軟件工程課程系統的研究初探

王曉霞

摘要：1968年，在北大西洋公約組織舉行的一次學術會議上，該組織的科學委員們在開會討論軟件的可靠性與軟件危機的問題時，首次提出了“軟件工程”的概念，并將其定義為“為了經濟的獲得可靠的和能在實際機器上高效運行的軟件而建立和使用的健全的工程規則”。軟件工程是指導軟件開發和維護的工程類學科。以計算機理論及其他相關科學理論做指導，進行軟件的開發和維護，并把相關的管理措施和技術方法相結合，以少的代價獲得高質量的軟件。本文主要介紹軟件工程學科的概念、原理、方法、軟件工具及支持環境，也將涉及軟件的計劃、分析、設計、編程、測試和維護整個生存周期。

關鍵詞：軟件工程概論；可行性研究及需求分析；軟件設計；編碼及實現；軟件測試；軟件維護

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0273-03

Abstract： In 1968， in the north Atlantic treaty organization held an academic meeting， members of the organization's science in a meeting to discuss the software reliability and software crisis， first proposed the concept of "software engineering"， and defines it as "in order to obtain reliable economic and software that can run efficiently on real machines and set up and use of sound engineering rules".Software engineering is an engineering discipline that guides software development and maintenance. With the guidance of computer theory and other related scientific theories， software development and maintenance are carried out， and related management measures and technical methods are combined to obtain high-quality software at a low cost.This paper mainly introduces the basic concept， principle and method of software engineering， software tools and supporting environment， will also be involved in the software planning， analysis， design， programming， testing and maintenance of the entire life cycle.

Key words： An introduction to the software engineering；Feasibility study and demand analysis；The software design；Coding and implementation；Software testing；Software maintenance

1 軟件工程概論

1.1 軟件

1） 概念：軟件是計算機系統的“思維中樞”，在計算機系統中起著舉足輕重的作用。它與計算機硬件相互作用，互相配合，從而實現了特定的系統功能。用軟件工程的觀點看，軟件是完成某類問題求解的程序和數據以及為維護程序必須提供的一系列文檔組成的集合。用簡潔公式：軟件=程序+數據+系列文檔

2） 特點：軟件不同于硬件，它只有邏輯形式不具備物理形式，也就是說軟件是“開發”出來的，不是“制造”出來的。另一個是軟件被用戶使用時，只存在維護的問題，不存在用壞的問題，也就是說它可能會被“廢棄”，而不會被“用壞”。軟件不會受到引起硬件磨損的環境因素的影響，但是軟件存在著缺陷維護和技術更新的問題。軟件對運行環境的這種依賴是一般產品所沒有的。

1.2 軟件危機

軟件危機是計算機系統發展的產物。換句直白的話說是“軟件供不應求”。是一系列嚴重問題在軟件的開發還有維護的過程中的集中體現。

軟件危機出現的本質原因，我理解為人們對軟件產品認識的不足以及軟件開發的內在規律的理解偏差。

1.3 軟件工程

軟件工程具有三方面的技術要素，即軟件工程方法、軟件工具和軟件工程過程。

⑴ 軟件工程方法是在軟件開發與維護的過程中為了保證產品的高質量、低成本和高效率而采用的技術方法。

⑵ 軟件工具是為了軟件工程方法的應用而提供的軟件支撐環境。

⑶ 軟件工程過程是指按照一定的軟件工程方法在軟件開發過程中所進行的一系列軟件工程活動。

1.4 軟件生命周期

如同任何事物一樣，軟件也有孕育、誕生、成長、成熟、衰亡的生存過程，也就是所謂的軟件生命周期。

軟件產品的生命周期一般可以劃分為6個階段：⑴可行性研究 ⑵需求分析 ⑶軟件設計 ⑷編碼 ⑸軟件測試 ⑹軟件維護。

1.5 軟件開發方法

經過30多年的軟件工程實踐，人們已經掌握了多種軟件開發方法。其實就是利用已經定義好的技術還有一些符號來組織軟件生產過程的方法。軟件開發方法其實就是對軟件開發的步驟，文檔的格式還有評價標準有了一個規范的要求，讓軟件的生產進入一個有章可循、規范化、標準化的階段邁進。

2 可行性研究及需求分析

2.1 可行性研究

可行性研究是項目開發之前的重要階段。可行性研究的目的不在于提出解決問題的方案，而在于研究解決問題的必要性和可能性。可行性研究主要從技術、經濟和社會三個方面對軟件項目的可行性進行分析。

可行性分析實際上是簡化了高層次上的系統分析和設計過程。它的分析基本包含兩個步驟：一個是在高層次上來分析現有的系統，還有就是在高層次上來設計新系統若干個可能的方案。

2.2 需求分析

需求分析是軟件生命周期中重要的一步。只有通過需求分析才能把軟件功能和性能的總體概念秒速為具體的軟件需求規格說明，從而奠定軟件開發的基礎。需求大體能分行為類型和非行為類型的。但有時候也不一定能完全分開。關鍵是能夠理解和確定所給出的需求。

需求分析的過程大體可分為：商業建模、問題的獲取、問題的分析、問題的規格說明以及問題的驗證等五個階段。

需求分析是軟件工程的一項重要任務，是系統層軟件配置與軟件設計之間的橋梁。是任何軟件開發工作成功的前提和基礎。它是確定系統必須完成哪些工作。需求分析工作階段存在某些困難，分析人員要掌握一定的分析技術，同時也要采取一定的方法，盡可能準確全面的掌握用戶的真正需求。比如訪談、問卷調查、實地操作、建立模型和研究資料等。

這是一項要求充分溝通的活動，缺少溝通，信息獲取就會困難，采用不適當的技術或工具，也會導致不準確不充分，還有可能會使方案選擇錯誤。這就需要采用有效的溝通技術。采用適當的分析原理，檢查信息域更全面完整的了解，利用模型進行信息的交流，將問題分割降低問題的復雜性等。

3 軟件設計

軟件設計是一個把軟件需求變成軟件表示的過程，在軟件開發中處于核心地位。一般軟件設計會確定能實現的功能以及性能要求所集合在一起的最合理的軟件系統結構，以及相關的算法和數據結構。一般分為概要設計和詳細設計兩個階段。

軟件設計的原則有模塊化、抽象化、逐步求精、信息隱藏。這些準則則是以后軟件結構設計、求精和復查的依據。

結構化軟件設計方法和面向對象軟件設計方法是兩種主流的軟件設計方法。面向數據流的方法和面向數據結構的方法是兩種常用的結構化軟件設計方法。

常用的結構化軟件設計工具具有流程圖、N-S圖和PAD圖等。

4 編碼及實現

編碼就是把軟件設計的結果翻譯成用某種編程語言書寫的程序。編寫代碼不是一項簡單的工作，而是一個復雜的迭代過程，包括對設計成果的理解、編寫代碼、代碼檢查、代碼調試、軟件集成及代碼優化等。

編程語言是人與計算機進行交互的基本工具，它定義了一組計算機的語法規則，通過這些語法規則可以把人的意圖、思想等轉化為計算機可以理解的指令，進而讓計算機幫助人類完成某些任務。編程語言的發展經歷了機器語言、匯編語言、高級語言和超高級語音4個階段。

選擇編程語言時要綜合考慮各方面的因素，并做出合理的平衡。通常需要考慮的因素有待開發系統的應用領域、用戶的要求、軟件開發人員的喜好和能力、系統的可移植性要求、算法和數據結構的復雜化等。

編程風格是指源程序的書寫習慣。規范的編程風格會對后期的軟件維護帶來很大便利。規范編程風格可以從源程序文檔化、數據說明、語句構造、輸入輸出和效率幾個方面做起來。

5 軟件測試

軟件測試試圖以最少的代價來發現軟件在分析、設計、編碼中存在的各種不同類型的錯誤，從而提高軟件的質量、降低軟件的成本。

測試人員必須貫徹測試的原則：首先測試應該盡早地不斷進行，而且測試還要盡早地制定計劃，嚴格的執行計劃，使測試工作貫穿于整個軟件開發的過程中。再次在設計測試用例時，應包括輸入數據和預期的輸出結果兩個部分，并且，輸入數據不僅應該包括合法的情況，還應該包括非法的輸入情況，再者規模要從小到大，最后要保證測試的完整性和有效性。

軟件測試工具：是一種測試軟件，借助它就可以有效地提高測試工作的效率。一般的分為靜態的和動態的測試工具。

測試軟件的方法：軟件測試有多種方法。從用例設計的角度可以把軟件測試分為黑盒測試和白盒測試。

測試無論怎樣進行也不能保證測試后的軟件不再有錯誤。這就需要軟件的證明，通過這種活動來保證軟件正確性，由于軟件本身的復雜性，程序的正確性證明還沒有達到實用化的程度。

6 軟件維護

維護軟件一般是軟件交付使用以后，為了改正之前的錯誤或者為了滿足用戶的新的需求等等，來修改軟件達到延長軟件壽命的目的。她其實是軟件生存的最后一個周期，也是非常重要的階段。另外軟件維護的費用占總成本的比例還是比較大的，有人把維護也比作“冰山”，來說明對軟件開發所造成的障礙。

軟件維護和硬件不同，它不是因為軟件磨損、老化造成的，它是由于軟件的設計不完整、不正確或者是使用環境的變化造成的。所以它的一般的活動類型大概是：改正性的維護、適應性的維護、完善性的維護還有預防性的維護或再工程，還有一些其他類型的維護。比如支援性的維護等。

軟件維護的成本也就是軟件維護的工作量還是蠻大的，受到很多因素的影響，比如系統的大小、程序的設計語言、系統的年齡、數據庫的應用、新技術的應用等等，除此之外，還有一些無形的成本。比如一些修復和修改不能及時滿足客戶的需求，維護過程引出的錯誤等。

軟件維護的這種可行是對軟件產品進行維護的難易程度的標準，它與軟件的可理解性、可修改性、可測試性密切相關。軟件維護具有副作用，所以在進行軟件維護時要慎之又慎。

軟件質量是軟件產品的生命線，也是軟件企業的生命線。另外，我們不嫩忽視軟件文檔在軟件工程中的重要地位。合格的軟件工程的文檔應該具備及時性、完整性、實用性、規范性、結構化和簡潔性等特點。

7 總結

軟件已經是計算機系統和產品的中的一個關鍵的元素了，在過去幾十年里，軟件已經由一個專門問題的程序或者信息分析的工具發展成了一個產業。但由于很多問題的出現限制了軟件的發展，這就出現了軟件工程。它就是要提供一個構造高質量軟件的框架，來解決這些問題。

軟件工程是計算機軟件開發的工程性學科。它有很多的工程模型，每一種都有它的優點和缺點。所以我們在應用時也要引起重視。

并行工程是軟件工程近來發展的方向。它克服了直線式開發模型的確點，讓軟件具有了無縫性，可逆性的特點，比較適應實際的需要。它的意義和地位已經越來越得到信息業界和其他相關專業的高度重視。

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【通聯編輯：梁書】