软件工程概述PPT演示课件

0 软件工程 基本概述 1 本讲核心 一 软件工程过程二 软件生存期模型三 软件开发方法四 软件工具与软件开发环境五 路线图 2 软件项目过程 顾客 顾客 需求 满意 产品 输入 输出 产品实现 3 软件工程三段论 软件开发 项目管理 过程改进 4 软件开发 开发过程是软件人员生产软件的过程 例如需求分析 设计 编码 测试等 相当于生产线上的生产过程 5 软件开发路线图 6 软件项目管理 管理过程是项目管理者规划软件开发 控制软件开发的过程 相当于生产线上的管理过程 管理过程是伴随开发过程进行的过程 7 软件项目管理路线图 8 软件过程改进 过程改进相当于对软件开发过程和软件管理过程的 工艺流程 进行管理和改进 如果没有好的工艺生产不出好的产品 它包括对开发过程和管理过程的定义和改进 9 软件过程改进路线图 10 软件工程过程 Softwareengineeringprocess 指在软件工具的支持下 所进行的一系列软件工程活动 通常包括以下四类基本过程 1 软件规格说明 规定软件的功能及其运行环境 2 软件开发 产生满足规格说明的软件 3 软件确认 确认软件能够完成客户提出的要求 4 软件演进 为满足客户的变更要求 软件必须在使用的过程中演进 11 本讲核心 一 软件工程过程二 软件生存期模型三 软件开发方法四 软件工具与软件开发环境五 路线图 12 软件生命周期 Softwarelifecycle 是指从软件开始开发到报废的全过程 亦称软件生存期 软件生命周期可分为7个阶段 1 可行性研究和项目开发计划2 需求分析3 概要设计4 详细设计5 编码6 测试7 维护 软件生存期 一般用经典的瀑布模型来描述 13 瀑布模型 waterfallmodel 14 在大部分文献中将生存周期划分为5个阶段 即需求定义 设计 编码 测试及维护 其中需求定义阶段包括可行性研究和项目开发计划 需求分析 设计阶段包括概要设计和详细设计 为了描述软件生存期的活动 提出了多种生存期模型 也叫软件过程模型 例如 瀑布模型 V模型 原型化模型 螺旋模型等 15 常用生存期模型 瀑布WaterfallV模型V shaped原型Prototyping增量Incremental螺旋式Spiral 16 Figure2 1Thewaterfallmodel 17 瀑布模型 是研究人员提出的第一个模型 它将开发阶段从一个阶段瀑布般转换到另一个阶段 该图暗示 一个开发阶段必须在另一个开发阶段开始之前完成 问题 并不能反映实际的代码开发方式 实际上软件是通过大量的迭代进行开发的 若不对实际的软件开发过程加以控制 开发过程可能看起来会像图2 2 18 19 瀑布模型的主要缺点是没有把软件看做一个问题求解的过程 通过引入加强理解的活动和子活动 软件开发过程有助于控制活动之间的反反复复 原型 prototype 就是这样的一个子过程 它使客户和开发人员能够对计划开发的系统的相关方面进行检查 以决定它对最终产品是否合适或恰当 确认 validation 确保系统实现了所有的需求 验证 verification 确保每项功能都是正确的 20 Figure2 3Thewaterfallmodelwithprototyping 21 WaterFallmodel适合的项目 在项目开始前 项目的需求很明确在项目开始前 解决方案也很明确类似的项目如 公司的财务系统库存管理系统短期项目 22 Figure2 4TheVmodel 23 V模型 接收测试 集成测试 系统测试 项目规化 需求分析 总体设计 详细设计 编码和调试 集成测试 单元测试 24 V模型 V模型使得隐藏在瀑布模型中的迭代和重做更加明确瀑布模型关注的通常是文档和制品V模型关注的是活动和正确性大家误认为测试是开发周期的最后一个阶段 其实早期的测试对提高产品的质量 缩短开发周期起着重要作用 V模型正好说明的测试的重要性 它与开发是并行的 V模型体现了全过程的质量意识 25 V模型适合的项目 在项目开始前 项目的需求很明确在项目开始前 解决方案也很明确对系统的性能安全很严格的项目类似的项目如 航天飞机等公司的财务系统实例 26 Figure2 5Theprototypingmodel 27 Prototype 28 Prototype模型适合的项目 在项目开始前 项目的需求不明确需要减少项目需求的不确定性类似的项目如 确定显示界面第一次开发的产品 验证可行性 29 Figure2 9theincrementalanditerativemodels 30 阶段性开发 增量开发 incrementaldevelopment 在增量开发中 需求文档中指定的系统按功能划分为子系统 定义发布时首先定义一个小的功能子系统 然后在每个新的发布中增加新功能 迭代开发 iterativedevelopment 迭代开发是在一开始就提交一个完整的系统 然后在每个新的发布中改变每个子系统的功能 31 IncrementalModel 32 IncrementalModel适合的项目 项目开始 明确了需求的大部分 但是需求可能会发生变化对于市场和用户把握不是很准 需要逐步了解对于有庞大和复杂功能的系统进行功能改进 就需要一步一步实施的 增量模型实例 33 Figure2 10thespiralmodel 34 螺旋模型 SpiralModel 对于大型软件 只开发一个原型往往达不到要求 螺旋模型将瀑布模型和增量模型结合起来 并加入了风险分析 第一次迭代的产品是操作概念第二次迭代的主要产品是需求在第三次迭代中 系统开发产生设计第四次迭代能够进行测试 35 SpiralModel 36 SpiralModel 螺旋模型沿着螺线旋转 在四个象限上分别表达了四个方面的活动 即 制定计划 确定软件目标 需求和选定实施方案 弄清项目开发的限制条件风险分析 评估所选方案 考虑如何识别和消除风险实施工程 实施软件开发 编码 测试等客户评估 评价开发工作 提出修正建议 规划下期任务 37 螺旋模型的每次迭代都根据需求和约束进行风险分析 以权衡不同的选择 并且在确定某一特定选择之前 通过原型化验证可行性或期望度 当风险确认之后 项目经理必须决定如何消除或最小化风险 38 SpiralModel适合的项目 风险是主要的制约因素不确定因素和风险限制了项目进度用户对自己的需求也不是很明确需要对一些基本的概念进行验证可能发生一些重大的变更项目规模很大项目中采用了新技术实例 39 敏捷方法 AgileSoftwareDevelopment 目的 通过过程和工具理解个人和交流的作用 通过全面的文档理解运行的软件 通过合同和谈判得到客户的协作 在计划的执行中做出对变更的响应 极限编程 XP 水晶法 Crystal 并列争球法 Scrum 自适应软件开发 ASD 40 敏捷方法的4个特性 交流简单性勇气反馈 41 XP的12个实践操作 计划游戏小的发布隐喻简单设计测试驱动重构结对编程集体所有权持续集成在现场的客户代码标准 42 本讲核心 一 软件工程过程二 软件生存期模型三 软件开发方法四 软件工具与软件开发环境五 路线图 43 软件开发方法 软件开发的目标是要在规定的投资和时间内 开发出符合用户的需求 高质量的软件 为此需要有成功的开发方法 为了克服软件危机 从20世纪60年代末开始 一直在进行软件方法的研究与实践 提出了多种软件开发方法和技术 对软件产业的发展起着不可估量的作用 44 软件开发方法可分为几大类 面向过程的开发方法 传统的 面向对象的开发方法基于构件的开发方法 特别要注意 由于软件与程序是不同的概念 软件开发方法与程序设计方法是两个不同的概念 软件开发方法可以是针对局部的 也可以是针对全局的 软件工程方法 更加强调和重点研究的是需求分析与软件设计的开发方法 45 面向过程的开发方法结构化开发方法 JACKSON方法 原型化开发方法 IDEF法等 面向对象的开发方法Coad Yourdon方法 Booch方法 OMT方法以及UML等 软件开发方法分类 46 结构化开发方法 StructuredDevelopingMethod 是现有的软件开发方法中最成熟 应用最广泛的方法 主要特点是快速 自然和方便 结构化开发方法是一种面向数据流的开发方法 它的基本原则是功能的分解与抽象 结构化开发方法总的指导思想是自顶向下 逐步求精 结构化开发方法 47 20世纪70年代初结构化程序设计方法 StructuredProgram SP 20世纪70年代中结构化设计方法 StructuredDesign SD 20世纪70年代末结构化分析方法 StructuredAnalysis SA SA SD SP法相互衔接 形成了一整套开发方法 若将SA SD法结合起来 又称为结构化分析与设计技术 SADT技术 一 结构化开发方法的组成 48 二 结构化方法的工作模型 瀑布模型 49 但从20世纪80年代开始 逐渐发现其不足 软件开发过程是个充满回朔的过程 而瀑布模型将其分割为独立的几个阶段 不能从本质上反映软件开发过程本身的规律 此外 过分强调复审 并不能完全避免较为频繁的变动 尽管如此 瀑布模型仍然是开发软件产品的一个行之有效的工程模型 50 JACKSON开发方法 结构化开发方法是面向数据流 数据封闭性的开发方法 JACKSON系统开发方法则是面向数据结构的开发方法 其基本思想是先建立输入输出的数据结构 再将其转换为软件结构 51 JACKSON方法由JSP JacksonstructuredProgramming 和JSD JacksonSystemDevelopment 方法构成 JSP法主要体现程序结构的设计 不严格区分软件概要设计和详细设计 JSD法是对JSP法的扩充 针对JSP法的缺陷而提出的解决方案 其主要特点是 用 分而治之 的策略控制系统的复杂性 解决I O结构的冲突问题 1 JACKSON方法的构成 52 2 JACKSON方法的设计过程 建立数据结构JACKSON方法中数据结构通常表示为树型结构 有顺序 选择和循环三种基本结构 如图 a 所示 按照三种基本结构建立的文件数据结构 以数据结构为基础 建立相应的程序结构图如图 b 也称为JACKSON图 当没有结构冲突时 转换过程是简单的 一般情况 数据结构与模块结构是相对应的 因此不难从数据结构导出程序结构 数据结构转换为程序结构 53 一 原型化方法 PrototypingMethod 原型是软件开发过程中软件的一个早期可运行的版本 它反映了最终系统的部分重要特性 原型化开发方法 54 原型化方法的基本思想是花费少量代价建立一个可运行的系统 使用户及早获得学习的机会 原型化方法又称速成原型法 RapidPrototyping 强调的是软件开发人员与用户的不断交互 通过原型的演进不断适应用户任务改变的需求 将维护和修改阶段的工作尽早进行 使用户验收提前 从而使软件产品更加适用 原型化方法的基本思想 55 1 快速建立需求规格原型 RSP法 RSP RapidSpecificationPrototyping 法所建立的原型反映了系统的某些特征 让用户学习 有利于获得更加精确的需求说明书 待需求说明书一旦确定原型被废弃 后阶段的工作仍按照瀑布模型开发 原型法分类 56 2 快速建立渐进原型 RCP法 RCP RapidCyclicPrototyping 法采用循环渐进的开发方式 对系统模型作连续精化 将系统需要具备的性质逐步添加上去 直至所有性质全部满足 此时的原型模型也就是最终的产品 速成原型法适合于开发 探索型 实验型 与 进化型 一类的软件系统 原型法分类 57 快速原型法按以下步骤循环执行 1 快速分析快速确定软件系统的基本要求 确定原型所要体现的特征 界面 总体结构 功能 性能 2 构造原型在快速分析的基础上 根据基本规格说明 忽略细节 只考虑主要特征 快速构造一个可运行的系统 有三类原型 用户界面原型 功能原型和性能原型 3 运行和评价原型用户试用原型并与开发者之间频繁交流 发现问题 目的是验证原型的正确性 4 修改与改进对原型进行修改 增删 原型的工作模型 原型法工作模型 评价 构造 快速分析或修改 运行 速成原型的工作模型是一个循环的模型 58 构造原型 运行 评价原型 原型完成否 要细部说明否 严格说明细部 效果满意否 整理原型提供文档 修正改进原型 Y Y N N 快速分析 确定初步规格说明 Y N 细化的快速原型模型 细化的快速原型模型 59 OOSD Object OrientedSoftwareDevelopment 法是20世纪80年代推出的一种全新的软件开发方法 非常实用而强有力 被誉为20世纪90年代软件的核心技术之一 面向对象的开发方法 其基本思想是 对问题领域进行自然分割 以更接近人类通常思维的方式建立问题领域的模型 以便对客观的信息实体进行结构和行为的模拟 从而使设计的软件更直接地表现问题的求解过程 面向对象的开发方法以对象作为最基本的元素 是分析和解决问题的核心 60 一 面向对象开发方法的组成 OOSD由三部分组成 OOA Object OrientedAnalysis 面向对象的分析OOD Object OrientedDesign 面向对象的设计OOP Object OrientedProgram 面向对象的程序设计 61 OOA OOA 强调的是对一个系统中的对象特征和行为的定义 建立系统的三类模型 OOD OOD OOD 与OOA密切配合 顺序实现对现实世界的进一步建模 OOP OOP OOP 是面向对象的技术中发展最快的 使用面向对象的程序设计语言 进行编码 62 二 OOA法就是要解决 做什么 的问题 OOA法的基本任务就是要建立三种模型 状态模型 动态模型 描述任何时刻对象的联系及其联系的改变 即时序 常用状态图 事件追踪图描述 处理模型 函数模型 描述系统内部数据的传送处理 显然 在三大模型中 最重要的是对象模型 如何建立三大模型 对象模型 信息模型 定义构成系统的类和对象 它们的属性与操作 63 三 OOD法在需求分析的基础上 进一步解决 如何做 的问题 OOD法也分为概要设计和详细设计 概要设计 细化对象行为 添加新对象 认定类 组类库 确定外部接口及主要数据结构 详细设计 加细对象描述 三 OOD法 64 四 OOP法使用面向对象的程序设计语言 如C 进行程序设计 Coad和Yourdon给出一个面向对象的定义 面向对象 对象 类 继承 消息如果一个软件系统是按照这样四个概念设计和实现的 则可以认为这个软件系统是面向对象的 三 OOD法 软件复用技术 软件重用 或 软件复用 SoftwareReuse 是指将已有的软件成分用于构造新的软件系统 该技术是提高软件生产率和质量 降低成本的有效方法 复用方式复用程序包括目标代码和源代码的复用 可通过连接 Link 绑定 Binding 包含 include 等功能支持及对象链接及嵌入 OLE 技术实现 复用分析比设计复用级别更高 实现方式与设计复用类似 复用设计设计结果比源程序的抽象级别高 因此复用受环境影响小 可以通过从现有系统中提取全部或者不同粒度的设计构件 或者独立于具体应用开发设计构件 复用结构复用模块结构或者数据结构 65 66 可复用的构件构件是指可以被明确标识的软件制品 可以是软件开发不同阶段的产品 可复用构件是指可被其它系统复用 用于构成新系统的构件 可复用构件的特性 1 独立性解决相对独立的问题 与外界联系尽量少 2 完整性既要包括完整的解决方案 还定义相应操作 3 通用性在同类应用中具有一般性 4 可标识性通过合适的命名 构件所解决的问题是可标识的 5 可适应性适应环境变化 6 可靠性对各个使用它的系统都具有高的可靠性 67 本讲核心 一 软件工程过程二 软件生存期模型三 软件开发方法四 软件工具与软件开发环境五 路线图 68 软件开发工具 为支持软件开发 维护 管理而研制的计算机程序系统称为软件工具 软件工具通常由工具 工具接口和工具用户接口3部分构成 工具通过工具接口与其他工具 操作系统或网络操作系统以及通信接口 环境信息库接口等进行交互作用 当工具需要与用户进行交互作用时 则通过工具的用户接口来进行 软件工具种类繁多 涉及面广 如编辑 编译 正文格式处理 静态分析 动态跟踪 需求分析 设计分析 测试 模拟和图形交互等 69 在软件工程活动中 软件工程师和管理员按照软件工程的方法和原则 借助于计算机及其软件工具的帮助 开发 维护 管理软件产品的过程 称为计算机辅助软件工程 Computer AidedSoftwareEngineering 简称CASE 70 图稿绘制工具源码浏览的工具配置管理工具数据库建模工具UML建模工具Rose与PowerDesigner两款建模工具的对比 71 图稿绘制工具Visio 它是最通用 MS的东西 意味着许多附带的通用的东西 的硬件 网络平台等图表设计软件 好处是易用性高 特别是对不善于自己构造图的人 但是正因为很全 所以某个方面上会造成专业程度较低 Smartdraw 提供你大堆模版 以目录树的形式放在左边 smartdraw本身是独立提供图稿绘制的工具 因而工具齐全 常用CASE工具介绍 Go 72 VISIO的图只能以对象的方式插入你的主文档 只有在它本身环境下才能修改 有关工程管理类的显然不如PROJECT2000好用 画IDEF0图显然不如BPWIN好用 画IDEF1X图显然无法与ERWIN相比 画组织机构图WORD足够用了 且普遍适用 画网络拓扑结构图只要有相应的图素 用什么画都行 画有关图表类的显然不如EXCEL好用 73 IDEFIDEF ICAMDEFinitionmethod ICAM IntegratedComputerAidedManufacturing IDEF是用于描述企业内部运作的一套建模方法 IDEF是由美国空军发明 现在则根据知识基础系统开发的 它本来只是运用在制造业上的 经过改造后用途变广泛了 适用于一般的软件开发 从IDEF0到IDEF14 包括IDEF1X在内 共有16套方法 每套方法都是通过建模程序来获取某个特定类型的信息 IDEF方法是用于创建各种系统的图像表达 分析系统模块 创建系统的最佳版本和帮助不同系统之间的转换 74 IDEF0 功能建模 FunctionModeling IDEF1 信息建模 InformationModeling IDEF1X 数据建模 DataModeling IDEF2 仿真建模设计 SimulationModelDesign IDEF3 过程描述获取 ProcessDescriptionCapture IDEF4 面向对象设计 Object OrientedDesign 75 IDEF5 本体论描述获取 OntologyDescriptionCapture IDEF6 设计原理获取 DesignRationaleCapture IDEF7 信息系统审定 InformationSystemAuditing IDEF8 用户介面建模 UserInterfaceModeling 76 IDEF9 场景驱动信息系统设计 Scenario DrivenISDesign IDEF10 实施体系结构建模 ImplementationArchitectureModeling IDEF11 信息制品建模 InformationArtifactModeling IDEF12 组织建模 OrganizationModeling IDEF13 三模式映射设计 ThreeSchemaMappingDesign IDEF14 网络规划 NetworkDesign 77 IDEF0之基本组件图 78 IDEF0之系统功能展开 79 SourceInsigt 整个面板分成三个部分 左边树提供工程内的所有变量 函数 宏定义 右边提供程序阅读和编辑 下边显示你鼠标在原码触及的函数或者变量定义 最让人佩服的是SourceInsigt不仅高亮你的关键字 而且以近乎完美的板面编排让你看程序如果看报纸 好极了 SourceInsigt提供函数交叉调用的分析 并以树状的形式显示调用关系 Dia http www gnome org projects dia 源码浏览的工具 80 SourceNavigator 这个是从RedhatLinux版本移植到win32下的 与SourceInsigt相比 样子土多了 处处透着Linux的乡土气息 不过是干实事的家伙 提供原码高亮显示和编辑 提供头文件的包含关系分析 提供类的层次关系 这个东西最大的特点是把原码始终和文件联系在一起 提供到文件的导航 源码浏览的工具 81 VirsualSourceSafe 微软的studio企业版包含的版本管理工具 该工具包括一服务器和一通过网络可以连接服务器的客户端 VSS提供了基本的认证安全和版本控制机制 包括CheckIn 入库 CheckOut 出库 Branch 分支 Label 标定 等功能 能够对文本 二进制 图形图象几乎任何类型的文件进行控制 提供历史版本对比 可以集成在studio中 VSS的客户端既可以连接服务器运行 也可以在本机运行 非常适合于个人程序开发的版本管理 配置管理工具 82 PVCS PVCS基于WEB的应用比较方便 只要设定用户和权限 规划好目录结构 项目组成员通过浏览器完成操作 ClearCase ClearCase是rational公司的主要配置管理工具 可能大家对Rose熟悉一点 不过就我所知 现在绝大多数企业已经从PVCS过渡到ClearCase来了 其原因在于ClearCase是整个rational产品系列中的中枢 repository CVS 在linux和unix下系统自带的版本控制工具 是版本控制中工具的鼻祖 功能十分强大 但是都得通过命令行的形式来操作 不便使用 目前 Internet上提供了基于Windows的客户端 名字叫WinCVS 而且提供了原码 83 ERWin CA公司出品的拳头产品 强大的老牌数据库建模工具 它有一个兄弟是BPWin 这个是CASE工具的一个里程碑似的产品 erwin支持idef1x即信息建模 就是我们常说的er图 实体关系图 也就是数据库结构图 bpwin支持idef0 idef3 dfd 是功能与流程建模 主要用来描述企业的业务流程 比uml的usecase sequence更适合描述复杂逻辑 如果要全过程支持 请选择bpwin PowerDesigner7 5 8orerwin4 rationalrose2001 建议用于50 200个table的信息系统 数据库建模工具 84 MSVisio CaseStudio 性价比最高ER Studio 很不错的数据库建模工具新势力 非常不错 结合Repository 可进行VSS式的版本控制 erwin能做到的它都能做到ModelmakeDeZignforDatabases 如果你是软件工程师或是软件产品经理等常常需要规划系统的话 势必会需要规划数据库的TableSchema 这套软件能够辅助你的规划 将各个Table之间Key的关连性表达出来 也提供有资料库栏位异动时的版本控制纪录与统计报表等功能 RationalRose 85 PowerDesign Sybase推出的主打数据库设计工具 PowerDesign致力于采用基于Entiry Relation的数据模型 分别从概念数据模型 ConceptualDataModel 和物理数据模型 PhysicalDataModel 两个层次对数据库进行设计 86 RationalRose 大恐龙 小项目中难以使用 虽然是UML设计者做的 Rose2002功能上可以完成UML的9种标准建模 即静态建模 用例图类图对象图组件图配置图 和动态建模 合作图序列图状态转移图活动图 为了使静态建模可以直接作用于代码 Rose提供了类设计到多种程序语言代码自动产生的插件同时 作为一款优秀的分析和设计工具 Rose具有强大的正向和逆向工程能力 UML建模工具 87 XDE 分别有和4wsda的 很不错 值得使用 BorlandTogether 有很多版本 其中4VS Net不推荐使用 用Jbuilder推荐使用 MSVisio2003forVisualStudio VisioProfessional2000开始提供内建的UML支持 和结合不错 只是仅限于VS NET的代码生成 88 PowerDesigner 是简练实用的建模工具 6 0支持数据流图 8 0支持UML的UseCase sequence class视图 VisualParadigm http www visual WithClass2000 Poseidon 海神 也是Java的 很漂亮 就是太慢 89 Jude 一个号称中日xp合作开发出来的小uml工具 只有几m的大小 功能也还不错 也是java做的 速度还是很快的 如果不需要使用逆向工程之类的高级功能的话 强烈推荐这个uml工具 并且它是免费的 MagicDraw 一个基于Java的廉价UML建模工具 ObjecteeringUML 一个免费的个人UML产品 SystemArchitect 一个很受欢迎的高端UML建模工具 支持双向工程 Round tripEngineering 90 Rose与PowerDesigner两款建模工具的对比 二者的出身作为世界最著名的两大CASE工具 RationalRose和PowerDesigner的名声可谓如雷贯耳 Rose是当时全球最大的CASE工具提供商Rational的拳头产品 UML建模语言就是由Rationa