《软件工程基础》第2章-软件开发过程

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1、1/38第2章 软件开发过程2.1 软件过程2.2 常见的软件过程模型2.3 软件过程的新发展2/38第2章 软件开发过程n2.1 软件过程q2.1.1 软件过程的概念与理论基础q2.1.2 软件过程讨论的主要内容n2.2 常见的软件过程模型n2.3 软件过程的新发展3/382.1.1 软件过程的概念与理论基础n软件过程的概念n软件过程模型的理论基础4/38软件过程的概念n软件过程是为了获得高质量软件所需要完成的一系 列任务的框架，它规定了完成各项任务的工作步骤 。n在完成开发任务时必须进行一系列开发活动，并且 使用适当的资源，在过程结束时将把输入转化为输 出。n因此，ISO 9000把过程定

2、义为“使用资源将输入转化 为输出的活动所构成的系统。”q过程定义了运用方法的顺序、应该交付的文档资 料、为保证软件质量和协调变化所需要采取的管 理措施，以及标志软件开发各个阶段任务完成的 里程碑。5/38软件过程模型及理论基础n通常使用生命周期模型简洁地描述软件过程。q建立软件开发过程模型的理论基础是软件生命周期理论和相关的软 件工程原则，因此，软件过程模型又称软件生命周期模型（ Software Life Cycle Model）q其核心思想主张把软件过程划分成若干个阶段，每个阶段所包含的 活动内容和性质具有“高内聚，低藕合”的特征，这样有助于简化问 题、有助于验证阶段性的工作成果、有助于对

3、软件工程的施工与管 理。 q生命周期模型规定了把生命周期划分成哪些阶段及各个阶段的执行 顺序，因此，也称为过程模型。q软件过程模型是对软件开发活动进行有效地组织、协调、管理与控 制的一种策略q过程模型化是为了便于理解和操作。6/38Software Life Cycle Model7/382.1.2 软件过程讨论的主要内容n软件过程讨论的主要内容包括软件过程模型、项目软件过程 定义、软件过程裁剪、软件过程改进及软件能力成熟度的评 价等内容。n软件过程模型给出了适合不同软件项目的软件过程活动组织 的参考框架。对不同的软件组织来讲，典型软件过程模型仅 仅是理论参考框架。为了不断提高软件能力，软件组

4、织（企 业与团队）应该不断积累经验，针对不同的软件项目和软件 组织自身的特点，在软件过程定义、软件过程裁剪、软件过 程改进等方面不断努力和提高。n软件能力成熟度模型（CMM）是对一个软件组织的软件能力 成熟度进行评价的框架模型，它同时对软件组织不断提高软 件能力具有的一定的促进作用。8/382.2 常见的软件过程模型n软件过程包括软件开发过程和软件维护过程。n实践中，人们基于软件工程方法论和软件项目特点总结出了 不同的软件过程模型。q好的过程模型吸收了成功的软件工程经验和有效的软件 工程原则，因此参考软件过程模型框架组织软件项目有 利于提高工作效率、把握开发质量，总体上可以提高软 件项目的成功

5、率。q为获得高质量的软件产品，软件过程必须科学、有效。 没有一个适用于所有软件项目的任务集合。因此，科学 、有效的软件过程应该定义一组适合于所承担的项目特 点的任务集合。q通常，一个任务集合包括一组软件工程任务、里程碑和 应该交付的产品。9/38典型的过程模型n实际的软件开发活动中，应该项目的特点来划分阶段，但是， 下面讲述典型的软件过程模型时并不是针对某个特定项目讲的 ，因此只能使用“通用的”阶段划分方法。n由于瀑布模型与快速原型模型的主要区别是获取用户需求的方 法不同，因此，下面在介绍生命周期模型时把“规格说明”作为 一个阶段独立出来。n此外，问题定义和可行性研究的主要任务都是概括地了解用

6、户 的需求，为了简洁地描述软件过程，把它们都归并到需求分析 中去了。n同样，为了简洁起见，把总体设计和详细设计合并在一起称为“ 设计”。10/381.4.1 瀑布模型n在20世纪80年代之前，瀑布模型一直是惟一被广泛采用的生命周期模 型，现在它仍然是软件工程中应用得最广泛的过程模型。传统软件工 程方法学的软件过程，基本上可以用瀑布模型来描述。n图1.2所示为传统的瀑布模型。按照传统的瀑布模型开发软件，有下 述的几个特点。11/38图1.2 传统的瀑布模型12/38n1. 阶段间具有顺序性和依赖性n这个特点有两重含义： 必须等前一阶段的工作完成之后，才能开始 后一阶段的工作； 前一阶段的输出文档

7、就是后一阶段的输入文档， 因此，只有前一阶段的输出文档正确，后一阶段的工作才能获得正确 的结果。n2. 推迟实现的观点n对于规模较大的软件项目来说，往往编码开始得越早最终完成开发工 作所需要的时间反而越长。这是因为，前面阶段的工作没做或做得不 扎实，过早地考虑进行程序实现，往往导致大量返工，有时甚至发生 无法弥补的问题，带来灾难性后果。13/38n瀑布模型在编码之前设置了系统分析与系统设计的各个阶段，分析与 设计阶段的基本任务规定，在这两个阶段主要考虑目标系统的逻辑模 型，不涉及软件的物理实现。n清楚地区分逻辑设计与物理设计，尽可能推迟程序的物理实现，是按 照瀑布模型开发软件的一条重要的指导思

8、想。n3. 质量保证的观点n软件工程的基本目标是优质、高产。为了保证所开发的软件的质量， 在瀑布模型的每个阶段都应坚持两个重要做法：14/38n（1） 每个阶段都必须完成规定的文档，没有交出合格的文档就是没 有完成该阶段的任务。完整、准确的合格文档不仅是软件开发时期各 类人员之间相互通信的媒介，也是运行时期对软件进行维护的重要依 据。n（2） 每个阶段结束前都要对所完成的文档进行评审，以便尽早发现 问题，改正错误。事实上，越是早期阶段犯下的错误，暴露出来的时 间就越晚，排除故障改正错误所需付出的代价也越高。因此，及时审 查，是保证软件质量，降低软件成本的重要措施。15/38n传统的瀑布模型过于

9、理想化了，事实上，人在工作过程中不可能不犯 错误。在设计阶段可能发现规格说明文档中的错误，而设计上的缺陷 或错误可能在实现过程中显现出来，在综合测试阶段将发现需求分析 、设计或编码阶段的许多错误。因此，实际的瀑布模型是带“反馈环” 的，如图1.3所示（图中实线箭头表示开发过程，虚线箭头表示维护 过程）。当在后面阶段发现前面阶段的错误时，需要沿图中左侧的反 馈线返回前面的阶段，修正前面阶段的产品之后再回来继续完成后面 阶段的任务。16/38图1.3 实际的瀑布模型17/38n瀑布模型有许多优点：可强迫开发人员采用规范的方法（例如，结构 化技术）； 严格地规定了每个阶段必须提交的文档；要求每个阶段

10、交 出的所有产品都必须经过质量保证小组的仔细验证。n各个阶段产生的文档是维护软件产品时必不可少的，没有文档的软件 几乎是不可能维护的。遵守瀑布模型的文档约束，将使软件维护变得 比较容易一些。由于绝大部分软件预算都花费在软件维护上，因此， 使软件变得比较容易维护就能显著降低软件预算。可以说，瀑布模型 的成功在很大程度上是由于它基本上是一种文档驱动的模型。18/38n但是，“瀑布模型是由文档驱动的”这个事实也是它的一个主要缺点。 在可运行的软件产品交付给用户之前，用户只能通过文档来了解产品 是什么样的。但是，仅仅通过写在纸上的静态的规格说明，很难全面 正确地认识动态的软件产品。而且事实证明，一旦一

11、个用户开始使用 一个软件，在他的头脑中关于该软件应该做什么的想法就会或多或少 地发生变化，这就使得最初提出的需求变得不完全适用了。事实上， 要求用户不经过实践就提出完整准确的需求，在许多情况下都是不切 实际的。总之，由于瀑布模型几乎完全依赖于书面的规格说明，很可 能导致最终开发出的软件产品不能真正满足用户的需要。19/381.4.2 快速原型模型n所谓快速原型是快速建立起来的可以在计算机上运行的程序 ，它所能完成的功能往往是最终产品能完成的功能的一个子 集。n如图1.4所示（图中实线箭头表示开发过程，虚线箭头表示 维护过程），快速原型模型的第一步是快速建立一个能反映 用户主要需求的原型系统，让

12、用户在计算机上试用它，通过 实践来了解目标系统的概貌。20/38n通常，用户试用原型系统之后会提出许多修改意见，开发人员按 照用户的意见快速地修改原型系统，然后再次请用户试用一 旦用户认为这个原型系统确实能做他们所需要的工作，开发人员 便可据此书写规格说明文档，根据这份文档开发出的软件可以满 足用户的真实需求。n从图1.4可以看出，快速原型模型是不带反馈环的，这正是这种过 程模型的主要优点： 软件产品的开发基本上是线性顺序进行的。 能做到基本上线性顺序开发的主要原因如下：21/38图1.4 快速原型模型22/38n（1） 原型系统已经通过与用户交互而得到验证，据此产生的规格 说明文档正确地描述

13、了用户需求，因此，在开发过程的后续阶段不 会因为发现了规格说明文档的错误而进行较大的返工。n（2） 开发人员通过建立原型系统已经学到了许多东西（至少知道 了“系统不应该做什么，以及怎样不去做不该做的事情”），因此， 在设计和编码阶段发生错误的可能性也比较小，这自然减少了在后 续阶段需要改正前面阶段所犯错误的可能性。n软件产品一旦交付给用户使用之后，维护便开始了。根据所需完成 的维护工作种类的不同，可能需要返回到需求分析、规格说明、设 计或编码等不同阶段，如图1.4中虚线箭头所示。23/38n快速原型的本质是“快速”。开发人员应该尽可能快地建造出原型 系统，以加速软件开发过程，节约软件开发成本。

14、原型的用途是 获知用户的真正需求，一旦需求确定了，原型将被抛弃。因此， 原型系统的内部结构并不重要，重要的是，必须迅速地构建原型 然后根据用户意见迅速地修改原型。UNIX Shell和超文本都是广 泛使用的快速原型语言，最近的趋势是，广泛地使用第四代语言 （4GL）构建快速原型。n当快速原型的某个部分是利用软件工具由计算机自动生成的时候 ，可以把这部分用到最终的软件产品中。24/381.4.3 增量模型n增量模型也称为渐增模型，如图1.5所示。使用增量模型开发软 件时，把软件产品作为一系列的增量构件来设计、编码、集成 和测试。每个构件由多个相互作用的模块构成，并且能够完成 特定的功能。使用增量

15、模型时，第一个增量构件往往实现软件 的基本需求，提供最核心的功能。第二个增量构件提供更完善 的编辑和文档生成功能；第三个增量构件实现拼写和语法检查 功能；第四个增量构件完成高级的页面排版功能。25/38n把软件产品分解成增量构件时，应该使构件的规模适中，规模 过大或过小都不好。最佳分解方法因软件产品特点和开发人员 的习惯而异。分解时惟一必须遵守的约束条件是，当把新构件 集成到现有软件中时，所形成的产品必须是可测试的。n采用瀑布模型或快速原型模型开发软件时，目标都是一次就把 一个满足所有需求的产品提交给用户。增量模型则与之相反， 它分批地逐步向用户提交产品，整个软件产品被分解成许多个 增量构件，

16、开发人员一个构件接一个构件地向用户提交产品。 从第一个构件交付之日起，用户就能做一些有用的工作。显然 ，能在较短时间内向用户提交可完成部分工作的产品，是增量 模型的一个优点。26/38图1.5 增量模型27/38n增量模型的另一个优点是，逐步增加产品功能可以使用户有 较充裕的时间学习和适应新产品，从而减少一个全新的软件 可能给客户组织带来的冲击。n使用增量模型的困难是，在把每个新的增量构件集成到现有 软件体系结构中时，必须不破坏原来已经开发出的产品。此 外，必须把软件的体系结构设计得便于按这种方式进行扩充 ，向现有产品中加入新构件的过程必须简单、方便，也就是 说，软件体系结构必须是开放的。但是，从长远观点看，具 有开放结构的软件拥有真正的优势，这样的软件的可维护性 明显好于封闭结构的软件。28/38n因此，尽管采用增量模型比采用瀑布模型和快速原型模 型需要更精心的设计，但在设计阶段多付出的劳动将在 维护阶段获得回报。如果一个设计非常灵活而且足够开 放，足以支持增量模型，那么，这样的设计将允许在不 破坏产品的情况下进行维护。事实上，使用增量模