軟件工程概述

崔亞婷

說(shuō)到軟件工程，想必大家不是很熟悉，那么軟件我想大家一定很熟悉的。想要了解什么是軟件工程，我們就先要了解什么是軟件。

軟件可以說(shuō)在我們的生活中無(wú)處不在，我們的生活現(xiàn)在也離不開(kāi)軟件。計(jì)算機(jī)軟件的概念隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，軟件就是程序，也就是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的源代碼或機(jī)器可直接執(zhí)行的代碼。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們也漸漸認(rèn)識(shí)的高質(zhì)量的軟件會(huì)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能和效率大大提高，軟件日益復(fù)雜，規(guī)模日益增大，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到軟件并不等于程序。全面地講，軟件由三部分組成，分別是：計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)和軟件文檔。

那么下面我們來(lái)詳細(xì)看一下這三大部分。

1.計(jì)算機(jī)程序，就是人們?yōu)榱送瓿商囟ǖ墓δ芏冑|(zhì)的一組指令集，由程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言所描述的、能為計(jì)算機(jī)所識(shí)別、理解和處理的語(yǔ)句序列。目前程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言主要有幾種類型。面向機(jī)器：如匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言等；面向過(guò)程：如Fortran，Pascal，C等等；面向?qū)ο螅喝鏙ava等等；面向問(wèn)題：如結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL等等。

2.數(shù)據(jù)，就是程序能處理的具有一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息。

3.軟件文檔，是與程序的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用有關(guān)的圖文資料，記錄軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)和階段性成果、理解軟件所必須的闡述性資料需求分析文檔、軟件設(shè)計(jì)文檔、用戶文檔等。編寫文檔有什么作用呢？第一可以促進(jìn)對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)，管理和維護(hù)；第二便于各種人員（用戶，開(kāi)發(fā)人員）的交流。

既然我們知道了什么是軟件，那我們經(jīng)常使用的軟件有什么特點(diǎn)呢？與硬件相比，計(jì)算機(jī)軟件具有以下一些特點(diǎn)。

1.軟件是抽象的。計(jì)算機(jī)硬件是實(shí)物產(chǎn)品，具有明顯的可見(jiàn)性。但是我們無(wú)法直接觀察軟件的物理形態(tài)，只能通過(guò)運(yùn)行它來(lái)了解它的功能和特性。

2.軟件無(wú)明顯的制造過(guò)程。計(jì)算機(jī)硬件是實(shí)物產(chǎn)品，我們可以親眼目睹它的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，而軟件卻沒(méi)有明顯的制造過(guò)程，軟件注重的是開(kāi)發(fā)過(guò)程。

3.軟件無(wú)磨損性。計(jì)算機(jī)硬件存在著磨損和老化現(xiàn)象，就像我們的課桌，我們的板凳都存在著磨損現(xiàn)象。但對(duì)于軟件而言，它不存在磨損和老化，它會(huì)出現(xiàn)老化的狀態(tài)，所以軟件需要不定時(shí)的更新和維護(hù)。

4.軟件對(duì)計(jì)算機(jī)硬件有依懶性。軟件的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行依賴于特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境，一般產(chǎn)品是不會(huì)有的，為了減少這種依賴性，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中提出了軟件的可移植性。

5.軟件還處于手工開(kāi)發(fā)方式。人們?cè)诜治觥⒃O(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試軟件產(chǎn)品的過(guò)程中，運(yùn)用了大量的腦力勞動(dòng)。

6.軟件本身的復(fù)雜性，軟件本身自帶的一大特點(diǎn)，軟件是需要更新和服務(wù)的。

7.軟件的高成本。在開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件的過(guò)程當(dāng)中，在編寫、測(cè)試、運(yùn)行和廣告推銷方面，開(kāi)發(fā)成本相當(dāng)昂貴。

我們?cè)撊绾谓o軟件分類呢？

按功能分：

1.系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)就是最典型的系統(tǒng)軟件，它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的資源，并為上層軟件的運(yùn)行提供了必備的接口和條件。

2.支撐軟件。我們常用的文本編輯器、繪圖軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和CASE工具系統(tǒng)等都屬于支撐軟件。

3.應(yīng)用軟件。比如，地理信息系統(tǒng)軟件、航空售票軟件、教務(wù)管理系統(tǒng)軟件和信息管理系統(tǒng)等。

按服務(wù)對(duì)象分：

1.通用軟件。由特定的軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，面向市場(chǎng)公開(kāi)銷售的獨(dú)立運(yùn)行的軟件系統(tǒng)，如操作系統(tǒng)、文檔處理系統(tǒng)和圖片處理系統(tǒng)等

2.定制軟件。是面向特定的用戶需求，由軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)在合同的約束下開(kāi)發(fā)的軟件，如為企業(yè)定制的辦公系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)和飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)等。

按工作方式分：計(jì)算機(jī)軟件還可以劃分為實(shí)時(shí)軟件、分時(shí)軟件、交互式軟件和批處理軟件。

按軟件產(chǎn)品規(guī)模分：計(jì)算機(jī)軟件還可以劃分為小型軟件、中型軟件和大型軟件。

這么多的軟件橫空出世，那么他們都成功了嗎？我們以怎樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量軟件是否成功呢？

軟件成功的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是用戶在用，滿足用戶的需求，服務(wù)于社會(huì)。軟件失敗了也就意味著并沒(méi)有滿足用戶的需求，在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，我們把軟件開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)的問(wèn)題統(tǒng)稱為軟件危機(jī)，軟件危機(jī)爆發(fā)于20世紀(jì)60年代中期。這里我們敘述兩個(gè)經(jīng)典案例。

案例一：美國(guó)IBM公司在1963年至1966年開(kāi)大的IBM360機(jī)的操作系統(tǒng)。公約100萬(wàn)條指令，花費(fèi)了5000個(gè)人，經(jīng)費(fèi)達(dá)數(shù)億美元，錯(cuò)誤多達(dá)2000個(gè)以上，系統(tǒng)根本無(wú)法正常運(yùn)行。

這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人F.D.Brooks事后總結(jié)了他在組織開(kāi)發(fā)過(guò)程中的沉痛教訓(xùn)時(shí)說(shuō)：“...正像一只逃亡的野獸落到泥潭中做垂死掙扎，越是掙扎，陷得越深。最后無(wú)法逃脫滅頂?shù)臑?zāi)難，......程序設(shè)計(jì)工作正像這樣一個(gè)泥潭，......一批批程序員被迫在泥潭中拼命掙扎，......誰(shuí)也沒(méi)有料到竟會(huì)陷入這樣的困境...”

案例二：美國(guó)銀行1982年進(jìn)入信托商業(yè)領(lǐng)域，并規(guī)劃發(fā)展信托軟件系統(tǒng)。項(xiàng)目原定預(yù)算2千萬(wàn)美元，開(kāi)發(fā)時(shí)程9個(gè)月，預(yù)計(jì)1984年12月31日以前完成，后來(lái)至1987年3月都未能完成該系統(tǒng)，期間已投入6千萬(wàn)美元。美國(guó)銀行最終因?yàn)榇讼到y(tǒng)不穩(wěn)定而不得不放棄，并將340億美元的信托賬戶轉(zhuǎn)移出去，并失去了6億美元的信托生意商機(jī)。

可見(jiàn)軟件危機(jī)的存在是極其重要的。那么軟件危機(jī)有兩個(gè)方面：第一如何開(kāi)發(fā)軟件，以滿足不斷增長(zhǎng)，日趨復(fù)雜的需求。第二如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的軟件產(chǎn)品。那么我們?nèi)绾谓鉀Q軟件危機(jī)呢？人們逐漸認(rèn)識(shí)到了軟件的特性和軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的內(nèi)在規(guī)律，并嘗試用工程化的思想去指導(dǎo)軟件開(kāi)發(fā)，于是軟件工程誕生了。

軟件工程一直以來(lái)都缺乏一個(gè)統(tǒng)一的定義。1968年首次提出軟件工程的概念，并將其定義為“為了經(jīng)濟(jì)地獲得可靠的和能在實(shí)際機(jī)器上高效運(yùn)行的軟件，而建立和使用的健全的工程規(guī)則”。這個(gè)定義肯定了工程化思想在軟件工程中的重要性，但是并沒(méi)有提到軟件產(chǎn)品的特殊性。

IEEE在軟件工程術(shù)語(yǔ)匯編中的定義：軟件工程是1.將系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的方法應(yīng)用于軟件的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)，即工程化應(yīng)用到軟件上；2.對(duì)1中所述方法的研究。

比較認(rèn)可的一種定義為：軟件工程是研究和應(yīng)用如何以系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的過(guò)程化方法去開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟件。以及如何把經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來(lái)。

軟件工程的提出是為了解決軟件危機(jī)所帶來(lái)的各種弊端。那么軟件工程是如何發(fā)展起來(lái)的呢？

軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)歷了程序設(shè)計(jì)階段、軟件設(shè)計(jì)階段和軟件工程階段的演變過(guò)程。

程序設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)在1946年～1955年。這個(gè)階段還沒(méi)有軟件的概念，程序設(shè)計(jì)主要圍繞硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，規(guī)模很小，工具簡(jiǎn)單，無(wú)明確分工，程序設(shè)計(jì)追求節(jié)省空間和編程技巧，無(wú)文檔資料，主要用于科學(xué)計(jì)算。

軟件設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)在1956年～1970年。這個(gè)時(shí)期硬件環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，出現(xiàn)了“軟件作坊”的開(kāi)發(fā)組織形式。開(kāi)始廣泛使用產(chǎn)品軟件，從而有了軟件的概念。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及，軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越龐大，高級(jí)編程語(yǔ)言層出不窮，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，開(kāi)發(fā)者和用戶有了明確的分工，社會(huì)對(duì)軟件的需求量劇增。但軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)沒(méi)有重大突破，軟件產(chǎn)品的質(zhì)量不高，生產(chǎn)效率比較低，從而導(dǎo)致了“軟件危機(jī)”的產(chǎn)生。

自1970年起，軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)入了軟件工程階段。由于“軟件危機(jī)”的產(chǎn)生，迫使人們不得不研究、改變軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)手段和管理方法。從此軟件產(chǎn)生進(jìn)入了軟件工程時(shí)代。這個(gè)階段硬件已向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化四個(gè)方向發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已成熟并廣泛應(yīng)用。

接下來(lái)我們來(lái)了解一下軟件工程的基本內(nèi)容。軟件工程有三個(gè)要素，即過(guò)程、方法和工具。

軟件工程過(guò)程是指為獲得軟件產(chǎn)品，在軟件工具的支持下由軟件工程師完成的一系列軟件工程活動(dòng)。它是使用適當(dāng)?shù)馁Y源（包括人員，軟硬件資源，時(shí)間等），為開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行的一組開(kāi)發(fā)活動(dòng)，在活動(dòng)結(jié)束時(shí)輸入（即用戶的需求）轉(zhuǎn)化為輸出（最終符合用戶需求的軟件產(chǎn)品）。軟件的誕生和它的生命周期統(tǒng)稱為軟件過(guò)程。作為一種工業(yè)化的產(chǎn)品，軟件產(chǎn)品的生命周期是指從設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的構(gòu)想開(kāi)始，到軟件需求的確定、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品測(cè)試與驗(yàn)收、投入使用以及產(chǎn)品版本的不斷更新，到最終該產(chǎn)品被市場(chǎng)淘汰的全過(guò)程。生命周期分為三個(gè)階段：定義階段：可行性研究初步項(xiàng)目計(jì)劃、需求分析；開(kāi)發(fā)階段：概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試；運(yùn)行和維護(hù)階段：運(yùn)行、維護(hù)、廢棄。

軟件工程方法包含軟件開(kāi)發(fā)方法、軟件度量方法、軟件管理方法和軟件環(huán)境方法，但是通常把軟件工程方法等同于軟件開(kāi)發(fā)方法，那么目前通常用的軟件開(kāi)發(fā)方法有面向過(guò)程的開(kāi)發(fā)方法、面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法、面向數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)方法和形式化方法。

軟件工具是進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)必不可少的部分，是程序員在軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試、維護(hù)過(guò)程中所使用的輔助工具。軟件工具的使用為軟件項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了自動(dòng)化的支持，在很大的程度上提高軟件的開(kāi)發(fā)質(zhì)量，降低了軟件的成本，縮短了軟件的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

既然提出工程化的思想，那我們就該遵循一定的原則。

著名軟件工程專家B.W.Boehm提出了以下幾項(xiàng)軟件工程的基本原則：將軟件的生命周期劃分為多個(gè)階段，對(duì)各個(gè)階段實(shí)行嚴(yán)格的項(xiàng)目管理；堅(jiān)持階段評(píng)審制度，以確保軟件產(chǎn)品的質(zhì)量；實(shí)施嚴(yán)格的產(chǎn)品控制，以適應(yīng)軟件規(guī)格的變更；采用現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)。這是提高軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)效率的關(guān)鍵；開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件產(chǎn)品應(yīng)該能夠清楚地被審查。雖然軟件產(chǎn)品的可見(jiàn)性比較差，但是它的功能和質(zhì)量應(yīng)該能夠被準(zhǔn)確地審查和度量，這樣才能有利于有效的項(xiàng)目管理；合理地安排軟件開(kāi)發(fā)小組的人員，并且開(kāi)發(fā)小組的人員要少而精；不斷地改進(jìn)軟件工程實(shí)踐。

那么軟件工程要實(shí)現(xiàn)怎樣的一個(gè)目標(biāo)呢？

軟件工程的基本目標(biāo)：

1.達(dá)到要求的軟件功能

2.取得較好的軟件性能

3.開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的軟件

4.付出較低的開(kāi)發(fā)成本

5.需要較低的維護(hù)費(fèi)用

6.能按時(shí)完成開(kāi)發(fā)工作，及時(shí)交付使用

我們要運(yùn)用工程化的思想達(dá)到軟件工程的基本目標(biāo)，開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的滿足用戶需求的有價(jià)值的軟件產(chǎn)品。

我們平常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件工程有什么區(qū)別呢？

科學(xué)是發(fā)現(xiàn)世界上已經(jīng)存在的事物，回答“是什么”和“為什么”的問(wèn)題。工程是創(chuàng)造世界上從未存在的事物，回答“做什么”和“怎么做”的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)科學(xué)研究構(gòu)成計(jì)算機(jī)本身的理論和結(jié)構(gòu)，諸如硬件設(shè)計(jì)或者算法的理論證明等。軟件工程將計(jì)算機(jī)作為問(wèn)題求解的工具，設(shè)計(jì)和實(shí)施尚未存在的方案用以服務(wù)社會(huì)。

軟件工程的就業(yè)前景不可限量。軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的政治和未來(lái)，軟件產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)擁有最大產(chǎn)業(yè)規(guī)模和最廣闊前景的新興產(chǎn)業(yè)之一。軟件領(lǐng)域是一個(gè)包括系統(tǒng)軟件，中間軟件，嵌入式軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，財(cái)務(wù)和企業(yè)管理軟件，教育軟件，游戲軟件等。產(chǎn)品化程度高的公司主要集中在管理軟件，金融行業(yè)軟件，及聚焦于某個(gè)行業(yè)的軟件公司。提升軟件的產(chǎn)品化程度將非常有益于中國(guó)軟件企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提高。軟件產(chǎn)業(yè)屬于第三產(chǎn)業(yè)的服務(wù)業(yè)，具有高智力投入，高成長(zhǎng)，低成本投入，服務(wù)性強(qiáng)，全球性強(qiáng)，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)關(guān)系密切等特點(diǎn)，一個(gè)高質(zhì)量的軟件會(huì)給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)很大的便利。所以軟件行業(yè)是一個(gè)發(fā)展前景很好的第三產(chǎn)業(yè)。