第1章软件开发方法(二)软件工程

第1章软件开发方法（二）软件工程计算机教学实验中心下一页上一页停止放映第2|94页问题的提出什么是软件工程？为什么提出软件工程？主要研究哪些问题？软件工程的目标、原理软件开发活动……下一页上一页停止放映第3|94页1．了解软件工程的基本概念、基本原则2．理解软件工程的主要定义3．理解软件过程及模型4．了解软件工程方法学下一页上一页停止放映第4|94页1.2.1软件工程概述什么是软件工程？为什么要学习软件工程？软件工程包括哪些内容？……下一页上一页停止放映“软件工程是一种描述规范。”MichaelJackson软件工程？下一页上一页停止放映第6|94页软件工程专家Boehm定义著名软件工程专家B．W．Boehm为软件工程的定义是：•运用现代科学技术知识来设计并构造计算机程序及为开发、运行和维护这些程序所必需的相关文件资料。下一页上一页停止放映第7|94页IEEE给出的定义1983年IEEE给出的定义为：•以优质、高效、低成本为目标，研究开发、运行和维护软件以及使之退役的系统方法。其中，“软件”的定义为：计算机程序、方法、规则、相关的文档资料以及在计算机上运行时所必需的数据。下一页上一页停止放映第8|94页关于软件工程学软件工程是一门交叉学科，涉及到计算机科学、管理科学、工程学和数学。•软件工程的理论、方法、技术都是建立在计算机科学的基础上；•它是用管理学的原理、方法进行软件生产管理；•用工程学的观点进行费用估算、制定进度和实施方案；•用数学方法建立软件可靠性模型以及分析各种算法。下一页上一页停止放映第9|94页1.2.2软件工程的目标1、开发生产尽可能多的软件产品；2、提高软件的生产效率；3、满足应用的功能需要；4、降低软件开发成本。但是，目标与实现过程是矛盾的：•功能强、系统则复杂，难于开发和维护；•注重发挥硬件功能，则可移植性差；•快速开发，则可能影响质量；•……下一页上一页停止放映第10|94页软件工程的本质特征1.软件工程关注于大型程序的构造2.软件工程的中心课题是控制复杂度3.软件经常变化4.开发软件的效率非常重要5.和谐地合作是开发软件的关键6.软件必须有效地支持它的用户7.在软件工程领域中是由具有一种文化背景的人替具有另一种文化背景的人创造产品下一页上一页停止放映第11|94页1.2.3软件工程原理自1968年提出“软件工程”的概念以来，专家学者又陆续提出了100多条关于软件工程的准则。著名软件工程专家B.W.Boehm于1983年发表的一篇论文中提出了软件工程的七条基本原理。他认为这七条原理是确保软件产品质量和开发效率的最小准则集合。下一页上一页停止放映第12|94页软件工程七条基本原理用分阶段的生命周期计划严格管理坚持进行阶段评审实行严格的产品控制采用现代程序设计技术结果应能清楚地审查开发小组人员少而精承认不断改进软件工程实践的必要性下一页上一页停止放映第13|94页①用分阶段生命周期计划严格管理据统计发现:不成功软件项目中半数是因计划不周造成的。在软件的整个生命周期中应该制定并严格执行六类计划：项目概要、项目进度表、项目控制、产品控制、验证及运行维护计划。不同层次的管理人员必须严格按照计划各尽其职地去管理软件开发与维护工作，绝不能受客户或上级的影响而擅自背离预定计划。下一页上一页停止放映第14|94页②坚持进行阶段评审软件的质量保证工作不能等到编码阶段结束之后再进行。这是因为：•大部分错误是在编码之前造成的（根据Boehm统计，设计错误占软件错误的63%，编码错误占37%）。•错误发现与改正得越晚，所付出的代价也越高。因此，在每个阶段进行严格的评审，尽早发现并修正各个阶段中所犯的错误是一条必须遵循的重要原则。下一页上一页停止放映第15|94页示意图关于阶段评审作用下一页上一页停止放映第16|94页③实行严格的产品控制在软件开发过程中不应随意改变需求，但不能禁止更改需求。当必须修改时，为了保持软件各配置成分的一致性，必须实行严格的产品控制。一切有关修改软件的建议都必须按照严格的规程进行评审，获准后才能实施修改。绝对不能谁想修改就随意进行修改的行为。下一页上一页停止放映第17|94页④采用现代程序设计技术以前的结构化程序设计技术，如今的面向对象程序设计技术都被实践证明是各个不同历史阶段的优秀程序设计技术和方法。采用先进的技术既可以提高软件开发的效率，又可以提高软件维护的效率。下一页上一页停止放映第18|94页⑤结果应能清楚地审查软件产品是看不见、摸不着的逻辑产品，软件开发人员的工作进展情况可见性差。为了提高开发过程的可见性，应根据软件开发项目中的目标完成期限，规定开发组织的责任和产品标准，使得到的结果能够清楚的审查。下一页上一页停止放映第19|94页⑥开发小组人员少而精开发小组成员的素质应该高，人员不宜过多。人员素质和数量是影响产品质量和开发效率的重要因素。素质高的人开发效率比低的人高几倍甚至几十倍，而错误则明显得少；人数增加，管理难度也增加。下一页上一页停止放映第20|94页⑦承认不断改进软件工程实践的必要性要积极主动地采纳新的软件技术，要不断总结经验；不能自以为是，固步自封，唯我独好。大千世界，错综复杂，只有不断学习，才能不断进取，不断进步。下一页上一页停止放映第21|94页1.2.4软件开发活动软件工程过程是由一系列软件工程的阶段任务和活动组成。1995年ISO将软件生存周期的活动和任务划分为3个过程：主要过程（需求、设计、构造、测试和维护）支持过程（软件配置、软件工程管理、软件过程和软件质量）组织过程（基础设施建设、工具和方法、改进、培训）下一页上一页停止放映第22|94页(一)主要过程•主要过程包括的软件开发活动和任务是：•软件需求•软件设计•软件构造•软件测试•软件维护下一页上一页停止放映第23|94页1、软件需求任务：收集、分析、理解、确定用户的要求；然后把用户的要求精确、完整地描述表达出来。目的：要回答“要解决什么问题？”，既系统“做什么？”。分两步骤：可行性研究、制定软件开发计划结果：可行性报告、软件计划、需求说明书需求说明书是让用户理解:“什么是他们真正需要的”。下一页上一页停止放映第24|94页了解用户需求有关的问题什么是需求？希望，功能，限制，必需品，任何必要的东西；什么时候?从确定方案开始；为什么?用户的需求是开发需要的依据；来自哪里?来自用户，工业标准，和实践经验；如何实现？使所有相关的人参与需求分析活动，通过有效的交流实现；谁来做?用户，工程管理人员，开发人员，维护人员。下一页上一页停止放映第25|94页用户参与需求分析的重要性根据StandishGroup1994年发表的一份研究报告统计，延迟的、超出预算的、未完成工程的最普遍的原因是：⑴缺少用户参与；⑵不完备的需求规范；⑶改变需求规范。下一页上一页停止放映第26|94页需求分析的难点⑴问题的复杂性涉及因素多而；如运行环境和系统功能等。⑵交流障碍涉及不同类型人员较多，知识背景、角度、角色的不同；⑶不完备性和不一致性用户对问题的陈述有矛盾、片面性等造成；⑷需求易变性需求是变化的。下一页上一页停止放映第27|94页需求工作的重要性IBM公司有关研究的结果表明：•有效的需求管理可以降低开发成本。•通常改正需求错误需要付出改正其他错误10倍以上的代价。•需求错误通常导致软件工程中全部错误的25-40%。•改正很少的需求错误可以避免大量耗费在返工上的成本和时间。下一页上一页停止放映第28|94页需求活动⑴识别问题通过调研和收集资料，了解用户的确切需求，并将用户提出的功能行为和特殊要求等用双方都能理解的表达方式逐条列出。在整个分析期间要和用户充分协商。⑵可行性研究对于大型复杂问题，要对用户的要求及实现环境从技术、经济和社会因素三个方面进行可行性研究，以确定问题是否可解。⑶分析建模建立软件求解模型；信息、行为和表示。⑷需求规格化及编写文档需求规格说明书、初步用户使用手册等。下一页上一页停止放映第29|94页2、软件设计任务：给出实现系统的实施蓝图。目的：要回答“如何解决该问题？”，既系统“怎样做？”。步骤：概要设计：解决系统的模块划分、模块的层次结构及数据库设计。详细设计：解决每个摸块内部算法和数据结构。结果：系统设计说明书和模块功能说明书下一页上一页停止放映第30|94页软件设计工作软件设计要做的工作总的可以归结为:软件系统结构(软件结构)设计、数据设计、界面设计和过程设计。设计办法是功能分解，包括：⑴采用某种设计方法，将一个复杂的系统按功能划分成模块；⑵确定每个模块的功能；⑶确定模块之间的接口，即模块之间传递的信息；⑸评价模块结构的质量。下一页上一页停止放映第31|94页软件设计准则（1）软件结构准则；分层结构、便于控制；软件结构的深度和宽度要适中；具有合理的扇出和扇入数。（2）模块化准则；分解复杂问题；（3）模块独立性准则；应使模块之间和与外部环境之间接口的复杂性尽量地减小；模块应具有低耦合、高内聚；（4）数据和过程描述清晰、可区分（表达式）；（5）成果可重复。下一页上一页停止放映第32|94页软件设计方法⑴面向数据流的设计方法（分为变换流和事务流方法）；⑵结构化设计方法；⑶面向数据结构设计方法（Jackson方法）；⑷Warnier方法⑸面向对象方法下一页上一页停止放映第33|94页使用的开发工具⑴数据流图、层次图、HIPO图、结构图⑵程序流程图、N-S图、问题分析图PAD(ProgramAnalysisDiagram)⑶类语言、过程设计语言PDL（ProceduralDesignLanguage）等⑷统一建模语言UML（UnifiedModelingLanguage）下一页上一页停止放映第34|94页3、软件构造任务：根据设计说明书中每个模块的控制流程编写出相应的源程序。目的：写出高质量的代码和相应饿文档。构造要注意使系统更易于使用和系统的可重用性。选择合适的开发工具及系统软件、数据库软件、中间件等。制定编程规范。结果：源程序和文档下一页上一页停止放映第35|94页编程风格编程风格主要体现在如何描述源程序文件、数据说明、输入输出等。（1）源程序文件；变量名的命名、源程序中的注解以及源程序的书写格式；（2）数据说明；按不同类型数据的顺序以及字典顺序说明、对数据结构加注释说明；（3）语句构造；语句构造一般规则；（4）输入输出语句；输入输出语句的规则。下一页上一页停止放映第36|94页语句构造规则不要为节省空间而把多个语句写在同一行；尽量避免复杂的条件测试；尽量减少对“非”条件的测试；避免使用多层嵌套的循环和重复；利用括号使表达式的运算顺序清晰直观。—示例—下一页上一页停止放映第37|94页程序设计语言选用程序设计语言时要考虑它的三种特性：（1）心理特性对人-机通信质量有重要影响。例如，人们习惯使用已熟悉的程序设计语言，由此产生的惰性影响人们学习新语言。（2）工程特性它涉及到软件的可移植性、开发工具的可利用性等。（3）技术特性它对设计质量、人和整个软件工程有影响。例如，对数据结构复杂性要求很高的系统，考虑选用C及C++等语言；若对高性能和实时功能要求高，可考虑选用Ada语言。下一页上一页停止放映第38|94页4、软件测试任务：检查、发现程序中的错误，提高系统可靠性。目的：保证系统的正确性、可靠性和可用性。回答：“该系统是否能实现规定的操作？”。方式：模块测试、组装测试、确认测试和系统测试结果：测试报告和软件修改报告等。下一页上一页停止放映第39|94页测试分类⑴单元测试。对一个模块的测试，一般以白盒法测试为主，多个模块可以并行进行。⑵集成测试。最终将本项目所有模块集成在一起测试，交出完整程序产品。⑶确认测试。以用户为主的测试。证实系统能否正确地实现其功能。⑷系统测试。软件只是整个应用系统的一部分。最后要集成为一个整体，包括硬件、软件以及相关的其它设备。此时的测试称系统