软工导论知识框架（一）软件工程学概述

本贴为B站大连工业大学老师的网课笔记，教材为张海藩第6版，适用于考研和期末复习。

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一.软件：

软件指的是计算机程序、文档运行程序必须的数据、方法与规则。

方法指的是软件开发所用到的方法，规则是开发软件时所遵循的规则。

程序在文档中说明，在规则中实现。

简化定义：程序+数据+文档

二.软件分类：

A.基于功能划分

1.系统软件：

与计算机硬件紧密配合使计算机各个部件与相关软件及数据协调、高效工作的软件。 如操作系统、编译程序等。

2.支撑软件：

协助用户开发软件的工具性软件。如各种集成开发环境IDE

3.应用软件：

（1）商业数据处理软件 ：商业数据处理软件 管理信息系统(MIS) 企业资源计划(ERP)

（2）工程与科学计算软件 ：CAD/CAM（计算机辅助设计/制造） 仿真模拟、天气预报。

（3）智能产品嵌入软件 ：驻留在智能产品内存，控制产品工作的 软件。 数码相机、GPS等

  (4) 人工智能软件：利用非数值算法去解决复杂问题的软件。 专家系统、模式识别软件、人工神经网络软件（具有某个领域专家的知识和经验，代替某个领域的专家来解决一系列问题）

  (5) 个人计算机软件：文字处理系统、电子表格、游戏娱乐软件。

B.基于规模划分

 三.软件发展阶段（软件工程本质上是因为软件危机诞生的学科 ）：

1.程序设计阶段：软件生产个体化 ，规模小，编写者和使用者同一个人软件是设计者头脑中隐含过程 ，除程序清单外，无文档材料保存。

2.程序系统阶段：产品软件由专门软件开发组织开发——软件作坊，市面上流传诸多质量不高的软件。软件开发组织，沿用早期个体化软件开发方法。

软件危机：软件维护工作耗费大量资源软件工程 ，软件作坊有时甚至没有精力去开发新软件。

1968年，北大西洋公约组织计算机科学家讨论软件危机，提出软件工程。（之所以称为作坊，在于描述其做工不精）

3.软件工程：软件危机得到缓解，打破软件生产个体化特征，工程化的设计原则、方法和标准新的挑战，出现微处理器和个人计算机、分布式处理系统 局域网、广域网、宽带数字通讯（并没有结束软件危机）

4.第四阶段：软件架构发生变化

（1）集中主机环境 ：致命弱点在于无法实现数据共享

（2）客户机/服务器（二层） ：应用程序放在客户端，数据存储放在服务器端——弱点在于客户端压力大，承担所有应用程序的工作

（3）客户机/服务器（三层） ：数据存储仍然在数据库服务器端，而应用程序分为了人机交互和业务处理两大部分，人机交互放在客户端，而业务处理则在应用服务器端。该种软件架构方法和我们常说的"前端——后端——数据库"的理解类似，是一种流行的架构方式。（也和常说的C/S架构一致）

（4）浏览器/服务器：与前者同理，只不过不需要安装客户端软件。（即为通常说的B/S架构模式）

（5）新技术 ：专家系统、人工智能、神经网络、并行计算 网格技术、高信度计算、云计算

注意：软件工程在软件发展的第二个阶段产生

 四.软件危机：

（1）开发成本和进度估计不准、延迟交付、取消项目

（2）用户对已交付软件不满意，开发人员对用户信息交流不充分，产品不符合用户需求

（一个典型错误理解：开发语言不符合或者功能无法实现等错误，并不是软件危机，这只是个体所出现的一系列问题，并非整个行业面对的困难）

（3）软件产品质量靠不住 软件产品保证技术（审查、复审、测试）未坚持不懈应用软件开发全过程——维护花费大量精力，无法继续开发软件

（4）软件可维护性差，开发时未考虑，很多错误难以改正

（5）软件没有适当文档资料，文档资料应在软件开发过程中产生，保证最新

五.软件工程：

定义：把系统化、规范化、可度量的途径应用于软件开发、运行和维护过程中，研究其实现途径。

1.软件工程技术：软件开发方法学 软件开发过程 软件工具和软件工程环境

2.软件工程管理：软件管理学 软件经济学 软件心理学

六.软件生存周期：

1.定义：软件从产生、发展到成熟、直至衰亡为止。

2.泛类划分：软件定义，软件开发 ，软件维护。

3.国标《计算机软件开发规范》：

• 可行性研究与计划
• 需求分析
• 总体设计
• 详细设计
• 实现（编码和单元测试）
• 集成测试
• 确认测试
• 使用和维护

4.可行性研究与计划

关键任务： 解决问题是什么？有行得通解决方法？粗略计划

问题定义报告: 问题性质、工程目标、工程规模。

可行性研究报告： 经济、技术、社会（操作）可行性。

项目开发计划： 粗略

（两个文档：问题定义报告，可行性研究报告）

5.需求分析（What）：

关键任务：目标系统必须作什么？

可行性研究的需求分析是粗略、不准确；需求分析是完整、准确、清晰、具体。 （具体描述用户的全部需求）

需求规格说明书：目标系统需求。（最核心的文档，记载了以后软件需要实现什么样的功能）

6.总体设计（How）：

关键任务： 怎样实现目标系统？ 根据需求设计方案；分析推荐最佳方案；设计软件结构等。

总体设计说明书： 记录总体设计结果

7.详细设计：

关键任务： 该怎样具体实现系统？ 设计每个模块的算法和数据结构。

详细设计说明书： 用适当表达工具表达算法和数据结构。

8.实现（编码和单元测试）：

关键任务： 选择语言、工具翻译详细设计结果、测试模块。 （单元测试往往就是模块测试）

实现阶段文档： 程序清单、单元测试报告。

9.集成测试：

关键任务： 将经过单元测试模块组装起来进行测试， 通过测试使软件达到预定要求。

（单元测试有时测不出来的问题，会在集成测试中暴露，比如某些接口）

测试报告： 测试计划、测试方案、测试结果。

10.确认测试（验收测试）：

关键任务： 由用户按需求规格说明书规定进行测试。

测试报告： 测试计划、测试方案、测试结果。

11.使用与维护

关键任务： 通过必要维护活动使系统持久满足用户要求。

维护类型：

• 改正性维护：软件运行过程中发现错误，进行维护。
• 适应性维护：软件运行软硬件环境变化，进行的维护。
• 完善性维护：用户要求改进或扩充软件，进行的维护。
• 预防性维护：为将来的维护作准备。

实际从事软件开发工作时，软件规模、类型、开发环境及技术方法等因素会影响到阶段划分，及各阶段的执行顺序，形成不同生存周期模型，又称过程模型。（各种阶段可以改变）

七.软件过程模型（又称为软件生存周期模型）

1.瀑布模型：使用最早应用最广，在之前软件开发模型处于比较混乱的状态

• 阶段具有顺序性和依赖性:前一阶段结束后一阶段开始，前一个阶段输出文档，后一个阶段输入文档。
• 推迟实现观点:瀑布模型在编码前设置系统分析、系统设计，推迟程序物理实现，保证前期工作扎实。（尽量让编码的过程靠后）
• 质量保证观点:瀑布模型每阶段坚持两个重要做法: 一是每阶段都必须完成完整、准确的文档。软件开发时人员间通信、运行时期维护的重要依据。 二是每阶段结束前对文档评审。

瀑布模型是非常重视文档书写的一种模型，每个阶段必须有非常准确的文档。

而弱点在于，发现上一个阶段又问题时，无法回溯修改错误——因此，常见的瀑布模型均带有反馈环。

优点在于，提高软件质量，降低维护成本，缓解软件危机。

缺点在于，模型缺乏灵活性，无法解决需求不明确问题。用户不经过实践提出完整准确需求不切实际。此外，用户也无法以很快的速度想出全部的需求 

2.快速原型模型：快速建立反映用户主要需求的原型系统，反复由用户评价修正需求，开发出最终产品。（雏形法，用尽量少的时间）

优点： 确定需求上优于瀑布模型（通过原型与用户交互）——适用于需求并不明确的软件模型； 提供学习手段，通过开发原型和演示原型对开发者和使用者了解系统都有积极作用； 有的软件原型可以成为最终产品的一部分。

缺点： 快速建立的系统结构加连续修改可能导致产品质量低下；原型系统的内部结构可能不好。

 3.增量模型（并行开发） ：开发软件时将软件产品作一系列增量构件设计、编码、集成和测试——不同于前两者，而是分批向用户提交产品。

优点： 较短时间向用户提交可完成有用工作产品； 用户有充裕时间学习适应产品；软件结构必须开放，方便向现有产品加入新构件（缺点在于难以实现开放）。 

4.风险更大的增量模型（更大程度上提高并行度）：

前述增量模型在实现构件前完成总体的需求分析、规格说明和概要设计，相对来说风险较小。而风险更大增量模型是，确定用户需求后，各构件集并行构建。（需求分析结束后即开始并行）

虽然大幅提高了软件开发的效率，但是最后的集成难度将增大——仅适合工期非常着急的情况。

5.螺旋模型：加入风险分析，常指导大型软件项目。

风险：超期、超预算、行业竞争等

笛卡尔坐标四象限表达四方面活动：

制定计划：确定目标、选定方案、设定约束条件。

风险分析：评估方案，识别和消除风险。

实施工程：软件开发

客户评估：评价开发工作，计划下一阶段工作。

沿螺线自内向外每旋转一圈开发出更完善新版本。

 

（从内到外，逐渐扩大螺线圈）

直到无法通过风险分析这一过程，才把现有的软件产品发布出去。

优点： 大型软件开发项目有较好的风险控制；

缺点： 需要风险评估的经验——否则后果非常严重；契约开发通常需要事先指定过程模型和发布产品；普及不如前述模型，周期很长。

6.喷泉模型： 面向对象生命周期模型，体现迭代和无缝特性。

迭代： 求精，系统某部分常被重复工作多次，相关功能在每次迭代中逐渐加入演进系统。

无缝： 分析、设计、编码各阶段间不存在明显边界。 （不像结构化的方法~）

圆环代表无边界，向下的箭头代表求精。

优点： 无缝，可同步开发，提高开发效率，节省开发时间， 适应面向对象软件

缺点： 可能随时加各种信息、需求与资料，需严格管理文档，审核的难度加大。

 7.Rational统一过程： 由Rational软件公司推出的一种软件过程，该过程强调以迭代和渐增方式开发软件。 Rational统一过程是一个二维生命周期模型。（比较热门）

四个阶段周而复始，从而构建出一个较为完善的软件系统来~（每个阶段逐渐细化）

Rational统一过程有9个核心工作流，包括6个核心过程工作流（前6个）和3个核心支持工作流（后3个）。

Rational统一过程有4个连续阶段，每个阶段有明确目标，通过一次或多次迭代完成。

Rational统一过程优点： 不断的版本发布成为一种团队日常工作的真正驱动力； 将发现问题、制定方案和解决过程集成到下一次迭代； 迭代开发，降低风险； 更好地安排产品开发的辅助过程。（该公司推出了UML过程语言）

 8.微软过程——生产实践中诞生：

微软过程的特点就是在每个阶段设置各自的里程碑

类似于螺旋模型~：

• 规划阶段 开展市场调查研究，结合公司战略形成产品的远景目标。
• 设计阶段 根据产品远景目标，完成软件功能规格说明和总体设计， 确定产品开发的主要进度。
• 开发阶段 完成产品中所有构件的开发工作。
• 稳定阶段 实行全面的内部和外部测试，最终形成可发布的RTM版本
• 发布阶段 确认产品质量符合发布标准后，发布产品及相关消息

 

递进式的开发策略：解决问题的及时性、不确定和变更因素可控性、缩短产品上市周期，好处在于可以及时解决问题。

在占领市场方面，该过程有助于先开发出小产品，再进一步推进，不断完善功能。