第章 软件维护与再工程

软件工程第13章软件维护与再工程1纠错维护，适应维护，改善维护，预防维护维护过程如何进行，为何要进行可维护性分析重构和正向工程的细微不同是什么2软件演化是指软件在交付以后，对软件进行的一系列活动的总称。软件演化：软件的维护、软件再工程。软件维护阶段覆盖了从软件交付使用到软件被淘汰为止的整个时期。软件的开发时间可能需要一、二年，甚至更短，但它的使用时间可能要经历几年或几十年。再工程的主要目的是为遗留系统转化为可演化系统提供一条现实可行的途径，是在软件生命周期终止后开始的一个新的阶段。3内容摘要软件维护再工程技术4内容摘要软件维护再工程技术5软件维护的概念什么是软件维护是指软件系统交付使用以后，为了改正错误或满足新的需要而修改软件的过程国标GB/T11457-95给出如下定义在一软件产品交付使用后对其进行修改，以纠正故障;在一软件产品交付使用后对其进行修改，以纠正故障、改进其性能和其它属性，或使产品适应改变了的环境6软件维护的概念－软件维护分类两种错误认识

软件维护是一次新的开发活动软件维护就是改错新开发活动强调要在一定的约束条件下从头开始实施软件维护强调必须在现有系统的限定和约束条件下实施；根据起因不同，软件维护可以分为纠错性维护、适应性维护、改善性维护和预防性维护四类7软件维护的概念－软件维护分类纠错性维护：为了改正软件系统中的错误，使软件能够满足预期的正常运行状态的要求而进行的维护适应性维护：为了使软件适应内部或外部环境变化，而去修改软件的过程改善性维护：满足使用过程中用户提出增加新功能或修改已有功能的建议维护预防性维护：为了提高软件的可维护性、可靠性等，为以后进一步改进软件打下良好基础而修改软件的活动8软件维护的概念－软件维护分类在实践中，软件维护各种活动常常交织在一起，尽管这些维护在性质上有些重叠，但是还是有充分的理由区分这些维护活动只有正确区分维护活动的类型才能够更有效地确定维护需求的优先级9软件维护的概念－维护问题结构化维护：采用软件工程的方法进行软件开发，保证每个阶段都有完整且详细的文档非结构化维护：如果不采用软件工程方法开发软件，软件只有程序而欠缺文档，则维护工作将变得十分困难维护时，开发人员从分析需求规格说明开始，明白软件功能和性能上的改变，对设计说明文档进行修改和复查，再根据设计修改进行程序变动，并用测试文档中的测试用例进行回归测试，最后将修改后的软件再次交付使用。10软件维护的的概念－维维护问题和软件维护护有关的部部分问题：：理解别人的的代码通常常是非常困困难的，而而且难度随随着软件配配置成分的的缺失而迅迅速增加需要维护的的软件往往往没有文档档、或文档档资料严重重不足、或或软件的变变化未在相相应的文档档中反映出出来11软件维护的的概念－维维护问题当软件要求求维护时，，不能指望望由原来的的开发人员员来完成或或提供软件件的解释。。由于维护护持续时间间很长，因因此当需要要解释软件件时候，往往往开发人人员已经不不在附近了了绝大多数软软件在设计计时没有考考虑到将来来的修改问问题软件维护这这项工作毫毫无吸引力力。一方面面是因为软软件维护，，看不到什什么“成果果”，但工工作量很大大，更重要要的是维护护工作难度度大，软件件维护人员员经常遭受受挫折。12软件维护的的概念－维护成本居高不下因因素，如何何降低这些些因素软件维护除除费用外的的无形代价价包括维护活动占占用了其他他软件开发发可用的资资源，使资资源的利用用率降低一些修复或或修改请求求得不到及及时安排，，使得客户户满意率下下降维护的结果果把一些新新的潜在的的错误引入入软件，降降低了软件件质量将软件人员员抽调到维维护工作中中，使得其其它软件开开发过程受受到干扰13软件维护的的概念－维维护成本维护的工作作可划分成成：生产性活动动如，分析评评价、修改改设计、编编写程序代代码等非生产性活活动如，程序代代码功能理理解、数据据结构解释释、接口特特点和性能能界限分析析等维护工作量量的模型M：维护的的总工作量量；P：：生产性工工作量；K：经验常常数；c：：复杂程度度；d：维维护人员对对软件的熟熟悉程度14软件维护的的概念－维维护成本影响维护工工作量的因因素主要有有以下六种种系统的规模模：系统规模模越大，其其功能就越越复杂，软软件维护的的工作量也也随之增大大程序设计语语言：使用强功功能的程序序设计语言言可以控制制程序的规规模。语言言的功能越越强，生成成程序的模模块化和结结构化程度度越高，所所需的指令令数就越少少，程序的的可读性也也越好15软件维护的的概念－维维护成本系统年龄：老系统比比新系统需需要更多的的维护工作作量。数据库技术术的应用：使用数据据库，可以以简单而有有效地管理理和存储用用户程序中中的数据，，还可以减减少生成用用户报表应应用软件的的维护工作作量先进的软件件开发技术术：在软件开开发过程中中，如果采采用先进的的分析设计计技术和程程序设计技技术，如面面向对象技技术、复用用技术等，，可减少大大量的维护护工作量16软件维护的的概念－维维护成本其它一些因因素：如应用的的类型、数数学模型、、任务的难难度、IF嵌套深度度、索引或或下标数等等，对维护护工作量也也有影响17软件维护的的过程－维维护组织维护组织结结构图18软件维护的的过程－维维护组织系统监督员员一般都是是对程序(某一部分分)特别熟熟悉的技术术人员。在维护人员员对程序进进行修改的的过程中，，由配置管管理员严格格把关，控控制修改的的范围，对对软件配置置进行审计计。维护管理员员、系统监监督员、修修改控制决决策机构等等，均代表表维护工作作的某个职职责范围。。19软件维护的的过程－维维护组织修改控制决决策机构、、维护管理理员可以是是指定的某某个人，也也可以是一一个包括管管理人员、、高级技术术人员在内内的小组。。系统监督员员可以有其其他职责，，但应具体体分管某一一个软件包包。20软件维护的的过程－维维护组织维护团队根根据时间的的不同,可可以分为短期团队和长期团队短期团队一一般是当需需要执行相相关具体任任务时，临临时组织起起来解决手手头的问题题长期团队则则更正式，，能够专业业化创建沟沟通渠道，，可以管理理软件系统统整个生存存期的成功功演化无论是短期期团队还是是长期团队队，都要把把有经验的的员工和新新员工混合合起来。21软件维护的的过程－维维护过程对于非纠错性维护护，则首先判判断维护类类型，对适适应性维护护，按照评评估后得到到的优先级级放入队列列对于改善性维护护，则还要考考虑是否采采取行动，，如果接受受申请，则则同样按照照评估后得得到的优先先级放入队队列，如果果拒绝申请请，则通知知请求者，，并说明原原因对于工作安安排队列中中的任务，，由修改负负责人依次次从队列中中取出任务务，按照软软件工程方方法学规划划、组织、、实施工程程。22软件维护的的过程－维维护过程维护请求类型类型严重性评估后按优先级在队列排队救火行动，当排在队列之首评估后分类评估后按优先级在队列排队采取的行动通知请求者并说明原因按优先级在队列中排队从维护请求队列之首取出一任务按SE方法学规划、组织、实施工程队列中还有维护请求吗？资源用于开发新的软件。yn纠错性维护其他改善性维护适应性维护拒绝接受并不严重非常严重维护过程图图23软件维护的的过程－维维护过程每种维护请请求都要进进行同样的的一系列技技术工作：：修改软件需需求说明、修改软件设设计、设计评审、必要时重新新编码、单元测试、集成测试(包括回回归测试)、确认测试等等维护工作最最后一步是是复审依照当前状状态，在设设计、编码码和测试的的哪些方面面还能用其其他方法进进行?哪些维护资资源可用但但未用?24软件维护的的过程－维维护过程这次维护活活动中主要要(或次要要)的障碍碍有哪些?在维护请求求中有预防防性维护吗吗?25软件维护的的过程－维维护记录维护人员对对程序进行行修改前要要着重做好好两个记录录维护申请报报告软件修改报报告维护请求表表（报告））即软件问问题报告，，该报告（（表）由要要求一项维维护活动的的用户填写写。对改正正性维护，，用户需要要将错误出出现的现场场信息详细细描述出来来，包括输输入数据、、错误清单单以及其它它有关材料料。对适应应性维护或或改善性维维护，应该该给出一个个简短的需需求规格说说明书。维维护申请被被批准后，，维护申请请报告就成成为外部文文档，作为为本次维护护的依据26软件维护的的过程－维维护记录软件修改报报告指明：：为满足维维护申请报报告提出的的需求所需需的工作量量、本次维维护活动的的类别、本本次维护请请求的优先先级、本次次修改的背背景数据。。在拟定进进一步维护护计划前，，软件修改改报告要提提交给修改改决策机构构，供进一一步规划维维护活动使使用保存维护记记录的第一一个问题就就是哪些数数据值得保保存？27软件维护的的过程－维维护评价如果已经开开始保存维维护记录，，可以对维维护工作做做一些定量量度量，至至少可以从从如下7方方面进行评评价：每次程序运运行平均失失败的次数数；用于每一类类维护活动动的总人时时数；平均每个程程序、每种种语言、每每种维护类类型所必需需的程序变变动数；维护过程中中增加或删删除源语句句平均花费费的人时数数；维护每种语语言平均花花费的人时时数；一张维护请请求表的平平均周转时时间；不同维护类类型所占的的比例；28软件可维护护性可维护性（（maintainability））指理解、改改正、调整整和改进软软件的难易易程度。对对软件可维维护性影响响的主要因因素有：可可理解性（（understandability）、可可测试性（（testability））、可修改改性、modifiability））和可移植植性（portability）29软件可维护护性－主要要影响因素素可理解性：指理解软软件的结构构、接口、、功能和内内部过程的的难易程度度。提高软件可可理解性的的措施有：：采用模块块化的程序序结构；书书写详细正正确的文档档；采用结结构化程序序设计；书书写源程序序的内部文文档；使用用良好的编编程语言；；具有良好好的程序设设计风格等等30软件可维护护性－主要要影响因素素可测试性：指测试和和诊断软件件（主要指指程序）中中错误的难难易程度。。提高软件可可测试性的的措施有：：采用良好好的程序结结构；书写写详细正确确的文档；；使用测试试工具和调调试工具；；保存以前前的测试过过程和测试试用例等31软件可维护护性－主要要影响因素素可修改性：指修改软软件（主要要指程序））的难易程程度。在修改软件件时经常会会发生这样样的情况：：修改了程程序中某个个错误的同同时又产生生新的错误误（由程序序的修改引引起的）；；或者在程程序中增加加了某个功功能后，导导致原先的的某些功能能不能正常常执行。32软件可维护护性－主要要影响因素素可移植性：指程序转转移到一个个新的计算算环境的难难易程度。。影响软件可可移植性的的因素有：：信息隐蔽蔽原则；模模块独立；；模块化；；高内聚低低耦合；良良好的程序序结构；不不用标准文文本以外的的语句等一个可移植植的程序应应具有结构构良好、灵灵活、不依依赖于某一一具体计算算机或操作作系统的性性能33软件可维护护性－主要要影响因素素通常对于软软件可移植植性的度量量考虑如下下因素是否是用高高级的独立立于机器的的语言来编编写程序?是否采用广广泛使用的的标准化的的程序设计计语言来编编写程序?是否仅仅使用了这这种语言的的标准版本本和特性?程序中是否否使用了标标准的普遍遍使用的库库功能和子子程序?程序中是否否极少使用用或根本不不使用操作作系统的功功能?34软件可维护护性－主要要影响因素素程序在执行行之前是否否初始化内内存?程序在执行行之前是否否测定当前前的输入／／输出设备备?程序是否把把与机器相相关的语句句分离了出出来，集中中放在了一一些单独的的程序模块块中，并有有说明文件件?程序是否结结构化?并并允许在在小一些的的计算机上上分段(覆覆盖)运行行?程序中是否否避免了依依赖于字母母数字或特特殊字符的的内部位表表示?35软件可维护护性－软件件可维护性性评审在进行设计计评审时，，要从易于于维护和提提高设计总总体质量的的角度全面面评审数据据设计、总总体结构设设计、过程程设计和界界面设计。。在进行代代码评审时时，要强调调编程风格格和内部文文档。在进进行测试时时应指出软软件正式交交付前应进进行的预防防性维护。。在维护活活动完成后后也要进行行评审。36软件可维护护性－提高高可维护性性的方法通常采用的的方法有确定质量管管理目标和和优先级规范化程序序设计风格格选择可维护护性高的程程序设计语语言改进程序文文档保证软件质质量审查方方法37软件可维护护性－提高高可维护性性的方法确定质量管管理目标和和优先级一个可维护护的程序应应该是可理理解的，可可修改的和和可测试的的。但是要要实现所有有这些目标标，需要付付出很大的的代价。因因为有些维维护属性之之间是相互互促进的，，例如，可可理解性和和可测试性性，可理解解性和可修修改性，另另外一些属属性之间则则是相互抵抵触的。在程序的开开发阶段就就应保证软软件具有可可理解性。。可修改性性和可测试试性。在软软件开发的的每一个阶阶段都应尽尽力考虑软软件的可维维护性。38软件可维护护性－提高高可维护性性的方法使用提高软软件质量的的技术与工工具在进行软件件设计时，，采用如本本书前面所所述的模块块化程序设设计、结构构化程序设设计等程序序设计方法法，在软件件开发过程程中，采用用结构化小小组，建立立主程序小小组，实现现严格的组组织化管理理，职能分分工，规范范标准，在在对程序的的质量进行行检测时，，也可以采采用分工合合作的方法法，这些方方法会有效效地提高软软件质量和和检测效率率，进而提提高软件的的可维护性性。39软件可维护护性－提高高可维护性性的方法选择可维护护性高的程程序设计语语言选择较好的的程序设计计语言对软软件维护有有很大的影影响。低级级语言（如如：机器代代码或汇编编语言）程程序是一般般人很难掌掌握和理解解的，因而而很难维护护。高级语语言比低级级语言容易易理解，具具有更好的的可维护性性。在高级级语言中，，一些语言言可能比另另外一些语语言更容易易理解。例例如，cobol语语言比fortran语言更更容易理解解，因为cobol的变量接接近英语；；pl/1比cobol更容容易理解，，因为pl/1有更更丰富、更更强的语言言集等40软件可维护护性－提高高可维护性性的方法改进程序文文档程序文档对对提高程序序的可理解解性有着重重要的作用用。即使是是一个相对对简单的程程序，要想想有效地，，迅速对它它进行维护护，也需要要编制文档档对它的目目的和任务务进行解释释。而对于于程序的维维护人员来来说，要想想对程序编编制人员的的意图进行行重新修改改，并对今今后可能出出现的变化化估计，缺缺少文档的的帮助也将将很难实现现。另一方方面，对于于程序文档档一定要能能及时反映映程序的变变化，否则则将对后续续维护人员员产生误导导。41软件可维护护性－提高高可维护性性的方法进行质量保保证审查除了保证软软件得到适适当的质量量外，审查查还可以用用来检测在在开发和维维护阶段内内发生的质质量变化。。一旦检测测出问题来来，就可以以采取措施施来纠正，，以控制不不断增长的的软件维护护成本，延延长软件系系统的有效效生命期。。为了保证证软件的可可维护性，，有四种类类型的软件件审查：在检查点进进行复审、验收检查、周期性地维维护审查、对软件包进进行检查。42内容摘要软件维护再工程技术术43再工程技术的概念逆向工程（（reverseengineering））：指在软件件生存周期期中，将软软件的某种种形式描述述转换成更更抽象形式式的活动重构（restructuring））：指在同一一抽象级别别上转换系系统的描述述形式。如如把C++程序转转换成Java程序序设计恢复（（designrecovery））：指借助工工具从已有有程序中抽抽象出有关关数据结构构设计、总总体结构设设计和过程程设计的信信息。44再工程的概概念再工程（reengineering）：指在逆向向工程所获获信息的基基础上修改改或重构已已有的系统统，产生系系统的一个个新版本再工程的主要目的：为遗留系系统转化为为可演化系系统提供一一条现实可可行的途径径再工程是一一个工程过过程，它将将逆向工程程、重构和和正向工程程组合起来来，将现存存系统重新新构造为新新的形式。。当实施软软件的再工工程时，软软件理解是是再工程的的基础和前前提。45再工程的概概念为什么要进进行再工程程维护一行源源代码的代代价可能是是最初开发发该行源代代码代价的的14-20倍；同同时重新设设计软件体体系结构时时使用了现现代设计概概念，它对对将来的维维护会有很很大的帮助助；现有的的程序版本本可以作为为软件原型型使用，开开发生产率率可以大大大高于平均均水平；用用户具有较较多使用该该软件的经经验，因此此，能够很很容易地搞搞清新的变变更需求和和变更的范范围；另外外，利用逆逆向工程和和再工程的的工具，可可以使一部部分工作自自动化；在在完成预防防性维护的的过程中还还可以建立立起完整的的软件配置置。46再工程的概概念通常再工程程包含：业务过程再再工程、软件再工程程业务过程再再工程（BPR———BusinessProcessRe-engineering，也称业业务过程重重组）定义义业务目标标、标示并并评估现有有的业务过过程以及修修订业务过过程以更好好满足业务务目标，这这一部分通通常由咨询询公司的业业务专家完完成软件再工程程包含库存目目录分析、、文档重构构、逆向工工程、程序序和数据重重构以及正正向工程。。这一部分分通常由软软件工程师师完成47业务过程再再工程MichaelHammer的<<HarvardBusinessReview>>是业务务过程和计计算管理革革命的奠基基性文章，，Hammer在文文章中大力力呼吁使用用业务过程程再工程技技术。不过过，到21世纪初，，对于业务务过程再工工程的宣传传已经不太太常见，但但是这种过过程已经在在很多公司司中得到使使用。业务过程是是一组“逻辑相关的的任务，它它们被执行行以达到符符合预定义义的业务结结果”。48业务过程再再工程每个系统都都是由不同同的子系统统构成，而而子系统还还可以再细细分为更细细的子系统统，从而整整个业务呈呈现一种层层次结构业务业务系统业务过程业务子过程程业务层次49业务过程再再工程在理想情况况下，BPR应该自自顶向下地地进行，从从标示主要要的业务目目标或子目目标开始，，而以生成成业务（子子）过程中中每个任务务的详细的的规约结束束对一个业务务过程进行行再工程需需要服从一一定的原则则。Hammer在在1990年提出一一组原则，，用于指导导BPR活活动围绕结果而不不是任务进行行组织；50业务过程再工工程让那些使用过过程结果的人人来执行流程程；将信息处理工工作合并到生生产原始信息息的现实工作作中；将地理分散的的资源视为好好像它们是集集中的；连接并行的活活动以代替集集成它们的结结果；在工作完成的的地方设置决决策点，并将将控制加入过过程中；在其源头一次次性获取数据据。51业务过程再工工程业务过程再工工程是迭代的的。因此业务务过程再工程程没有开始和和结束，只有有不断的演化化。整个业务务过程再工程程模型可用下下图表示业务定义过程标识过程评估过程规约和设计原型实现求精和实例化52业务过程再工工程软件规模的扩扩大导致出现现软件的管理理、质量等一一些严重的问问题，人们开开始寻找软件件业中的银弹弹。BPR的的出现，使人人们误以为BPR就是传传说中的银弹弹。然而经过过几年的夸大大宣传后，BRP陷于严严重的批评中中，又被人们们认为一文不不值。因此有有必要树立一一种对BRP认识的正确确观点。BRP不是银弹弹，当然BRP确实可以以提高软件的的质量。53软件再工程过过程在业务过程被被分析清楚后后，可以对软软件实施再工工程，整个软软件再工程过过程模型如下下图54软件再工程过过程库存目录分析析包含关于每个个应用系统的的基本信息(例如，应用用系统的名字字，最初构建建它的日期，，已做过的实实质性修改次次数，过去18个月报告告的错误，用用户数量，安安装它的机器器数量，它的的复杂程度，，文档质量，，整体可维护护性等级，预预期寿命，在在未来36个个月内的预期期修改次数，，业务重要程程度等)。下述3类程序序有可能成为为预防性维护护的对象：预定将使用多多年的程序、当前正在成功功地使用着的的程序和在最近的将来来可能要做重重大修改或增增强的程序。55软件再工程过过程文档重构建立文档非常常耗费时间，，不可能为数数百个程序都都重新建立文文档。如果一一个程序是相相对稳定的，，而且可能不不会再经历什什么变化，那那么，让它保保持现状。为为了便于今后后的维护，必必须更新文档档，但只针对对系统中当前前正在修改的的那些部分建建立完整文档档。如果某应应用系统是完完成业务工作作的关键，而而且必须重构构全部文档，，则仍然应该该设法把文档档工作减少到到必需的最小小量。56软件再工程过过程逆向工程软件的逆向工工程是分析程程序以便在比比源代码更高高的抽象层次次上创建出程程序的某种表表示的过程，，逆向工程工工具从现存的的程序代码中中抽取有关数数据、体系结结构和处理过过程的设计信信息。57软件再工程过过程代码重构某些老程序具具有比较完整整、合理的体体系结构，但但是，个体模模块的编码方方式却是难于于理解、测试试和维护的。。在这种情况况下，可以重重构可疑模块块的代码。为了完成代码码重构活动，，首先用重构构工具分析源源代码，标注注出和结构化化程序设计概概念相违背的的部分。然后后重构有问题题的代码(此此项工作可自自动进行)。。最后，复审审和测试生成成的重构代码码(以保证没没有引入异常常)并更新代代码文档。58软件再工程过过程数据重构数据重构发生生在相当低的的抽象层次上上，它是一种种全范围的再再工程活动。。在大多数情情况下，数据据重构始于逆逆向工程活动动，分解当前前使用的数据据体系结构，，必要时定义义数据模型，，标识数据对对象和属性，，并从软件质质量的角度复复审现存的数数据结构。59软件再工程过过程正向工程正向工程过程程应用软件工工程的原理、、概念、技术术和方法来重重新开发某个个现有的应用用系统。在大大多数情况下下，被再工程程的软件不仅仅重新实现现现有系统的功功能，而且加加入了新功能能和提高了整整体性能。60逆向工程逆向工程是把把软件源程序序还原为软件件文档或软件件设计的过程程。通过逆向向工程，可以以从更高的抽抽象度来观察察软件。抽象象度的多少可可由抽象的层层次，文档的的完整性，工工具等因素决决定。逆向工程来源源于硬件世界界。硬件厂商商总想弄到竞竞争对手产品品的设计和制制造“奥秘””。但是又得得不到现成的的档案，只好好拆卸对手的的产品并进行行分析，企图图从中获取有有价值的东西西。软件的逆向工工程在道理上上与硬件相似似。但在很多多时候，软件件的逆向工程程并不是针对对竞争对手的的，而是针对对自己公司多多年前的产品品。期望从老老产品中提取取系统设计、、需求说明等等有价值的信信息。61逆向工程逆向工程导出出的信息可分分为四个抽象象层次实现级：包括程序的的抽象语法树树、符号表等等信息；结构级：包括反映程程序分量之间间相互依赖关关系的信息，，如调用图、、结构图等；；功能级：包括反映程程序段功能及及程序段之间间关系的信息息；领域级：包括反映程程序分量或程程序诸实体与与应用领域概概念之间对应应关系的信息息。对于一项项具体的维护护任务，一般般不必导出所所有抽象级别别上的信息。。如代码重构构任务，只需需获得实现级级信息即可。。62逆向工程根据源程序的的类别不同，，逆向工程还还可以分为：：对用户界面的的逆向工程、对数据的逆向向工程和对理理解的逆向工工程。现代的软件一一般都拥有华华丽的界面，，当准备对旧旧的软件进行行用户界面的的逆向工程时时，必须先理理解旧软件的的用户界面，，并且刻画出出界面的结构构和行为。63逆向工程对数据的逆向向工程：由于于程序中存在在许多不同种种类的数据，，例如内部的的数据结构，，以及底层的的数据库和外外部的文件。。其中对内部部的数据结构构的逆向工程程可以通过检检查程序代码码以及变量来来完成；而对对数据库结构构的重构可通通过建立一个个初始的对象象模型，确定定侯选键，精精化实验性的的类，定义一一般化，以及及发现关联来来完成。对理解的逆向