（计算机软件与理论专业论文）基于dwfc模型的面向对象类内聚度量研究.pdf

摘璎 基于d w f c 模型的面向对象类内聚度量研究 学科专业：计算机软件与理论研究方向：软件工程 指导老师：张为群教授研究生：肖瑶( $ 2 0 0 4 1 0 6 3 ) 内容摘要 从6 0 年代爆发软件危机，诞生软件工程这一新兴学科以来，软件一r 程的研究不断前进。 一方面积累了一火批的成果和技术，形成了较为成熟的传统软件l ：程；另一方面不断引入新 的先进的1 ：程方法，使之日益完善。随着计算机软件的广泛应用，人们对其质鼍提出了新的 更高的要求，迫切需要能够对软件开发过程和产品进行精确的、可预测的和可重复的控制， 软件度量就是控制软件质量的一种行之有效的手段。 软件度量的目的是用科学的方法来客观地评价软件质量，有力地对软件开发过程进行控 制和管理，以低成本获得高质量软件。对于传统的软件开发，存在的度量方法有h a l s t e a d 方 法、语句行( l o c ) 度营方法、m c c a b l e 方法、w o o d w a r d 方法，h a r r i s o n 方法等。传统的度 量方法由于不能很好地反映面向对象( o b j e c t - o r i e n t e d ，0 0 ) 的技术特征而逐渐被0 0 软件度 量方法所取代。现有流行的0 0 度量有c & k 度量方法以及m o o d 方法等，其中都包括对类 内聚的度量。 内聚性是一种重要的软件内部属性，标忠模块内部各个元素彼此结合的紧密程度，通常 被认为与可维护性、重用性和可靠性等外部属性具有强相关性，因此商内聚成为软件开发者 追求的目标。现有方法主要是从类内部方法间的相似程度进行考虑，主要有基丁图论、基于 信息论、基f 程序切片三类。本文分析总结了现有基于图论的内聚度茸方法，认为其普遍存 在以f 三方面的问题：是否排除对特殊方法的考虑，是否满足良好内聚度量的理论验证准则， 是否考虑了类成员问不同的联结强度对内聚值的影响。 针对如上问题，本文主要从以f 几个方面展开研究_ t 作： 1 本文提出了一种类内聚性的刻画方法，即采用类内部成员间的联结强度来对其进行 刻画，用类成员彼此间的各种依赖关系来定义其联结强度，该方法有效地克服了现 有方法存在的不足，实现对类内聚性更为准确的度量。 2 本文将面向对象系统抽象成一个独立于具体实现语言的简单有向图。在此基础上， 提取其中类内部方法与属性间的依赖芙系建立了朋丁：内聚度量的元模1 4 d w f ( d i r e c t e d w e i g h t e d f a l s e c l m r t ) 模氆。结合模型特点，本文对该模型进行了形式化 描述以及理论性质推导。 两南凡硕卜： p 论艾 3 本文引入了加权思想，对类内部成员间符种不同依赖关系的权重分别进行刻画，建 立了基丁d w f c 模型的内聚度堵方法。 4 结合b r i a n d 提出的度量验证准则，本文瑚论验证了所提出的基y - d w f c 模型的内聚度 量方法满足理论验证准则，同时通过对比实验验证了该方法在内聚度量方面较之现 有方法更为合理、准确。 5 针对现有内聚度颦验让准则自身存在的n d 题，本文提出了一套新的内聚度量验证准 则，将度量结果与人直觉判断的一致性作为度量方法判定准! j i l j 之一。为此，本文引 入了p r o b e 规模度最方法，提出采用相天性利有效性分析来判定度量结果与人直觉 判断一致性的方法，从而改进了现有内聚度量的验证准则。同时，通过对比实验验 证了该方法的有效性和优越性。 6 本文提出了一种具备独立性、可扩展性和跨平台性特点的度量自动化一j ：具原模型， 并a v a 语言为例，实现了基- t j a v 语言的内聚度量自动化】：具。 关键词：o w f c 内聚度量依赖关系p r o b e 度量验证 i i a b s t r a c t ar e s e a r c ho no b j e c t o r i e n t e dc l a s sc o h e s i o n m e a s u r e m e n tb a s e do nd w f cm o d e l m a j o r ：c o n g n a e r s o f t w a r ea n dt h e o r y s u p e r v i s o r ：p r o z h a n gw e i q u n d i r e c t i o n ：s o l l w a r ee n g i n e e r i n g a u t h o r ：x i a o y a o ( $ 2 0 0 4 1 0 6 3 ) a b s t r a c t s i n c et h eb i r t ho f s o f t w a r ee n g i n e e r i n gw h i c hw a sa na r i s e na c a d e m i c sa f t e rt h eb r e a k i n go u to f s o f t w a r ec r i s i si n1 9 6 0 s ，t h er e s e a r c h e so ns o f t w a r ee n g i n e e r i n gw e n tf o r w a r dc o n t i n u o u s l y o no n e h a n d , a c c u m u l a t e dl a r g eq u a n t i t i e so f a c h i e v e m e n t sa n dt e c h n o l o g i e sh a df o r m e dt h em o r em a t u r e t r a d i t i o n a ls o f t w a r ee n g i n e e r i n g ；o nt h eo t h e rh a n d , u n c e a s i n g l yi n t r o d u c e do ft h ea d v a n c e dp r o j e c t m e t h o dc a u s e di tt oc o u s u l r m a t ed a yb yd a y a l o n gw i t ht h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no fc o m p u t e r s o f t w a r e ，p e o p l es e tn e wh i g h e rr e q u e s tt oi t sq u a l i t y i tw a sn e e dmu r g e m l yt ot a k ep r e c i s e ， f o r c a s t m g ，r e p e t a b l ec o n t r o lo nt h e s o f t w a r ed e v e l o p i n gp r o c e s sa n dp r o d u c t s t h es o f t w a r e n l e a s u r e n l c n tc o u l d b eo n ee f f e c t i v em e t h o dt oc o n t r o lt h es o f t w a r eq u a l i t y t h eg o a lo f s o f t , r a r em e a s u r e m e n ti st ou s es c i e n t i f i cm e t h o d st oa p p r a i s et h es o f t w a r eq u a l i t y o b j e c t i v e l y , p o w e r f u l l yc a r r yo nc o n t r o la n dm a n a g e m e n tt os o f t w a r ed e v e l o p i n gp r o c e s s ，o b t a i n h i g h g r a d es o f t w a r eb yl o wc o s t a c c o r d i n gt ot r a d i t i o n a ls o f t w a r em e a s u r em e t h o d s ，t h e r ea r e h a l s t e a dm e t h o d , l i n eo fc o d e ( l o c ) m e t h o d ，m c c 曲l em e t h o d ，w o o d w a r dm e t h o d 。h a r r i s o n m e t h o da n ds oo n t h et r a d i t i o n a lm e a s u r e m e t h o d sa r es u b s t i t u t e dg r a d u a l l yb yo b j e c t - o r i e n t e d ( 0 0 ) m e a s u r em e t h o d sa sar e s u l to ft h a tc a l ln o tb eav e r yg o o dr e f l e c t i o no fs o m et e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fo os y s t e m t h ep o p u l a re x i s t i n go om e a s u r em e t h o d sa r ec & km e a s u r es e ta s w e l la sm o o dm e a s u r es e ta n ds o0 1 1 a l li n c l u d et h ec l a s sc o h e s i o nm e a s u r e c o h e s i o ni so n ek i n do ft h ei m p o r t a n ts o f t w a r ei n t e r i o ra t t r i b u t e s i ts y m b o l i z e st h ec l o s e d e g r e eb e t w e e ni n t e r i o re l e m e n t se a c ho t h e ri no n em o d u l e i ti su s u a l l yc o n s i d e r e dt oh a v es t r o n g r e l a t i v i t yw i t l ls o m ee x t e r i o ra t t r i b u t e ss u c ha sm a i n t a i n a b i l i t y , r e u s a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y t h e r e f o r e h i g l l d e g r e e o f c o h e s i o n b e c o m e s t h e g o a l t h a ts o f t w a r e d e v e l o p e r s a l w a y s p u r s u e a l a r g e n u m b e r o f e x i s t i n gl u c a s u r em e t h o d sa l em a i n l yb a s e do nt h es i m i l a rd e g r e ea m o n gm e t h o d si nac l a s s ，a l lo f t h e s em e a s u r em e t h o d sc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ec l a s s i f i c a t i o n s ：c o h e s i o nm e a s u r e sb a s e do ng r a p h i c t h e o r y , c o h e s i o nm e a s u r e sb a s e do ni n f o r m a t i o nt h e o r y , c o h e s i o nm e a s u r e sb a s e d o np r o g r a m s l i c i n g t h i sa r t i c l eh a sa n a l y z e da n ds u m m a r i z e dt h ee x i s t i n gc o h e s i o nm e a s u r e s c o n c l u d e st h a tt h e r ea r e 1 1 1 两南上7 砸i 学仃论贮 t h r e ec o m m o nd i s a d v a n t a g e si nt h e m ：w h e t h e rt h e yh a v ee x c l u d e de s p e c i a lm e t h o d s ，w h e t h e rt h e y h a v es a t i s f i e dt h et h e o r yc o n f i r m a t i o nc r i t e r i ao faw e l lc o h e s i o nm e a s u r e ，w h e t h e rt h e yh a v e c o n s i d e r e dt h e d i f f e r e n ti n f l u e n c i n gd e g r e et oc o h e s i o nm e a s u r ec a u s e db yd i s s i m i l a ri n t e r a c t i v e d e g r e ea m o n gt h ee l e m e n t si nac l a s s a i m i n ga tt h e s ea b o v eq u e s t i o n s ，w e v ef i n i s h e dt h ef o l l o w i n gr e s e a c h e s ： 1 t h i sa r t i c l ed e p i c t sc l a s sc o h e s i o nt h r o u g ht h ej o i n ti n t e n s i t ya m o n gi n t e r i o rm e m b e r s w i t h i nac l a s sa n da d o p t st h ec a l c u l a t i o no fd e p e n d e n tr e l a t i o n sa m o n gc l a s sm e m b e r st o d e f i n et h e i r j o i n ti n t e n s i t y t h e r e b yt h i sn e wm e a n so v e r c o m e st h ed e f i c i e n c i e si ne x i s t i n g m e t h o d sa n di m p l e m e n t sam o r ea c c u r a t ec l a s sc o h e s i o nm e a s u r e m e n t 2 i nt h ef i r s tp l a c e ，w eu t i l i z eas p e c i f i cl a n g u a g e i n d e p e n d e n tm o d e lw h i c hi sas i m p l e d i r e c t e dg r a p ht oa b s t r a c ta l lo b j e c t - o r i e n t e ds y s t e m , a n dt h e np i c kl 巾t h ed e p e n d e n t r e l a t i o n s h i p sb e t w e e na t t r i b u t e sa n dm e t h o d sw i t h i nac l a s st oe s t a b l i s hd w f c ( d i r e c t e d w e i g h t e df a l s ec h a r t ) m o d e l w e 垂v et h ef o r m a ld i s c r i p t i o n so ft h i sm o d l ea n di n f e r s o m ed e f i n i t i o n sa n dt h e o r e m 3 w ei n t r o d u c et h ec o n c e p t i o no f w e i g h tt oc o n s t i t u t ean e wc o h e s i o ni n e a s b i m e t h o db a s e d o nt h i sm o d e l 4 ip r o v et h a tt h i sn e wm e t h o ds a t i s f i e st h ef o u rp r o p e r t i e so fa g o o dn l e a s u r e l n e n tf r o ma t h e o r e t i c a l w a y d e v i s e d b yb r i a n d a n dp r a c t i c a l l y t e s t i f y t h a ti tc a r l r e p r e s e n t o b j e c t - o r i e n t e dc o h e s i o nm e a s u r e m e n tm o r ee x a c t l ya n dl o g i c a l l yt h a nt h ee x i s t i n gw a y s 5 a tt h es a n l et i m e i nv i e wo f t h el i m i t a t i o nw i t h i ne x i s t i n gc o h e s i o nm e a s u r ec o n f i r m a t i o n c r i t e r i a , w ep r o p o s et ol e tc o n s i s t e n c yb e t w e e nm e a s u r er e s u l ta n dp e r s o n a li n t u i t i o n j u d g e m e n to n eo f t h ee s s e n t i a lm e a s u r ec o n f i r m a t i o nc r i t e r i ai nt h i sa r t i c l e t h e r e f o r e ，w e i m p o r tp r o b es c a l em e a s u r em e t h o da n du s er e l a t i v i t ya n dv a l i d i t yt oe s t i m a t et h e c o n s i s t e n c yb e t w e e nm e a s u r er e s u l ta n dp e r s o n a li n t u i t i o nj u d g e m e n t ，c o n s e q u e n t l y i m p r o v et h ee x i s t i n gc o h e s i o nm e a s u r ec o n f i r m a t i o nc r i t e r i a w eh a v ea l s oc o n f i r m e dt h e v a l i d i t ya n ds u p e r i o r i t yt h r o n g hc o n t r a s te x p e r i m e n t 6 f i n a l l y , w ep r o p o s ea l la u t o m a t i cm e a s u r et o o lm o d e lw h i c hi si n d i v i d u a l ，e x t e n s i b l ea n d e n v i r o n m e n t i n d e p e n d e n t t a k i n gj a v a l a n g u a g ea s 卸e x a m p l e w ei m p l e m e n ta l l a u t o m a t i cc o h e s i o nm e a s u r et o o lb a s e do nt h i sl a n g u a g e k e y w o r d s ：d w f cc o h e s i o nm e a s u r e m e n td e p e n d e n c er e l a t i o n s h i p p r o b e 表目录 表1 1 计算机软硬发展2 表1 2 质量因素和度量5 表1 3 世界范围软件度量研究和应用情况1 0 表3 1 三种0 0 度量对设计属性的反应情况3 0 表3 2 不同内聚度量的比较结果3 3 表3 3 不同度量方法内聚度比较4 2 表4 1 各类方法度量结果4 8 表4 2 相关性分析结果51 图目录 图2 1 一个抽象的g q m 结构h 1 8 图3 1m c c a b e 的环型复杂度举例2 8 图3 2 一个独立于语言的面向对象系统元模型3 4 图3 3d w f c 内聚度量模型3 4 图4 1 基于代理的估算流程图4 6 图4 - 2d w f c 度量有效性验证结果5 0 图4 3b r i a n d sr c i 度量有效性验证结果5 0 图4 4c h e n x u s 度量有效性验证结果5 0 图5 1 度量工具体系结构图5 3 图5 3 提供源文件选择窗口6 0 图5 - 4 读取j a v a 源文件6 1 图5 5 词法分析结果显示_ 6 l 图5 - 6 编译环境6 1 图5 7 输入提示界面6 5 图5 8 录入方法属性个数、显示关联矩阵界面6 5 图5 - 9 属性间关联度录入界面6 6 图5 1 0 方法间关联度录入界面6 6 图5 1 1 方法与属性间关联度录入界面6 6 图5 1 2 度量模型生成界面6 7 图5 1 3 度量结果显示界面6 7 v 独创性声明 学位论文题目：基王望塑搓型曲亘囱盟基娄凼显廑量盟壅 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标 注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了 明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：肖绝签字日期：2 年5 - 月肜日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保 密期限至年月止) 学位论文作者签名：肖毪 签字日期：2 年5 月j 汐日 c 锄签名：? ，7 乡碰 导师签名：之乏s 矸 签字日期刁年r 月厂3 日 工作单位：画鱼盘鲎塑鲎氢缝进蓥l 丘电话：! 垒盟生旦生i ! 笪 通讯地址：煎宙盘蓥望望立鱼! 丝过鲎随邮编：生塑11 互 第帚i ，； 第一章引言 从6 0 年代爆发软件危机，诞生软件i ：程这一新兴学科以来，软件i ：程的研究不断前进。 一方面积累了一大批的成果和技术，形成了较为成熟的传统软件_ 1 ：程：另一方面不断引入新 的先进的【程方法，使之日益完善。随着计算机软件的广泛应用，人们对其质量提出了新的 更高的要求，迫切需要能够对软件开发过程和产品进彳亍精确的、可预测的和可重复的控制， 软件度量就是控制软件质量的一种行之有效的手段。软1 ，l = 度最的目的是用科学的方法来客观 地评价软件质革，有力地对软件开发过程进行控制和管理，以低成本获得高质鼍软件 1 ，1软件危机 1 1 1 软件危机简述 1 9 6 8 年北犬西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国召开的国际学术会议上第一次提出 了“软件危机”( s o t t w a r ec r i s i s ) 这个名词【l ，3 ，4 】。概括来说，软件危机包含四个方面的突出 矛盾： 生产率提高的幅度远不能满足需要 据文献【5 】关于软件行业发展的相关研究表明：从5 0 年代n 8 0 年代的3 0 年阀，美国的软件 生产率虽然翻了两番，但丰十会对软件的需求却以每年两位数字的百分比在增长。软件的开发 能力已成为影响计算机应_ l f j 的巨大桎梏和瓶颈。 软件重用程序很低 软件重崩是协约人力，提高软件生产率的重要途径。传统的程序设计方法没能很好地解 决软件重用问题。建立标准函数库和子程序库是人们为追求提高软件的可重用性做出的尝试。 但事实证明，标准函数库和子程序库只是对建立在数学模型基础上的应用问题有可重_ f j 的功 效，而对其它应用问题则不行。对于传统的技术而言，思维成果的可重用性很差。 软件维护凼难 按传统方法开发出的软件，维护成本相当很高。文献【2 】统计表明，软件开发的生产率比 软件维护的生产率高几十倍。8 0 年代，美国一年花费的软件维护费用高3 0 0 多亿美元。9 0 年代， 软件维护费崩占整个软件研制、开发总费h j 的7 0 - - 8 0 。 软件不能真正满足用户的需要 实践表明，用传统方法开发的大型廊用系统往往不能真止满足用户的需要。同时，开发 人员不能完全获得或不能彻底理解川户的要求，以致开发出的软件系统与_ i j 户预期的系统不 一致，不能满足心户的需要。所开发出的系统不能适应用户经常变化的情况，系统的稳定性 和可扩充性不能满足要求。随着软件- 程以及一些新式的软件设计思想概念的提出，软件的 开发和维护技术虽有一定的进步，但并没有取得实质性的突破。软件危机的出现并不是一个 偶然的现象，它的解决有待更新理论技术进行支持。 l 1 1 2 历史- 陛原因分析 随着计算机的戍用范用变得越来越广泛，计算机的软件系统也变得日趋复杂和庞人。与 硬纠系统的匕速发展形成鲜明对照的是，软什技术却没有得到村l 应发展，这既与计算机硬件 的发展不相适应，也远远满足不了人们对软件的需求。它们的各自发展历程如下： 表卜1 计算机软硬发展 碗件软件 1 9 4 6 1 9 5 7第一代电亍管计算机 1 9 4 6 1 9 6 4 程序设计阶段 1 9 5 81 9 6 4 第二代晶体管计算机 1 9 6 51 9 7 i 中小规模集成r u 路计算机 1 9 6 5 1 9 7 0 程序系统阶段 1 9 7 2 -大规模集成电路计算机与微机 1 9 7 1 一 软件工程阶段 从表1 1 可以看出，自计算机出现以来，软件系统和硬件系统各t t 都经历了非常人的变化。 但从总体上看软件的发展不仅滞后于硬件系统的发展，也滞后于社会对软什的技术需求。 1 1 3 理论性原因分析 软硬件发展存在时间差 正所谓“皮之不存，毛将焉附”，计算机软件系统的开发和运行必定会依赖丁二计算机硬件 系统的开发和运行并且受其制约，软件是不能摆脱硬件的制约而单独工作的【2 ，4 】。因此软件 理论与技术的发展相对于硬件理论与技术的发展必然会有一定的滞后性，也就是存在一个时 间差。 硬件系统发展到一定的阶段以后，相应软件系统的理论、技术与实用产晶的出现会推迟 一段时间，尤其是基丁_ 硬件系统的应用软件。这是由于软件本身的复杂性和软件开发所必须 的时间耗费所引起的。例如：1 9 4 9 年剑桥大学的w i l d c s 平他的小组建成了一台存储程序的计算 机，输入输出设备是纸带。1 9 4 9 年第一台使_ i j 磁带的计算机出现这是一个突破，可以多次在 其上存储程序。1 9 5 1 年：c r m c e m u r r a yh o p p e r 完成了高级语言编译器，但是一直_ n 1 9 5 4 年开始 i n v i 的j o h nb a c k u s 和他的研究小组才开始开发f o r t r a n 语言，1 9 5 7 年初步完成，这是适合科 学研究使用的第一种计算机语言。再如：1 9 8 2 年，基于t c p i p 协议的i n t e r n e t 初具规模， 但是直剑1 9 8 5 年3 月，m s - - d o s3 1 、p c - - d o s3 1 等商心软什才出现，这是第一个提供部分 网络功能支持d o s 版本。 软件的技术需求增长譬指数级 计算机软件、硬件自拨展可以说是相且影响、相互制约、相且促进的，但是其相互影响 的程度显然不同。 软什系统的发展为硬什系统的进一步发展给出提示：在软件理论发展的同时人们提出了 2 筇争引：i 软件硬化技术、嵌入式软f ，l 技术等概念。如多媒体理论与技术出现以后，基丁二该技术的发展 人们制造出了各种各样的专用设备和芯片，包括扫描仪、数码相机等。在这方面从软件到硬 件的技术障碍很小，工业当中应该来说没有太大的困难。 反之，硬件系统带给软件系统的就不仅仅是提示了，而是摆在面前的切实的困难。1 9 6 5 年摩尔提出被称为摩尔定律的两条规律：l 、器件尺寸缩小k 倍，性能提高2 k 倍；2 、每1 8 个月 芯片上集成的器什数日增加一倍。在经济上的反映就是每隔1 8 个月计算机的价格就降为原来 的一半。从使用者的角度来看，就是每隔1 8 个月，同等价格的计算机在同样的时间内能够处 理的信息鼍增加一倍，能够存储的信息最也增加一倍。硬件的生产商和销售商正是这样宣传 的，从而也带给了人们这样的心理预期。与此同时人们也对软件的发展提出了同样的要求。 事实上当计算机存储的信息量增加时，信息之间的相关程度，也就是信息元素之间关系的复 杂度增加更快。信息元素的存储与计算都是由硬件实现的，但是信息之间的关系的选择与把 握都是由软件实现的。 我们假设原有信息元素为n ，信息元素之间的相关性的复杂度为m ，当信息元素变为2 n 时， 信息元素之间的相关性的复杂度变为2 m + m * m 。当m 足够人时可以近似认为是m * m 。同样当 信息量增加到3 n 时，信息元素之间的相关性的复杂度变为m * m * m 。与此同时，人们的能力只 能使软件的发展近似地保持线性，并且由于时间差的原冈其发展速度落后于硬件的发展。因 此我们有理由认为当计算机硬件系统的增k 为线性时，人们对计算机软件系统的增氏的预期， 即对计算机软件的处理能力的需求和增长是指数级，所以需求与发展的矛盾非常突出。 1 2 选题依据 在c m m 模型和i s o 系列标准中【2 ，5 ，6 ，7 】，除了传统的软件工程技术外，人量采垌了现 代度量技术：i s 0 9 0 0 0 的2 0 0 0 版本中加入了度量，软件产品评估标准i s 0 9 1 2 6 和1 软件评估过程标 准i s 0 1 4 5 9 8 更是把自身的模型建立在软件度量的基础上；c m m 的第四级已管理级，其中软件 过程都包含妥善定义且一致的测量活动，这些测量数据是定量评价项目软件过程和产品的基 础：c m m 的第五级优化级，是建立在第四级的基础上，从现行软件过程中获得量化的反馈信 息，从而进行过程改进，可见在c m m 体系中，度量扮演了极其重要的角色。 此， - i e e e l 0 6 1 中专门的定义方法来选择、验证度量并讨论他们与过程和产品属性的关系， i e e e l 0 4 5 也定义了关于规模和生产率度量的相关内容。 事实上，软件度量并非新东两，国外采_ l j 度量米衡餐软件质量在7 0 年代就已经出现，并 在9 0 年代获得了空前的发展，成为软件一i ：程研究中热点方向之一。统计表明，近几年有关软 件度量方面的文章多达1 6 0 0 多篇，出版的专著至少4 0 余本。软件过程度量和软件资源环境度 量、以及软件产品度量构成的度量框架的统一，各种度量的模型的验证与完善，加上度量理 论的进一步坚实，推动着实用化软件度母技术的成熟。目前国外已经出现了商品化的度量亡 具。 3 1 3 软件质量 1 3 1 质量概念 美国传统字典( a m e r i c a nh e r i t a g ed i c t i o n a r y ) 中对质鼙的定义是：“某一事物的特征 或属性”。作为一个事物的属性，质量指的是可以度鼙的特征那些可以与已知标准进行比 较的东眄，如颜色、长度、电气性质、可延展性等。但是软件，在很大程度j 二是一种知识实 体，其特征的定义远比物理对象要困难得多。然而，程序特征的度量的确存扫：。这样的属性 包括环璀复杂度、内聚、功能点、代码行数等。依据对象的可度鼍特征考察一个对象时，可 以有以下两种不同的质鼙：设计质量和符合质量。 夺 设计质龉是指设计者为一件产品规定的特征。材料等级、容著及性能的规约都属于 设计质量。当规定使用更高级别的材料、要求达到更严格的容差和更高层次的性能 时，如果产品质蓬能够依照规约进行制造，则产品的设计质量便会提高。 夺 符合质量是指在制造过程中符合设计规约的程度。同样，符合程度越高，符合质晕 也就越高。 在软件开发时，设计质量包括系统的需求、规约和设计，符合质量则主要关注实现问题。 如果实现符合设计并且得到的系统满足系统需求和性能目标，则符合质量较高。但是符合质 量和设计质量并不是用户对软件的所有需求，所以对_ h j 户满意度的理解可简单表达如下： 用户满意度= 合格产品+ 好的质鼍+ 在预算和进度表内交付 1 3 2 软件质量控制 在软件质餐如此受人关注的同时，对质量的控制也显得尤为重要。差异控制可以等同于 质量控制，但我们如何实现质量控制呢? 质鼙控制是为了保证每一件产品都满足对它的需求 而应用丁整个开发周期中的一系列审查、评审和测试。质量控制在创建i ：作产品的过程中包 含一个反馈循环。度量和反馈相结合，使得我们能够在得到的：【= 作产品不能满足其规约时调 整开发过程。这种方法将质量控制视为整个制造过程的一部份。 1 3 3 软件质量保证 质耸保证由管理层的审计和报告功能构成。质鼙保证的目的是为管理层提供为获知产 品质量信息所需的数据，从而获得产品质鼙是否符合预定目标的认识和信息。当然如果质量 保证所提供的数据发现了问题，则由管理层负责解决这一问题。并为解决质苗问题分配所需 的资源。 软件质量没有一个统一的、惟一的定义，不同的系统有不同的定义。但任何软件开发者 都会持有这样的观点，生产高质鼙的软件是一个十分重要的目标。文献【2 】中对软什质最的定 义有很多种，我们在此给出如f 定义： 4 第一章引= 软什要符合显式声明的功能和性能需求、显示文档化的开发标准以及专业人员开发的软 件所戍具有的隐含特征。 软件开发质肇保证的历史同步丁二硬什制造的质量历史。在计算机发展的早期( 2 0 世纪5 0 年代$ 1 1 6 0 年代) ，质量保证曾经只由程序员承担。软件质量保证的标准是2 0 世纪7 0 年代在军方 的软件开发合同中出现的，此后迅速传遍整个商业世界。通过扩展前述的质最定义，软件质 量保证的定义是为了保证软件高质苗而必需的“有计划的和系统化的行动模式”，其含义是在 一个组织中有许多参与者有保证软什质量的责任，包括软件工程师、项目管理者、客户、销 售人员和s q a d , 组成员。 1 3 4 软件质量因素 软件质量的重要性被所有软件开发者所认可，并成为他们优先追求的目标。目前为止， 有很多不同的方法来观察软件质颦，他们在分析软件质龟时，选择的质量因素有所不同。 m c c a l l 的质量因素 m c c a l l 的质量因素在2 0 世纪7 0 年代被首次提出，至今仍然有效。影响软件质量的因素可 以分为两大类： 夺可以直接测量的因素( 例如：每个功能点的缺陷、功能点的个数等) 。 夺只能间接测晕的冈素( 例如：可用性和可维护性) 。 对于每种质鼍因素都必须有方法来进行度量。 m c c a l l 、r i c h a r d s 和w a i t e r s 提出了对影响软件质簧的因素的有效分类。这些软件质鼍冈素 集中在软件产品的二个重要方面： 夺运行特征 承受改变的能力 夺对新环境的适戍能力 表1 - 2 质量因素和度量 、软件质戥l 正町效 占 町灵町可可互町 确靠 靡 整 维 活 测移复操 用 质量因亲 性性性 护 性 植用作 性 试 日j 审计性 准确性 通信共性 完备性 复杂性 简洁性 一致性 数据共忖 容错性 执行效牢 a j 扩胜抖 通用件 硬件独以性 自榆视惶 模块性 x 町操作件 x 安全性 自丈档件 简单性 x 系统独立性 口，跟踪性 易培训性 对表l 一2 中提到的软件质量因素以及他们与度量指标的关系，具体描述如f ( 其中每个度 量的权值依赖丁- 产品本身) 1 ，4 】： 夺 正确性：一个程序满足它的需求规约和实现客户任务目标的程度。 夺 可靠性：一个程序期望以所需的精确度完成它的预期功能的程度。 夺 效率：一个程序完成其功能所需的计算资源和代码的数量。 夺 完整性：对未授权人员访问软件或数据的可控制程度。 夺可埘性：学习、操作、准备输入和解释程序输出所需的上作量。 专 可维护性：定位和修复程序中一个错误所需的工作鼍。 夺 灵活性：修改一个运作的程序所需的工作量。 夺 可测试性：测试一个程序以确保它完成所期望的功能所需的工作鼍。 夺 可移植性：把一个程序从一个硬件或软件系统环境移植到另一个所需的1 ：作鼍。 夺 可复t l 】性：个程序可以在另外一个应用程序中复埘的程度。这个和程序完成的功 能和包装和范围相关。 夺 互操作性：连接一个系统和另一个系统所需的i ：作鼙。 开发一个对以上质量冈素的直接测度是很凼难的，在某些情况卜甚至不可能。因此定义 一组间接度量，并按照f 面的关系为每个因素开发表达式： f a = c l + m l + c 2 m 2 + 一+ c n + m n 其中，f q 是一个上述定义的质鼙因素，c n 是同门系数，m n 是影响质量因素的度量值，用 6 第一节t j l 寿 直接度量值米间接获得质鼍因素的值是i r 行的。度餐可以用检奇表的形式来给软件的特定属 性进行“评分”。由m c c a l l 提出的评分方案是从0 剑1 0 的范围，以下是在评分方案中的度每： 可审计性：和标准的符合性可被审查的容易程度。 夺准确性：计算和控制的准确度。 通信共性：标准接口，协议和带宽的使朋程度。 夺 完备性：所需功能完全实现的程度。 夺 简洁性；以代码行数来评价的程序的简洁程度。 夺 一致性：在软件开发项目中一致的设计和文档技术的使用。 夺数据共性：在整个程序中对标准数据结构和类型的使用。 夺 容错性：当程序遇到错误时所造成的损失。 夺 执行效率：一个程序的运行性能。 夺 可扩展性：结构、数据或过程设计可被扩展的程度。 夺 通用性：程序构件潜在的应用宽度。 夺 硬件独立性：软件独立于其运行于之上的硬件的程度。 自检视性：程序监视它自身操作并且标识产生的错误的程度。 模块性：程序部件的功能独立性。 夺可操作性：程序操作的容易度。 夺 安全性：控制和保护程序和数据的机制的可用度。 夺 自文档性：源代码提供有意义的文档程度。 夺简单性：个程序可以没有困难地被理解的程度。 软件系统独立性：程序独立于非标准编程特性、操作系统特征和其他环境限制的程 度。 夺可跟踪性：从一个设计表示或实际程序构件跟踪剑需求的能力。 夺 易培训性：软件支持使得新h j 户使用系统的能力。 f 1 瓜p s 质量因素 m c c a l l 和他的同事提出的质鼙因素代表了众多软件质量“检查表”之一，但许多度量值 只能主观的测度，导致度量结果不精确。 h e w l e t t -