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第1章 软件开发方法（二）软件工程,计算机教学实验中心,第2|83页,问题的提出,什么是软件工程？为什么提出软件工程？主要研究哪些问题？软件工程的目标、原理软件开发活动,第3|83页,1了解软件工程的基本概念、基本原则2理解软件工程的主要定义3理解软件过程及模型4了解软件工程方法学,第4|83页,一、软件工程概述,什么是软件工程？为什么要学习软件工程？软件工程包括哪些内容？,“软件工程是一种描述规范。”Michael Jackson,软件工程？,第6|83页,软件工程的定义,软件工程专家Boehm定义IEEE给出的定义教科书给出的定义,第7|83页,软件工程专家Boehm定义,著名软件工程专家BWBoehm为软件工程的定义是：运用现代科学技术知识来设计并构造计算机程序及为开发、运行和维护这些程序所必需的相关文件资料。,第8|83页,IEEE给出的定义,1983年IEEE给出的定义为：以优质、高效、低成本为目标，研究开发、运行和维护软件以及使之退役的系统方法。其中，“软件”的定义为：计算机程序、方法、规则、相关的文档资料以及在计算机上运行时所必需的数据。,第9|83页,教科书给出的定义,教科书中定义为：运用系统的、规范的和可定量的方法来开发、运行和维护软件。,第10|83页,关于软件工程学,软件工程是一门交叉学科，涉及到计算机科学、管理科学、工程学和数学。软件工程的理论、方法、技术都是建立在计算机科学的基础上；它是用管理学的原理、方法进行软件生产管理；用工程学的观点进行费用估算、制定进度和实施方案；用数学方法建立软件可靠性模型以及分析各种算法。,了解并掌握软件的开发步骤、方法、准则。为了：克服、解决“软件危机”改进“软件生产”方法、工具提高软件的生产率,为什么学习软件工程？,第12|83页,软件工程的目标,开发生产尽可能多的软件产品；提高软件的生产效率；满足应用的功能需要和具有较好的软件性能；能按时、按质完成软件开发任务；降低软件开发成本。,第13|83页,目标的实现是矛盾的,在实际开发过程中，企图让以上几个目标都达到理想的程度是非常困难的。例如，如果过于追求提高软件的性能，可能造成开发出的软件对硬件有较大的依赖，从而直接影响到软件的通用性和可移植性。实际上软件工程就是要解决如何在用户要求的功能、质量、成本、进度之间取得平衡，才能真正满足应用的实际需要。,第14|83页,软件工程具体目标,保护公众安全、健康和幸福建立、健全开发软件产品的学科识别新软件或修改现行软件的需求风险避免开发失败的软件鼓励寻求开发和采购软件产品的替代方法促进软件生存期所有方面生产率的改进通过不断更新软件，发现新的用途便于开发具有“鲁棒性”的软件通过对引起故障或有影响的元素的不断检测以促进软件过程和产品的改进。,第15|83页,软件工程的本质特征,软件工程关注于大型程序的构造软件工程的中心课题是控制复杂度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在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,第16|83页,软件工程原理,自1968年提出“软件工程”的概念以来，专家学者又陆续提出了100多条关于软件工程的准则。著名软件工程专家于1983年发表的一篇论文中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最小准则集合。,第17|83页,软件工程七条基本原理,用分阶段的生命周期计划严格管理坚持进行阶段评审实行严格的产品控制采用现代程序设计技术结果应能清楚地审查开发小组人员少而精承认不断改进软件工程实践的必要性,第18|83页,用分阶段生命周期计划严格管理,据统计发现:不成功软件项目中半数是因计划不周造成的。在软件的整个生命周期中应该制定并严格执行六类计划：项目概要、项目进度表、项目控制、产品控制、验证及运行维护计划。不同层次的管理人员必须严格按照计划各尽其职地去管理软件开发与维护工作，绝不能受客户或上级的影响而擅自背离预定计划。,第19|83页,坚持进行阶段评审,软件的质量保证工作不能等到编码阶段结束之后再进行。这是因为：大部分错误是在编码之前造成的（根据Boehm统计，设计错误占软件错误的63%，编码错误占37%）。错误发现与改正得越晚，所付出的代价也越高。因此，在每个阶段进行严格的评审，尽早发现并修正各个阶段中所犯的错误是一条必须遵循的重要原则。,第20|83页,示意图关于阶段评审作用,第21|83页,实行严格的产品控制,在软件开发过程中不应随意改变需求，但不能禁止更改需求。当必须修改时，为了保持软件各配置成分的一致性，必须实行严格的产品控制。一切有关修改软件的建议都必须按照严格的规程进行评审，获准后才能实施修改。绝对不能谁想修改就随意进行修改的行为。,第22|83页,采用现代程序设计技术,以前的结构化程序设计技术，如今的面向对象程序设计技术都被实践证明是各个不同历史阶段的优秀程序设计技术和方法。采用先进的技术既可以提高软件开发的效率，又可以提高软件维护的效率。,第23|83页,结果应能清楚地审查,软件产品是看不见、摸不着的逻辑产品，软件开发人员的工作进展情况可见性差。为了提高开发过程的可见性，应根据软件开发项目中的目标完成期限，规定开发组织的责任和产品标准，使得到的结果能够清楚的审查。,第24|83页,开发小组人员少而精,开发小组成员的素质应该高，人员不宜过多。人员素质和数量是影响产品质量和开发效率的重要因素。素质高的人开发效率比低的人高几倍甚至几十倍，而错误则明显得少；人数增加，管理难度也增加。,第25|83页,承认不断改进软件工程实践的必要性,要积极主动地采纳新的软件技术，要不断总结经验；不能自以为是，固步自封，唯我独好。大千世界，错综复杂，只有不断学习，才能不断进取，不断进步。,第26|83页,软件开发活动,软件工程过程是由一系列软件工程的阶段任务和活动组成。1995年ISO将软件生存周期的活动和任务划分为3个过程：主要过程（需求、设计、构造、测试和维护）支持过程（软件配置、软件工程管理、软件过程和软件质量）组织过程（基础设施建设、工具和方法、改进、培训）,第27|83页,主要过程,主要过程包括的软件开发活动和任务是：软件需求软件设计软件构造软件测试软件维护,第28|83页,1、软件需求,任务：收集、分析、理解、确定用户的要求；然后把用户的要求精确、完整地描述表达出来。目的：要回答“要解决什么问题？”，既系统”做什么？“。分两步骤：可行性研究、制定软件开发计划结果：可行性报告、软件计划、需求说明书需求说明书是让用户理解:“什么是他们真正需要的”。,第29|83页,了解用户需求有关的问题,什么是需求？希望，功能，限制，必需品，任何必要的东西；什么时候?从确定方案开始；为什么?用户的需求是开发需要的依据；来自哪里?来自用户，工业标准，和实践经验；如何实现？使所有相关的人参与需求分析活动，通过有效的交流实现；谁来做?用户，工程管理人员，开发人员，维护人员。,第30|83页,用户参与需求分析的重要性,根据Standish Group 1994年发表的一份研究报告统计，延迟的、超出预算的、未完成的工程的最普遍的原因是：缺少用户参与；不完备的需求规范；改变需求规范。,第31|83页,需求分析的难点,问题的复杂性。涉及因素多而；如运行环境和系统功能等。交流障碍。涉及不同类型人员较多，知识背景、角度、角色的不同；不完备性和不一致性。用户对问题的陈述有矛盾、片面性等造成。需求易变性。需求是变化的。,第32|83页,需求工作的重要性,IBM公司有关研究的结果表明：有效的需求管理可以降低开发成本。通常改正需求错误需要付出改正其他错误10倍以上的代价。需求错误通常导致软件工程中全部错误的25-40%。改正很少的需求错误可以避免大量耗费在返工上的成本和时间。,第33|83页,需求活动,识别问题 通过调研和收集资料，了解用户的确切需求，并将用户提出的功能行为和特殊要求等用双方都能理解的表达方式逐条列出。在整个分析期间要和用户充分协商。可行性研究 对于大型复杂问题，要对用户的要求及实现环境从技术、经济和社会因素三个方面进行可行性研究，以确定问题是否可解。分析建模 建立软件求解模型；信息、行为和表示。需求规格化及编写文档 需求规格说明书、初步用户使用手册等。,第34|83页,2、软件设计,任务：给出实现系统的实施蓝图。目的：要回答“如何解决该问题？”，既系统“怎样做？”。步骤：概要设计：解决系统的模块划分、模块的层次结构及数据库设计。详细设计：解决每个摸块内部算法和数据结构。结果：系统设计说明书和模块功能说明书,第35|83页,软件设计工作,软件设计要做的工作总的可以归结为:软件系统结构(软件结构)设计、数据设计、界面设计和过程设计。设计办法是功能分解，包括：采用某种设计方法，将一个复杂的系统按功能划分成模块；确定每个模块的功能；确定模块之间的接口，即模块之间传递的信息；评价模块结构的质量。,第36|83页,软件设计准则,（1）软件结构准则；分层结构、便于控制；软件结构的深度和宽度要适中；具有合理的扇出和扇入数。（2）模块化准则；分解复杂问题；（3）模块独立性准则；应使模块之间和与外部环境之间接口的复杂性尽量地减小；模块应具有低耦合、高内聚；（4）数据和过程描述清晰、可区分（表达式）；（5）成果可重复。,第37|83页,软件设计方法,面向数据流的设计方法；又进一步细分为变换流和事务流方法；结构化设计方法；面向数据结构的设计方法；Jackson方法；Warnier方法 面向对象方法,第38|83页,使用的开发工具,层次图、HIPO图、结构图 程序流程图、N-S图、问题分析图PAD(Program Analysis Diagram)类语言、过程设计语言PDL（Procedural Design Language）等 统一建模语言UML（Unified Modeling Language）,第39|83页,3、软件构造,任务：根据设计说明书中每个模块的控制流程编写出相应的源程序。目的：写出高质量的代码和相应饿文档。构造要注意使系统更易于使用和系统的可重用性。选择合适的开发工具及系统软件、数据库软件、中间件等。制定编程规范。结果：源程序和文档,第40|83页,编程风格,编程风格主要体现在如何描述源程序文件、数据说明、输入输出等。（1）源程序文件；变量名的命名、源程序中的注解以及源程序的书写格式；（2）数据说明；按不同类型数据的顺序以及字典顺序说明、对数据结构加注释说明；（3）语句构造；语句构造一般规则；（4）输入输出语句；输入输出语句的规则。,第41|83页,语句构造规则,不要为节省空间而把多个语句写在同一行；尽量避免复杂的条件测试；尽量减少对“非”条件的测试；避免使用多层嵌套的循环和重复；利用括号使表达式的运算顺序清晰直观。,第42|83页,I/O语句规则,保持输入格式简单；对所有输入数据都进行校验；使用数据结束标记，不要要求用户指定数据的数目；当程序设计语言对格式有严格要求时，应保持输入格式的一致性；检查输入项中重要组合的合法性；给所有的输出数据加标记，并设计良好的输出报表；用标记标明交互的输入请求，应规定可以使用的选择值或边界值；要根据用户的不同类型、特点和要求设计输入方案，输入数据的格式要简单，应具有完备的出错检查和出错恢复措施。,第43|83页,程序设计语言,选用程序设计语言时要考虑它的三种特性：（1）心理特性 对人-机通信质量有重要影响。例如，人们习惯使用已熟悉的程序设计语言，由此产生的惰性影响人们学习新语言。（2）工程特性 它涉及到软件的可移植性、开发工具的可利用性等。（3）技术特性 它对设计质量、人和整个软件工程有影响。例如，对数据结构复杂性要求很高的系统，考虑选用C及C+等语言；若对高性能和实时功能要求高，可考虑选用Ada语言。,第44|83页,4、软件测试,任务：检查、发现程序中的错误，提高系统可靠性。目的：保证系统的正确性、可靠性和可用性。回答：“该系统是否能实现规定的操作？”。方式：模块测试、组装测试、确认测试和系统测试结果：测试报告和软件修改报告等。,第45|83页,测试包括,单元测试。对一个模块的测试，一般以白盒法测试为主，多个模块可以并行进行。集成测试。最终将本项目所有模块集成在一起测试，交出完整程序产品。确认测试。以用户为主的测试。证实系统能否正确地实现其功能。系统测试。软件只是整个应用系统的一部分。最后要集成为一个整体，包括硬件、软件以及相关的其它设备。此时的测试称系统测试。,第46|83页,测试与测试,阿尔法测试：对于商品软件在研制方有客户(订货方)参与的确认测试叫阿尔法测试。贝塔测试：指在若干客户场地由客户组织，最终用户参与的测试，此时所有文档均予冻结，作为本软件版本的基线。对于新软件，改版则为里程碑。,第47|83页,设计测试用例应考虑的问题,界面：内界面主要检查参数个数及类型匹配。外界面主要检查I/O文件、数据格式、类型匹配。模块的数据结构：类型是否不正确或不一致？初始化、缺省值使用情况；变量名拼错；上、下界溢出等数据异常，测试能否正确处理等。边界条件：保证在边界值的情况下模块依然可以正确操作，值出界时要有正确反应。独立路径：保证至少所有语句都要执行一次，每个条件或子条件都执行一次更好。错误处理路径：不管程序有无异常处理都要察看出错处理路径。特别要考察是否死机。,第48|83页,程序调试,调试是在测试发现错误之后排除错误的过程。调试过程会发生两种结果：找到原因并把问题排除；没找到问题的原因。调试是软件开发过程中最艰苦的脑力劳动。在调试过程中遇到的错误有所不同，错误的后果越严重，查找错误原因的压力也越大。通常，压力会导致软件开发人员在改正一个错误的同时可能引入更多的错误。,第49|83页,调试技术,输出存储器内容；特点是效率低、难定位、输出的是静止状态的程序内容。加打印语句；特点是显示的是程序的动态信息，但大量的输出，时间慢，可能引出新的问题。用调试工具；特点是动态调试，可自动执行，是目前广泛采用的一种调试技术。,第50|83页,调试策略,试探法。大概分析、估计错误的位置。回溯法。确定最先出现“症状”的地方，然后沿程序的控制流程往回追踪源程序，直到找出错误源为止。对分查找法。若已知程序中若干个关键点的正确值，然后用调试工具在关键点附近处输入正确值；若输出正确，则故障在前半部分；否则，再查后半部分。归纳法。从线索出发，通过分析线索之间的关系而找出故障。主要步骤为：收集有关数据，组织数据，导出假设，证明假设。,第51|83页,调试的启发性原则,这部分内容大多是心理学的问题：要思考，不要盲目地修改程序，至使错误越改越多；如陷入困境，放到第天去解决；陷入绝境后，要与别人交谈你的问题，或许对你有所启发；避免用试验法。不要在问题没有搞清楚之前，就改动程序，这样对找出错误不利，程序越改越乱，以致于面目全非。,第52|83页,5、软件维护,任务：改正软件系统在使用过程中发现的隐含错误，扩充在使用过程中新的功能要求。目的：维护软件系统的正常运行。回答：系统是否满足用户的应用要求。阶段结果：软件系统的问题报告和软件修改报告。,第53|83页,软件维护的原因,软件的原有功能和性能可能不再适应用户的要求；软件的工作环境改变了（例如，增加了新的外部设备），软件也要做相应的变更；软件运行中发现错误，需要修改。,第54|83页,维护活动分类,校正性维护：指为了识别和纠正错误，修改软件性能上的缺陷，进行确定和修改错误的过程。占整个维护工作的15%。适应性维护：为了使本软件适应硬件和软件的变化而修改软件的过程称为适应性维护。占整个维护活动的25%。完善性维护：增加软件功能、增强软件性能、提高运行效率而进行的维护活动称为完善性维护。占整个维护工作的55%。预防性维护：为了提高软件的可维护性和可靠性而对软件进行的修改称为预防性维护。只占整个维护活动的5%。,第55|83页,维护活动的特点,非结构化维护和结构化维护。主要区别是开发过程是否用软件工程方法，若各阶段均有相应的文档记录，系统则容易维护。采用结构化维护可以大大提高软件维护效率。软件维护的困难性。是由于软件需求分析和开发方法的缺陷。软件维护的费用在总费用中的比重不断增加，已经上升到了70%80%或更多，我们看到的软件不断升级就是维护的具体体现。,第56|83页,维护活动流程,建立维护机构，组织维护活动：制定维护申请报告；审查维护申请报告并批准；进行维护并做详细记录；复审。,第57|83页,软件的可维护性,软件可维护性是指维护人员理解、修改软件的难易程度。可维护性因素软件的可维护性因素主要包括：可理解性、可测试性、可修改性、可靠性和可使用性。提高可维护性的方法提高软件的可维护性必须从软件生存周期各个阶段的工作入手，每个阶段都把可维护性贯彻到阶段的开发活动过程中，并按规范对阶段工作进行评估，以保证个阶段的工作按质按量完成。文档文档是影响软件可维护性的决定性因素。文档分为用户文档和系统文档两类。,第58|83页,支持过程,支持过程包括的软件开发活动和任务是：软件配置管理软件工程管理软件过程软件质量,第59|83页,软件配置管理,软件修改后会发生什么呢？同步更新当两个或两个以上的角色各自工作在同一产物上时，最后一个修改者会破坏前者的工作。通知不达当被若干开发者共享的产品中的问题被解决时，修改未被通知到一些开发者。多个版本软件修改与文档不一致。新版本公布的管理和监控。配置和变更管理提供了准则管理演化系统中的多个变体，跟踪给定软件创建过程中的版本。,第60|83页,软件工程管理,软件工程管理是一门艺术。其主要活动有：管理项目的框架、计划配备执行监控项目的实践准则、管理风险的框架。项目管理是过程管理的主要体现：(1)建立与客户的通信；(2)作计划，定义资源、时限、落实到开发组；(3)风险分析，评估所采用的技术和管理带来的风险；(4)工程，即软件分析与设计；(5)构造和发布，即编码、测试、交付、安装、文档、培训；(6)客户评审，获得客户的反馈。,第61|83页,软件过程,软件过程是生产软件的一系列可预测、可控制活动的步骤，即把用户要求转化为软件产品的一系列有序开发活动的集合。软件过程给出了软件开发所要遵循的基本路线，它的重要性在于它使一组开发活动具有了一致性和结构，从而使在软件开发过程中人们能够使用自己熟悉的技术和工具设计和开发软件，并能保持软件产品和服务在一定程度上的一致性和质量。过程的重要性还在于它能够获取经验并将这些经验传授给别人。但是，Wasserman在1996年提出：“应用类型和组织文化之间的巨大差别使得过程本身规范化是不可能的”。相反，他建议不同类型的软件，使用不同的过程。,第62|83页,软件质量,软件质量保证SQA活动，贯穿于软件过程始终。开发单位成立SQA小组负责全面质量管理。在开发项目计划时就要做出SQA计划。其工作：各种测试 测试软件是否满足规格说明要求。各种评审 为多种人员参与的讨论会，以规格说明或各种标准，规范为准评价各项软件工作。各种审计 以职能人员为主审，审查软件过程产物是否符合标准或规格说明书。报告和记录 所有测试、评审、审计都要详细记录并写出报告，报告和记录均要整理、归档。以上活动均应在软件质量保证计划中列出。,第63|83页,组织过程,组织过程包括的软件开发活动和任务是：基础设施建设软件工程工具和方法改进培训,第64|83页,基础设施建设,建立、维护和管理用于软件开发过程中其他活动的硬件和软件的基础设施；建立、维护和管理用于软件开发过程中其他活动的软件开发工具和方法；建立、维护和管理用于软件开发过程中其他活动的开发技术、技术规范和标准；建立、维护和管理用于软件开发过程中其他活动的其他基础设施。,第65|83页,软件工程工具和方法,程序的开发、运行都是在支持软件的基础上作出的。支持软件的总和称之为软件开发环境。早期的环境只有最必要的软件工具；例如语言的编译器、连接器、加载和运行工具、排错、信息显示及编辑工具。称为最小环境工具集。70年代中期,软件工程师迫于软件危机的压力,提出了计算机辅助软件工程(CASE)的设想,开发出一系列工具尽量使软件过程的各项活动自动化、半自动化。相应问题：工具日益增多,给使用者带来不便,例如，各工具的使用方法、格式、参数等差异的问题。这就在客观上产生了对于集成的CASE工具的需求。,第66|83页,计算机辅助软件工程CASE,人们期望，借助CASE工具，有朝一日软件开发人员可以像在自动流水线上生产计算机那样生产软件。CASE 工具具有如下特征：支持专用的个人计算环境；使用图形功能对软件系统进行说明并建立文档；将生命周期各阶段的工作连接在一起；收集和连接软件系统从最初的软件需求到软件维护各个环节的所有信息；用人工智能实现软件开发和维护工作的自动化。,第67|83页,软件工程工具,信息工程工具过程模型和管理工具项目计划工具风险分析工具项目管理工具需求追踪工具度量和管理工具文档工具系统软件工具质量保证工具数据库管理工具,第68|83页,改进,软件开发技术会随着软件开发工程实践活动的不断开展而发展。改进活动就负有总结经验、不断改进开发技术和开发方法的职能。改进活动的基本内容有：对整个软件生存过程进行评估；对现行过程进行度量；对现行过程进行改进。,第69|83页,培训,为了使用户能够尽快掌握使用软件系统，要对用户进行培训。活动包括：制定培训计划。编写培训教材。实施培训计划。,第70|83页,软件工程方法学,通常把在软件生命周期全过程中使用的一整套技术方法的集合称为方法学，也称为范型。软件工程方法学包括3个要素：方法、工具和过程。这三者之间是相互联系的。方法是完成软件开发过程中各项任务的技术方法，回答“怎样做”的问题；工具是为运用方法而提供的自动或半自动的软件支撑环境；过程是为了获得高质量的软件所需完成的一系列任务的框架，它规定了完成各项任务的工作步骤。,第71|83页,软件工程的基本问题,软件工程开发技术的角度,软件工程开发技术,思想与原则,过程,方法,工具,解决,软件工程的三目标,质量,成本,进度,第72|83页,传统方法学,传统方法学是建立在软件生存周期方法学和结构化方法学的基础上。因此，具有明显的那个时代的特点。70年代，计算机技术水平不高，开发工具少而且性能差。对于大型复杂问题的求解，人们不得不采用“将大化小“、“将难化简”，最后“分而治之”的开发策略。,第73|83页,结构化方法概述,结构化方法是由结构化分析方法SA、结构化设计方法SD和结构化程序设计方法SP组成的，该方法的核心是基于功能分解的模块化层次结构方法。,第74|83页,结构化分析SA,自顶向下 逐步求精模块化设计结构化分析的要点是：将大问题化为小问题，找出关键点、难点，定量描述；核心是：分解；手段是：模块化。,第75|83页,结构化设计SD,模块化结构模块独立性结构化设计方法的要点是：将系统设计成由相对独立、单一功能的模块组成的软件结构。模块独立性用模块内的内聚性和模块间的耦合性来衡量。,第76|83页,结构化程序设计SP,自顶向下逐步加细；模块只有一个入口，一个出口；三种基本结构；开发支持库；主程序员组结构化程序设计方法SP的要点是用三种基本结构的语句编写只有一个入口和一个出口的模块程序，尽可能地采用重用程序，开发组织形式为主程序员组。,第77|83页,传统方法学的缺点,过分强调了分阶段实施，使得开发过程各个阶段之间存在严重的顺序性和依赖性；很难将一个复杂的问题化简、分解；设计方法存在很大的主观随意性；基于功能分解的系统结构难于修改和扩充；思维成果的可重用性很差；数据和对数据的处理是分离的；忽视了人在软件开发过程中的地位和作用。,第78|83页,现代方法学,现代方法学是在传统方法学的基础上，为了强调人在软件开发中的作用，同时为了适应软件新技术的发展趋势而提出的。其基本要点是：软件开发过程是以人为主，充分利用软件开发方法及软件开发工具；开发人员的组织管理对软件开发成功与否至关重要；基于软件组件的软件开发技术。由于软件组件是标准化设计、成品化生产的，极易构造使用，从而大大简化了设计、编程、测试各个环节的工作量，提高了生产效率和产品质量。,第79|83页,现代方法学中生命周期,在现代方法学中软件生命周期的阶段划分：系统分析系统构造系统测试软件组件,第80|83页,系统开发人员的组织管理,一个复杂的系统开发过程，涉及到众多的以人为主的各种开发活动，通过这些活动的有机配合与协调才能保证系统开发的成功。因此，系统开发人员的组织管理是现代软件工程中的重要方面。组织管理方法有以下几个要点：明确系统开发人员与用户之间的责任与义务；明确各类开发人员的主要工作及责任；制定或选择工程开发规范。,第81|83页,面向对象方法学,由于传统方法学无法从根本上克服“软件危机”带来的灾难性影响，业界人士不得不研究、探索新的方法。而当面向对象（OO）思想和方法一经出现，就引起计算机业界的极大关注，使得对这种新方法的研究和应用得到迅速发展。OO方法是人类借助计算机认识和模拟客观世界的一种方法。它将客观世界看成是由许多不同种类的对象构成。通过分析、研究客观世界中的实体、实体的属性及其相互关系，从中抽象出求解问题的对象，最后求解这些对象，得到问题的解。这一过程更接近人类认识问题、解决问题的思维方式，使得计算机求解的对象与客观事物具有一一对应的关系。,第82|83页,什么是OO方法,现在比较一致的看法是：OO方法是基于“对象、类、继承性、消息机制、多态性等技术特征”的构造软件系统的开发方法。OO方法具有以下几个要点：把对象作为一种统一的软件构件，它将数据及在数据上的操作行为融合为一体。OO方法处理的基本元素是对象；程序是由对象组成的，复杂的对象是由简单的对象组合而形成的。OO方法学用对象分解代替了传统方法的功能分解。把所有对象都用类来表示；每个类都有自己的属性和方法，具体的对象只是类中的一个实例。类具有层次结构，子类可以继承父类的特性和方法（继承性）；对象之间只能通过传递消息构成相互之间的联系（消息机制）。,第83|83页,面向对象分析（OOA）,OOA强调根据问题域中客观存在的实体创建OOA模型中的对象。具体表现在：用对象的属性和服务分别描述事物的静态特征和行为；问题域中有哪些值得考虑的事物，就在OOA模型中创建哪些对象；对象及其服务的命名尽量与客观实体一致。OOA模型应尽量保留问题域中实体之间关系的原貌。包括：把具有相同属性和相同服务的对象归结为类；用一般-特殊结构（分类结构）描述一般类与特殊类之间的关系（继承关系）；用整体-部分结构（组装结构）描述实体间的组成关系；用实例连接和消息连接表示实体之间的静态联系和动态联系。,第84|83页,面向对象设计（OOD）,OOD包括两方面的工作：把OOA模型直接搬到OOD中来，作为OOD的一个部分；针对具体实现中的人机界面、数据存储、任务管理等因素补充一些与实现有关的内容，这些内容与OOA采用相同的表示法和模型结构。在分析和设计阶段采用一致的表示法是OO方法与传统方法重要的区别之一。这使得从OOA到OOD不存在转换，只需进行局部的修改或调整，并增加几个与实现有关的独立部分即可。因此OOA与OOD之间不存在传统方法中分析与设计之间的鸿沟，可以自然地实现无缝衔接，从而大大降低了从OOA过渡到OOD的难度、工作量和出错率。,第85|83页,面向对象编程（OOP）,OOP也称为面向对象的实现。在OOA和OOD理论出现之前，程序员要写一个好的OO程序，首先要学会运用OO方法来认识问题域，因此把OOP看作比较高深的技术。现在，在“OOAOODOOP”的设计模式中，OOP的分工相对简单多了；认识问题域与设计系统元素的工作在OOA和OOD阶段已经完成，OOP的工作就是用一种OO程序设计语言把OOD模型中的每个元素描述出来而已。,第86|83页,面向对象测试（OOT）,OOT的主要特点是：利用对象的封装性。测试以类为基本单位进行。测试只需针对类定义范围内的属性和服务、以及有限的对外接口所涉及到的部分即可。利用对象的继承性。若父类已被测试或父类是可重用构件，则对子类的测试重点只是那些新定义的属性和服务。对于用OOA、OOD和OOP实现的软件，OOT通过捕捉OOA、OOD模型信息，检查程序与模型不匹配的错误，可以极大地提高测试效率。这一点是传统程序设计方法是无法达到的。,第87|83页,面向对象的软件维护,OO方法为改进软件维护提供了有效的途径。主要表现在：因为OO方法在各个阶段表示的一致性，使得实现的程序与问题域是一致的，便于理解和阅读，也为纠错和功能扩充提供了便利。系统维护过程中的老大难问题是系统功能的变化并由此产生的影响。在OO方法中，由于对象的封装性，使一个对象的修改对其它对象的影响很小，从而可以减少错误传播所产生的“波动效应”,使得用OO方法开发的软件易维护。,第88|83页,OO方法的主要优点,与人类习惯的思维方式一致 OO方法顺应人认识过程的这个规律，从寻找要求解的对象“是什么？”开始，认识事物及其本质规律，主观随意性受到限制。稳定性好 传统方法以“过程为中心”，以功能分解为基本方法。当功能需求发生变化时，将引起对软件整体结构的修改，导致系统不稳定。OO方法以“对象为中心”，采用对象技术。不管需求如何变化，其内在规律不变，不会引起软件结构的整体变化，所以系统的稳定性影响不大。可重用性好 可维护性好,第89|83页,软件工程模型,1 瀑布模型2 增量模型3 螺旋模型4 喷泉模型5 基于知识的模型6 面向对象模型,第90|83页,瀑布模型,瀑布模型是上个世纪80年代广泛应用的一种模型，至今仍然是最广泛使用的过程模型之一。在应用程的应用模式也称为软件生存周期模式（提出的该模型)。,第91|83页,瀑布模型示意图,需求分析7%,系统设计6%,软件编程7%,软件测试13%,软件维护67%,用户要求,分析报告,系统设计报告,源程序,测试报告,更改要求,UAM,ATM,MP,UTP,UAMP,A 系统分析员M 项目管理员P 程序员T 高级程序员U 用户,第92|83页,瀑布模型的特点,瀑布模型具有顺序性和依赖性,即后一阶段工作必须在前一阶段工作完成后才能开始。推迟实现的观点;把逻辑设计与物理设计清楚地划分开，尽可能推迟物理模型的实现,这是瀑布模型的重要指导思想。质量保证的观点。瀑布模型强调的是优质，即每一步都循序渐进，及早消除隐患，从而保证软件质量。致命缺点是只有做出精确的需求分析，才能取得预期的结果。由于各种客观、主观的原因，需求分析往往不很精确，常常给日后的开发带来隐患。,第93|83页,原型模型样品模型,原型模型的主要思想：先借用已有系统作为原型模型，通过“样品”不断改进，使得最后的产品就是用户所需要的。原形模型的特点：开发人员和用户在“原型”上达成一致。这样可以减少设计中的错误和开发中的风险，以及对用户培训的时间，而提高了系统的实用、正确性以及用户的满意程度。缩短开发周期，加快工程进度。降低成本。原型模型的缺点：当告诉用户，还必须重新生产该产品时，用户是很难接受的。这往往给工程继续开展带来不利因素。,第94|83页,快速原型模型,分析,原型样品模型,设计,编程,测试,使用,修改与改进,在系统分析与设计中，采用交互式，反复修改与不断改进的方式进行。,还有的把原型模式嵌套在瀑布模型中运用。,第95|83页,增量模型,也称渐增模型。它把软件产品作为一系列的增量构件来设计、编码、集成和测试。增量模型是一种非整体开发的模型。软件在该模型中是“逐渐”开发出来的，开发出一部分，向用户展示一部分，让用户及早看到部分软件，及早发现问题。或者先开发一个“原型”软件，完成部分主要功能，展示给用户征求意见，然后逐步完善，最终后的满意的软件产品。该模型具有较大的灵活性，适合于软件需求不明确、设计方案有一定风险的软件项目。缺点：要求软件具有开放的结构是这种模型固有的困难。,第96|83页,螺旋模型,将工程划分为4个主要活动：制定计划、风险分析、实现工程和用户评价。4个活动螺旋式地重复执行，直到最终得到用户认可的产品。制定计划：确定软件目标,选定实施方案,弄清项目开发限制条件。风险分析:分析可选方案,分析识别风险,研究解决化解风险的办法。实现工程:实施软件产品的开发。用户评价:对当前工作结果进行评价，提出改进产品的建议。螺旋模型的缺点:很难让用户确信这种演化方法的结果是可以控制的。,第97|83页,螺旋模型的缺陷,建立在风险分析的基础上需要有一个非常有经验的小组来准确地分析和检测风险绝对依赖人的素质(本身就是冒险!)不适合新手开发中的每一层都很有弹性，并不是很明确的界限每一层的目标和计划都是由小组本身来制定。要求有经验的人来组成。,第98|83页,智能模型,也称基于知识的软件开发模型，它与专家系统结合在一起。该模型在实施过程中要建立知识库，将模型本身、软件工程知识与特定领域的知识分别存入数据库。以软件工程知识为基础的生成规则构成的专家系统与含应用领域知识规则的其他专家系统相结合，构成这一应用领域的软件开发系统。,第99|83页,面向对象的开发模型,其主导思想是：在整个软件开发过程中将面向对象技术贯穿于整个生存周期。当然，还要结合传统开发模式中好的、已被无数成功开发活动证明是可行的经验和技术。具备3个主要的阶段:分析:模拟“关键系统”来表示用户要求,并设计独立实现的“关键类”。设计:限制并优化关键类,在特定的环境中实现,得到另外的类。实现:定义类的接口和实现方法,然后编写并统一测试所有的类。,第100|83页,面向对象开发的缺陷,还不成熟几个有影响的面向对象开发的过程对不同的步骤意见不一。在大的项目上经验不多,在小项目上尚可。在每个过程步上细节少,新手难于理解。晚期的测试 开发过程没有中间的版本,几乎所有的测试都留在最后的实现阶段。结构上的死板 假设所有的结构设计都定义好在要求阶段,对于设计和实现阶段基本上没有结构上变化的余地。.,第101|83页,开发流程模型的比较,线性有序模型(瀑布模型)结构性好基于原型模型 需要在短时间内建立原型系统在系统要求模糊或者未知时较有效重复使用模型假如条件适合，是开发速度最快的模型积累模型 容许早期测试和用户反馈螺旋模型适于大规模系统,第102|83页,软件工程前景,软件学科的核心问题是“如何提高软件的生产效率和运行效率”。在对提高运行效率问题的研究上，人们已经探索出一条有效的途径并取得重大成果。表现在：集成电路技术、计算机体系结构技术和计算机网络技术的发展，为软件系统的运行提供了日益强大的硬件基础设施，极大地提高了软件运行的效率。在此方面目前的研究热点是高性能计算和高性能网络。软件学科的并行计算和分布计算理论的新进展也在很大程度上解决了提高运行效率的问题。近十年来研究的热点是系统软件技术和中间件技术。,第103|83页,提高软件生产效率的方法,研究途径分分理论方法和技术方法：技术方法主要是以美国软件产业为代表。它以“软件工厂”为目标来提高软件的生产效率。主要办法是提高软件的可重用性。面向对象方法是解决软件危机，提高软件开发效率和质量的有效途径，是一种社会化的方法，有助于软件工程化、工厂化生产的实现。这种方法在近二十年来处于主导地位，也使美国的软件业在全球领先。理论方法是以西欧的学术界为首的形式化方法，即纯自动化方法。它以精确的语义描述软件系统，在此基础上进行自动生成、转化及验证。此方法提出来很早，但难度很大，大部分处于原型讨论，离实用还有很大差距。这两种方法的优、缺点很明显。技术的方法实用性很强，得到了产业界的大力拥护。但是随着软件的规模越来越大，复杂度越来越高，很难保证软件的可靠性和软件的开发效率。理论的方法则实用性差，很难投入实际应用。,第104|83页,软件工程主要技术发展趋势,1基于软件复用库的软件重用2 面向对象技术3 针对几种中间件平台开发组件交互的标准和基于组件的软件开发,第105|83页,欢迎参加计教中心网站的学习讨论。中心网址：http：/课件下载地址:ftp:/我的E-mail地址:谢谢，再见！,