1、软件工程- 原理、方法与应用,电子教案54学时,课程安排,理论 内容：基本原理、方法和技术 形式：讲授、自学、讨论 实践 内容：构造一个应用系统（包括分析、设计、编码、测试） 形式：分组、分阶段文档、编码、集成,软件工程的主要内容,软件工程的基本概念 软件开发模型 软件开发各阶段的任务、技术、方法 传统方法、面向对象方法 软件工程管理 软件质量保证 软件工程环境,第一章 绪论,软件与软件危机 软件工程学 传统软件工程和面向对象软件工程 软件工程的应用,软件（定义一）,程序、软件与软件产品 独唱小合唱合唱万人大合唱| | | 简单程序 较复杂程序 软件 软件定义： 软件=程序+数据+文档 程序：
2、按事先设计的功能和性能需求执行的指令序列 数据：是程序能正常操纵信息的数据结构 文档：与程序开发、维护和使用有关的图文材料,计算机软件（定义二）,计算机软件指计算机系统中的程序及其文档 程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述 任务：以计算机为处理工具的任务都是计算任务 处理对象：数据（如数据、文字、图形、图像、声音等，它们只是表示，而无含义）或信息（数据及有关的含义） 处理规则一般指处理的动作和步骤。程序必须装入计算机内才能工作 文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料，文档一般是给人看的，不一定装入计算机,软件的分类,系统软件：属于计算机系统中最靠近硬件的一层，其它软件一般都通过系统软件发挥
3、作用，它与具体的应用领域无关。如操作系统、编译程序等。 支持软件：支持软件的开发和维护的软件。如数据库管理系统、网络软件、软件开发环境等。 应用软件：特定应用领域专用的软件。如实时软件、嵌入式软件、科学和工程计算软件、事务处理软件、人工智能软件等。,按软件工作方式划分：实时处理软件分时软件交互式软件批处理软件按软件服务对象的范围划分：项目软件产品软件,按使用的频度进行划分：一次使用频繁使用按软件失效的影响进行划分：高可靠性软件一般可靠性软件,软件的发展,1946-1956年从计算机问世到实用的高级程序语言出现前 存储容量比较小，运算速度比较慢 采用个体工作方式,用低级语言编写程序 应用领域主要
4、是以数值数据处理为主的科学计算，其特点是输入、输出量较小 衡量程序质量的标准主要是功效，即运行时间省、占用内存小 主要研究内容是科学计算程序、服务性程序和程序库，研究对象是顺序程序,1956-1968年从实用的高级程序语言出现到软件工程出现前 存储器容量大，外围设备得到迅速发展，出现了高级程序设计语言 应用领域包括数据处理（非数值数据），其特点是计算量不大，但输入、输出量却较大 高速主机与低速外围设备的矛盾突出，出现了操作系统、并发程序、数据库及其管理系统 20世纪60年代初提出了软件一词，开始认识到文档的重要性 研究高级程序设计语言、编译程序、操作系统、支持编程的工具及各种应用软件 工作方式
5、逐步从个体方式转向合作方式 出现软件危机,1968年-至今从软件工程出现到现在 硬件向巨型机和微型机二个方向发展，出现了计算机网络，软件方面提出了软件工程，出现了“计算机辅助软件工程”（CASE） 计算机的应用领域渗透到各个业务领域，出现了嵌入式应用，其特点是受制于它所嵌入的宿主系统 开发方式逐步由个体合作方式转向工程方式 软件工程方面的研究主要包括软件开发模型、软件开发方法及技术、软件工具与环境、软件过程、软件自动化系统等 软件方面研究以智能化、自动化、集成化、并行化、以及自然化为标志的软件开发新技术,软件的特点,软件是一种逻辑实体，而不是有形的系统元件，其开发成本和进度难以准确地估算 软件
6、是被开发的或被设计的，它没有明显的制造过程，一旦开发成功，只需复制即可，但其维护的工作量大 软件的使用没有硬件那样的机械磨损和老化问题,软件的其它特点：软件的开发和运行常受到计算机硬件的限制，对计算机硬件有着不同程度的依赖性 软件的开发至今尚未完全实现自动化 软件成本相当昂贵 相当多的软件工作涉及到社会因素,软件的特征（归纳）,软件是逻辑的，而不是物理的 软件开发与人关系密切 软件开发成本大 软件生产是简单的拷贝 软件不会磨损和老化 软件受环境影响大 软件维护易产生新的问题,软件技术进步落后于需求增长,软件开发的发展过程,计算机应用发展,软件数量多规模大,软件成本高质量低,个体化软件开发方法,
7、软件维护困难,软件危机,软件工程,软件危机,定义：计算机软件的开发和维护过程所遇到的一系列严重问题,软件危机的表现,对软件开发成本和进度的估计常常很不正确 用户对“已完成的”软件系统不满意的现象经常发生 软件产品的质量往往靠不住 软件常常是不可维护的 软件通常没有适当的文档资料 软件成本在计算机系统总成本中所占的比例逐年上升 软件开发生产率提高的速度远远跟不上计算机应用迅速普及深入的趋势,软件危机的原因,软件是逻辑产品，开发进度、成本难以估计 缺乏或不完整、不一致的文档给维护带来困难 用户对软件需求的描述往往不够精确，有遗漏，有二义 软件开发人员对需求的理解与用户的本来愿望有差异 大型软件项目
8、需多人协同完成，缺乏管理经验 开发人员不能有效地、独立自主地处理大型软件的全部关系 缺乏有力的方法学和工具的支持 软件项目的特殊性和人类智力的局限性,软件危机的原因（归纳）,原因 客观：软件本身特点 逻辑部件 规模庞大 主观：不正确的开发方法 忽视需求分析 错误认为：软件开发=程序编写 轻视软件维护,克服软件危机的途径,消除错误的概念和做法 推广使用成功的开发技术和方法 使用软件工具和软件工程支持环境 加强软件管理,软件语言software language,软件语言是用于书写计算机软件的语言。它主要包括：1.需求定义语言2.功能性语言3.设计性语言4.实现性语言（即程序设计语言）5.文档语言
9、,1.需求定义语言 requirements definition language,需求定义语言用来书写软件需求定义。软件需求定义是软件功能需求和非功能需求的定义性描述。软件功能需求刻画软件“做什么”，软件非功能需求刻画诸如功能性限制、设计限制、环境描述、数据与通信规程及项目管理等典型的需求定义语言有PSL语言（Problem Statement Language问题陈述语言）,2.功能性语言functional language,功能性语言用来书写软件功能规约（functional specification）软件功能规约是软件功能的严格而完整的陈述。通常它只刻画软件系统“做什么”的外部功
10、能，而不涉及系统“如何做”的内部算法。典型的功能性语言有广谱语言、Z语言。,3.设计性语言design language,设计性语言用来书写软件设计规约（design specification）软件设计规约是软件设计的严格而完整的陈述。一方面，它是软件功能归约的算法性细化，刻画软件“如何做”的内部算法，另一方面，它是软件实现的依据。 典型的设计性语言有PDL语言（Program Design Language）,4.实现性语言,实现性语言用来书写计算机程序。实现性语言也称编程语言或程序设计语言（programming language）程序设计语言可按语言的级别、对使用者的要求、应用范围、使
11、用方式、成分性质等多种角度进行分类,A)按语言级别分：低级语言和高级语言低级语言是与特定计算机体系结构密切相关的程序设计语言，如机器语言、汇编语言。其特点是与机器有关，功效高，但使用复杂，开发费时，难维护。高级语言是不反映特定计算机体系结构的程序设计语言，它的表示方法比低级语言更接近于待解问题的表示方法。其特点是在一定程度上与具体机器无关，易学、易用、易维护。但高级语言程序经编译后产生的目标程序的功效往往较低。,B) 按用户要求分：过程式语言和非过程式语言过程式语言（procedural language）是通过指明一列可执行的运算及运算次序来描述计算过程的程序设计语言。如FORTRAN、CO
12、BOL、C等。非过程式语言（nonprocedural language ）是不显式指明处理过程细节的程序设计语言。在这种语言中尽量引进各种抽象度较高的非过程性描述手段，以期做到在程序中增加“做什么”的描述成分，减少“如何做”的细节描述。如第四代语言（4GL）、函数式语言、逻辑式语言。,命令式语言（imperative language）即过程式语言。申述式语言（declarative language ）是着重描述要处理什么，而非描述如何处理的语言。申述式语言程序是关于问题解的约束陈述，这些约束迫使含于实现中的算法处理机制生成一个解或一组解。如函数式语言、逻辑式语言。,B)按用户要求分：过程
13、式语言和非过程式语言（也可称：命令式语言和申述式语言）,函数式语言(functional programming language)中函数是构造程序的基本成分，它提供一些设施用于构造更为复杂的函数。程序人员根据提出的问题去定义求解函数（即主程序），其中可能包含一些辅助函数。如Lisp语言。逻辑式语言(logic programming language)的基本运算单位是谓词。谓词定义了变元间的逻辑关系。例如，Prolog语言的基本形式是Horn子句，其程序围绕着某一主题的事实、规则和询问三类语句组成。这三类语句分别用来陈述事实、定义规则和提出问题。,申述式语言（declarative lang
14、uage ）,C)按应用范围分：通用语言和专用语言通用语言指目标非单一的语言，如FORTRAN、COBOL、C等。专用语言指目标单一的语言，如自动数控程序APT。,D)按使用方式分：交互式语言和非交互式语言交互式语言指具有反映人机交互作用的语言，如BASIC。非交互式语言指不反映人机交互作用的语言，如FORTRAN、COBOL。,E)按成分性质分：顺序语言、并发语言、分布语言顺序语言指只含顺序成分的语言，如FORTRAN、C。并发语言指含有并发成分的语言，如Modula、Ada、并发Pascal。分布语言指考虑到分布计算要求的语言，如Modula。,5.文档语言 documentation l
15、anguage,文档语言用来书写软件文档。计算机软件文档是计算机开发、维护和使用过程的档案资料和对软件本身的阐述性资料。通常用自然语言或半形式化语言书写。,软件危机解决途径（归纳）,解决途径 组织管理 工程项目管理方法 技术措施 软件开发技术与方法 软件工具,软件工程学的范畴,软件工程学 指导计算机软件开发和维护的工程学科 工程管理+开发技术 软件开发技术 软件开发方法学 软件工具 软件工程环境 软件工程管理 软件管理学 软件经济学 软件度量学,软件工程定义,1968年NATO(北大西洋公约组织)会议上首次提出 Fritz Bauer：软件工程是为了经济地获得可靠的和能在实际机器上高效运行的软
16、件而建立和使用的好的工程原则 IEEE： 软件工程是（1）将系统化的、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，即将工程化应用于软件中；（2）（1）中所述方法的研究 计算机科学技术百科全书：软件工程是应用计算机科学、数学及管理科学等原理，以工程化的原则和方法制作软件的工程,软件工程的框架 （目标、过程、原则）,目标：生产具有正确性、可用性以及价格合宜的产品正确性反映软件产品实现相应功能规约的程度；可用性反映软件的基本结构、实现及其文档为用户可用的程度；价格合宜反映软件开发与运行的总代价满足用户要求的程度。,过程（Process）：生产一个最终满足需求且达到工程目标的软件产品所需要
17、的步骤软件工程过程包括：开发过程、运作过程、维护过程、管理过程、支持过程、获取过程、供应过程、剪裁过程等,软件工程的框架 （目标、过程、原则）,原则：选取适宜的开发模型采用合适的设计方法提供高质量的工程支持重视软件工程的管理,软件工程的框架 （目标、过程、原则）,软件生存周期 （ software life cycle）,软件有一个孕育、诞生、成长、成熟、衰亡的生存过程。这个过程即为计算机软件的生存周期 软件生存周期大体可分为如下几个活动：计算机系统工程、需求分析、设计、编码、测试、运行和维护,计算机系统工程计算机系统包括计算机硬件、软件、使用计算机系统的人、数据库、文档、规程等系统元素。 计
18、算机系统工程的任务： 确定待开发软件的总体要求和范围，以及它与其它计算机系统元素之间的关系 进行成本估算，做出进度安排 进行可行性分析，即从经济、技术、法律等方面分析待开发的软件是否有可行的解决方案，并在若干个可行的解决方案中作出选择。,软件需求分析主要解决待开发软件要“做什么”的问题 确定软件的功能、性能、数据、界面等要求，生成软件需求规约。,软件设计主要解决待开发软件“怎么做”的问题。 软件设计通常可分为系统设计（也称概要设计或总体设计）和详细设计。 系统设计的任务是设计软件系统的体系结构，包括软件系统的组成成分、各成分的功能和接口、成分间的连接和通信，同时设计全局数据结构； 详细设计的任
19、务是设计各个组成成分的实现细节，包括局部数据结构和算法等。,编码用某种程序设计语言，将设计的结果转换为可执行的程序代码。,测试发现并纠正软件中的错误和缺陷。测试主要包括单元测试、集成测试、确认测试和系统测试。,运行和维护在软件运行期间，当发现了软件中潜藏的错误或需要增加新的功能或使软件适应外界环境的变化等情况出现时对软件进行修改。,软件过程,软件过程是软件生存周期中的一系列相关的过程。过程是活动的集合，活动是任务的集合。,软件过程有三层含义：,个体含义，即指软件产品或系统在生存周期中的某一类活动的集合，如软件开发过程，软件管理过程等； 整体含义，即指软件产品或系统在所有上述含义下的软件过程的总
20、体； 工程含义，即指解决软件过程的工程，它应用软件工程的原则、方法来构造软件过程模型，并结合软件产品的具体要求进行实例化，以及在用户环境下的运作，以此进一步提高软件生产率，降低成本。,ISO12207软件生存周期过程,ISO/IEC 12207标准把软件生存周期中可以开展的活动分为5个基本过程，8个支持过程和4个组织过程。每一个过程划分为一组活动，每项活动进一步划分为一组任务。,基本（primary）过程（一）供各当事方在软件生存周期期间使用。包括： 获取（acquisition）过程：确定需方和组织向供方获取系统、软件或软件服务的活动。 供应（supply）过程：确定供方和组织向需方提供系统
21、、软件或软件服务的活动。,基本（primary）过程（二）,开发（development）过程：确定开发者和组织定义并开发软件的活动。 运作（operation）过程：确定操作者和组织在规定的环境中为其用户提供运行计算机系统服务的活动。 维护（maintenance）过程：确定维护者和组织提供维护软件服务的活动。,支持（supporting）过程（一）用于支持其他过程，它有助于软件项目的成功和质量提高。包括： 文档编制（documentation）过程： 确定记录生存周期过程产生的信息所需的活动。 配置管理（configuration management）过程： 确定配置管理活动。,支持（s
22、upporting）过程（二）,质量保证（quality assurance）过程：确定客观地保证软件和过程符合规定的要求以及已建立的计划所需的活动。 验证（verification）过程：根据软件项目要求，按不同深度确定验证软件所需的活动。 确认（validation）过程：确定确认软件所需的活动。,联合评审（joint review）过程：确定评价一项活动的状态和产品所需的活动。 审计（audit）过程：确定为判断符合要求、计划和合同所需的活动。 问题解决（problem resolution）过程：确定一个用于分析和解决问题的过程。,支持（supporting）过程（三）,用于软件组织建
23、立和实现构成相关生存周期的基础结构和人事制度，并不断改进这种结构和过程。包括： 管理（management）过程：确定生存周期过程中的基本管理活动。,组织（organizational）过程（一）,组织（organizational）过程（二）,基础设施（infrastructure）过程：确定建立生存周期过程基础结构的基本活动。 改进（improvement）过程: 确定一个组织为建立、测量、控制和改进其生存周期过程所需开展的基本活动。 培训（training）过程: 确定提供经适当培训的人员所需的活动。,ISO/IEC 12207为软件生存周期过程建立了一个公共框架，它提供了一组标准的过程
24、、活动和任务。对于一个软件项目，可根据其具体情况对标准的过程、活动和任务进行剪裁，即删除不适用的过程、活动和任务。,ISO12207软件生存周期过程（小结）,两种程序设计方法,程序设计的两次飞跃（见P7）结构化程序设计 程序=数据结构+算法面向对象程序设计 程序 = 对象 + 消息,面向过程和面向对象的编码,两类软件工程方法,传统软件工程 软件分析 总体设计 详细设计 面向过程的编码 测试 面向对象软件工程 软件分析与对象抽取 对象详细设计 面向对象的编码 测试,软件工程的应用,软件工程指导中小型软件 软件工程指导大型软件 软件工程的成就 软件工程的局限,软件工程教育的定位,我国软件工程的专业
25、教育与软件人才的链之间的关系可描述为如下图：,软件开发工程师,架构设计师,产品经理,项目管理者,系统分析师,系统设计师,程序员,研究生教育,本科教育,大专教育,中专教育,软件工程教育的定位,观点：不同的人才培养或者不同软件开发的岗位对软件工程的知识要求是不一样的。我们在学习软件工程知识与选用教材时，充分地考虑到这一因素，采取因材取舍的原则。不同的软件工程教材，适用于不同层次的人员学习，所以不同层次的人才选用不同的教材。 例：海南纽康信息系统有限公司 岗位能力规定,1. 程序员岗位能力规定,2. 软件工程师岗位能力规定,3. 高级软件工程师岗位能力规定,4. 项目主管岗位能力规定,5. 项目经理岗位能力规定,
