軟件工程思想8
第八章 維護(hù)與再生工程 編程大師曾說：“哪怕程序只有三行長(zhǎng)，總有一天你也不得不對(duì)它維護(hù)?！?很多軟件產(chǎn)品不是一次性的買賣。比如在電信、金融等領(lǐng)域，有些軟件系統(tǒng)要用十幾 年，對(duì)軟件進(jìn)行維護(hù)是必不可少的。8.1節(jié)將介紹“軟件維護(hù)的常識(shí)”，對(duì)維護(hù)活動(dòng)進(jìn)行分 類，并解釋為什么維護(hù)比較困難。 軟件公司的經(jīng)理們沒有哪一個(gè)喜歡被維護(hù)的費(fèi)用嚇一跳，但軟件維護(hù)的代價(jià)通常是高 昂的。7.2節(jié)將說明影響維護(hù)代價(jià)的一些主要技術(shù)因素與非技術(shù)因素。 如果希望提高已有軟件的質(zhì)量并且提高商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，卻又無法靠維護(hù)來實(shí)現(xiàn)，只好對(duì) 已有軟件進(jìn)行全部或者部分的改造，這種活動(dòng)叫再生工程（Reengineering）。7.3節(jié)將 解釋什么是再生工程，并論述再生工程的三種類型：重構(gòu)（Restructure）、逆向工程（ Reverse Engineering）和前向工程（Forward Engineering）。 8.1 軟件維護(hù)的常識(shí) 對(duì)軟件而言，“維護(hù)”是個(gè)不太直觀的術(shù)語，因?yàn)檐浖a(chǎn)品在重復(fù)使用時(shí)不會(huì)被磨損， 并不需要進(jìn)行像對(duì)車輛或電器那樣的維護(hù)。軟件維護(hù)是人們對(duì)既豐富多彩又會(huì)令人心酸 的活動(dòng)的統(tǒng)稱。其中豐富多彩的活動(dòng)是指那些反映客觀世界變化、能使軟件系統(tǒng)更加完 善的修改和擴(kuò)充工作。令人心酸的活動(dòng)是指那些永無修止、并且改了舊錯(cuò)卻引起新錯(cuò)讓 人欲哭無淚的工作。 一些學(xué)者將軟件維護(hù)劃分為主要的三類：糾錯(cuò)性維護(hù)（Corrective maintenance）、適應(yīng)性維護(hù)（Adaptive maintenance）和完善性維護(hù)（Perfective maintenance）： （1）糾錯(cuò)性維護(hù)。由于前期的測(cè)試不可能揭露軟件系統(tǒng)中所有替在的錯(cuò)誤，用戶在使用 軟件時(shí)仍將會(huì)遇到錯(cuò)誤，診斷和改正這些錯(cuò)誤的過程稱為糾錯(cuò)性維護(hù)。 （2）適應(yīng)性維護(hù)。由于新的硬件設(shè)備不斷推出，操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)也不斷地升級(jí)，為 了使軟件能適應(yīng)新的環(huán)境而引起的程序修改和擴(kuò)充活動(dòng)稱為適應(yīng)性維護(hù)。 （3）完善性維護(hù)。在軟件的正常使用過程中，用戶還會(huì)不斷提出新的需求。為了滿足用 戶新的需求而增加軟件功能的活動(dòng)稱為完善性維護(hù)。 Lientz 和Swanson調(diào)查發(fā)現(xiàn)（1980年），完善性維護(hù)約占65%，適應(yīng)性維護(hù)約占18%，糾錯(cuò)性維護(hù) 約占17%[Sommerville 1992]。上述調(diào)查已是20年前的事了，我們不必太關(guān)心具體的比例，心里有數(shù)即可。 以下一些因素將導(dǎo)致維護(hù)工作變得困難： （1）軟件人員經(jīng)常流動(dòng)，當(dāng)需要對(duì)某些程序進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可能已找不到原來的開發(fā)人員 。只好讓新手去“攻讀”那些程序。 （2）人們一般難以讀懂他人的程序。在勉強(qiáng)接受這類任務(wù)時(shí)，心里不免嘀咕：“我又不 是他肚子里的蟲子，怎么知道他如何編程?！?（3）當(dāng)沒有文檔或者文檔很差時(shí)，你簡(jiǎn)直不知道如何下手。 （4）很多程序在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到將來要改動(dòng)，程序之間相互交織，觸一而牽百。即使 有很好的文檔，你也不敢輕舉妄動(dòng)，否則你有可能陷進(jìn)錯(cuò)誤堆里。 （5）如果軟件發(fā)行了多個(gè)版本，要追蹤軟件的演化非常困難。 （6）維護(hù)將會(huì)產(chǎn)生不良的副作用，不論是修改代碼、數(shù)據(jù)或文檔，都有可能產(chǎn)生新的錯(cuò) 誤。 （7）維護(hù)工作毫無吸引力。高水平的程序員自然不愿主動(dòng)去做，而公司也舍不得讓高水 平的程序員去做。帶著低沉情緒的低水平的程序員只會(huì)把維護(hù)工作搞得一塌糊涂。 8.2 維護(hù)的代價(jià)及其主要因素 軟件維護(hù)是既破財(cái)又費(fèi)神的工作。看得見的代價(jià)是那些為了維護(hù)而投入的人力與財(cái)力 。而看不見的維護(hù)代價(jià)則更加高昂，我們稱之為“機(jī)會(huì)成本”，即為了得到某種東西所必 須放棄的東西[Mankiw 1999]。把很多程序員和其它資源用于維護(hù)工作，必然會(huì)耽誤新產(chǎn)品的開發(fā)甚至?xí)适C(jī) 遇，這種代價(jià)是無法估量的。 影響維護(hù)代價(jià)的非技術(shù)因素主要有： （1）應(yīng)用域的復(fù)雜性。如果應(yīng)用域問題已被很好地理解，需求分析工作比較完善，那么 維護(hù)代價(jià)就較低。反之維護(hù)代價(jià)就較高。 （2）開發(fā)人員的穩(wěn)定性。如果某些程序的開發(fā)者還在，讓他們對(duì)自己的程序進(jìn)行維護(hù)， 那么代價(jià)就較低。如果原來的開發(fā)者已經(jīng)不在，只好讓新手來維護(hù)陌生的程序，那么代 價(jià)就較高。 （3）軟件的生命期。越是早期的程序越難維護(hù)，你很難想像十年前的程序是多么的落后 （設(shè)計(jì)思想與開發(fā)工具都落后）。一般地，軟件的生命期越長(zhǎng)，維護(hù)代價(jià)就越高。生命 期越短，維護(hù)代價(jià)就越低。 （4）商業(yè)操作模式變化對(duì)軟件的影響。比如財(cái)務(wù)軟件，對(duì)財(cái)務(wù)制度的變化很敏感。財(cái)務(wù) 制度一變動(dòng)，財(cái)務(wù)軟件就必須修改。一般地，商業(yè)操作模式變化越頻繁，相應(yīng)軟件的維 護(hù)代價(jià)就越高。 影響維護(hù)代價(jià)的技術(shù)因素主要有： （1）軟件對(duì)運(yùn)行環(huán)境的依賴性。由于硬件以及操作系統(tǒng)更新很快，使得對(duì)運(yùn)行環(huán)境依賴 性很強(qiáng)的應(yīng)用軟件也要不停地更新，維護(hù)代價(jià)就高。 （2）編程語言。雖然低級(jí)語言比高級(jí)語言具有更好的運(yùn)行速度，但是低級(jí)語言比高級(jí)語 言難以理解。用高級(jí)語言編寫的程序比用低級(jí)語言編寫的程序的維護(hù)代價(jià)要低得多（并 且生產(chǎn)率高得多）。一般地，商業(yè)應(yīng)用軟件大多采用高級(jí)語言。比如，開發(fā)一套Window s環(huán)境下的信息管理系統(tǒng)，用戶大多采用Visual Basic、Delphi或Power Builder來編程，用Visual C++的就少些，沒有人會(huì)采用匯編語言。 （3）編程風(fēng)格。良好的編程風(fēng)格意味著良好的可理解性，可以降低維護(hù)的代價(jià)。 （4）測(cè)試與改錯(cuò)工作。如果測(cè)試與改錯(cuò)工作做得好，后期的維護(hù)代價(jià)就能降低。反之維 護(hù)代價(jià)就升高。 （5）文檔的質(zhì)量。清晰、正確和完備的文檔能降低維護(hù)的代價(jià)。低質(zhì)量的文檔將增加維 護(hù)的代價(jià)（錯(cuò)誤百出的文檔還不如沒有文檔）。 8.3 再生工程 再生工程主要出于如下愿望：（1）在商業(yè)上要提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力；（2）在技術(shù)上要 提高產(chǎn)品的質(zhì)量。但這種愿望無法靠軟件的維護(hù)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椋海?）軟件的可維護(hù)性可 能極差，實(shí)在不值得去做；（2）即使軟件的可維護(hù)性比較好，但也只是治表不治本。再 生工程干脆對(duì)已有軟件進(jìn)行全部或部分的改造，賦予軟件新的活力。 在對(duì)待一個(gè)不良之徒時(shí)，可以進(jìn)行思想教育并給予他關(guān)心和幫助，這種方式類似于“軟件 維護(hù)”；也可以把他關(guān)進(jìn)監(jiān)獄，送去勞改，這種方式相當(dāng)于軟件的“再生工程”；如果此人 壞透頂了，就斃掉算了。 再生工程與維護(hù)的共同之處是沒有拋棄原有的軟件。如果把維護(hù)比作“修修補(bǔ)補(bǔ)”，那 么再生工程就算是“痛改前非”。再生工程并不見得一定比維護(hù)的代價(jià)要高，但再生工程 在將來獲取的利益卻要比通過維護(hù)得到的多。 再生工程主要有三種類型：重構(gòu)、逆向工程和前向工程。 8.3.1 重構(gòu) 重構(gòu)一般是指通過修改代碼或數(shù)據(jù)以使軟件符合新的要求。重構(gòu)通常并不推翻原有軟 件的體系結(jié)構(gòu)，主要是改造一些模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。重構(gòu)的一些好處如下： （1）使軟件的質(zhì)量更高，或使軟件順應(yīng)新的潮流（標(biāo)準(zhǔn)）。 （2）使軟件的后續(xù)（升級(jí)）版本的生產(chǎn)率更高。 （3）降低后期的維護(hù)代價(jià)。 要注意的是，在代碼重構(gòu)和數(shù)據(jù)重構(gòu)之后，一定要重構(gòu)相應(yīng)的文檔。 8.3.2 逆向工程 逆向工程來源于硬件世界。硬件廠商總想弄到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造“奧秘”。但 是又得不到現(xiàn)成的檔案，只好拆卸對(duì)手的產(chǎn)品并進(jìn)行分析，企圖從中獲取有價(jià)值的東西 。我的很多同學(xué)從事集成電路設(shè)計(jì)工作，他們經(jīng)常解剖國(guó)外的集成電路，甚至不作分析 就原封不動(dòng)地復(fù)制該電路的版圖，然后投入生產(chǎn)，并美其名曰“反向設(shè)計(jì)”（Reverse Design）。 軟件的逆向工程在道理上與硬件的相似。但在很多時(shí)候，軟件的逆向工程并不是針對(duì) 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的，而是針對(duì)自己公司多年前的產(chǎn)品。期望從老產(chǎn)品中提取系統(tǒng)設(shè)計(jì)、需求說 明等有價(jià)值的信息。 8.3.3 前向工程 前向工程也稱預(yù)防性維護(hù)，由Miller倡導(dǎo)。他把這個(gè)術(shù)語解釋成“為了明天的需要， 把今天的方法應(yīng)用到昨天的系統(tǒng)上”。[Pressman 1999] 乍看起來，主動(dòng)去改造一個(gè)目前運(yùn)行得正常的軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)直就是“惹事生非”。但是軟 件技術(shù)發(fā)展如此迅速，與其等待一個(gè)有價(jià)值的產(chǎn)品逐漸老死，還不如主動(dòng)去更新，以獲 取更大的收益。其道理就同打預(yù)防性針一樣。所以，預(yù)防性維護(hù)是“吃小虧占大便宜”的 事。 8.4 小 結(jié) 大學(xué)科研機(jī)構(gòu)里的軟件維護(hù)工作恐怕是做得最差的了。幾乎每一批新的研究生都會(huì)把 畢業(yè)生留下的軟件臭罵一通，然后全部推到重做。到他畢業(yè)該走時(shí)，就輪到別人罵他的 工作了。如此輪回，最終沒有什么成果留下。 如果希望軟件系統(tǒng)能活下，必須要對(duì)它進(jìn)行維護(hù)。如果希望軟件系統(tǒng)有效益，則必須 設(shè)法降低維護(hù)的代價(jià)。
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