软件工程方法与实践第十章软件工程高级课程

软件工程方法与实践

第10章软件工程高级课题

第10章软件工程高级课题

O10.1软件复用

O10.2新型的软件工程

。10.3计算机辅助软件工程

Q10.4小结

10.1.1软件复用概述

软件复用（Reuse）,即由软（构）件集成软件，是借鉴

硬件集成而提出的，体现“从货架上直接拿”的现代软件

工程理念的一种技术、一种方法，也是一个过程。

软件复用的重要性体现在：能更快、更好、成本更低地生

产软件（产品）。

软件复用定义：在构造新的软件系统的过程中，对已存在

的软件人工制品的再次使用技术。定义可概括为：“开发

伴随复用”，“开发为了复用”。

10.1.1软件复用概述

实现复用的关键要素是软件构件技术。可复用的构件可以

包括软件的技术表示、各种文档、测试用例，以及与过程

相关的任务等。

软件复用的层次从低到高有:

⑴源代码复用

⑵软件体系结构复用

⑶应用程序生成器

(4)领域特定的软件体系结构的复用

10.1.1软件复用概述

软件复用主要涉及到制造构件技术和使用构件技术。

制造构件技术是指独立于单个软件系统开发的，可服务

于整个应用领域的构件生产技术。

使用构件的技术是指在软件系统开发中，使用已有构件

的方法和技术。

提高软件复用质量和集成化程度的关键环节是，构件的

参量化和可复用性能，以及完善的集成环境。

10.1.2软件复用过程

软件复用过程，即基于构件的软件工程

（CBSE）包含两个并发的子过程：

领域工程（DE）

基于构件的软件开发（CBSD）

10.1.2软件复用过程

领域

A领域分析》结构开发»构件开发

知识源X.______________

AA

可复用

领域模型结构模型

领域工程构件库

图10.1基于构件的软件工程（CBSE）的过程模型

10.1.3领域工程

领域工程（DE）是构件的一系列开发工程，

是在特定的应用领域中，以构件库形式标识、

构造、分类和传播一组软件制品——软件构

件。

根据复用活动所应用的领域范围，可划分为横

向复用和纵向复用两种复用形式。

纵向复用领域工程的活动

⑴实施领域分析（步骤）

I①选择特定的领域，定义应用领域；

I②从中抽取具有可重复模式（结构的、数据的、行

为的）的功能分类；

I③收集应用领域中有代表性的应用样本，标识/描述

可复用的功能类；

I④建立领域分析模型；

I⑤定义需求规约，得出由需求规约构件和若干连接

子配置构成的领域模型。

纵向复用领域工程的活动

⑵开发可复用构件

♦开发的构件应该具有通用性、可变性、易组装性和可

理解性描述等特性。

♦设计构件必须考虑领域的应用特征，主要设计构件的

标准数据、标准接口协议和程序模板。

♦采用流行的构件实现标准。例如，组件对象模型

（COM）技术，对象链接与嵌入（OLE）结构标准，

公共对象请求代理体系结构（CORBA）标准，

OpenDoc开放式文档接口标准等。

纵向复用领域工程的活动

⑶建立可复用构件库

领域构件库具有类似于数据库管理系统的、基

于科学分类的构件描述、检索和管理的一系列

机制。

10.1.4基于构件的软件开发

构件集成模型就是一个软件复用过程的基于构件的软件

开发（CBSD）模型。

1014基于构件的软件开发

2.构件的集成活动

第一，对一个构件的匹配过程，包括构件对象参数的提

取和相互匹配，以及根据需要进行构件对象功能的删减、

变换，使之匹配；

第二，对构件的集成（连接）过程，即设计和实现应用

系统与构件的互连功能，这也可以看做是把构件对象融

合到应用系统中。

10.1.4基于构件的软件开发

3.应用系统工程

CBSD支持的特定应用系统的软件工程，称为应用系统

工程（ASE）。ASE过程是从一个或多个构件系统中选

择构件进行特化，装配到某个特定应用系统中。

①收集信息，制定应用系统的用例模型。

②把用例模型作为输入，组装和特化分析构件。

③把分析模型作为输入，组装和特化设计构件。

④把设计模型作为输入，组装和特化实现构件。

⑤组装和特化测试构件，测试应用系统。n

⑥应用系统打包，提供给运用制造商、安装者或用户L

10.2.1形式化方法

形式化软件开发方法是一种基于形式化的、数学的规约

技术。

形式化软件开发方法与传统开发方法相比：

①形式化方法提供了规约环境的基础。软件需求描述被

精炼成一个用数学符号表达的、详细的、形式化描述的

分析模型。这样生成的模型更完整、一致和无二义性。

②设计、实现和单元测试等过程被一个形式化的转换过

程所替代。转换由比较小的一系列步骤组成，每次转换

之间的距离小于描述和程序之间的距离，因而能更好地

跟踪。

形式化软件开发过程

形式化开发方法是将软件系统的需求描述，采用某种规

约的形式化方式，转换成一个可执行程序。

在转换过程中，形式化描述被逐步求精地转换成有严格

数学方法保证其正确的一系列系统表示，直到形式化描

述被转换成一个对等的可执行程序。

需求定义f形式化描述一形式化转换f集成和系统验证

图10.2形式化的软件开发过程

形式化方法的特点

①提供了规约环境的基础——形式化描述的分

析模型。

②设计、实现和单元测试等过程被一个形式化

的、逐步求精的、正确性得到保证的转换过程

所替代。

③形式化方法特别适合对安全性、可靠性、保

密性要求极高的系统开发。

形式化的转换模型

转换模型是结合形式化软件开发方法和程序自动生成技术

的一种软件开发模型。

实施转换模型开发的常用技术有：

①基于模型的规格说明及其变换技术；

②基于代数结构的规格说明及其变换结构；

③基于时序逻辑的规格说明和验证技术；

④基于可视形式化的技术，等等。

转换模型开发过程

转换模型的软件开发过程中，程序变换系统由一系列程序

变换语言、相应的编译系统、分析和验证工具、变换控制

工具，以及变换规则集等组成。

系统需求

图10.3软件转换模型

形式化的净室模型

“净室”开发理念是通过严格的检查（复审），在分析、

设计等开发单元（室）消除错误，力求在无（零）缺陷或

超洁净的状态（净室）下实现软件的开发。

净室模型是一种基于增量式的、形式化的软件开发模型。

净室开发模型把软件看成一系列逐步求精的增量开发，每

个增量就是一个形式化表示的“盒”，对每个“盒”都采

用形式化方法验证正确性。净室模型的这种盒结构是在一

个特定的抽象层次上对系统（或系统某些方面）的一次封

净室模型开发过程

需求盒结构规约形式化设计正确性验证代码检查统计性

增量1:认证

收集测试

测试计划

需求盒结构规约形式化设计正确性验证代码检查统计性

增量2：认证

收集测试

测试计划

需求盒结构规约形式化设计正确性验证代码检查统计性

增量/7认证

收集测试

测试计划

图10.4净室模型增量（盒）的开发过程

净室模型的特性

①一般采用状态转换模型形式化描述激励及其响应。

②软件被分解成一个个增量开发，对每个增量单独采用净

室过程进行有效性验证。

③采用结构化的、逐步精化的程序设计，保证从描述到程

序代码的转换是正确的。

④制定详尽的测试计划，通过严格的检查过程对软件进行

静态测试。

⑤对完成的软件增量进行统计性测试，测定它的可靠性。

⑥增量移交给系统时，还要进行系统集成测试，这又得到

一次有效性验证。

10.2.2软件再工程

软件再工程(SR)是使用新的、现代方法和技

术，修改和/或重建软件系统的过程，以达到过

程的改善和软件质量的提高，所以，应称为软

件过程再工程。

软件再工程是一项针对软件工程的业务过程和

管理过程的技术革命。

软件再工程过程模型

软件再工程的各项活动，形成了一个循环过程，每个活动

都可能重复，对于一个特定的过程可以在任意一个活动之

后结束。

图10.5软件再工程的过程模型

逆向工程

软件的逆向工程是

指从源代码出发，

重新恢复设计文档

和需求规格文档的

过程。

"72R*口目

图10.6逆向工程过程

软件重构和正向工程

软件重构是应用最新的设计和实现技术对老软

件系统的源代码和数据进行修改。软件重构分为

代码重构和数据重构两种。

如果对一个软件（产品）版本进行结构化翻新的

重新开发（可看做是一种预防性维护），就应实

施软件再工程的正向工程。

10.2.3客户/服务器软件工程

客户-服务器（c/s）系统是一种基于分布式计算

机体系结构的、对数据采用分布式管理的、特殊

的计算机体系结构。

C/S系统的演化是与可视化桌面功能、新的存储

技术、增强的数据库技术，以及先进的网络通信

等各个方面的进展紧密联系的O

C/S系统结构示例

图10.7客户-服务器体系结构示例

C/S系统的软件构件

♦C/S系统有各种特定的请求和服务。C/S系统的软件构件

主要有用户交互/表示构件、数据库管理构件、应用构件和

中间件（包括网络操作、支持数据库特定应用、对象请求

代理、组件技术、通信管理等特殊应用的软件元素）等，

它们分布在客户端或服务器端，或者同时分布在两端。

♦连接C/S系统各种构件的机制有管道（Pipe）、远程过

程调用、客户■服务器SQL交互和面向对象连接标准

（CORBA）等。这些连接机制都被结合到网络管理和操

作系统中。

C/S系统的软件工程

C/S系统开发工程，主要是从一组业务需求演化到一组

被确认的、在客户和服务器上实现的软件构件。

⑴C/S系统的分析建模。

⑵C/S系统的设计，根据所采用的计算机体系结构，考

虑特定的构造环境，进行定制设计。

⑶C/S系统的测试，针对它的分布特性，主要在应用功

能、服务器、数据库、事务、网络通信等方面进行。—

10.3.1软件工程环境

♦现代软件开发，无论技术活动还是管理活动，都离

不开软件工程环境(SEE)的支持。

♦SEE是实现软件生产工程化的重要基础。它建立在先

进软件开发方法的基础上，正影响和改变着软件生产

方式，反过来又进一步促进了软件方法的推广与流行。

♦SEE包括“生产一个软件系统所需要的过程、方法和

自动化的集合”。建立一个开发环境首先要确定一种

开发过程模型，提出成套的、有效的开发方法，然后

在这一基础上利用各种软件工具实现开发活动的自动

化。

10.3.1软件工程环境

♦SEE有一套包括数据集成、控制集成和界面集成的集成

机制，让各个工具使用统一的规范存取环境信息库，采

用统一的用户界面，同时为各个工具或开发活动之间的

通信、切换、调度和协同工作提供支持。

♦SEE用于辅助软件开发、运行、维护和管理等各种活

动的软件（程序），是一个软件工具集（或工具包）。

这不仅意味着SEE支持开发功能的扩大，也反映了工具集

成化程度的提高。

10.3.2CASE环境

I计算机辅助软件工程(CASE)是通过一组集成

化的工具，辅助软件开发者实现各项活动的全部

自动化，使软件产品在整个生存周期中，开发和

维护生产率得到提高，质量得到保证。

CASE环境、CASE工具、集成化CASE(I-

CASE)等，实际是一切现代化软件开发环境

(SEE)的代名词。

CASE环境

软件工

程信息。

②每一个信息项的改变，可以追踪到其他相关信息项。

③对所有软件工程信息提供版本控制和配置管理。

④对环境中任何工具，可进行直接的、非顺序的访问。

⑤在标准的分解结构中提供工具和数据的自动支持。

⑥使每个工具的用户，共享人机界面所有的功能。

⑦收集能够改善过程和产品的各项度量指标。

⑧支持软件工程师们之间的通信。

CASE环境的组成构件

CASE工具

1.集成化工具层

集成化框架

为可移植性服务的机构,可移植服务层

操作系统n、

硬件平台I环境基础层

环境体系结构

1

图10.8CASE环境的组成构件

CASE的工具及其分类

II

过程/阶段

编辑工具字处理器、文本编辑器、图表编辑器软件开发全过程

编写文档工具页面输出程序、图像编辑器软件开发全过程

规划与估算工具PERT工具、估算工具、电子表格工具软件开发全过程

变更管埋工具需求跟踪工具、变更控制系统软件开发全过程

方法支持工具设计编辑器、数据字典、代码生成器描述、设计

原型建立工具高端语言、用户界面生成器描述、测试、有效性验证

语言处理工具编译器、解释器设计、实现

配置管理工具版本管理系统、细节建立工具设计、实现

程序分析工具交叉索引生成器、静态/动态分析器实现、测试、有效性验证

测试工具测试数据生成器、文件比较器实现、测试、有效性验证

调试工具交互式调试系统实现、测试、有效性验证

再工程工具交叉索引系统、程序重构系统实现

集成化CASE的框架结构

用户界面层

界面工具箱

表示协议

工且层

三具管理服务

CASECASECASECASECASE

工具工具