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1第二章软件开发模型§2.1软件生存周期§2.2传统软件开发模型§2.3软件演化模型§2.4面向对象开发模型§2.5形式化方法模型教学内容：教学目的：初步了解软件的生存周期模型，软件生存期各个阶段的特点和内容2软件有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的生存过程。这个过程即为软件的生存期软件生存期包含三个阶段：软件定义、软件开发及软件运行维护。软件生存期模型是软件工程思想的具体化，是跨越软件生存期的系统开发、运行、维护所实施的全部活动和任务的过程框架。软件生存期一般划分为计划、开发、运行三个时期，每一个时期又区分为若干个阶段。计划时期有问题定义和可行性研究两个阶段；开发时期有需求分析、系统设计、编码和测试4个阶段；运行时期主要是系统维护阶段。2.1软件生存周期3软件生存周期计划时期的主要任务是调查和分析：调查用户需求，分析新系统的主要目标，分析开发该系统的可行性。开发时期要完成设计和实现两个任务。其中设计任务用需求分析、软件设计两个阶段完成，实现任务用编码和测试来完成。运行时期的主要任务是做好软件的维护。软件生存周期模型是描述软件开发过程中各种活动如何执行的模型。42.2传统软件开发模型“What——How——Change”概括了软件开发活动（定义、开发、维护）中的主要特征。传统的软件开发模型主要有瀑布模型与快速原型模型。52.2.1瀑布模型需求定义系统与软件设计集成与系统测试实现与单元测试运行与维护各项活动按自上而下，相互衔接的固定次序，如同瀑布逐级下落。每项活动均处于一个质量环（输入-处理-输出-评审）中。6制定计划•确定要开发软件系统的总目标；•给出功能、性能、可靠性以及接口等方面的要求；•完成该软件任务的可行性研究；•估计可利用的资源(硬件，软件，人力等)、成本、效益、开发进度；•制定出完成开发任务的实施计划，连同可行性研究报告，提交管理部门审查。7需求分析和定义•对用户提出的要求进行分析并给出详细的定义；•编写软件需求说明书或系统功能说明书及初步的系统用户手册；•提交管理机构评审。8软件设计•概要设计—把各项需求转换成软件的体系结构。结构中每一组成部分都是意义明确的模块，每个模块都和某些需求相对应；•详细设计—对每个模块要完成的工作进行具体的描述，为源程序编写打下基础；•编写设计说明书，提交评审。9程序编写•把软件设计转换成计算机可以接受的程序代码，即写成以某一种特定程序设计语言表示的“源程序清单”；•写出的程序应当是结构良好、清晰易读的，且与设计相一致的。10软件测试•单元测试，查找各模块在功能和结构上存在的问题并加以纠正；•组装测试，将已测试过的模块按一定顺序组装起来；•按规定的各项需求，逐项进行有效性测试，决定已开发的软件是否合格，能否交付用户使用。11运行／维护•纠正性维护运行中发现了软件中的错误需要修正；•适应性维护为了适应变化了的软件工作环境，需做适当变更；•完善性维护为了增强软件的功能需做变更。按照传统瀑布模型开发软件的特点1.阶段间具有顺序性和依赖性。2.推迟实现的观点。3.每个阶段必须完成规定的文档;每个阶段结束前完成文档审查,及早改正错误。13传统瀑布模型开发软件带来的问题：•过程基本不可迭代•需求在开始的不确定性•错误到最后才能发现•开发进程呈现塞阻状态14软件生存期循环152.2.2快速原型模型•快速原型模型（RapidPrototypeModel）的主要做法是：首先建立一个能够反映用户主要需求的原型，让用户实际看一看未来系统的概貌，以便判断哪些功能是符合需要的，哪些方面还需要改进。•快速原型系统的优越性主要体现在：软件开发人员向用户提供一个“样品”，用户向开发人员迅速作出“反馈”。16快速原型模型图示用户测试，运行原型建造修改/原型听取用户意见17原型模型原型产生步骤18如何产生快速原型系统？•原型系统仅包括未来系统的主要功能，以及系统的重要接口。•为了尽快向用户提供原型，开发原型系统时应尽量使用能缩短开发周期的语言和工具。•把原型系统作为基础，通过补充与修改获得最终的实际系统。19快速原型模型带来的问题：•需要足够的人力资源•用户和设计都成为关键•适用于MIS形式的系统2.3软件演化模型传统开发模型共同特征：线性思维而大部分复杂软件采用渐增式或迭代的开发方法，它们属于软件演化模型。21演化模型•由于在项目开发的初始阶段人们对软件的需求认识常常不够清晰，因而使得开发项目难于做到一次开发成功，出现返工再开发在所难免。做两次；•第一次只是试验开发，其目标只是在于探索可行性，弄清软件需求；•第二次则在此基础上获得较为满意的软件产品。22演化模型需求的采集与细化客户评价原型快速设计建造原型加工原型产生样品停止开始先开发一个“原型”软件，完成部分主要功能，展示给用户并征求意见，然后逐步完善，最终获得满意的软件产品。23演化模型•增量模型(IncrementalModel)•螺旋模型(SprialModel)1.增量模型(递增模型)先完成一个系统子集的开发，再按同样的开发步骤增加功能(系统子集),如此递增下去直至满足全部系统需求。系统的总体设计在初始子集设计阶段就应作出设想。25增量演化模型分析设计编码测试分析设计编码测试分析设计编码测试分析设计编码测试增量2增量3增量4增量1第1个增量的发布第2个增量的发布第3个增量的发布第4增量的发布要点：•顺序过程和原型过程相结合•强调版本升级•每个版本的开发遵循顺序过程26增量模型把软件产品分解成一系列的增量构件，在增量开发迭代中逐步加入。每个构件由多个相互作用的模块构成，并且能够完成特定的功能。增量开发方法的新演进版本叫做“极限程序设计（eXtremeProgramming）”。定义基本需求将需求赋予增量构件设计系统体系结构开发增量构件确认增量构件集成增量构件确认系统2.螺旋模型结合瀑布模型与快速原型的基础上增加了风险分析28螺旋模型螺旋模型沿着螺线旋转，在四个象限上分别表达四个方面的活动，即：制定计划确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件；风险分析分析所选方案，考虑如何识别和消除风险；实施工程实施软件开发客户评估评价开发，提出修正建议。29螺旋模型决定目标、方案和限制评价方案、识别风险、弱化风险开发、验证、下一级产品计划下一阶段集成测试30风险分析工程构造及发布用户评估客户交流计划项目入口螺旋模型轴线与增量模型的区别：•活动划分不同•更强调“计划”、“风险分析”和“用户评估”•版本有更明确的目标要点：相似于增量模型，是顺序过程与原型过程的统一，强调版本和版本升级。版本的明确目标：概念项目→增量项目→维护项目31螺旋模型螺旋模型将瀑布模型与快速原形模型结合起来，并且加入两种模型均忽略了的风险分析。螺旋模型沿着螺线旋转，自内向外每旋转一圈便开发出更完善的一个新版本。2.4面向对象模型为什么要引入面向对象的设计方法面向对象的设计方法与面向过程的设计方法有什么关系33面向过程程序设计缺点的根源在于数据与数据处理分离。面向对象程序设计模拟自然界认识和处理事物的方法，将数据和对数据的操作方法放在一起，形成一个相对独立的整体——对象（object），同类对象还可抽象出共性，形成类（class）。一个类中的数据通常只能通过本类提供的方法进行处理，这些方法成为该类与外部的接口。对象之间通过消息（message）进行通讯。34对象（object）类（class）消息（message）1基本概念35属性行为表针旋钮其他机械机构调节旋钮对象1基本概念36类是一个抽象的概念，用来描述某一类对象所共有的、本质的属性和行为。手表一块手表类对象描述这类对象共有的、本质的属性和行为类的一个具体实现，称为实例手表共有的属性（表针、旋钮、内部结构）和行为（调节旋钮）具体到一只圆形的或方形的手表类1基本概念37我们把对象之间产生相互作用所传递的信息称做消息。消息启动发送消息接收并响应消息1基本概念38消息我们把对象之间产生相互作用所传递的信息称做消息。发送消息接收并响应消息转向1基本概念39面向对象软件开发的根本合理性在于它符合客观世界的组成方式和大脑的思维方式。在大型程序开发过程中，编码只是其中很小一部分，应当采用工程化的方法，并将面向对象的思想贯穿于软件开发全过程，这就是面向对象的软件工程。面相对象的软件工程同样遵循分层抽象、逐步细化的原则。软件开发过程包括以下五个阶段：2面向对象的软件开发方法40测试的任务在于发现并改正程序中的错误。面向对象的分析（OOA）面向对象的设计（OOD）面向对象的编程（OOP）面向对象的测试（OOT）分析阶段的主要任务是按照面向对象的概念和方法，从问题中识别出有意义的对象，以及对象的属性、行为和对象间的通信，进而抽象出类结构，最终将它们描述出来，形成一个需求模型。设计阶段从需求模型出发，分别进行类的设计和应用程序的设计。编程阶段实现由设计表示到面向对象程序设计语言描述的转换。面向对象的维护（OOSM）2面向对象的软件开发方法41(1)封装性(2)继承与派生性(3)多态性3“面向对象”程序设计的特点42封装性内外机械零件动作调节旋钮读表盘对象是一个封装体，在其中封装了该对象的属性和操作。通过限制对属性和操作的访问权限，可以将属性“隐藏”在对象内部，对外提供一定的接口，在对象之外只能通过接口对对象进行操作。封装性增加了对象的独立性，从而保证了数据的可靠性。一个定义完好的类可以作为独立模块使用。3“面向对象”程序设计的特点43汽车客车货车小轿车大客车载货载人小，速度快大，速度慢继承与派生以汽车为例看客观世界描述事物的方式：当定义了一个类后，又需定义一个新类，这个新类与原来的类相比，只是增加或修改了部分属性和操作，这时可以用原来的类派生出新类，新类中只需描述自己所特有的属性和操作。面向对象程序设计提供了类似的机制继承性大大简化了对问题的描述，大大提高了程序的可重用性，从而提高了程序设计、修改、扩充的效率。新类称为子类或派生类，原来的类称为基类。派生可以一直进行下去，形成一个派生树。3“面向对象”程序设计的特点44语文、数学、英语、政治、物理、化学、生物多态性多态性指，同一个消息被不同对象接收时，产生不同结果，即实现同一接口，不同方法。高中生计算平均成绩3“面向对象”程序设计的特点计算平均成绩大学生高数、英语、计算机、线性代数45继承和多态性组合，可以生成很多相似但又独一无二的对象。继承性使得这些对象可以共享许多相似特性，而多态又使同一个操作对不同对象产生不同表现形式。这样不仅提高了程序设计的灵活性，而且减轻了分别设计的负担。3“面向对象”程序设计的特点46面向对象模型•喷泉模型(FountainModel)•可重用部件组装模型(构件集成模型ComponentIntegrationModel)47喷泉模型体现了迭代和无间隙的特性。系统某个部分常常重复工作多次，相关对象在每次迭代中随之加入演进的软件成分。无间隙是指在各项开发活动，即分析、设计和编码之间不存在明显的边界。喷泉模型是对象驱动的过程。48需求阶段分析阶段设计阶段编程阶段集成与测试阶段维护与演进阶段要点：•体现认识事物的往返过程•开发活动之间的无间隙性和循环迭代性•适用于面向对象的开发过程•强调无明显的活动阶段划分可重用部件组装模型(构件集成模型)构件集成模型产生的可能性：经过适当设计和实现的类也可以称为构件，他们在某个领域中具有一定的通用性，可以在不同的计算机软件系统中复用。将这些构件储存起来变成一个构件库，就为基于构件的软件开发模型提供了技术基础。50基于构件的开发技术构件库问题域识别构件查找构件生成构件组装系统查到构件未查到构件要点：•基于软件复用性•形成统一开发过程•产生统一建模语言51可重用部件组装模型(构件集成模型)•构件(components)：可重用的软件成份•可复用性（Reusability）•集成化软件开发环境（ISEE）52可重用部件组装模型(构件集成模型)它融合了螺旋模型的很多特征，支持软件开发的迭代方法可重用部件组装模型用户