软件工程基础知识

软件工程

软件工程概述

1.软件工程定义
软件工程指的是应用计算机科学、数学及管理科学等原理，以工程化的原则和方法来解决软件问题的工程，目的是提高软件生产率、提高软件质量、降低软件成本。
2.软件开发生命周期
软件定义时期：包括可行性研究和详细需求分析过程，任务是确定软件开发工程必须完成的总目标，具体可分成问题定义、可行性研究、需求分析等。
软件开发时期：
就是软件的设计与实现，可分成概要设计、详细设计、编码、测试等。
软件运行和维护：
就是把软件产品移交给用户使用。
3.软件系统文档
软件系统文档可以分为用户文档和系统文档两类，用户文档主要描述系统功能和使用方法，并不关系这些功能是怎样实现的；系统文档描述系统设计、实现和测试等各方面的内容。

4.软件工程过程
软件工程过程是指为获得软件产品，在软件工具的支持下由软件工程师完成的一系列软件工程活动，包括以下4个方面：
1）P（Plan）：软件规格说明。规定软件的功能及其运行时的限制。
2）D（Do）：软件开发。开发出满足规格说明的软件。
3）C（Check）：软件确认。确认开发的软件能够满足用户的需求。
4)A(Action)：软件演进。软件在运行过程中不断改进以满足客户新的需求。
5.软件设计
软件设计包括四个既独立又相互联系的活动，即数据设计、软件结构（体系结构）设计、人机界面（接口）设计和过程设计。
6.软件系统工具
软件系统工具按软件过程活动可分为：
软件开发工具：需求分析工具、设计工具、编码与排错工具、测试工具等。
软件维护工具：版本控制工具、文档分析工具、开发信息库工具、逆向工程工具、再工程工具。
软件管理和软件支持工具：项目管理工具、配置管理工具、软件评价工具、软件开发工具的评价和选择。

例：
根据传统的软件生命周期方法学，可以把软件生命周期划分为（软件定义、软件开发、软件运行、软件维护）

软件过程模型

软件过程模型习惯上称为软件开发模型，它是软件开发全部过程、活动和任务的结构框架。典型的软件过程模型有瀑布模型、原型模型、螺旋模型、增量模型、喷泉模型、基于构件的开发模型、形式化方法模型、敏捷模型和统一过程模型等。
瀑布模型

原型模型

螺旋模型

增量模型

喷泉模型

基于构件的开发模型CBSD

形式化方法模型

例：
与瀑布模型相比，（增量式开发模型）降低了实现需求变更的成本，更容易得到客户对于已完成开发工作的反馈意见，并且客户可以更早地使用软件并从中获得价值。

例：
应用系统开发中可以采用不同的开发模型，其中，（螺旋模型）将整个开发流程分为目标设定、风险分析、开发和有效性验证、评审四个部分；
螺旋模型结合了瀑布模型和原型模型并增加了风险分析过程
（构件模型）则通过重用来提高软件的可靠性和易维护性，程序在进行修改时产生较少的副作用。

敏捷模型

敏捷开发宣言：个体和交互胜过过程和工具、可以工作的软件胜过面面俱到的文档、客户合作胜过合同谈判、响应变化胜过遵循计划。
1.敏捷方法的特点：
1）是“适应性”而非“预设性”
2）是“面向人的”而非“面向过程的”
2.敏捷方法的核心思想
1）敏捷方法是适应性而非可预测性。拥抱变化，适应变化。
2）敏捷方法是以人为本，而非以过程为本。发挥人的特性。
3）迭代增量式的开发过程。以原型开发思想为基础，采用迭代增量式开发，发行版本小型化。
3.主要的敏捷方法
1）极限编程（XP）：四大价值观：交流、朴素、反馈和勇气。即任何一个软件项目都可以从4个方面入手进行改善：加强交流；从简单做起、寻求反馈；勇于实时求是。
2）水晶法（Crystal）：与XP方法一样，都有以人为中心的理念，但在实践上有所不同。其目的是发展一种提倡“机动性”的方法，包含具有共性的核心元素，每个都含有独特的角色、过程模式、工作产品和实践。认为人对软件质量有重要的影响，随着开发人员素质的提高，项目和过程的质量也随之提高。
3）并列争球法（Scrum）：一种迭代的增量化过程，把每段时间（如30天）一次的迭代称为一个“冲刺”（Sprint），并按需求的优先级别来实现产品，多个自组织和自治的小组并行地递增实现产品。
4）特征驱动开发方法（FDD）：是一个迭代的开发模型。FDD认为有效的软件开发需要3个要素：人、过程和技术。FDD有5个核心过程：开发整体对象模型，构造特征列表、计划特征开发、特征设计和特征构建。

例：
软件敏捷开发方法的核心思想
敏捷方法遵循迭代增量式的开发过程
敏捷方法以原型开发思想为基础
敏捷方法以人为本而非以过程为本
敏捷方法是适应型和非可预测型的

统一过程模型（RUP）

统一过程模型RUP描述了如何有效地利用商业的、可靠的方法开发和部署软件，是一种重量级过程。RUP类似一个在线的指导者，它可以为所有方面和层次的程序开发提供指导方针、模板以及事例支持。
1.RUP的生命周期
RUP软件开发生命周期是一个二维的软件开发模型，RUP中有9个核心工作流，这9个核心工作流如下。
业务建模（Business Modeling）：理解待开发系统所在的机构及其商业运作，确保所有参与人员对待开发系统所在的机构有共同的认识，评估待开发系统对所在机构的影响。
需求（Requirements）：定义系统功能及用户界面，使客户知道系统的功能，使开发人员理解系统的需求，为项目预算及计划提供基础。
分析与设计（Analysis&Design）：把需求分析的结果转化为分析和设计模型。
实现（Implementation）：把设计模型转化为实现结果，对开发的代码做单元测试，将不同实现人员开发的模块集成为可执行系统。
测试（Test）：检查各系统之间的交互、集成，验证所有需求是否均被正确实现，对发现的软件质量上的缺陷进行归档，对软件质量提出改进建议。
部署（Deployment）：打包、分发、安装软件，升级旧系统；培训用户及销售人员，并提供技术支持。
配置与变更管理（Configuration&Change Management）：跟踪并维护系统开发过程中产生的所有制品的完整性和一致性。
项目管理（Project Management）：为软件开发项目提供计划、人员分配、执行、监控等方面的指导，为风险管理提供框架。
环境（Environment）：为软件开发机构提供软件开发环境，即提供过程管理和工具的支持。
统一过程模型RUP把软件开发生命周期分为多个循环，每个循环生成产品一个新的版本，每个循环依次由4个连续的阶段组成，每个阶段完成确定的任务。这4个阶段如下：
1）初始阶段：定义最终产品视图和业务模型，并确定系统范围。
2）细化阶段：设计及确定系统的体系结构，制定工作计划及资源要求。
3）构造阶段：构造产品并继续演进需求、体系结构、计划直至产品提交。
4）移交阶段：把产品提交给用户使用。

2.RUP中的核心概念
RUP中定义了如下一些概念，理解这些概念对于理解RUP很有帮助。
角色（Role）：Who的问题。角色描述某个人或一个小组的行为与职责。RUP预先定义了很多角色，如体系结构师（Architect）、设计人员（Designer）、实现人员（Implementer）、测试员（Tester）和配置管理人员（Configuration Manager）等，并对每一个角色的工作和职责都做了详尽的说明。
活动（Activity）：How的问题。活动是一个有明确目的的独立工作单元。
制品（Artifact）：What的问题。制品是活动生成、创建或修改的一段信息。也有些书把Aritifact翻译为产品、工作等，和制品的意思差不多。
工作流（Workflow）：When的问题。工作流描述了一个有意义的连续的活动序列，每个工作流产生一些有价值的产品，并显示了角色之间的关系。
3.RUP特点

软件能力成熟度模型

1.能力成熟度模型（CMM）

2.能力成熟度模型集成（CMMI）

逆向工程

例：
软件逆向工程就是分析已有的程序，寻求比源代码更高级别的抽象表现形式。在逆向工程导出信息的四个抽象层次中，
（结构级）包括反映程序各部分之间相互依赖关系的信息；
（功能级）包括反映程序段功能及程序段之间关系的信息。
逆向工程过程能够导出过程的设计模型（实现级）
UML状态图和部署图（领域级）

需求工程

需求管理的主要活动包括：变更控制、版本控制、需求跟踪、需求状态跟踪

需求获取

需求变更

需求变更管理是需求管理的重要内容。需求变更管理的过程主要包括问题分析和变更描述、（变更分析和成本计算）、变更实现。

需求跟踪

(需求跟踪)包括编制每个需求与系统元素之间的联系文档，这些元素包括其它需求、体系结构、设计部件、源代码模块、测试、帮助文件和文档等。

系统分析与设计

结构化开发方法

例：
软件设计过程中，可以用耦合和内聚两个定性标准来衡量模块的独立程度，耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度，应采用以下设计原则（尽量使用数据耦合、少用控制耦合和特征耦合、限制公共环境耦合的范围、完全不用内容耦合）
耦合度从高到低依次为：内容耦合、公共耦合、通信耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合、非直接耦合。
内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度，（功能内聚）属于高内聚。
内聚度从高到底依次为：功能内聚、顺序内聚、通信内聚、过程内聚、时间内聚、逻辑内聚、偶然内聚

数据流图（DFD）

数据字典（DD）

软件测试

测试方法

例：
软件测试是保障软件质量的重要手段。（静态测试）是指测试程序不在机器上运行，而采用人工监测和计算机辅助分析的手段对程序进行监测。
（黑盒测试）也称为功能测试，不考虑程序的内部结构和处理算法，只检查软件功能是否能按照要求正常使用。

测试阶段

例：
系统测试的依据是（软件需求规格说明书、开发合同）

(回归测试)的目的是测试软件变更之后，变更部分的正确性和对变更需求的符合性，以及软件原有的、正确的功能、性能和其它规定的要求的不损害性。

调试

软件度量

例：

软件维护

遗留系统演化策略

系统转换

系统维护

例：

净室软件工程

例：

基于构件的软件工程

构件与构件模型

CBSE过程

构件组装

例：
构件组装是指构件相互直接集成或是用“胶水代码”将其整合在一起来创造一个系统或另一个构件的过程。其中，构件组装常见的方式包括（顺序、层次、叠加）组装；
同时，构件组装中经常会面临接口不兼容的问题，如果一个构件的提供接口是另一个构件请求接口的一个子集，则属于（操作不完备）的情况。

软件项目管理

项目管理概述

软件进度管理

可能会有多条关键路径

例：

软件配置管理

软件质量管理

软件风险管理