計算機軟件培訓(xùn)講義
XX公司計算機軟件培訓(xùn)講義 1、背景 20世紀(jì)是一個革命化變革的世紀(jì)。機械化革命、電氣化革命、信息化革命無論是 對社會還是對人類都起到了根本性的變化影響。特別是自動化生產(chǎn)的理念，對機械化 革命、電氣化革命和信息化革命中的骨骼部分(硬件產(chǎn)品：例如計算機及其相關(guān)部件 、通信產(chǎn)品、存儲介質(zhì)等)都起到了突飛猛進(jìn)的推動作用。但對于信息化革命中的神 經(jīng)或血液部分的軟件，如何將自動化生產(chǎn)的理念引入到其開發(fā)研制中來，是20世紀(jì)6 0年代以來給人類留下的始終未解決好的一個重大課題。 20世紀(jì)80年代初，國際著名的軟件學(xué)家布魯思曾經(jīng)發(fā)表過一片著名的論文『沒有 銀彈』，在軟件界引起了很大的震動。論文的中心散布了一種軟件悲觀論的思想，布 魯思個人認(rèn)為軟件的自動化生產(chǎn)，由于受各種外界條件的制約，是幾乎無法實現(xiàn)的。 這種悲觀的事實雖徹底解決不了，但通過軟件工程及其相關(guān)聯(lián)的優(yōu)秀的方法論，通過 優(yōu)秀的人才是可以緩解的。 在未來的信息化革命中，起著神經(jīng)或血液角色的軟件作用越來越重要，據(jù)國際權(quán) 威調(diào)查機構(gòu)的資料，工程費用上軟硬的比例目前已達(dá)到了6：4的數(shù)值。由此可見軟件 工程及其相關(guān)聯(lián)的優(yōu)秀的方法論、優(yōu)秀的軟件人才在信息化革命革命中的重要性。 2、軟件工程 軟件工程是一類工程。工程是將理論和知識應(yīng)用于實踐的科學(xué)。就軟件工程而言 ，它借鑒了傳統(tǒng)工程的原則和方法，以求高效地開發(fā)高質(zhì)量軟件。其中應(yīng)用了計算機 科學(xué)、數(shù)學(xué)和管理科學(xué)。計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)用于構(gòu)造模型與算法，工程科學(xué)用于制定 規(guī)范、設(shè)計范型、評估成本及確定權(quán)衡，管理科學(xué)用于計劃、資源、質(zhì)量和成本的管 理。 軟件工程這一概念，主要是針對20世紀(jì)60年代“軟件危機”而提出的。它首次出現(xiàn) 在1968年NATO（北大西洋公約組織）會議上。自這一概念提出以來，圍繞軟件項目， 開展了有關(guān)開發(fā)模型、方法以及支持工具的研究。其主要成果有：提出了瀑布模型， 開發(fā)了一些結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言（例如PASCAL語言，ADA語言）、結(jié)構(gòu)化方法等。并 且圍繞項目管理提出了費用估算、文檔復(fù)審等方法和工具。綜觀60年代末至80年代初 ，其主要特征是，前期著重研究系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)，后期開始強調(diào)開發(fā)管理和軟件質(zhì)量。 70年代初，自“軟件工廠”這一概念提出以來，主要圍繞軟件過程以及軟件復(fù)用， 開展了有關(guān)軟件生產(chǎn)技術(shù)和軟件生產(chǎn)管理的研究與實踐。其主要成果有：提出了應(yīng)用 廣泛的面向?qū)ο笳Z言以及相關(guān)的面向?qū)ο蠓椒?，大力開展了計算機輔助軟件工程的研 究與實踐。尤其是近幾年來，針對軟件復(fù)用及軟件生產(chǎn)，軟件構(gòu)件技術(shù)以及軟件質(zhì)量 控制技術(shù)、質(zhì)量保證技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。目前各個軟件企業(yè)都十分重視資質(zhì)認(rèn)證 ，并想通過這些工作進(jìn)行企業(yè)管理和技術(shù)的提升。軟件工程所涉及的要素可概括如下 ： [pic] 軟件工程框架圖 根據(jù)這一框架，可以看出：軟件工程涉及了軟件工程的目標(biāo)、軟件工程原則和軟 件工程活動。 軟件工程的主要目標(biāo)是：生產(chǎn)具有正確性、可用性以及開銷合宜的產(chǎn)品。正確性 意指軟件產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期功能的程度?？捎眯灾杠浖窘Y(jié)構(gòu)、實現(xiàn)及文檔為用戶可用 的程度。開銷合宜性是指軟件開發(fā)、運行的整個開銷滿足用戶要求的程度。這些目標(biāo) 的實現(xiàn)不論在理論上還是在實踐中均存在很多問題有待解決，它們形成了對過程、過 程模型及工程方法選取的約束。 軟件工程的四項基本原則是： 　　第一，選取適宜開發(fā)范型。該原則與系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)。在系統(tǒng)設(shè)計中，軟件需 求、硬件需求以及其他因素之間是相互制約、相互影響的，經(jīng)常需要權(quán)衡。因此，必 須認(rèn)識需求定義的易變性，采用適宜的開發(fā)范型予以控制，以保證軟件產(chǎn)品滿足用戶 的要求。 　　第二，采用合適的設(shè)計方法。在軟件設(shè)計中，通常要考慮軟件的模塊化、抽 象與信息隱蔽、局部化、一致性以及適應(yīng)性等特征。合適的設(shè)計方法有助于這些特征 的實現(xiàn)，以達(dá)到軟件工程的目標(biāo)。 　　第三，提供高質(zhì)量的工程支持。“工欲善其事，必先利其器”。在軟件工程中 ，軟件工具與環(huán)境對軟件過程的支持頗為重要。軟件工程項目的質(zhì)量與開銷直接取決 于對軟件工程所提供的支撐質(zhì)量和效用。 　　第四，重視開發(fā)過程的管理。軟件工程的管理，直接影響可用資源的有效利 用，生產(chǎn)滿足目標(biāo)的軟件產(chǎn)品，提高軟件組織的生產(chǎn)能力等問題。因此，僅當(dāng)軟件過 程得以有效管理時，才能實現(xiàn)有效的軟件工程。 軟件工程活動是“生產(chǎn)一個最終滿足需求且達(dá)到工程目標(biāo)的軟件產(chǎn)品所需要的步驟 ”。主要包括需求、設(shè)計、實現(xiàn)、確認(rèn)以及支持等活動。需求活動包括問題分析和需 求分析。問題分析獲取需求定義，又稱軟件需求規(guī)約。需求分析生成功能規(guī)約。設(shè)計 活動一般包括概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。概要設(shè)計建立整個軟件體系結(jié)構(gòu)，包括子系統(tǒng)、 模塊以及相關(guān)層次的說明、每一模塊接口定義。詳細(xì)設(shè)計產(chǎn)生程序員可用的模塊說明 ，包括每一模塊中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明及加工描述。實現(xiàn)活動把設(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的程 序代碼。確認(rèn)活動貫穿于整個開發(fā)過程，實現(xiàn)完成后的確認(rèn)，保證最終產(chǎn)品滿足用戶 的要求。支持活動包括修改和完善。伴隨以上活動，還有管理過程、支持過程、培訓(xùn) 過程等。 這一軟件工程框架告訴我們，軟件工程的目標(biāo)是可用性、正確性和合算性；實施 一個軟件工程要選取適宜的開發(fā)范型，要采用合適的設(shè)計方法，要提供高質(zhì)量的工程 支撐，要實行開發(fā)過程的有效管理；軟件工程活動主要包括需求、設(shè)計、實現(xiàn)、確認(rèn) 和支持等活動，每一活動可根據(jù)特定的軟件工程，采用合適的開發(fā)范型、設(shè)計方法、 支持過程以及過程管理。根據(jù)軟件工程這一框架，軟件工程學(xué)科的研究內(nèi)容主要包括 ：軟件開發(fā)范型、軟件開發(fā)方法、軟件過程、軟件工具、軟件開發(fā)環(huán)境、計算機輔助 軟件工程(CASE) 及軟件經(jīng)濟學(xué)等。 自從軟件工程概念提出以來，經(jīng)過30多年的研究與實踐,雖然“軟件危機”沒得到徹 底解決，但在軟件開發(fā)方法和技術(shù)方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。尤其應(yīng)該指出的是，自 80年代中期，美國工業(yè)界和政府部門開始認(rèn)識到，在軟件開發(fā)中，最關(guān)鍵的問題是軟 件開發(fā)組織不能很好地定義和管理其軟件過程，從而使一些好的開發(fā)方法和技術(shù)都起 不到所期望的作用。也就是說，在沒有很好定義和管理軟件過程的軟件開發(fā)中，開發(fā) 組織不可能在好的軟件方法和工具中獲益。 根據(jù)調(diào)查，中國的現(xiàn)狀幾乎和美國10多年前的情況一樣，軟件開發(fā)過程沒有明確 規(guī)定，文檔不完整，也不規(guī)范，軟件項目的成功往往歸功于軟件開發(fā)組的一些杰出個 人或小組的努力。這種依賴于個別人員上的成功并不能為全組織的軟件生產(chǎn)率和質(zhì)量 的提高奠定有效的基礎(chǔ)，只有通過建立全組織的過程改善，采用嚴(yán)格的軟件工程方法 和管理，并且堅持不懈地付諸實踐，才能取得全組織的軟件過程能力的不斷提高。 這一事實告訴我們，只有堅持軟件工程的四條基本原則，既重視軟件技術(shù)的應(yīng)用 ，又重視軟件工程的支持和管理，并在實踐中貫徹實施，才能高效地開發(fā)出高質(zhì)量的 軟件。 3、方法論 如何運用軟件工程，從20世紀(jì)70年代初開始，圍繞著這個問題，誕生了許多著名 的方法論。下面對幾個典型的方法論進(jìn)行簡單的介紹。 3.1、瀑布式方法論 瀑布模型將軟件生命周期的各項活動規(guī)定為依固定順序聯(lián)接的若干階段工作，形 如瀑布流水，最終得到軟件產(chǎn)品。 優(yōu)點： a. 強調(diào)開發(fā)的階段性； b. 強調(diào)早期計劃及需求調(diào)查； c. 強調(diào)產(chǎn)品測試。 缺點： a. 依賴于早期進(jìn)行的唯一的一次需求調(diào)查，不能適應(yīng)需求的變化； b. 由于是單一流程，開發(fā)中的經(jīng)驗教訓(xùn)不能反饋應(yīng)用于本產(chǎn)品的過程； c. 風(fēng)險往往遲至后期的開發(fā)階段才顯露，因而失去及早糾正的機會。 其中，BD是Basic Design的縮寫，這一部分完成“本系統(tǒng)要做什么”的文檔記錄工作，即系統(tǒng)的分析階段 工作；FD是Function Design的縮寫，這一部分完成本系統(tǒng)功能塊的劃分，是“怎么去做”的第一階段工作， 即系統(tǒng)的設(shè)計初期階段工作；DD是Detail Design的縮寫，這一部分完成本系統(tǒng)各個功能模塊的詳細(xì)設(shè)計工作，是編程階段的準(zhǔn) 備設(shè)計階段；MK是Making的縮寫，即具體編程實施階段；UT是Unit Test的縮寫，即單元測試階段；CT是Combine Test的縮寫，即結(jié)合測試階段；ST是System Test的縮寫，即系統(tǒng)測試階段；PT是Product Test的縮寫，即商品測試階段。 從上圖中可以看出，BD和PT、 FD和ST、DD和CT、MK和UT都是成對出現(xiàn)的。每一對的前一部分完成之后，應(yīng)該馬上著 手后一部分的文檔制作工作。對較大的系統(tǒng)開發(fā)，實際測試和文檔的擔(dān)當(dāng)者應(yīng)該不同 。 3.2、生魚片式方法論 [pic] 前一階段完成70%到80%時，即可并行進(jìn)入到下一個階段。 3.3、螺旋式方法論 瀑布模型與演化模型相結(jié)合，并加入兩者所忽略的風(fēng)險分析所建立的一種軟件開 發(fā)模型。該模型于1998年由美國TRW公司（B.W.Boehm）提出。軟件項目風(fēng)險的大小作 為指引軟件過程的一個重要因素，引入這一概念有可能使得軟件開發(fā)被看作一種元模 型，因為它能包容任何一個開發(fā)過程模型。 螺旋模型基本的做法是在“瀑布模型”的每一個開發(fā)階段之前，引入非常嚴(yán)格的風(fēng) 險識別、風(fēng)險分析和風(fēng)險控制。直到采取了消除風(fēng)險的措施之后，才開始計劃下一階 段的開發(fā)工作。否則，項目就很可能被取消。 另外，如果有充足的把握判斷遺留的風(fēng)險已降低到一定的程度，項目管理人員可 作出決定讓余下的開發(fā)工作采用另外的生命周期模型，如“演化模型”，“瀑布模型”， 或自定的混合模型。 優(yōu)點： a. 強調(diào)嚴(yán)格的全過程風(fēng)險管理。 b. 強調(diào)各開發(fā)階段的質(zhì)量。 c. 提供機會檢討項目是否有價值繼續(xù)下去。 缺點： a.引入非常嚴(yán)格的風(fēng)險識別，風(fēng)險分析，和風(fēng)險控制，這對風(fēng)險管理的技能水平 提出了很高的要求。這需要人員，資金，和時間的投入。 3.4、階段性發(fā)布式方法論 該模型主要針對事先不能完整定義需求的軟件開發(fā)。用戶可以給出待開發(fā)系統(tǒng)的 核心需求，并且當(dāng)看到核心需求實現(xiàn)后，能夠有效地提出反饋，以支持系統(tǒng)的最終設(shè) 計和實現(xiàn)。軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶的需求，首先開發(fā)核心系統(tǒng)。當(dāng)該核心系統(tǒng)投入運 行后，用戶試用之，完成他們的工作，并提出精化系統(tǒng)、增強系統(tǒng)能力的需求。軟件 開發(fā)人員根據(jù)用戶的反饋，實施開發(fā)的迭代過程。第一迭代過程均由需求、設(shè)計、編 碼、測試、集成等階段組成，為整個系統(tǒng)增加一個可定義的、可管理的子集。下面為 生魚片型階段性發(fā)布式方法論圖示。 [pic] 在開發(fā)模式上采取分批循環(huán)開發(fā)的辦法，每循環(huán)開發(fā)一部分的功能，它們成為這 個產(chǎn)品的原型的新增功能。于是，設(shè)計就不斷地演化出新的系統(tǒng)。 實際上，這個模型可看作是重復(fù)執(zhí)行的多個“生魚片方式”。 3.5、Booch方法論 Booch方法的過程包括以下步驟：
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