3.4.1 软件定义与特点

1.软件定义

计算机软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，是包括程序、数据以及相关文档的完整集合。计算机软件的定义：与计算机系统的操作相关的计算机程序、规程、规则以及可能有的文件、文档及数据。

（1）程序是软件开发人员根据用户需求开发的、用程序设计语言描述的、适合计算机执行的指令（语句）序列。

（2）数据是使程序能够正常操作信息的数据结构。

（3）文档是与程序开发、维护和使用有关的图文资料。

2.软件特点

（1）软件是一种逻辑实体，而不是物理实体，具有抽象性,是计算机的无形部分；

（2）软件的生产与硬件不同，它没有明显的制作过程；

（3）软件在运行、使用期间不存在磨损、老化问题；

（4）软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性，受计算机系统的限制，这导致了软件移植的问题；

（5）软件复杂性高，成本昂贵；

（6）软件开发涉及诸多的社会因素

3.软件分类

按照功能可以分为：应用软件、系统软件、支撑软件（或工具软件）

（1）应用软件是为解决特定领域的应用而开发的软件。如：教务管理系统、财务管理系统等。

（2）系统软件是计算机管理自身资源，提高计算机使用效率并为计算机用户提供各种服务的软件。如：操作系统、数据库管理系统等。

（3）支撑软件是介于系统软件和应用软件之间，协助用户开发软件的工具软件。比如：编码工具软件、测试工具软件。

3.4.2 软件危机与软件工程

1.软件危机

软件危机表现在以下四个方面：

（1）经费预算经常突破，完成时间一再拖延。

（2）开发的软件不能满足用户要求。

（3）开发的软件可维护性差。

（4）开发的软件可靠性差。

造成软件危机的原因是：

（1）软件的规模越来越大，结构越来越复杂。

（2）软件开发管理困难而复杂。

（3）软件开发费用不断增加。

（4）软件开发技术落后。

（5）生产方式落后。

（6）开发工具落后，生产率提高缓慢。

2.软件工程

软件工程学从硬件工程和其他人类工程中吸收了许多成功的经验，明确提出了软件生命周期的模型，发展了许多软件开发与维护阶段适用的技术和方法，并应用于软件工程实践，取得良好的效果。在软件开发过程中人们开始研制和使用软件工具，用以辅助进行软件项目管理与技术生产，人们还将软件生命周期各阶段使用的软件工具有机地集合成为一个整体，形成能够连续支持软件开发与维护全过程的集成化软件支援环境，以期从管理和技术两方面解决软件危机问题。

概括地说，软件工程是指导计算机软件开发和维护的一门工程学科。采用工程化的方法来开发和维护软件，把经过实践考验而证明正确的工程管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来，以经济地开发出高质量的软件并有效的维护它，这就是软件工程。

软件工程的内容：

针对软件生命周期全过程及其每个具体阶段的工程方法、技术细则、文档规范、管理制度、人员组织以及质量保证体系等。每个软件开发者必须按工程的统一要求行事，不能随意地自由发挥。每个开发阶段都要产生健全的、符合工程规范的文档。软件产品是这些文档的总和，而不仅仅是程序。

软件工程三要素：

（1）方法：完成软件开发的各项任务的技术方法，为软件开发提供“如何 做”的技术。

（2）工具：为运用方法而提供的自动的或半自动的软件工程的支撑环境

（3）过程：为了获得高质量的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，如何将软件工程方法与软件工具相结合，合理、及时地进行软件开发。

3.4.3 软件过程与生命周期

1.软件过程

软件过程是指软件生存周期中的一系列相关过程。过程是活动的集合，活动是任务的集合，任务则起到把输入加工成输出的作用。

软件过程的分类：

（1）基本过程类

是构成软件生存期主要部分的那些过程，包括获取、供应、开发、操作、维护等过程。

（2）支持过程类

可穿插到基本过程中提供支持的一系列过程，包括文档开发、配置管理、质量保证、验证、确认、联合评审、审计、问题解决等过程。

（3）组织过程类

一个组织用来建立、实施一种基础结构、并不断改进该基础结构的过程，包括管理、基础、改进、培训等过程。

2. 软件生命周期

软件生命周期的七个阶段:

（1）问题的定义及规划

（2）需求分析

（3）软件设计

（4）程序编码

（5）软件测试

测试的方法主要有白盒测试和黑盒测试两种。在测试过程中需要建立详细的测试计划并严格按照测试计划进行测试，以减少测试的随意性。

（6）系统转换

将作业由旧系统转换新系统，也就是说运行系统的方法，转换方法有平行、分批、分发、立即、试验五种转换方法。　　

（7）运行维护

3.4.4 软件工程的目标与原则

1.软件工程目标

软件工程的目标是指在给定成本、进度的前提下，开发出具有适用性、有效性、可修改性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可移植性、可追踪性、可互操作性和满足用户需求的软件产品。

2.软件工程原则

    软件工程的基本原则：

（1）用分阶段的生命周期计划严格管理

（2）坚持进行阶段评审  

（3）实行严格的产品控制

（4）用现代程序设计技术  

（5）结果应能清楚地审查  

（6） 开发小组的人员应该少而精。 

（7）承认不断改进软件工程实践的必要性  

3.4.5 软件开发工具与开发环境

1.软件开发工具

软件开发工具的发展是从单项开发逐步向集成工具发展的，软件开发工具为软件工程方法提供了自动的或半自动的软件支撑环境。同时，软件开发方法的有效应用也必须得到相应工具的支持，否则方法将难以有实施。

Intellij IDEA、Eclipse、NetBean和JCreator等Java开发工具都具有智能提示错误，强大的调试工具，可以方便调试以及代码智能化等功能，这些功能大大提高软件开发质量和效率。

2.软件开发环境

软件开发环境(Software Development Environment，SDE)是指在基本硬件和宿主软件的基础上，为支持系统软件和应用软件的工程化开发和维护而使用的一组软件，简称SDE。它由软件工具和环境集成机制构成，前者用以支持软件开发的相关过程、活动和任务，后者为工具集成和软件的开发、维护及管理提供统一的支持。

4.6 软件开发模型

软件开发模型是跨越整个软件生存周期的系统开发、运行和维护所实施的全部工作和任务的结构框架，它给出了软件开发活动各阶段之间的关系。目前，常见的软件开发模型大致可分为如下3种类型：

1.瀑布模型

瀑布模型即生存周期模型，其核心思想是按工序将问题化简，将功能的实现与设计分开，便于分工协作，即采用结构化的分析与设计方法将逻辑实现与物理实现分开。瀑布模型将软件生命周期划分为软件计划、需求分析和定义、软件设计、软件实现、软件测试、软件运行和维护这6个阶段，规定了它们自上而下、相互衔接的固定次序，如同瀑布流水逐级下落。

2.螺旋模型

螺旋模型将瀑布和演化模型（Evolution Model）结合起来，它不仅体现了两个模型的优点，而且还强调了其他模型均忽略了的风险分析。这种模型的每一个周期都包括需求定义、风险分析、工程实现和评审4个阶段，由这4个阶段进行迭代。软件开发过程每迭代一次，软件开发又前进一个层次。

3.变换模型

变换模型是基于形式化规格说明语言及程序变换的软件开发模型，它采用形式化的软件开发方法对形式化的软件规格说明进行一系列自动或半自动的程序变换，最后映射为计算机系统能够接受的程序系统。

4.喷泉模型

喷泉模型是一种以用户需求为动力，以对象为驱动的模型，主要用于描述面向对象的软件开发过程。该模型认为软件开发过程自下而上周期的各阶段是相互重叠和多次反复的，就像水喷上去又可以落下来，类似一个喷泉。各个开发阶段没有特定的次序要求，并且可以交互进行，可以在某个开发阶段中随时补充其他任何开发阶段中的遗漏。

5.智能模型

智能模型也称为“基于知识的软件开发模型”，它把瀑布模型和专家系统结合在一起，利用专家系统来帮助软件开发人员的工作。该模型应用基于规则的系统，采用归纳和推理机制，使维护在系统规格说明一级进行。这种模型在实施过程中以软件工程知识为基础的生成规则构成的知识系统与包含应用领域知识规则的专家系统相结合，构成这一应用领域软件的开发系统。

6.增量模型

增量模型融合了瀑布模型的基本成分（重复应用）和原型实现的迭代特征，该模型采用随着日程时间的进展而交错的线性序列，每一个线性序列产生软件的一个可发布的“增量”。当使用增量模型时，第1个增量往往是核心的产品，即第1个增量实现了基本的需求，但很多补充的特征还没有发布。客户对每一个增量的使用和评估都作为下一个增量发布的新特征和功能，这个过程在每一个增量发布后不断重复，直到产生了最终的完善产品。增量模型强调每一个增量均发布一个可操作的产品。采用增量模型的软件过程如图1-8所示。