北京理工大学教学课件.ppt

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1、北京理工大学教学课件,软件工程,课 名：软件工程,参考教材：1、张海藩，软件工程导论（第5版），清华大学出版社，20082、齐治昌等，软件工程（第二版），高等教育出版社，20063、郑人杰等，软件工程概论，机械工业出版社，2010教学方式：授课实验课时： 40,教学目的和要求：,（1） 掌握软件工程的基本概念（2）学会软件工程项目开发过程的分析、设 计、编码要求以及测试、维护的基本策 略和方法（3）了解软件工程项目管理的基本内容和方 法,主要内容为：,（1）软件工程概述： 软件工程发展、过程模型.（2） 软件工程技术： 软件工程分析方法、软件工程系统设计方法、软件测试技术（3）软件维护：软件的

2、可维性、软件维护的任务及过程、 软件维护的副作用（4） 软件项目管理技术： 软件项目管理的基本概念、项目计划、 风险分析、软件质量保证、软件配置管理,第一章,软件工程概述,第一章 软件工程概述的内容,1.1 引言1.2软件基本概念、分类、特点1.3 软件工程的发展过程1.4 软件工程的活动 1.5 软件过程模型 1.6 Rational统一过程模型,1.1 引 言,为什么要讲软件和软件工程？ 唯有对软件和软件的开发过程，有充分的认识，才能更好的开发出过程受控、质量受控的软件产品。 对于软件和软件工程的认识是困难的，但软件开发过程又存在很多困惑，需要对此有正确的、深刻的认识。,1.1 引 言,软

3、件不仅仅是在计算机运行的程序任何预先定义好的程序步骤的地方，都有软件的身影软件的应用领域系统软件实时软件商业软件工程和科学计算软件嵌入式软件个人计算机软件基于Web的软件（网站）人工智能软件,1.2.1 软件,1.2软件基本概念、分类、特点,软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一 部分，包括程序、数据及相关文档的完整集合。,三要素,程序：按事先设计的功能、性能要求执行的指令 (语句)序列；,数据：使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资料。,可执行的,计算机软件定义（GB） 与计算机系统的操作有关的计算机程序、规程、规则，以及可能有的文件、文档及数据。,其中:

4、I=(i1,i2, ,in) 输入集合。Ij表示一个抽象的输入数据类型 O=(O1,O2,On) 输出集合。Oj表示一个抽象的输出数据类型E=(e1,e2,en) 构成集合。ei表示一个子系统或一个构件R=(r1，r2，rn) 构件关系集合.ri表示一个关系。,软件表示 S = ( I, O, E, R ),1.2.2 软件的特点,1. 是逻辑实体，非物理实体，具抽象性；2. 没有明显的制作过程；3. 运行、使用期间不存在磨损、老化；4. 软件的开发、运行受计算机系统的限制；复杂性高，成本昂贵。涉及社会因素。,1.2.3 软件分类,软件从设计、实现、维护和传统工程有相同的基础,2. 基于软件工

5、作方式：* 实时处理* 分时处理* 交互处理* 批处理,1. 基于软件大的功能框架： * 系统软件 * 支撑（工具）软件 * 应用软件,管理者的错误观点:我们已经有标准和规程了我们已经有好的开发平台和工具了我们可以在开发进度得不到保障时，可增加开发人员我们可以外包一部分项目，缓解项目的压力,用户的错误观点：因为知道项目的目标，可先编程序。不考虑项目将来怎样，以后要变改就行了,开发者的错误观点：编完程序就大功告成程序未运行前，没有质量问题最后项目完成只提交程序软件工程，就是写文档，增加开发成本,1软件开发的错误观点,开发者,管理者,用户,1.2.4 软件开发技术面临的问题,1.2.5 软件危机,

6、概括地说，软件危机包含下述两个方面的问题：如何开发软件，以满足对软件日益增长的需求；如何维护数量不断膨胀的已有软件。在软件开发和维护的过程中存在这么多严重问题，一方面与软件本身的特点有关，另一方面也和软件开发与维护的方法不正确有关。,1.2.6.软件危机的主要特点,软件开发周期大大超过规定日期;软件系统开发成本高，周期长，质量差，满足不了市场需求; 软件质量无保证软件系统开发人员数量少，质量低软件系统维护难度大软件开发缺乏合适的工具和方法软件的版权问题得不到保证,1.2.7 yet, Success Hasnt Come Easily,31%,53%,成功,争议,失败,16%,成功的标准：,用

7、户在使用用户使用软件很容易做完要做的事,开发人员写出的软件达不到用户要求： 人的能力问题. 当前技术发展问题 系统平台问题,失败的根本原因,1.3 软件工程的发展,1.3.1 软件的发展,在软件危机形式下，软件工程诞生了，1968年在北大西洋公约组织（NATO）的德国开的学术会议上，软件工程术语首次提出,1.3.2 软件生命周期(Software Life Cycle),软件产品或软件系统从设计、投入使用到被淘汰的全过程,1.3.3 硬件、软件生命周期的比较,硬件故障率曲线,软件实际故障率曲线,生命初期,磨损后,理想曲线,实际曲线,由于副作用造成的故障率提高,修改,故障率,故障率,时间,时间,

8、改正一个问题需付出的代价,需求分析,结构设计,详细设计,编码,集成测试,系统测试,现场,改正一个问题的估计费用,改正一个问题估计的工作量,20,200,2000,1000,5.0,2.5,0.05,0.5,(美元),(人天),1.4 软件工程的定义,1 IEEE93对软件工程定义： 软件工程是（1）将系统化的、严格约束的、可量化的方法应用于软件的开发、运行和维护。即将工程化应用于软件。（2）在（1）中所述方法的研究,IEEE:美国电气和电子工程师学会:（Institute of Electrical and Electronics Engineers)学会设各种专门技术分会，软件标准分技术委员

9、会为SESS,2 定义给的四个要点：软件工程方法和性质-系统化、严格约束、可量化的方法软件工程方法的作用和范围-软件的开发、运行和维护软件工程方法的目标-即将工程化应用于软件软件工程方法的趋势-方法的研究,在给定成本、进度的前提下，开发出有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性且满 足用户需求的产品 。,3 软件工程的目标,技术的观点：包括：软件项目的分析、设计、编码、测试、维护等技术方法。按软件技术理论，以高效、健壮、可复用、可维护为目的，研究软件体系结构、组成以及构造方式、等,工程的观点:包括：软件项目招标、合同、实施、监督、验收推

10、广等。以经济管理科学为依据，研究软件工程的规划策略和经济收益等工程问题,管理的观点：包括：软件项目开发人员组织控制、进度风险分析和质量保证体系等方面。以科学性、高效可行及可测量性为目标来研究工程项目管理,4 软件工程的三视图,5 软件工程基本原理,1、用分阶段的生命周期计划严格管理2、坚持进行阶段评审3、实行严格的产品控制4、采用现代程序设计技术5、结果应能清楚地审查6、开发小组的人员应该少而精7、承认不断改进软件工程实践的必要性,软件工程的基本思想生命周期的观点重视文档的作用自上而下和逐步细化的思想模块化的思想反复迭代的思想注意编程风格,1.5 软件过程模型,软件工程学的基础是软件过程软件过

11、程贯穿于软件生命周期中软件工程学中的方法用于软件过程的各阶段的各项活动中,1 软件过程定义,工具,方法,过程,质量焦点,Software engineering layers,质量焦点：支持软件工程的根基就在于对质量的关注。过程：软件工程的过程将技术层结合在一起，使计算机软件合理和及时开发出来。方法：涵盖一系列的任务：需求分析、设计、编程、测试和维护。工具：对过程、方法提供自动或半自动的支持。例CASE集成软件、硬件或一个软件工程数据库。,根据不同的项目来定义贯穿于软件生命周期之中的一组关键活动区域。也称过程模型,2 软件过程的位置和作用,3. 瀑布模型 (线形顺序模型),可行性研究与计划,需

12、求分析,设计,编码,运行维护,测试,定义阶段,开发阶段,维护阶段,开发软件的特点:过程具有顺序性和依赖性不适应需求不确定的项目错误最后才发现开始进程呈阻塞情况,承接上一项活动中接收本项活动所需的对象作为输入 利用输入进行本项活动。 把本项的活动成果传送下一项 对本项工作进行评审，若评审正确才能进行下一项工作,确定：系统功能系统性能,设计：数据结构体系结构接口算法,开发软件的原则,分析：系统需求软件需求,4 原型模型,听取用户意见,建造/修改原型,用户测试运行原型,原型模型带来的问题:原型时期的质量问题用户如何理解进度先入为主的非最佳方式,不适合原型开发的领域: 实时控制软件 数值计算软件,原型

13、产生的步骤,需求分析和定义规格 软件设计的一种工具 解决不确定性的工具 一种实验工具 开发同时,作为同步培训工具原型演化为最终系统软件维护的辅助工具,应用领域,需求,设计,编码,测试,集成,运行、试用,核心系统开发,设计,需求,编码,测试,集成,运行、试用,第二次迭代,反馈,反馈,5 演化（迭代）模型,需要足够的人力资源用户和设计都成为关键适用于MIS形式的系统,开发过程(1) 根据用户要求开发出核心系统(2)用户试用后，提出精化系统、增强系统能力的需求，开发人员实施开发的迭代过程,6 增量模型(递增模型、增殖模型),先完成一个系统子集的开发，再按同样的开发步骤增加功能 (系统子集),如此递增

14、下去直至满足全部系统需求。 系统的总体设计在初始子集设计阶段就应作出设想。,分析,增量模型,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,分析,设计,编码,测试,增量1,增量2,增量3,增量4,交付的增量1,交付的增量2,交付的增量3,交付的增量4,日历时间,7.螺旋模型,瀑布模型和增量模型相结合，增加风险分析 用来指导大型软件项目的开发 将开发划分为制定计划、风险分析、实施工程、客户评估四类活动 沿螺旋线每转一圈，表示开发出一个更完善的新的软件版本,要点：相似于增量模型，是顺序模型与原型过程的统一，强调版本的升级。,活动化分不同更强调：计划、风险分析、用户评估,与增量模型

15、的区别：,8. 喷泉模型,演化,分析,设计,实现,确认,维护,1990年B.H.Sollers和J.M.Edwards提出主要用于采用面向对象技术的项目喷泉体现迭代和无间隙的特征软件的某些部分常常被重复工作多次，相关对象在每次迭代中随之加入渐进的软件成分在分析、设计、实现等各项活动之间无明显边界,9.构件集成模型,构件库,问题域,识别构件,查找构件,生成构件,组装系统,查到构件,未查到构件,模型要点： 基于软件复用性 形成统一开发过程 采用统一建模语言,35,基本需求,螺旋,螺旋模型第n次迭代,原型,建造原型第n次迭代,维护,运行系统,需求分析,设计,编码,测试,1,3,2,5,7,8,6,1

16、4,9,4,4GT,4GT,4GT,10,11,12,13,组合模型,要点：几种模型配合使用以一种模型为主，嵌入其它模型由开发者选择开发路径,已经有先例的项目 问题明确且时间紧的项目 规模较大且时间紧的项目 需求不确定的项目 带有突破性技术的项目 客户难以沟通和理解的项目 明显复用潜力的项目,项目适应模型的规律（一般情况）,项目情况,适用模型,瀑布模型增量模型演化模型原型模型螺旋模型原型模型构件模型,37,Rational统一过程RUP,RUP是由IBM公司开发和维护的过程产品它提供了在开发机构中分派任务和责任的方法它的目的是在可以预见的日程和预算前提下确保满足最终用户需求的高质量软件的产生,

17、RUP的优越性,提高了团队的生产力创建并维护模型为如何有效地使用UML提供了指导是一个可配置的过程吸收了许多在商业上得到证明的软件开发的最佳实践经验,RUP所吸收的最佳工程实践经验,迭代地开发软件需求管理使用基于组件的体系结构可视化的软件建模验证软件质量控制软件的变化,RUP的二维结构,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的集合称为方法学(methodology)，也称为范型(paradigm)。软件工程方法学包括三个要素，这就是方法、工具和过程。目前使用得最广泛的软件工程方法学，分别是传统方法学和面向对象方法学。,43,结构化方法 PK 面向对象方法,44,结构化方法

18、 PK 面向对象方法,传统的结构化开发方法是以功能分析和数据分析为基础，采用分解和抽象的方法找出软件功能模块及其之间的连接关系，并找出数据的表或视图以及它们之间的关联。但是，该方法使得人们对现实世界的认识与编程之间存在理解上的鸿沟，整个系统的变动和修改十分困难，不便于软件重用，并且难以适应以突出控制特性的系统要求。,45,结构化方法 PK 面向对象方法,面向对象方法是从现实世界中客观存在的事物（即对象）出发，尽可能地运用人类的自然思维方式来构造软件系统。它运用人类在日常的逻辑思维中经常采用的思想方法与原则，例如抽象、分类、继承、聚合、封装等，将其贯穿于整个分析和设计过程，实现了客观世界到计算机

19、系统的平滑过渡，容易为人们所理解，并使得软件的复用在面向对象的设计中成了自然而然的事情。,46,什么是CASE,CASE( Computer Aided Software Engineering)计算机辅助软件工程是一组工具和方法的集合，用于辅助软件开发、维护、管理过程中的各项活动，促进软件过程的工程化和自动化所有软件工程方法都需要CASE的相应技术支持用于系统模型的图形编辑器管理设计实体的数据字典生成用户界面的GUI软件支持程序纠错的调试器代码生成器,47,CASE 工具,IBM Rational公司产品(http:/)开发管理软件过程： RUP需求管理： Requisite Pro 可视化

20、建模： Rose自动测试： Robot, Test Realtime, TestManager, XDE Tester项目管理： ProjectConsole配置管理： ClearCase, ClearQuest开源CASE工具: (http:/ )CVS： 应用广泛的版本管理工具UML Modeler：UML模型图形编辑工具UML2EJB： 将XML表示的UML模型转换成EJB代码的转换器,48,进一步说明,49,软件工程面临的挑战,遗留系统的问题遗留系统是指那些过时或存在问题的计算机系统，通常是许多年以前开发的挑战：既要以合理的成本维护和更新系统，又要能够继承系统中重要的商业信息和服务异构

21、系统的问题网络环境下包含不同的硬件平台和软件系统挑战：需要提出新的开发技术，能够使所开发的软件系统运行在不同的硬件平台和系统环境下,50,软件工程面临的挑战,高可信软件开发的要求软件的重要作用要求正确性、可靠性、安全性等可信性质挑战：如何在软件的开发和运行中保证其具有高可信的性质软件开发方式的变化网络时代带来的冲击挑战：研究分布式的软件体系结构和开发模式，探索与之相适应的软件工程策略,51,软件工程知识体系,软件工程知识体系(SWEBOK)IEEE计算机学会发起研究，从而促进软件工程发展成为独立的专业学科2001年5月完成，发布“SWEBOK指南V1.00 (试用版)”SWEBOK的组成将软件

22、工程知识分解成若干知识域，形成层次化的组成结构10个知识域软件需求、软件设计、软件构造、软件测试、软件维护软件配置管理、软件工程管理、软件工程过程、软件工程工具与方法、软件质量,52,53,软件工程及其相关学科,软件工程是应用计算机科学、 数学与管理科学等基本原理， 开发软件的工程。它借鉴传 统工程的原则和方法，以提 高质量，降低成本为目的计算机科学和数学用于构造 软件的模型与算法；工程科 学用于制定规范、设计范型、 评估成本及确定权衡；管理 科学用于计划、资源、质量、 成本等管理,54,软件工程与计算机科学,软件工程与计算机科学的区别计算机科学研究构成计算机和软件系统基础的有关理论和方法举例

23、：数据结构、离散数学、算法分析等软件工程研究开发和发布软件的实际问题举例：飞行控制软件软件工程的研究与实践包括两方面，一是扎根于计算机科学，二是表现为一种工程学科,55,思考与讨论,以下系统适合采用什么样的软件过程模型？为什么？在一种新型机器上，为一种已知语言开发一个普通的编译器,瀑布模型该项目的语言是已知的，需求是明确的和稳定的，整个系统属于中小规模，因此适合采用瀑布模型进行软件开发,56,案例分析,大学教务管理系统，准备替换现有的系统,增量模型从该系统的具体情况来看，系统的需求是比较容易明确的，整个系统的结构需要重新设计，但是原有的遗留系统中有些部分是可以重用的，因此我们可以采用增量模型实施软件开发,57,案例分析,快速原型模型本项目的主要问题在于用户需要方面，该系统与最终用户的交互是十分关键的，但是在项目初期用户的需求基本上是不知道的，因此适合采用快速原型方法来确定用户需求，在需求确定的基础上再开发最终系统,大学校园的虚拟漫游系统，这是该大学首次使用该系统,小结,软件、软件工程的概念软件的特点软件危机的表现形式软件工程模型：瀑布、原型、演化、构件、RUP软件过程模型的选择依据两种软件工程方法学的比较,