软件工程论文

软件工程开发研究及其应用

摘要：本文描述了软件工程的概念分类与特点以及在软件开发方面的发展趋势，介绍了软件工程在软件开发各个阶段所产生的作用，同时对软件工程在开发中的应用进行了分析。

关键词：软件工程；软件开发；开发阶段；软件工程经济学应用

在现代社会生活中，计算机软件的应用越来越广泛。典型的软件应用有电子邮件，嵌入式系统，人机界面，办公套件，操作系统，编译器，数据库，游戏等．几乎与此同时，每个行业都有计算机软件的应用，比如工业控制，农业耕作，金融，航空，政务管理等．这些软件应用促进了经济与社会的发展，使得工作更加高效，同时也提高了人们的生活质量．但是如何高效地进行各类软件的编写开发，以适应当今软件行业的需求，是当前软件开发的重要课题．这时软件工程作为一门研究软件工程化方法构建和维护软件的学科应运而生．它涉及程序设计的语言，软件数据库，开发工具，系统平台，标准，设计模式等多方面，为软件开发的方式和方法提供了指导．作者将对软件工程进行简要的介绍，结合当前软件开发现状，探讨软件工程与软件开发两者间的关系及发展．

1.对软件工程的概念的理解

软件工程的概念在1968年提出，之后对于“软件工程”这专业术语，研究软件的专家学者们陆续提出了100多条有关于软件工程的准则或信条．美国软件工程专家巴利·玻姆(Barry Boehm)综合这些专家的意见，并结和了美国天合公司(TRW)的开发软件的经验，在1983年提出了软件工程七条基本原理．所以在现阶段，软件工程还在摸索发展阶段，软件工程领域仍然有很大的发展空间现在软件工程的主要内容基本都在前人的基础上总结过来的，软件工程的方法也都是在围绕着软件开发而展开的，对软件开发有相当大的指导意义．所以对于软件工程和软件开发的关系我们应当先用软件工程的方法去指导软件开发而不是当软件开发遇到问题再用软件工程的办法去解决．

1．1 面向过程的软件工程方法学

瀑布模型为例，用面向过程的软件工程方法开发软件的过程分为：软件问题定义、软件开发可行性分析、用户需求分析、软件结构总体设计、软件界面详细设计、数据及程序编码、测试这几个阶段．软件问题定义主要是确定系统的性质、实现目标、规模；软件开发可行性分析阶段从经济可行性、技术可行性、法律可行性、操作可行性这四个方面分析开发该系统是否可行，如果可行要制定项目的开发计划，及需求分析通过用数据流程图建立相应的功能模型来反映系统的所有功能，如果是开发数据库应用系统，那还须要用E—R图建立数据模型．在总体设计阶段利用规则将已经通过需求分析建立的数据流程图映射为软件结构图，如果是开发数据库应用系统，还须将E—R图映射成数据库内的表，详细设计阶段为软件结构中每一个模块设计界面和算法，但对于数据库应用系统还要建立数据库以及录入数据和编码以及将算法转为源代码，测试阶段通过中元、集成、确认测试这几个环节对已完成系统做检测．

1．2 面向对象的软件工程方法学开发过程

喷泉模型为例，面向对象的方法开发软件的过程可分为面向对象的分析、设

计、实三个阶段．分析阶段主要要通过建立对象模型(暨用类图实现)、功能模型(暨用用例图实现)、动态模型(暨用活动、时序、状态图实现)用来反映系统各方面的需求，面向对象的软件设训阶段可细化为总体及详细设计这两个阶段，其中的总体设计阶段，要扩充完善前一阶段所建立的三个模型，并且要建立系统的高层结构，且要将不同的类纳入不同的包，若某个类的对象需要长期保存，那就还须定义数据的存储方式．详细设计阶段的主要内容是，进一步扩充和完善以上三个模型，并且确定详细设计阶段其类_中服务的算法以及类之间关联的实现算法，面向对象的实现阶段，则主要用程序来实现系统中的类及关联．

1．3 软件工程的发展趋势

软件工程的发展趋势主要体现在以下几个方面：首先迭代／敏捷会逐渐成为标准：因为软件交付周期变快，所以大多数软件开发团队都选择迭代化开发．但是由于迭代所导致对于整个软件开发团队的需求、架构、协同和测试能力都有有了比较高的要求，所以许多开发团队在都在试图使用迭代化开发中，而敏捷被看成迭代化开发的导入方式，其实敏捷的范围其实比迭代化开发的范围还要更广一些．其次需求工程会逐渐成为软件工程的热点，面对日益复杂和多元的业务创新体系，以及全球性的开发团队及互联网级的软件交付速度，这些都对需求获取的正确和有效提出了更高的要求；并且相关工具如“IBM Rational Requirements Com —poser”等的研发也会成为软件工程工具开发的一种趋势．最后使用DSSA和MDD的软件开发将越来越多，DSSA是基于领域的构架，MDD是模型驱动的开发，由于软件应用越来越广泛，软件超手过了工流程自动化的范畴，开始成为开始成为业务创新的推动力．因此，DSSA成为行业客户的首选之一。而DSSA的引入降低了MDD的门槛，使的基于DSSA的MDD支撑工具成为可能，这样以来能极大地提高软件开发效率并保证软件开发质量。

2 对于软件工程5个阶段及成功标准的认识

软件工程的主要目的是为了希望达到软件项目的成功，而软件成功的标准主要必须达到以下几个目标：(1)付出较为低廉的软件开发成本；(2)达到用户需求的软件功能；(3)实现较好的软件使用性能；(4)开发后的软件易于移植兼容性较好；(5)维护费用低廉．但是在软件开发项目的过程中，让以上几个目标都能同时达到理想的程度是非常困难的．所以为达到以上的目标，我们在软件开发的五个阶段中，就必须遵循以这些下软件工程基本原则．事务抽象原则：取得事物基本特性行为，省略非基本特征．采用层次抽象的方法，采用从上向下逐层细化的办法防止开发过程的复杂性增强．事务信息隐蔽：将几个模块设计成“黑箱”测试，软件的细节隐藏于内部，使用者不能直接访问模块．通过使用与实现分离的原则实现信息封装．使用者通过模块的接口，访问模块中的数据．软件设计确定性：在软件开发中所有软件概念的应该是确定的、和规范无歧义的．这样的规范有利于交流时不会产生错解、和遗漏，从而保证软件开发的协调一致．内部一致性：整个系统f包括软件程序、说明文档和数据库中的数据)应该使用同一概念和符号术语．且内部的接口应保持一致．软件模块化：模块是软件中开发逻辑独立的单位，在独立的软件单位，可以定义好接口．设计局部化：在某一个物理模块中设计逻辑上关联的硬件资源，从而保证软件模块具有间隙的耦合，但软件模块内部又具有较强的聚合力．有利于控制解的复杂性．概念完整性：软件开发中不能失去任何重要成分，为了完全实现系统的功能要求．保证系统的完整性，在软件开发与运行的过程要经过严格的评审．

2．1 用户需求分析

用户需求分析是指建立或改变一个现存电脑系统时描述新系统实现功能，目的定义和范围功能所要做的一切工作．不论在软件开发过程中还是是软件工程中需求分析都是一个关键的过程．在这个过程中，系统需求分析员与软件工程师合作确定用户的软件应用需要．只有在需求分析确定了这些需求之后，系统需求分析员与软件工程师才能够分析和寻求开发新系统的一套解决方案．所以用户需求分析阶段的主要任务是确定软件的系统功能．

2．2 软件系统分析阶段

软件系统分析阶段的主要任务是将在调查中所得到的资料汇总在一起对软件内部整体管理状况和信息处理过程进行分析．系统分析的目的是将用户需求与其解决方法确定下来．而软件系统分析所确定的内容则是今后软件设计和软件实现的基础．

2．3 实现阶段

选择通用的编程工具，然后按照需求建模和系统，然后按模块任务划分给设计人员，实现进度控制．

2．4 软件测试阶段

软件测试是利用软件测试工具和方法遵照测试方案及测试流程对软件进行功能和性能测试，在软件测试中可以根据不同的软件和不同的架构，编写不同的测试工具和测试系统，测试方案，以用来应对可能出现的问题．从而确保所开发的软件适合需求．在软件测试阶段中可以比较容易的发现系统设计的不和理性和错误，从而可以回到设计阶段进行系统修补．在软件开发过程中，进行同步测试．再针对测试中发现的问题，对所开发的程序进行完善．之后再进行测试多次重复，直至软件成品．软件测试是软件系统使用前的关键阶段，软件测试包括了对需求分析的验证阶段．

2．5 维护二次开发阶段

维护二次开发阶段相对于整个软件系统应用来说相当关键，在维护二次开发这个环节程序员可以把软件系统运行中积累的很多问题，转化为系统需求然后进行二次开发．但并没有抛弃原有软件而是在原有软件的基础上进行开发。

3. 软件工程三线索

软件工程分为三个部分，即软件工程包括三个重要的线索：软件项目开发过程、软件项目管理过程和软件过程改进。开发过程是软件人员生产软件的过程(例如需求分析、设计、编码、测试等)，相当于机械流水线上的生产过程；管理过程是项目管理者规划软件开发、控制软件开发的过程，相当于机械流水线上的管理过程；同理，过程改进相当于对软件开发过程和软件管理过程的“工艺流程”进行管理和改进，如果没有好的工艺生产不出好的产品，它包括对开发过程和管理过程的定义和改进。在现实软件项目中，大家更注意的是软件开发过程，经常忽略了软件管理过程和过程改进，其实这两个线索很重要，甚至超过项目开发过程的重要性。随着软件的不断发展，软件规模的不断壮大，软件开发也会逐步向软件工厂化发展，开发过程就相当于软件工厂中生产车间的生产过程，而过程改进就相当于生产工艺过程，生产内容、生产质量、生产时间、生产成本等工作都是项目管理的工作。让软件工程成为真正的工程，就需要软件项目的开发、管理、

过程等方面规范化、工程化，工艺化，机械化。

4.软件工程的学习

在软件工程专业的学习过程中，开发类课程、项目管理类课程、过程改进类课程应该以循序渐进的方式综合教学和实践。这样，对于软件工程专业的学生，学校不但是学习理论知识的地方，而且也应该是一个可以实践的软件企业。这样，学生毕业之后可以很快融入到企业的工作中。为此，建议软件工程类的教学改革可以分为磨合、提炼、标准化三个阶段，这三个阶段就好比是学习炒鱼香肉丝的三个阶段。每个阶段都应该采取理论与实践相结合的职业化教学模式，理论的学习附加深入的实践环节。

4．1磨合阶段

主要目的学习个体规范化编程。

这个阶段的学生是对软件工程逐步了解的阶段，主要是培养学生的个体软件行为，从基础上培养学生良好的软件编程方法和习惯，同时了解软件过程的基本概念。为此，需要从以下几方面人手。

1)学习基本的开发方法。结合软件开发语言(例如C、c++、Java等)介绍软件开发的基本过程、开发方法等，让学生进行大量的编程实验，其间，可以让学生练习具体项目中的任务。

2)学习标准化编码。结合例子，让学生们掌握各语言的编码规范，而且要求学生严格按照标准进行练习，纠正原来不好的编程习惯。

3)缺陷学习。学习了解自己软件中的缺陷类型，记录缺陷，分析程序缺陷的原因。

4)学习代码评审过程。在编码编写过程中逐步应用代码评审方法，不断整理代码评审的步骤，总结出适合自己的代码评审过程。

5)了解软件过程。审视自己的编码过程，逐步了解软件过程，总结编码过程。

4．2提炼阶段

主要目的培养团队开发的软件过程及其过程改进。作为软件人员，这个阶段的学生已经经过个体编程的锻炼，对编程过程有严格的训练。这个阶段主要是培养学生能够按照系统的软件工程的模式开发软件，针对一个特定的项目(例如项目A)进行项目实践，培养团队项目合作过程。

1)需求过程。

这个阶段主要是培养学生了解项目需求过程，了解需求对项目的重要性，同时，进行需求过程实践。首先，学习如何与需求提出者进行沟通，如何获取需求、如何进行需求分析。学会编写需求规格。在实践中，针对项目A进行需求分析，编写需求规格。这个阶段的实验结果是提交项目A的需求规格说明书。同时总结需求过程，改进原来的需求过程，从而进一步了解软件过程。

2)设计过程。

这个阶段是根据需求规格的结果进行系统设计，同时，进行设计过程实践。首先，这个阶段需要学习设计方法，例如面向对象方法、结构化方法。在实践中，针对项目A采用一定的设计方法，进行系统设计，编写系统设计说明书，同时，根据以往的软件设计过程，总结软件设计过程，改进软件过程，从而进一步了解软件过程。

3)编码过程。

这个阶段是根据设计说明和设计过程，每个人根据分配的任务，编写代码。编写代码的过程可以参用个体软件过程的方法(即第一个阶段的学习过程)，同时，要增加合作过程，根据以往的编码过程和缺陷过程，不断总结和改进编码过程，尤其是一个项目的合作过程。

4)测试过程。

这个阶段主要学习测试方法，同时，进行测试过程实践。根据团队的分工，对系统A采用一定的方法，进行系统测试，增加团队合作，总结分析测试过程，不断地改进测试过程。

5)开发过程总结。

4．3标准化阶段

企业需要系统工程，软件需要软件工程，这个阶段要求学生按照软件工程的模式参与企业的具体项目工作。

这个阶段主要完成两项工作：

1)项目管理基础知识学习；

2)项目管理实践。

4．3．1项目管理理论知识学习

首先学习项目管理的相关理论知识，课程内容包括范围计划、成本计划、时间计划、质量计划、变更计划、风险计划、度量计划、沟通计划等计划的制定；以及项目实施过程中如何对项目进行跟踪控制。本课程注重理论与实际的结合，通过实际案例的讲解来帮助学生对所学内容的消化和理解。

4．3．2项目管理实践

以团队的形式开发一个项目，项目组中的学生有不同的角色安排，如项目管理者、项目开发者、项目质量保证人员、项目配置管理等。让学生了解项目管理的过程、质量保证、配置管理等相关知识。可以让学生分组，参与一个实际项目的实践活动，这个项目可以与毕业设计相结合。具体实践要求如下。

1)团队组织建设。

a)项目分组：老师将学生分组，5人一组，每组选择1个

具体项目；

b)进行角色分工：老师对5个人进行角色分工，1个项目经理，由项目经理明确每人的项目职责；

c)编制组织结构图：根据角色分工和相关的职责，编制项目的组织结构图；

d)设定开发过程规范：明确软件开发过程规范，包括需求过程、设计过程、编码过程、测试过程、提交过程，同时明确变更控制流程。

2)编制项目计划。

a)项目经理组织人员编制项目计划，包括范围计划、成本计划、进度计划；

b)采用项目管理工具开发上述项目计划；

c)计划评审，组织项目人员评审项目计划，必要时，修正计划，最后将计划存为基准计划。

3)项目跟踪管理。

a)按照项目计划组织团队实施项目：项目经理按照计划组织项目组的人员实施计划，开发软件项目；

b)跟踪项目的进展：项目进行过程中，项目经理及时收集项目时间、资源、范围等信息，将这些信息输入到项目管理软件中；

c)提交性能分析报告：根据收集的项目，利用项目管理软件提供的报表，编制项目的性能报告；

d)进行项目评审，提交评审报告：每周进行定期的项目评审，最后提交项目的评审报告；

e)处理项目的变更：项目经理根据变更控制流程处理项目变更信息。

4)演示汇报：项目结束后，以项目组的形式，演示汇报项目的整个管理过程。

5.软件工程在软件工程经济学中的应用

当前软件工程经济的研究主要集中在软件的成本估算方面。成本算法模型提供了对工作量和工作进度的直接估算，主要有两种方法：(1)采用数学模型形成估算方程，该方程以影响开发成本的某些项目因素作为输入，输出是一个项目开发的估算工作量和工作进度。COMOMO模型是应用最为广泛的一个典型例子；

(2)采用知识为目标的研究，依结构化成本模型(Constructive Cost Model)是由Boehm在1981据一定的规则对软件经验数据进行分类，为每一种类型提供工作量或工作进度的特征值作为参考因素，这样可以测量出来自于软件和信息技术的项目、产品、‘组合以及产业的有意义的价值增加水平。

从应用的技术上来看，软件工程经济评估的分类为：基于模型的技术，如SLIM，COCOMO，Checkpoint，SEER；基于经验的技术，如Delphi；基于动力系统的技术，如AbdelHamid—Madnick；基于退化的技术，如OLS，Robust；基于综合贝叶斯规则技术，如COCOMOⅡ，Reliability GrowthModels；其它的还有基于规则技术、基于面向学习的神经网络和基于实例的技术等。当前具有代表性的模型有以下几种。

(1)COCOMO 81模型

结构化成本模型(Constructive Cost Model)是由Boehm在1981年首先提出的，此模型能帮助评估者更好地理解软件本身的复杂性。其基本思想是以一系列输入量为基础(如与软件的规模相联系或影响生产率的其它一些成本驱动因素)来导出软件开发所需的人力费用等。其子模型有3个：基本模型(basic model)，中级模型(intermediatemodel)以及详细模型(detailed model)，分别对应精确度的不同要求。

(2)COCOMOII模型

USC．CSE，UCIrvine的IRUS和COCOMOII项目组织(COCOMOII Project Affiliate Organizations)联合推出的COCOMOII，反映COCOM081以来软件开发实践变化修订后的成本估算模型。COCOMO II模型包括3个子模型，依照其可信度逐次提高的顺序分别是“应用构成(applications composition)”，“早期设计(earlydesign)”以及“后体系结构(post—architecture)”模型。COCOMO II模型通常泛指其通用的理论形式，而特定的开发机构都有相应的特定产品称谓。每年度都公布新的标准，以适应软件发展的最新趋势。

(3)IBM模型

1977年，Walston和Felix总结了IBM联合系统分布(FSD)负责的60个项目的数据。其中各项目的源代码行数为400～467 000行，开发工作量为12PM～11 758PM，共使用29种不同语言和66种计算机。利用最小二乘法拟合，得到一系列计算公式。IBM模型是一个静态单变量模型，它利用己估算的特性，例如源代码行数，来估算各种资源的需要量。模型一般是在可收集到足够有效的历史数据局部环境中推导出来的。

(4)Putnam模型(SLIM)

1978年Putnam提出了一种动态多变量模型——sLIM模型。它假定在软件开发的整个生存期中工作量有特定的分布。这种模型是依据在一些大型项目(总工作量达到或超过30个人，年)中收集到的工作量分布情况而推导出来的，也可以应用在一些较小的软件项目中。SLIM模型可以导出一个软件方程，把已交付的源代码行数与工作量和开发时间联系起来。

(5)Jensen模型

Jensen模型与Putnam的SLIM模型相似，只是其中有关产品、个人和计算机因素对不同的软件产品的调整因素不同。

(6)Bailey—Basili模型

John Bailey和Vic Basili推出描述开发本地资源评估模型的产生过程。其过程分为3步：计算环境等式；判定实际项目数据与环境等式评估的差别因素；用模型预测新的项目。环境等式或者基线关联由来自于NASA SEL数据库中的18个数据点来确定。如果更多的数据可用作改进模型结构，则将会有更准确的预测。该模型可用来预测新项目。

(7)Checkpoint模型

Checkpoint是由Capers Jones工作组开发的基于知识的软件项目评估模型。它有上千个软件项目数据，重点在可以改善软件质量和生产率的4个方面：技术，开发过程，人员管理和环境。其主要输入是功能点或特征点。

(8)PRICE—S模型

PRICE—S模型最初作为RCA内部评估模型，部分用作Apollo登月计划。其于1977年发布作为主要的模型应用在NASA等项目上。模型包括3个针对开发和支持计算机系统的子模型来评估成本和进度：获得子模型，规模子模型和生命周期成本子模型。

(9)ESTIMACS模型

ESTIMACS模型是由Howard Rubin开发的，其主要针对软件生命周期的开发阶段。模型以商业的方式来评估任务，主要参考6个重要的评估维度：有效时间，成员规模和部署，成本，硬件资源需求，风险，组合影响。

(10)SEER．SEM模型

SEER—SEM模型由Galorath公司开发，其以Jensen模型为基础，覆盖了全部软件生命周期，从早期的需求到设计、开发、发布和维护。

(1I)SOFTCOST模型

SOFTCOST模型是Dr．Robert于1981年为NASA开发的数学模型，该模型增强了Boehm和Putnam等研究的评估模型。

6.结束语

在不久的将来软件工程将给软件开发带来一种全新的风格和开发方式，在现代社会软件应用层出不穷的各个领域，软件工程正以惊人的速度发展壮大，并在各个开发过程中取代原来的传统开发方法，所以相信在不久的将来，软件工程必将在软件开发领域创造新的辉煌．同时软件工程中的软件工程经济是一个非常重要的新的交叉领域。它使得软件工程和经济成为一体，用经济的视角来分析和处理宏观软件行业和微观软件企业和产品，对于软件产品决策和软件市场分析具有重要的现实意义，软件工程经济对于未来软件行业将产生深远影响。