟件開發(fā)、維護、管理過程中的各項活動，促進軟件過程的工程化和自動化所有軟件工程方法都需要CASE的相應(yīng)技術(shù)支持用于系統(tǒng)模型的圖形編輯器管理設(shè)計實體的數(shù)據(jù)字典生成用戶界面的GUI軟件支持程序糾錯的調(diào)試器代碼生成器…,47,CASE 工具,IBM Rational公司產(chǎn)品(http://www.rational.com)開發(fā)管理軟件過程： RUP需求管理：

30、 Requisite Pro 可視化建模： Rose自動測試： Robot, Test Realtime, TestManager, XDE Tester項目管理： ProjectConsole配置管理： ClearCase, ClearQuest開源CASE工具: (http://so

31、urceforget.net )CVS： 應(yīng)用廣泛的版本管理工具UML Modeler：UML模型圖形編輯工具UML2EJB： 將XML表示的UML模型轉(zhuǎn)換成EJB代碼的轉(zhuǎn)換器,48,進一步說明,,49,軟件工程面臨的挑戰(zhàn),遺留系統(tǒng)的問題遺留系統(tǒng)是指那些過時或存在問題的計算機系統(tǒng)，通常是許多年以前開發(fā)的挑戰(zhàn)：既要以合理的成本維護和更新系統(tǒng)，又要能夠繼承系統(tǒng)中重要的商業(yè)信息和服務(wù)異構(gòu)系統(tǒng)

32、的問題網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下包含不同的硬件平臺和軟件系統(tǒng)挑戰(zhàn)：需要提出新的開發(fā)技術(shù)，能夠使所開發(fā)的軟件系統(tǒng)運行在不同的硬件平臺和系統(tǒng)環(huán)境下,50,軟件工程面臨的挑戰(zhàn),高可信軟件開發(fā)的要求軟件的重要作用要求正確性、可靠性、安全性等可信性質(zhì)挑戰(zhàn)：如何在軟件的開發(fā)和運行中保證其具有高可信的性質(zhì)軟件開發(fā)方式的變化網(wǎng)絡(luò)時代帶來的沖擊挑戰(zhàn)：研究分布式的軟件體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)模式，探索與之相適應(yīng)的軟件工程策略,51,軟件工程知識體系,軟件工程知識體系(

33、SWEBOK)IEEE計算機學會發(fā)起研究，從而促進軟件工程發(fā)展成為獨立的專業(yè)學科2001年5月完成，發(fā)布“SWEBOK指南V1.00 (試用版)”SWEBOK的組成將軟件工程知識分解成若干知識域，形成層次化的組成結(jié)構(gòu)10個知識域軟件需求、軟件設(shè)計、軟件構(gòu)造、軟件測試、軟件維護軟件配置管理、軟件工程管理、軟件工程過程、軟件工程工具與方法、軟件質(zhì)量,52,,,53,軟件工程及其相關(guān)學科,軟件工程是應(yīng)用計算機科學、 數(shù)學與

34、管理科學等基本原理， 開發(fā)軟件的工程。它借鑒傳 統(tǒng)工程的原則和方法，以提 高質(zhì)量，降低成本為目的計算機科學和數(shù)學用于構(gòu)造 軟件的模型與算法；工程科 學用于制定規(guī)范、設(shè)計范型、 評估成本及確定權(quán)衡；管理 科學用于計劃、資源、質(zhì)量、 成本等管理,54,軟件工程與計算機科學,軟件工程與計算機科學的區(qū)別計算機科學研究構(gòu)成計算機和軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)的有關(guān)理論和方法舉例：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學、算法分

35、析等軟件工程研究開發(fā)和發(fā)布軟件的實際問題舉例：飛行控制軟件軟件工程的研究與實踐包括兩方面，一是扎根于計算機科學，二是表現(xiàn)為一種工程學科,55,思考與討論,以下系統(tǒng)適合采用什么樣的軟件過程模型？為什么？在一種新型機器上，為一種已知語言開發(fā)一個普通的編譯器,瀑布模型該項目的語言是已知的，需求是明確的和穩(wěn)定的，整個系統(tǒng)屬于中小規(guī)模，因此適合采用瀑布模型進行軟件開發(fā),56,案例分析,大學教務(wù)管理系統(tǒng)，準備替換現(xiàn)有的系統(tǒng),增量模型從

36、該系統(tǒng)的具體情況來看，系統(tǒng)的需求是比較容易明確的，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計，但是原有的遺留系統(tǒng)中有些部分是可以重用的，因此我們可以采用增量模型實施軟件開發(fā),57,案例分析,快速原型模型本項目的主要問題在于用戶需要方面，該系統(tǒng)與最終用戶的交互是十分關(guān)鍵的，但是在項目初期用戶的需求基本上是不知道的，因此適合采用快速原型方法來確定用戶需求，在需求確定的基礎(chǔ)上再開發(fā)最終系統(tǒng),大學校園的虛擬漫游系統(tǒng)，這是該大學首次使用該系統(tǒng),小結(jié),軟件、軟件