软件工程及相关课程

2023/3/2国防科技大学计算机学院1

软件工程

SoftwareEngineering

国防科技大学计算机学院2004.07齐治昌教授，谭庆平教授，宁洪教授，董威博士2023/3/2国防科技大学计算机学院2前言

软件和软件工程在信息化社会中的地位和作用2023/3/2国防科技大学计算机学院3八十年代初科学家的预言(1/2)Osborne1979将迎来”新的工业革命”Toffler1980

微电子的发展是人类历史上的”第三次浪潮”80年代初 美国商业周刊杂志在头版刊登大标题：

“软件：新的驱动力”

当时人们还没有意识到他们的预见是多么的正确。2023/3/2国防科技大学计算机学院4八十年代初科学家的预言(2/2)Naisbitt1982

人类社会将“从工业社会向信息社会转变”Feigenbaum1983

计算机控制的信息和知识将成为20世纪表现能力的焦点Stoll1989

网络和软件产生的“电子社会”是实现全球知识交流的关键。2023/3/2国防科技大学计算机学院5二十年后的现实1.计算机的发展与普及2.计算机软件的发展与普及3.计算机网络的发展与普及2023/3/2国防科技大学计算机学院6观察与思考因为普及了计算机、软件和网络…迎来了信息化社会和知识经济。2023/3/2国防科技大学计算机学院7软件在信息化社会中的地位和作用软件与经济软件与政治软件与军事软件与文化软件与教育软件与法律道德

2023/3/2国防科技大学计算机学院8结论软件是信息化社会和知识经济的基础，它渗透到人们生活、工作的所有领域，并迅速的改变着人们的生活和工作方式，改变着社会的产业结构和面貌。人们对软件的依靠越来越密切，社会需要大量的丰富多彩的软件，并随着社会的发展不断更新、充实和提高。2023/3/2国防科技大学计算机学院9教材2023/3/2国防科技大学计算机学院10教材和参考书2023/3/2国防科技大学计算机学院11第一章软件与软件工程软件与软件工程的概念软件生存周期软件开发模型软件工程工具及环境软件工程组织度量2023/3/2国防科技大学计算机学院121.1软件软件的概念；软件的特点；软件的分类；软件的发展；软件危机。第一章软件与软件工程2023/3/2国防科技大学计算机学院131.1.1软件的概念

软件是什么?1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院14软件的概念软件是计算机系统的重要组成部分；软件是逻辑产品，需要计算机硬件和系统软件的支撑；软件是计算机控制系统的指挥中枢；软件是信息转换器，它能对信息进行加工、处理或变换；软件是工具，在人们的生活、工作、休闲，在社会的经济、军事、政治、文化、科学技术、教育中发挥具大作用；1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院15软件的概念计算机世界的软件软件是能够完成预定功能和性能，并对相应数据进行加工的程序和描述程序及其操作的文档。

软件=程序+数据+文档程序=算法+数据结构1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院161.1.2软件的特点软件开发与传统的产品生产存在本质差别；软件是逻辑产品，而不是物理产品；软件不会磨损；1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院17软件的描述（1／3）

软件由程序、数据、文档组成。1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院18软件的描述（2／3）程序设计语言面向机器

汇编语言、机器语言等面向过程Fortran,Pascal,C等面向对象C++,Java等面向问题结构化查询语言SQL等1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院19软件的描述（3／3）数据

用程序设计语言要求的数据结构表示文档

规范准确清晰简洁无歧义自然语言结构化英语图表

1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院201.1.3软件分类系统软件实时软件商务软件工程和科学计算软件嵌入式软件人工智能软件个人计算机软件1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院211.1.4软件的发展软件发展的四个阶段软件发展存在的问题1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院221）软件发展的四个阶段1950---1965

没有系统的软件开发方法和管理机制、自定义软件、批处理、有限分布。1965---1975

产生人机交互的新概念、新技术软件产品、多用户、实时、数据库。1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院231973---1988

微处理器的出现并广泛应用 分布式系统、嵌入智能、低成本硬件、消费者的影响。1986---2000

广域和局域网络迅速普及 强大的桌面系统、面向对象技术、专家系统、人工智能、神经网络、并行计算、网络计算机。软件发展的四个阶段(2/2)1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院242)软件发展存在的问题(1/2)软件开发能力不能满足人们的需要。社会对软件的依赖程度加大，人们普遍关注软件的安全和可靠性。建造高可靠性、高质量软件的任务任重路远。1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院25软件发展存在的问题

(2/2)若干年前开发的应用软件经过几十次修改已无人认识它的内部结构，己经不可维护。由于经济原因,嵌入式系统存在许多怪现象，企业不愿意投入资源再生产，而采取打补丁+时髦界面的方法。1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院261.1.5软件危机1.软件危机的表现硬件发展超过软件，硬件潜能没有充分发挥。软件产业的发展长期滞后，与硬件发展不协调。1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院27

软件危机软件开发成本过高软件质量得不到保证软件开发效率低难以控制开发进度，工作量估计困难

软件不能满足社会发展的需求，成为社会、经济发展的制约因素1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院28程序规模、工作量与成本的关系1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院292.软件危机原因软件的规模加大、复杂性提高、性能增强软件是逻辑产品,尚未完全认识其本质和特点缺乏有效的、系统的开发、维护大型软件项目的技术手段和管理方法1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院30软件危机原因用户对软件需求的描述和软件开发人员对需求的理解往往存在差异，用户经常要求修改需求，开发人员很难适应软件开发的技术人员和管理人员缺乏软件工程化的素质和要求，对工程化的开销认识不足………1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院313.软件危机仍在继续

---影响软件质量的糊涂认识(1/3)在项目的初始阶段对系统若明若暗就开始写程序认为软件是灵活的容易修改，对软件需求的改变不以为然程序调试成功标志着工作的结束1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院32软件危机仍在继续

---影响软件质量的糊涂认识(2/3)程序运行前无法评价程序的质量一个软件项目给客户提交的主要是程序，而软件文档则认为可有可无、可多可少等等。虽然发布了软件标准和规范，但在实践中执行需要额外的开销，划不来1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院33软件危机仍在继续

---影响软件质量的糊涂认识(3/3)虽然开发了许多软件工具，但很多开发者对使用这些工具兴趣不大为了开发软件人们不惜用重金购买最新型号的主机和工作站而不愿意购买软件工具在软件开发过程中，进度迟后就增派更多的程序员突击，赶进度………1.1软件2023/3/2国防科技大学计算机学院341.2软件工程的概念1968年NATO计算机科学会议软件危机-->根源-->解决途径

软件工程第一章软件与软件工程2023/3/2国防科技大学计算机学院351.2.1.软件工程的定义(1/3)

软件工程FritzBauer[nau69]

为了经济的获得可靠的，在实际机器上高效运行的软件，而建立和使用的好的工程原则。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院36软件工程的定义(2/3)

软件工程[教材]软件工程是运用工程、科学和数学的原则与方法研制、维护计算机软件的有关技术和管理的方法。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院37软件工程的定义(3/3)

软件工程[IEE93](1)将系统的、规范的、可度量的方法应用于软件的开发、运行和维护的过程；(2)

上述方法的研究。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院38软件工程三要素

过程、方法和工具(1/5)质量是软件工程的生命线，软件工程以质量保证为基础。质量管理促进了过程的改进,创造了许多行之有效的软件开发方法和工具。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院39软件工程三要素

过程、方法和工具(2/5)软件工程釆用层次化的方法,每个层次都包括过程、方法、工具三要素。方法支撑过程和工具、过程和工具促进方法学的研究。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院40软件工程三要素

过程、方法和工具将系统的、规范的、可量化的方法运用到软件工程的始终，渗透到软件工程的过程、方法和工具中。1.2软件工程的概念软件工程过程方法工具2023/3/2国防科技大学计算机学院41

软件工程三要素

过程、方法和工具(3/5)软件工程的过程过程贯穿软件开发的各个环节，各环节之间建立里程碑；管理者在软件工程过程中对软件开发的质量、进度、成本进行评估、管理和控制；技术人员采用相应的方法和工具生成软件工程产品（模型、文档、数据、报告、表格等）。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院42软件工程三要素

过程、方法和工具(4/5)

软件工程的方法软件工程方法是完成软件工程项目的技术手段。它支持项目计划和估算、系统和软件需求分析、设计、编程、测试和维护。软件工程方法依赖一组原则，它贯穿软件工程的各个环节。软件工程方法分两类：传统方法和面向对象方法1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院43软件工程三要素

过程、方法和工具(5/5)软件工程工具它为软件工程的过程和方法提供自动化或半自动化的工具支持。将若干工具集成起来，与软件工程数据库和计算机系统构成一个支持软件开发的系统称“计算机辅助软件工程(CASE)”，系统中某一工具的信息加工结果可以作为另一工具的输入。集成的软件工程工具再加上人的因素构成了软件工程环境。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院44软件开发方法和软件工具结构化分析方法结构化程序设计语言面向对象分折方法面向对象程序设计语言1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院453.软件和软件开发过程软件过程和软件产品密切相关。大型软件项目没有良好的软件开发过程，不可能建造出用户满意的优质产品；反之，一个好的软件产品隐含着良好的软件开发过程。计算机软件领域产品和过程不断交替创新，促进软件工程的进步和发展。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院461.2.2软件工程目标

(1/6)在给定成本、进度的前提下，开发出具有

可修改性、有效性、可靠性、可适应性、可追踪性、可移植性、可互操作性并满足用户需求的软件产品。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院47软件工程目标

(2/6)有效性能有效地利用计算机的时间和空间资源可修改性容许对系统进行修改而不增加原系统的复杂性，它支持软件的调试与维护。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院48软件工程目标

(3/6)可靠性具有能够防止因概念、设计和结构等方面的不完善而造成的系统失效，具有挽回因操作不当造成软件系统失效的能力可理解性系统具有清晰的结构，能直接反映软件需求。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院49

软件工程目标

(4/6)可维护性便于对软件增加新功能、改进性能、修改错误、移植

可重用性软件易于被再次使用1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院50软件工程目标

(5/6)可适应性采用流行的程序设计语言、运行环境、标准的术语和格式。可追踪性对软件进行正向和反向追踪的能力

1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院51软件工程目标

(6/6)可移植性从一个环境搬迁到另一个环境

可互操作性多个软件要素相互通讯协同完成任务的能力

1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院521.2.3软件工程原则

(1/6)在软件开发过程中，为了达到软件开发目标，必须遵循下列原则：

抽象模块化信息隐藏局部化一致性完全性可验证性1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院53软件工程原则

(2/6)抽象关注事物基本、重要的部分，忽略不相关成分

抽象可以使我们的思维聚焦于问题本质，从而简化问题，控制问题复杂度，支持复杂、庞大软件系统的开发。1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院54软件工程原则

(3/6)模块化模块是程序中一个逻辑上相对独立、具有良好的接口定义的编程单位：过程、函数、类、程序包等模块化是,将复杂的系统分解为一个个相对独立的模块来加以实现，有助于抽象和信息隐藏以及表示复杂的系统1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院55软件工程原则

(4/6)信息隐藏模块中的软件设计决策信息封装起来的技术，只知道它的功能以及对外的接口，而不知它的内部细节

有助于软件开发人员的注意力集中于更高的抽象层次

1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院56

软件工程原则

(5/6)局部化物理模块内集中逻辑上相互关联的计算资源

确保模块内各成分关系密切而模快之间的关系松散，保证模块具有良好的独立性

1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院57软件工程原则

(6/6)一致性整个软件系统均使用统一的符号、概念和术语完全性整个软件系统不丢失任何重要的成分，软件完全实现系统所需的功能、行为和性能可验证性软件系统应易于检查、测试和评审1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院58软件开发目标在给定成本、进度和满足用户需求的前提下，开发的软件产品应具有

可修改性有效性可靠性适应性可追踪性可移植性可互操作性1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院59软件开发原则

在软件开发过程中，为了达到软件开发目标，必须遵循下列原则：

抽象模块化信息隐藏局部化一致性完全性可验证性1.2软件工程的概念2023/3/2国防科技大学计算机学院601.3软件生存周期软件产品从形成概念开始，经过开发、运行（使用）和维护直到退役的全过程称为软件生存周期，包括软件定义、开发、使用和维护三部分。软件工程的目标和原则贯穿整个软件生存周期。第一章软件与软件工程2023/3/2国防科技大学计算机学院61

软件的定义和开发过程问题定义可行性研究需求分析软件开发概要设计详细设计实现组装测试确认测试可行性研究需求分析概要设计

详细设计

实现

组装测试确认测试1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院621.3.1问题定义

1.可行性研究任务

了解用户要求和现实环境

从技术、经济、市场等方面研究并论证开发该软件系统的可行性1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院63可行性研究

(2/3)技术可行性当前的软件开发方法和工具能否支持需求的实现；操作可行性用户能否在特定的环境下使用这个软件；经济可行性开发和使用、维护这个软件的成本能否被用户所接受。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院64可行性研究(3/3)

阶段性产品可行性论证报告制定初步项目开发计划(人员,进度)1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院65问题定义2.需求分析任务

确定用户对软件系统的需求：功能需求软件必须要完成的功能；性能需求软件的安全性、可靠性、可维护性、精度、错误处理、适应性、用户培训等；运行环境约束待开发的软件产品必须满足的环境要求1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院66需求分析(2/4)重要性软件开发的依据，软件验收的标准困难难以说清、

动态变化、

歧义、复杂、应用软件的需求分析涉及应用领域的知识和经验。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院67需求分析

(3/4)需求分析过程需求分析人员必须与用户不断、反复地交流和商讨，使用户需求逐步准确、一致、完全。方法

面向数据流的分析方法面向数据流的分析方法面向对象的分析方法抽象、问题分解、快速原型、多视点等工具

RationalRose,WitClass,VisualModel1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院68需求分析

(4/4)阶段性产品软件需求规格说明书SRS用软件需求规格说明语言描述软件系统的功能需求、性能需求、接口需求、设计需求、软件产品的基本结构、采用的开发标准和验收原则等。用户手册概要。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院691.3.2软件开发1.概要设计任务根据SRS建立目标软件系统的总体结构、设计全局数据库和数据结构，规定设计约束，制定组装测试计划等等。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院70

概要设计

(2/3)方法根据软件需求规格说明书，

自顶向下、逐步求精、

抽象、

模块化、

局部化、信息隐藏…坚持功能模块内部紧耦合，功能模块之间松耦合的原则；坚持与需求规格说明书的一致性

1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院71概要设计(3/3)工具

面向数据流的设计方法结构图面向数据流的设计方法面向对象的设计方法RationalRose阶段性产品概要设计规格说明书数据库或数据结构设计说明书集成测试计划。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院722.详细设计任务细化概要设计所生成的各个模块,并详细描述程序模块的内部细节(算法，数据结构等)，形成可编程的程序模块，制订单元测试计划阶段新产品详细设计规格说明书,单元测试计划1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院733.实现任务根据详细设计规格说明书编写源程序，并对程序进行调试、单元测试、系统集成，验证程序与详细设计文档的一致性1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院74实现(2/2)方法以详细设计规格说明书为依据、基于某种程序设计语言进行编码结构化程序设计面向对象程序设计工具VisualC++,VisualJava,etcIDE阶段产品源程序代码1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院75

4.组装测试任务

组装测试应满足概要设计的要求。途径测试模块连接的正确性；测试系统或子系统的I/O；测试系统的功能和性能。产品满足概要设计要求的程序、组装测试报告。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院765.确认测试

任务根据软件需求规格说明书，测试软件系统是否满足用户的需求

方法用户参与，以软件需求规格说明书为依据进行确认测试工具专用测试工具阶段性产品可供用户使用的软件产品(文档，源程序)1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院771.3.3软件的使用、维护和退役软件的使用确认测试后的软件安装在用户环境中；测试通过后移交用户使用；尽量扩大软件发行量发挥更大的社会和经济效益；软件使用过程中用户要认真收集软件错误，并撰写软件问题报告和软件维护报告1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院78软件的使用、维护和退役软件的维护软件工作环境不断变化，软件也必然跟着变化，软件必须不断进化以满足客户的需求变化，这是软件产品最根本的特性。软件维护占用软件开发60%以上的工作量。正确性维护；扩充性维护；适应性维护。软件产品的新版本

1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院79软件的使用、维护和退役软件的退役终止软件运行。1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院80软件定义开发与测试的关系1.3软件生存周期2023/3/2国防科技大学计算机学院811.4软件开发模型软件开发模型是软件开发全过程、软件开发活动以及它们之间关系的的结构框架软件项目的管理提供里程碑和进度表为软件开发提供原则和方法第一章软件与软件工程2023/3/2国防科技大学计算机学院82软件开发模型三类软件开发模型1.以软件需求完全确定为前提的瀑布模型2.在软件开发初期只能提供基本需求所采用的渐进式开发模型如原型模型、螺旋模型3.以形式化开发方法为基础的变换模型1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院831.4.1瀑布模型

(1/4)

主要思想软件开发过程与软件生命周期是一致的相邻二阶段之间存在因果关系需对阶段性产品进行评审1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院84瀑布模型

(2/4)1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院85瀑布模型的优点（3／4）软件生命周期模型,使软件开发过程可以在分析、设计、编码、测试和维护的框架下进行；软件开发过程具有系统性、可控性，克服了软件开发的随意性

。1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院86瀑布模型的缺点（4／4）

项目开始阶段用户很难精确的提出产品需求，由于技术进步，用户对系统深入的理解，修改需求十分普遍。项目开发晚期才能得到程序的运行版本，这时修改软件需求和开发中的错误代价很大。采用线性模型组织项目开发经常发生开发小组人员“堵塞状态”，特别是项目的开始和结束。1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院871.4.2快速原型模型用户/客户给出软件产品的一般需求开发小组和用户共同定义软件总体目标，标识已知需求对界面、功能、人机交互方式等，进行设计并建造原型1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院88快速原型模型强调“快速”，釆用基于构件的软件开发方法,尽量缩短软件开发周期,不宜釆用过多的新技术用户/客户对原型进行评估修改需求、更新设计、完善原型直至确定需求。1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院89原型模型示意图1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院90RAD模型的开发过程（1／3）业务建模按照下列问题建立业务功能的信息流模型：什么信息驱动业务流程?生成什么信息?谁生成该信息?该信息流往何处?谁处理它?数据建模精化信息流，形成一组支持该业务所需的数据对象。标识出每个对象的特征(称为属性)，并定义这些对象间的关系。业务建模数据建模过程建模应用生成测试修正1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院91RAD模型的开发过程（2／3）过程建模对定义的数据对象进行变换，实现一个业务功能所需的信息流。创建过程描述以增加、修改、删除或检索一个数据对象。业务建模数据建模过程建模应用生成测试修正1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院92RAD模型的开发过程（3／3）应用生成

采用第四代技术创建软件、重用已有的程序构件或创建可重用的构件。使用自动化工具辅助软件建造。测试修正RAD过程强调重用，许多程序构件已经过测试，但所有新构件和接口必须测试。业务建模数据建模处理建模应用生成测试修正1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院93原型模型的优点原型模型支持软件需求开发，帮助用户和开发人员理解需求，是软件需求工程的关键。它产生的正式需求文挡，是软件开发的基础。如果开发的原型是可运行的，它的若干高质量的程序片段和开发工具可用于工作程序的开发。原型的开发和评审是系统分析员和用户/客户共同参予的迭代过程，每个迭代循环都是线性过程。1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算机学院94原型模型的缺点对于大型软件项目，原型模型需要足够的人力资源以建立足够的原型组。原型模型要求开发者和客户在一段时间内共同完成原型系统的开发，如果任何一方没有实现承诺，会导致原型开发的失败。如果系统难以模块化，建造原型所需构件就有问题；如果高性能是一个指标，原型模型也可能不奏效。原型模型不适合采用很多新技术的项目1.4软件开发模型2023/3/2国防科技大学计算