软件工程理论与实践课件：第1章 软件工程简介

1、,SOFTWARE ENGINEERING 软件工程,Introduction to Software Engineering 软件工程简介,软件工程理论与实践,What is software？,1.1 What Is Software？什么是软件,Software is corresponding and related to hardware, both are components of computer system. Its a integrated collection which includes Programs, Data and Documents.,软件是计算机系统中与

2、硬件相互依存的另一部分，它是包括程序、数据及其相关文档的完整集合,软件工程理论与实践,What Is Software？什么是软件？,程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列,数据是使程序能正常操作信息的数据结构,文档是与程序开发、维护和使用有关的图文材料,软件工程理论与实践,Characters of Software软件的性质,Software is a kind of logical entity rather then physical one, has character of Abstraction（抽象性 ）.,Compared with hardware, Softwar

3、e has no evident manufacturing process（没有明显的制造过程 ） during its developing, to control its quality, efforts must be laid on the process of developing.,Deferent with hardware, software has no abrasion and aging problems（无磨损问题） during its usage.,软件是一种逻辑实体，而不是具体的物理实体，因而它具有抽象性,软件的生产与硬件不同，在它的开发中没有明显的制造过程。对

4、软件的质量控制，必须着重在软件开发方面下功夫,与硬件不同，软件在运行和使用期间，没有机械磨损、老化问题,软件工程理论与实践,Maintaining of software is more complicated than that of hardware, they are different constitutionally.,软件维护比硬件维护更复杂，它与硬件的维修有本质差别,软件工程理论与实践,Abrasion of hardware: replace it Wrong of Software: There must be some mistake during developing a

5、nd cant be replaced.,硬件磨损：可以用备用零件替换； 软件出故障：无法用备用零件替换来解决，是因为设计开发过程中存在错误,软件工程理论与实践,Although software has no abrasion and aging trouble, but it has degeneration problem, degeneration is derived from modification. 尽管软件没有老化和磨损问题，但是有退化（失效，degeneration）问题,这个问题源于修改 。,软件工程理论与实践,Evolution of Software软件的进化,软件工

6、程理论与实践,Evolution of Software软件的进化,软件工程理论与实践,Evolution of Software软件的进化,软件工程理论与实践,1.2 Software Crisis软件危机,Some critical problem emerged at software developing and maintaining process.在软件开发和维护过程中存在一些问题,Almost all the software has problem at some degree.在某种程度上所有软件都存在一些问题,Mainly, these problems can be d

7、ivided into two kinds：所有这些问题可被归为两类,-How to develop software to meet increasing requirements在不断增加的需求的情况下如何开发软件 -How to maintain vast existing software 如何维护大量的业已存在的软件,软件工程理论与实践,Phenomena of Software Crisis软件危机的表现,Cost and schedule of developing can not be estimated accurately. User are always unsatisf

8、ied with delivered software system. Quality of software are usually poor. Software can hardly be maintained.,There is always no proper document of software. Proportion of software cost in computer system are increasing. The progress of software productivity can not catch up with trend of pervasively

9、 using of computer.,软件工程理论与实践,Reason of Software Crisis 软件危机的原因,Some are because of characters of Software自身性质的原因,Some are because of wrong developing and maintaining method 过程的原因（开发和维护方法错误）,软件工程理论与实践,1.3 What is software engineering?什么是软件工程,软件工程理论与实践,Analysis vs. synthesis of a problem 问题的分析与组合,软件工

10、程理论与实践,To help us solve a problem, we employ a variety of methods, tools, procedures, and paradigms .为了帮助我们解决问题，可以使用多种方法、工具、过程、规范。,软件工程理论与实践,软件工程理论与实践,方法学,传统方法学又称生命周期方法学或结构化范型。 采用结构化技术（结构化分析、结构化设计和结构化实现）来完成软件开发的各项任务，并使用适当的软件工具或软件工程环境来支持结构化技术的运用。 把软件生命周期的全过程划分为若干个阶段： 前一阶段是基础、前提；后一阶段是细化； 每一个阶段的开始和结束都有

11、严格的标准； 在每一个阶段结束之前都必须进行正式严格的技术审查和管理复审；,软件工程理论与实践,传统方法学的优点,通过将软件生命周期划分成若干个阶段降低了整个软件开发过程的困难程度； 每个阶段结束前的严格审查保证了软件的质量，提高了软件的可维护性。,软件工程理论与实践,传统方法学存在的问题,当软件规模庞大，或者对软件的需求是模糊的或会随时间而变化的时候，使用传统方法学开发软件往往不成功，而且维护起来仍然很困难。 原因：把原本密切相关的数据和操作人为地分离成了两个独立的部分，增加了软件开发与维护的难度。,软件工程理论与实践,面向对象方法学,面向对象方法学是一种以数据为主线，把数据和对数据的操作紧

12、密地结合起来的方法。 面向对象方法学的4个要点： 把对象作为融合了数据及在数据上的操作行为的统一的软件构件； 把所有对象都划分成类； 按照父类与子类的关系，把若干个相关类组成一个类层次结构，位于下层的类继承了上层中某类的特点； 对象彼此间仅能通过发送消息互相联系。,软件工程理论与实践,面向对象方法学,“面向对象=对象+类+继承+通信” 面向对象方法学的出发点和基本原则，是尽量模拟人类习惯的思维方式，使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界解决问题的方法与过程，从而使描述问题的问题空间与实现解法的求解空间在结构上尽可能一致。,软件工程理论与实践,面向对象方法学的优点,降低了软件产品的复杂性；

13、 提高了软件的可理解性； 简化了软件的开发和维护工作； 促进了软件重用。,软件工程理论与实践,Use methods, tools, procedures, and paradigms to Enhance Quality使用方法、工具、过程、规范来帮助解决问题和提高质量,软件工程理论与实践,软件工程理论与实践,软件危机与软件工程的提出,软件工程理论与实践,关于软件工程的一些定义,软件工程理论与实践,关于软件工程的一些定义,1993年IEEE更全面更具体的定义：“软件工程是：把系统的、规范的、可度量的途径应用于软件开发、运行和维护过程，也就是把工程应用于软件；研究中提到的途径。”,软件工程理论

14、与实践,软件工程学科涉及到为高效率地构建满足客户需求的软件系统所需的理论、知识和实践的应用。（中国计算机科学与技术学科教程2002） 软件工程是指导计算机软件开发和维护的一门工程学科。采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来，以经济地开发出高质量的软件并有效地维护它，这就是软件工程。,关于软件工程的一些定义,软件工程理论与实践,Where Software engineer Fit In?软件工程师适合做什么,软件工程理论与实践,Instead of concentrating on computers and

15、programming languages themselves, software engineering view them as tools to be used in designing and implementing a solution to a problem. 只关心计算机和程序设计语言本身，把它们看作是用来设计和实现问题解决方案的工具。,Where Software engineer Fit In?软件工程师适合做什么,软件工程理论与实践,1.4 How Successful Have We Been? 我们已经取得了哪些进展？,Are users happy with t

16、heir existing software system? Yes and no. 用户对现有的软件系统很满意吗？ Software has enabled us to do things we have never done.软件使我们能做以前从未做过的事情。 （软件改变了人类生活）,软件工程理论与实践,Software is not without its problems.软件并非没有问题。,Federal income tax form processing system例：税收表格自动处理系统-40亿美元的彻底失败 Therac-25 radiation therapy-射线治疗仪

17、（致死） Harrier jet and radar gun-雷达测速仪,软件工程理论与实践,Quality terminology关于质量的术语,Error(错误): human mistake。人的失误 Fault(缺陷): result of mistake, evidenced in some development or maintenance product。error的结果。 Failure(故障): departure from the systems required behavior。相对于系统制定行为的偏差,Human error,can lead to,fault,ca

18、n lead to,failure,软件工程理论与实践,There still much room for improvement in the quality of the software we produce. 在软件质量方面仍然有很大的改进余地。,软件工程理论与实践,What Is Good Software?什么是好软件,Zero-defect software Impossible,大多数软件都做不到 “零缺陷”,软件工程理论与实践,Garvin 质量观点,超越的观点 （Transcendental view）,用户的观点 （User view ）,制造的观点 （ Manufact

19、uring view）,基于价值的观点 （ Value-based view）,产品的观点 （ Product view）,软件工程理论与实践,We Must Consider Quality in at Least Three Way必须至少从3方面考虑质量,软件工程理论与实践,The Quality of the Product产品质量,McCalls quality model Boehms quality model ISO quality model IEEE quality model ,软件工程理论与实践,软件质量要素,评价准则,度量,度量,度量,McCalls Quality

20、Model,软件工程理论与实践,Fj=CjkMk,L,k=1,其中Mk是软件质量要素Fj对第k种评价准则的测量值,Cjk是相应的加权系数,McCalls Quality Model,软件工程理论与实践,McCalls Quality Model,可维护性 适应性 可测试性,可移植性 可复用性 互用性,正确性 可靠性 完整性 可用性 有效性,软件工程理论与实践,软件质量要素 （外部观点）,正确性(Correctness) : 程序满足规格说明及完成用户目标的程度 可靠性(Reliability) : 能够防止因概念、设计和结构等方面的不完善造成的软件系统失效,具有挽回因操作不当造成软件系统失效的

21、能力 有效性(Efficiency) : 软件系统能充分地利用计算机的时间资源和空间资源的程度 完整性(Integrity) : 控制未被授权人员访问程序和数据的程度,软件工程理论与实践,软件质量要素 （外部观点）,可用性(Usability) : 学习使用软件的难易程度, 包括: 操作软件, 为软件准备输入数据, 解释软件输出结果 可维护性(Maintainability) :软件产品交付用户使用后, 能够对它进行修改的难易程度 可测试性(Testability) : 测试程序使之具有预定功能所需的工作量 适应(灵活)性(Flexibility) : 改变一个操作程序所需的工作量,软件工程理

22、论与实践,软件质量要素 （外部观点）,可移植性(Portability) : 软件从一个计算机系统或环境搬到另一个计算机系统或环境的难易程度 可复用性(Reusability) : 软部件可以在多种场合应用的程度 互用(可互操作)性(Interoperability) : 两个或多个系统交换信息并相互使用已交换信息的能力,软件工程理论与实践,可追踪性 (Traceability) 完全性 (Completeness) 一致性 (Consistency) 准确性 (Accuracy) 容错性 (Error-tolerance) 执行效率 ( Execution Efficiency) 存储效率

23、(storage Efficiency) 访问控制（Access control）安全性 (Security),Tips: 质量要素评价准则(McCall),软件工程理论与实践,访问审核（Access audit） 可操作性 (Operability) 易培训性 (Training) 交互性（Communicativeness） 简单性 (Simplicity) 简明性 (Conciseness) 检测性 (Instrumentation),Tips: 质量要素评价准则(McCall),软件工程理论与实践,自描述性（Self-descriptiveness）自文档化 (Self-documen

24、tation) 可扩充性 (Expandability) 通用性 (Generality) 模块化 (Modularity) 软件系统独立性 (Software System Independence) 硬件独立性 (Hardware (machine) Independence) 通信通用性 (Communication commonality) 数据通用性 (Data Commonality),Tips: 质量要素评价准则(McCall),软件工程理论与实践,外部质量因素与产品评价准则的联系,正确性：可追踪性、完全性、一致性 可靠性：一致性、准确性、容错性 效率性：执行效率、存储效率 完整

25、性：访问控制、访问审核 可用性：可操作性、易培训性、交互性 可维护性：简单性、简明性、自描述性、模块化 可测试性：简单性、检测性、自描述性、模块化 适应性：简单性、可扩充性、通用性、模块化 可移植性：简单性、软件系统独立性、硬件独立性 可重用性：简单性、通用性、模块化、软件系统独立性、硬件独立性 互用性：模块化、通信通用性、数据通用性,软件工程理论与实践,The Quality of the Process过程质量,improving the software development process, we can improve the quality of the resulting pr

26、oducts.改进软件开发过程，可以改进最终产品的质量,软件工程理论与实践,The Quality of the Process过程质量,CMM ( Capability Maturity Model )（能力成熟度模型） ISO 9000 model SPICE ( Software Process Improvement and Capability determination )（软件过程改进及能力确定）,软件工程理论与实践,CMM模型,软件开发能力的成熟度模型(Capability Manurity Model for Software,CMM)是软件工程协会SEI(Software

27、Engineering Institution)在卡内基.梅隆大学开发完成的对一个组织软件开发能力进行评价的标准,它侧重于对软件开发过程和开发方法论的考察。,软件工程理论与实践,CMM-SEI能力成熟度模型,不断改进的过程,CMM五级成熟水平 能力评定,可预测的过程,标准一致的过程,有纪律的过程,软件工程理论与实践,Technology value 技术价值 Business value 商业价值 Technology value Business value 转换 Three models to assess ROI (Return on investment) 评估投资回报的三种模型,Qu

28、ality in the Context of the Business Environment商业环境中的质量,软件工程理论与实践,ROI(Return On Investment) 投资回报,Return On Investment: (derived from the financial community) describes the investment in terms of what is given up for other purposes . That is, the “investment must not only return the original capital

29、 but enough more to at least equal what the funds would have earned elsewhere, plus an allowance for risk”. 投资回报定义来源于金融界，用为了目标放弃了什么来描述投资。“投资必须不仅仅是返回原始资本，而且返回必须足够多，至少等于在其他地方这些资金所能挣来的利润再加上风险金”,软件工程理论与实践,不同界别对ROI的不同解释,U.S governments - 费用 industrys 工业界 - 工作量 包括：(1) training 培训 (2) schedule 进度 (3) risk

30、风险 (4) quality 质量 (5) productivity 生产率 (6) process 过程 (7) customer 顾客 (8) costs 费用 (9) business 商务,软件工程理论与实践,1.6 Who Does Software Engineering谁来做软件工程？,软件开发中的参与者,customer,Sponsors system development 支持系统开发,developer,$,need,Contractual obligation 签约,Needs,Software system,Builds system,user,Uses system

31、,软件工程理论与实践,Who Does Software Engineering,通用商业软件包（Commercial off-the-shelf， COTS ）.The customer may decide to purchase COTS software to be incorporated in the final product that the developer will supply and support. 转包（Subcontract）The developer may choose to use additional developers, called subcont

32、ract, who build a subsystem and deliver it to the developers to be included in the final product. 全承包系统(Turnkey system),软件工程理论与实践,1.7 Systems approach 系统方法,The elements of system系统元素,软件工程理论与实践,A system is a collection of things: a set of entities, a set of activities, a description of the relationsh

33、ips among entities and activities, and definition of boundary of the the system.系统是一组事务的集合：实体的集合、活动的集合、实体和活动之间关系的描述以及系统边界的定义。 Activities(活动）: is something that happens in a system. 发生在系统中的某个事件。 Objects or entities（对象）: The elements involved in the activities.活动中涉及的元素。,软件工程理论与实践,Relationships（关系）：we

34、match the entities with their activities.实体与活动间的匹配。 System Boundary（系统边界）：what is included in the project and what is not.项目中包括什么不包括什么。,软件工程理论与实践,Example of systems 系统举例,软件工程理论与实践,Systems approach系统方法,软件工程理论与实践,1.8 An Engineering Approach 工程的方法,软件工程理论与实践,Determining and analyzing requirements Produc

35、ing and documenting the design Detailed specifications Identifying and designing components Building components Testing components Integrating components Making final modifications Continuing maintenance,Building a house vs. software,Requirements analysis and definition System design Program design

36、Writing programs Unit testing Integration testing System testing System delivery Maintenance,软件工程理论与实践,软件开发活动的内容,Requirements analysis and definition 需求分析和定义 System design 系统设计 Program design 程序设计 Writing programs 编写程序 Unit testing 单元测试 Integration testing 集成测试 System testing 系统测试 System delivery 系统

37、交付 Maintenance 维护,软件工程理论与实践,1.9 Members of Development Team开发团队的成员,ANALYST 分析员 DESIGNER 设计人员 PROGRAMMER 程序员 TESTER 测试人员 TRAINER 培训人员,软件工程理论与实践,Members of Development Team,软件工程理论与实践,1.10 How has software engineering changed软件工程的变化,Early applications were intended to run on a single processor, usually

38、 a mainframe. The input was linear, usually a deck of cards or an input tape, and the output was alphanumeric. The system was designed in one of two basic ways: transformation or transaction. 早期的应用倾向于运行在单处理器上，通常是一个主机。输入是线性的，往往是一组卡片和一个输入磁带，输出是字母数字。设计系统有两种基本方法：转换或事务方法。 Transformation（转换）:where input w

39、as converted to output 使输入转换为输出。 Transaction（事务）：where input determined which function would be performed.由输入决定执行那个功能。,软件工程理论与实践,How has software engineering changed软件工程的变化,Todays software runs on multiple systems, sometimes configured in a C/S architecture with distribute functionality. Software pe

40、rforms functions that user needs, network control, security, user-interface and data and object management. 现在的软件运行在多处理器系统上，有时配置在客户/服务器结构中，具有分布式的功能。软件不仅完成用户需要的主要功能，而且完成网络控制、安全性、用户接口及数据和对象管理。,软件工程理论与实践,Key factors altering software engineering practice (Wasserman),软件工程理论与实践,Key factors altering softw

41、are engineering practice 改变软件工程实践的关键因素,1.Criticality of time-to-market for commercial products商业产品推向市场的时间的重要性 2.Shift in the economics of computing: lower hardware costs and greater development and maintenance cost计算机行业经济的变化趋势：硬件费用越来越低，而开发、维护费用越来越高 3.Availability of powerful desktop computing 功能强大的桌

42、面计算的出现 4.Extensive local-and wide-area networking 网络的延伸,软件工程理论与实践,Key factors altering software engineering practice 改变软件工程实践的关键因素,5.Availability and adoption of object-oriented technology面向对象技术的出现和应用 6.Graphical user interfaces using windows, icons, menus, and pointers 使用窗口、图标、菜单和指针的用户界面 7.Unpredic

43、tability of the waterfall model of software development软件开发瀑布模型的不可预知性。,软件工程理论与实践,Wasserman的软件工程规范,Abstraction Analysis and design methods and notations User interface prototyping Software architecture Software process Reuse Measurement Tools and integrated environments,软件工程理论与实践,Abstraction 抽象,Abstr

44、action is a description of the problem at some level of generalization that allows us to concentrate on the key aspects of the problem without getting mired in the details,this notion is different from a Transformation ,where we translate the problem to another environment that we understand better.

45、 抽象就是在概括层次上对问题的描述，它使我们能侧重考虑问题的关键方面而不会陷于细节。这个概念与转化不同，转化是把问题移到另外一个可以更好理解的环境中去。,软件工程理论与实践,Prototyping原型,Prototyping means building a small version of a system, usually with limited functionality。原型意味着建立系统的小版本，通常具有有限的功能。 that can be used to 它可以用来 1.Help the user or customer identify the key requirements

46、 of a system 帮助用户和顾客确定系统的关键需求； 2.Demonstrate feasibility of a design or approach。证明设计或方法的可行性。 Prototyping is often used to design a good user interface: the part of the system with which the user interacts. 原型常常用来设计一个好的用户界面，即系统和用户的交互部分。,软件工程理论与实践,Software architecture软件体系结构,Software architecture：A s

47、ystems architecture describes the system in terms of a set of architectural units and a map of how the units related to one another. 软件体系结构是用一组体系结构单元以及单元之间如何联系的映射来描述系统。 5 ways to partition the system into units:五种把系统分解成单元的方法： 1. Modular decomposition 模块化分解 2.Data-oriented decomposition 面向数据的分解 3.Eve

48、nt-oriented decomposition 面向事件的分解 4.Outside-in design 从外到内的设计 5.Object-oriented design 面向对象的设计,软件工程理论与实践,Software Process软件过程,Different types of software need Different process 不同的软件使用不同的过程,软件工程理论与实践,软件过程开发的差别,Enterprise or division wide application企业级应用,Departmental application部门级应用程序,Single-user,

49、desktop productivity tools application单用户，桌面生产工具,Controlled development 受控开发,Rapid application development快速应用程序开发,Packages/minimal development 包/最小开发 Low cost/low risk 低花费/低风险 Single platform单平台,Limited scope/vision有限范围 Low/medium risk低/中风险 Single/multiplatform单/多平台 1-to 2-tier development 1-2层开发,M

50、ission critical 关键任务 Multiuser 多用户 Multiplatform 多平台 2-to 3-tier development 2-3层开发,软件工程理论与实践,Reuse 复用,Several barriers in reuse: 复用的几个障碍 1.It is sometimes faster to build a small component than to search for one in a repository of reusable components. 有时，建立一个小的组件比在可复用组件的资源库中寻找一个合适的组件更快。 2.It may ta

51、ke extra time to make a component general enough to be reusable easily by other developers in the future. 要开发一个足够通用，可以将来被其他开发者容易复用的部件常常需要额外的时间。 3.It is difficult to document the degree of quality assurance and testing that have been done, so that a potential reuser can feel comfortable about the qua

52、lity of the component. 由于难以记录已经做过的质量保证和测试的程度，要让某个潜在的复用者对组件的质量感到满意是很困难的。 4.It is not clear who is responsible if a reused component fails or needs to be updated. 如果某个复用的组件失效或是需要修改，无法弄清是谁的责任。 5.It can be costly and time-consuming to understand and reuse a component written by someone else. 理解和复用别人写的组件

53、费时费力。 6.There is often a conflict between generality and specificity. 在通用化和特殊化之间存在冲突。,软件工程理论与实践,Measurement 度量,Goals of quantitative description 对目标的定量地描述,软件工程理论与实践,Tool and integrated environments 工具和集成环境,CASE (computer-aided software engineering) tools, where standardized, integrated development e

54、nvironments would enhance software development. 计算机辅助软件工程工具CASE中的标准的、集成的开发环境将改进软件开发。,软件工程理论与实践,Five issue that must be addressed in any tool integration( Wasserman 1990) 任何工具集成中必须描述的5个问题: 1.platform integration平台集成性 2.presentation integration 外观集成性 3.process integration过程集成性 4.data integration数据集成性

55、5.control integration控制集成性,软件工程理论与实践,平台集成性:在不同网络中工具彼此协作的能 力 外观集成性:用户接口的通用性 过程集成性:工具和开发过程之间的联系 数据集成性:工具共享数据的方式 控制集成性:一个工具通知和启动另一个工具 的活动的能力,软件工程理论与实践,软件工程的本质特性,软件工程关注大型程序的构造； 软件工程的中心课题是控制复杂性； 软件经常变化； 开发软件的效率非常重要； 和谐地合作是开发软件的关键； 软件必须有效地支持它的用户； 软件工程领域中是由具有一种文化背景的人替具有另一种文化背景的人创造产品。,软件工程理论与实践,B. W. Boehm的

56、软件工程基本原理,著名的软件工程专家BWBoehm于1983年提出了软件工程的七条基本原理。他认为这七条原理是确保软件产品质量和开发效率的原理的最小集合：,软件工程理论与实践,1.用分阶段的生命周期计划严格管理； 把软件生命周期划分成若干阶段，并相应制定出切实可行的计划，并严格按照计划对软件的开发与维护工作进行管理；,B. W. Boehm的软件工程基本原理,软件工程理论与实践,坚持进行阶段评审； 大部分错误是在编码之前造成的，例如，根据Boehm等人的统计，设计错误占软件错误的63，编码错误仅占37； 错误发现与改正得越晚，所需付出的代价也越高。,B. W. Boehm的软件工程基本原理,软件工程理论与实践,B. W. Boehm的软件工程基本原理,实行严格的产品控制； 当改变需求时，为了保持软件各个配置成分的一致性，必须实行严格的产品控制，其中主要是实行基准配置管理。； 所谓基准配置又称为基线配置，它们是经过阶段评审后的软件配置成分(各个阶段产生的文档或程序代码)。 基准配置管理也称为变动控制：一切有关修改软件的建议，特别是涉及到对基准配置的修改建议，都