2章软件工程原理与应用

第2章软件生存周期2.1软件工程过程2.2软件生存周期2.3软件生存周期瀑布模型2.4软件生存周期原型模型2.5软件生存周期其他模型2.1软软件件工程过过程2.1..1什么是软软件工程程过程软件工程程是一种种层次化化的技术术。如图图2.1所示图2.1软件工程程层次软件过程程定义了了一组关关键过程程域，它它们构成成软件项项目管理理的基础础，并规规定了技技术方法法的采用用、工程程产品（（模型、、文档、、数据、、报告以以及表格格等）的的产生、、里程碑碑的建立立、质量量的管理理以及适适当的变变更控制制。2.1软软件件工程过过程软件过程程是软件件生存期期中的一一系列相相关软件件工程活活动的集集合。每每一个软软件过程程又是由由一组工工作任务务、项目目里程碑碑、软件件工程产产品和交交付物以以及质量量保证（（SQA）点等组组成。一一个软件件过程可可以用图图2.2的形式来来表示。。

图2.2软件过程程2.1软软件件工程过过程2.1..2软件过程程模型软件工程程过程模模型的选选择基于于项目和和应用的的特点、、采用的的方法和和工具、、要求的的控制和和需交付付的产品品.所有的软软件开发发都可以以看成是是一个问问题循环环解决过过程，如如图2.3所示。其中包括括四个截截然不同同的阶段段：状态态捕获、、问题定定义、技技术开发发和方案案综合。。状态捕捕获表示示了事物物的当前前状态；；问题定定义标识识了需要要解决的的特定问问题；技技术开发发利用某某些技术术来解决决问题；；方案综综合导出出最终的的结果（（如文档档、程序序、数据据、新的的事务功功能、新新的产品品）。2.1软软件件工程过过程以上的问问题循环环解决过过程可以以用于软软件工程程的不同同开发级级别上。。它可用用于考虑虑整个应应用系统统的宏观观级，也也可用于于建造程程序构件件的中间间级，甚甚至还可可用于源源代码行行级。因因此，可可以用分分级几何何表示来来给出过过程的理理想化的的视图。。首先定定义一个个分级几几何表示示的模式式，然后后相继地地在更小小的规模模上递归归地应用用分级几几何表示示：模式式中嵌套套模式。。在图2.4中，问题题循环解解决过程程的每一一个阶段段又包含含一个同同样的问问题循环环解决过过程，该该循环中中每一个个步骤中中还可以以再包含含另一个个问题循循环解决决过程。。这样一一直继续续下去，，直到某某个合理理的边界界为止。。对于软软件来说说，就是是源代码码行。2.1软软件件工程过过程图2.4问题循环环解决过过程中阶阶段嵌套套阶段2.1软软件件工程过过程2.1..3过程建造造技术为了使得得软件过过程模型型适合于于软件项项目组的的使用，，需要开开发一些些过程技技术工具具，以帮帮助软件件开发组组织分析析它们当当前的过过程，组组织工作作任务，，控制和和监控进进度，管管理技术术质量。。使用过程程技术工工具，可可以建造造一个自自动模型型，模型型包含前前面提到到的公共共过程框框架、任任务集合合及保护护伞活动动。该模模型一般般表示成成一个网网络，对对其加以以分析，，就能够够确定典典型的工工作流程程，考察察可能导导致减少少开发时时间、降降低开发发成本的的可选的的过程结结构。一旦创建建了一个个可接受受的过程程，就可可以使用用其他过过程技术术工具来来分配、、监视、、甚至控控制在软软件过程程模型中中定义的的所有软软件工程程任务。。软件项项目组的的每一个个成员都都可以使使用这样样的工具具来开发发检查表表，列出出所有将将要执行行的工作作任务、、将要产产生的工工作产品品和将要要实施的的软件质质量保证证活动。。2.2软软件件生存周周期如同任何何事物一一样，软软件也有有一个孕孕育、诞诞生、成成长、成成熟、衰衰亡的生生存过程程。软件件产品从从形成概概念开始始，经过过开发、、使用和和维护，，直到最最后退役役的全过过程称为为软件生生存周期期。根据据这一思思想我们们可以得得到软件件生存周周期的三三个时期期：软件件定义、、软件开开发、软软件使用用与维护护,如图2.5所示。图2.5软件生存存周期2.2软软件件生存周周期2.2..1软件定义义软件定义义可分为为软件系系统的可可行性研研究和需需求分析析两个阶阶段:软件系统统的可行行性研究究可行性研研究的任任务是了了解用户户要求和和现实环环境，从从技术、、经济、、市场等等方面研研究并论论证开发发该软件件系统的的可行性性。即这这个软件件系统是是否值得得开发，，是否有有可行的的技术去去开发。。系统分析析员一般般需通过过以下途途径完成成此阶段段的任务务:调查和了了解用户户要求和和现实环环境。撰写调查查报告。。可行性论论证和分分析（技技术可行行性、操操作可行行性和经经济可行行性）如如可行，，制定初初步项目目开发计计划（成成本估算算、人员员组织、、进度安安排等））。2.2软软件件生存周周期需求分析析这个阶段段的任务务主要是是确定待待开发软软件的功功能需求求、性能能需求和和运行环环境约束束、编制制软件需需求规格格说明、、软件系系统的确确认测试试准则和和用户手手册概要要。软件件的功能能需求应应该指明明软件必必须完成成的功能能。软件件的性能能需求包包括：软软件的安安全性、、可靠性性、可维维护性、、精度、、错误处处理、适适应性及及用户培培训等。。软件系系统的运运行环境境约束指指软件系系统必须须满足的的运行环环境方面面（硬件件环境、、系统平平台）的的要求。。

2.2软软件件生存周周期软件需求求分析不不仅是软软件开发发依据，，而且也也是软件件验收的的标准。。

系统需求求一般由由用户提提出。由由于用户户往往缺缺乏软件件开发的的知识和和经验，，系统分分析员和和软件开开发人员员不得不不与用户户反复讨讨论、协协商、使使用户需需求逐步步精确化化、一致致化、完完全化。。需求分析析的一项项重要任任务是建建立面向向开发者者的软件件需求规规格说明明（SoftwareRequirementsSpecification，简称SRS）。多数数场合面面向开发发者的软软件需求求用需求求规格说说明语言言描述。。SRS应该指明明软件系系统的功功能需求求、性能能需求、、接口需需求、设设计需求求、基本本结构，，以及开开发标准准和验收收原则，，等等。。SRS是软件开开发的基基础，建建立SRS是软件开开发成败败的关键键。2.2软软件件生存周周期2.2..2软件开发发在软件生生存周期期模型中中，软件件开发由由概要设设计、详详细设计计、实现现、集成成测试和和确认测测试五个个阶段组组成。概要设计计概要设计计的任务务是根据据软件需需求规格格说明（（SRS）建立软软件系统统的总体体结构和和模块间间的关系系，定义义各功能能模块的的接口，，设计全全局数据据库或数数据结构构，规定定设计约约束，制制定组装装测试计计划。对对于大型型软件系系统，应应对软件件需求进进行分解解，将其其划分为为若干个个子系统统，对每每个子系系统定义义功能模模块和各各功能模模块之间间的关系系，并给给出各子子系统接接口界面面的定义义；对于于一般的的软件系系统可以以直接定定义各功功能模块块以及它它们之间间的关系系概要设计计应提供供概要设设计说明明书、数数据库或或数据结结构设计计说明书书、组装装测试计计划等文文件。2.2软软件件生存周周期详细设计计详细设计计的任务务是对概概要设计计产生的的功能模模块逐步步细化，，形成若若干个可可编程的的程序模模块，用用某种过过程设计计语言（（ProcedureDesignLanguage）设计程程序模块块的内部部细节，，包括算算法、数数据结构构和各程程序模块块之间的的详细接接口信息息，为编编写源代代码提供供必要的的说明，，建立““模块开开发卷宗宗”，拟拟定模块块测试方方案。详细设计计需根据据软件需需求规格格说明（（SRS）和概要要设计的的结果进进行，可可以选用用的方法法和工具具是比较较多的，，如结构构化的设设计方法法、面向向对象的的设计等等方法和和RationaRose、VisualModel及MicrosoftVisio等工具。。软件开开发人员员可以根根据实际际情况选选用适当当的方法法和工具具。详细细设计应应该遵循循的原则则是：设设计应与与软件需需求保持持一致，，设计的的软件结结构应支支持模块块化、信信息隐藏藏等。详细设计计应该提提供详细细设计规规格说明明书和单单元测试试计划。。2.2软软件件生存周周期

实现实现的主主要任务务是，根根据详细细设计文文档将详详细设计计转化为为所要求求的编程程语言或或数据库库语言的的程序，，并对这这些程序序进行调调试和程程序单元元测试，，验证程程序模块块接口与与详细设设计文档档的一致致性。集成测试试集成测试试的任务务是根据据概要设设计各功功能模块块的说明明及制定定的集成成测试计计划，将将经过单单元测试试的模块块逐步进进行集成成和测试试。集成成测试应应对系统统各模块块间的连连接正确确性进行行测试；；测试软软件系统统或子系系统的输输入／输输出处理理是否达达到设计计要求；；测试软软件系统统或子系系统正确确处理能能力和承承受错误误的能力力等。通过集成成测试的的软件应应生成满满足概要要设计要要求、可可运行的的系统源源程序清清单和集集成测试试报告。2.2软软件件生存周周期确认测试试确认测试试的任务务是根据据软件需需求规格格说明定定义的全全部功能能和性能能要求及及软件确确认测试试计划对对软件系系统进行行测试，，测试系系统是否否达到了了系统需需求或是是否满足足用户的的需求。。确认测试试应有客客户参加加，以软软件需求求规格说说明书为为依据，，使用专专用的测测试工具具进行确确认测试试。为验验证软件件产品是是否满足足软件需需求规格格说明的的要求，，必须按按照测试试计划的的要求编编制大量量的测试试用例、、采用多多种方法法和工具具、组织织专门的的测试队队伍并严严格组织织实施。。确认测试试阶段应应向用户户提交最最终的用用户手册册、操作作手册、、源程序序清单及及其他软软件文档档。确认认测试结结束时应应生成确确认测试试报告、、项目开开发总结结报告。。2.2软软件件生存周周期2.2..3软件使用用、维护护和退役役软件的使使用将软件安安装在用用户确定定的运行行环境中中，测试试通过后后移交用用户使用用。软件件的使用用是软件件发挥社社会和经经济效益益的重要要阶段。。由于软软件是逻逻辑产品品，软件件发行的的份数越越多，软软件的社社会和经经济效益益越显著著。因此此应大力力推广软软件的使使用。软软件在使使用过程程中客户户或维护护人员必必须认真真收集被被发现的的软件错错误，定定期或阶阶段性地地撰写““软件问问题报告告”和““软件修修改报告告”。软件的维维护当发现软软件产品品中的潜潜伏错误误，或用用户提出出要对软软件需求求进行修修改，或或软件运运行环境境发生变变化时，，都需要要对软件件进行维维护。软软件维护护不仅针针对程序序代码，，而且还还针对软软件定义义、开发发的各个个阶段生生成的文文档．软软件在设设计阶段段很难预预料到这这个软件件交给谁谁，在什什么时候候进行什什么样的的维护工工作。2.2软软件件生存周周期软件维护护的依据据只能靠靠软件文文档和有有关的设设计信息息。这样样，软件件维护人人员不得得不花费费大量的的劳动，，用于软软件系统统的再分分析和对对软件信信息的理理解。软软件的维维护直接接影响软软件的应应用和软软件的生生存期，，而软件件的可维维护性又又与软件件的设计计密切相相关，因因此软件件在开发发过程中中应该重重视对软软件可维维护性的的支持。。软件的退退役软件的退退役是软软件生存存周期中中的最后后一个阶阶段，即即终止对对软件产产品的支支持，停停止使用用该软件件。2.3软软件件生存周周期瀑布布模型瀑布（waterfallmodel）模型也也称软件件生存周周期模型型（如图图2.6所示），，由W．Royce于1970年首先提提出。根根据软件件生存周周期各个个阶段的的任务，，瀑布模模型从可可行性研研究（或或称系统统分析））开始，，逐步进进行阶段段性变换换，直至至通过确确认测试试并得到到用户确确认的软软件产品品为止。。瀑布模模型上一一阶段的的变换结结果是下下一阶段段变换的的输入，，相邻两两个阶段段具有因因果关系系，紧密密相联。。一个阶阶段工作作的失误误将蔓延延到以后后的各个个阶段。。为了保保障软件件开发的的正确性性，每一一阶段任任务完成成后，都都必须对对它的阶阶段性产产品进行行评审，，确认之之后再转转入下一一阶段的的工作。。评审过过程发现现错误和和疏漏后后，应该该反馈到到前面的的有关阶阶段修正正错误、、弥补疏疏漏，然然后再重重复前面面的工作作，直至至某一阶阶段通过过评审后后再进入入下一阶阶段。瀑布模型型在软件件工程中中占有重重要的地地位，它它提供了了软件开开发的基基本框架架，它有有利于大大型软件件开发过过程中人人员的组组织、管管理，有有利于软软件开发发方法和和工具的的研究与与使用，，从而提提高了大大型软件件项目开开发的质质量和效效率。2.3软软件件生存周周期瀑布布模型图2.6软件生存存周期的的瀑布模模型2.3软软件件生存周周期瀑布布模型瀑布模型型的主要要缺点如如下:在软件开开发的初初始阶段段指明软软件系统统的全部部需求是是困难的的，有时时甚至是是不现实实的。而而瀑布模模型在需需求分析析阶段要要求客户户和系统统分析员员必须做做到这一一点才能能开展后后续阶段段的工作作。需求确定定后，用用户和软软件项目目负责人人要等相相当长的的时间（（经过设设计、实实现、测测试、运运行）才才能得到到一份软软件的最最初版本本。如果果用户对对这个软软件提出出比较大大的修改改意见，，那么整整个软件件项目将将会蒙受受巨大的的人力、、财力和和时间方方面的损损失。瀑瀑布模型型的应用用有一定定的局限限性。2.4软件生存存周期原原型模型型由于在软软件开发发的初始始阶段人人们对软软件的需需求认识识常常不不够清晰晰，因而而使得所所开发的的软件项项目难于于做到一一次性开开发成功功，出现现返工再再开发在在所难免免，这样样会造成成软件开开发进度度的延长长、开发发成本的的上升。。因此，，我们可可以先做做试验开开发，其其目标只只是在于于探索可可行性，，弄清软软件需求求，然后后在此基基础上获获得较为为满意的的软件产产品。通通常我们们把第一一次得到到的试验验性产品品称为““原型””。软件开发发人员根根据客户户提出的的软件定定义，快快速地开开发一个个原型，，它向客客户展示示了待开开发软件件系统的的全部或或部分功功能和性性能，在在征求客客户对原原型意见见的过程程中，进进一步修修改、完完善、确确认软件件系统的的需求并并达到一一致的理理解。2.4软件生存存周期原原型模型型快速开发发原型的的途径有有三种：：利用个人人计算机机模拟软软件系统统的人机机界面和和人机交交互方式式。开发一个个工作原原型，实实现软件件系统的的部分功功能，而而这部分分功能是是重要的的，也可可能是容容易产生生误解的的。找来一个个或几个个正在运运行的类类似软件件，利用用这些软软件向客客户展示示软件需需求中的的部分或或全部功功能。为了快速速开发原原型，要要尽量采采用软件件重用技技术，在在算法的的时／空空开销方方面也可可以让步步，以便便争取时时间，尽尽快向客客户提供供原型。。原型应应充分展展示软件件的可见见部分，，如数据据的输入入方式、、人机界界面、数数据的输输出格式式等。由由于原型型是客户户和软件件开发人人员共同同设计和和评审的的，因此此利用原原型能统统一客户户和软件件开发人人员对软软件项目目需求的的理解，，