软件工程

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商用軟體工程範例
软件开发
软件开发步骤
需求分析 | 软件架构 | 软件设计 | 软件编程 | 软件测试 | 软件部署 | 軟體維護
软件开发模式
敏捷开发 | 無塵室 | 迭代式开发 | RAD | 统一过程 | 螺旋模型 | 瀑布模型 | 极限编程 | Scrum
软件开发辅助领域
配置管理 | 文档编写 | 质量管理 | 项目管理 | 使用者經驗設計
软件开发工具
编译器 | 除错器 | 性能分析 | GUI设计 | 集成开发环境

软件工程是研究和应用如何以系统性的、规范化的、可定量的过程化方法去开发和维护软件,以及如何把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来的学科。它涉及到程序设计语言数据库软件开发工具系统平台、标准、设计模式等方面。

在现代社会中,软件应用于多个方面。典型的软件比如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。同时,各个行业几乎都有计算机软件的应用,比如工业农业银行航空政府部门等。这些应用促进了经济和社会的发展,提高人们的工作效率,同时提升了生活质量。

软件工程师是对应用软件创造软件的人们的统称,软件工程师按照所处的领域不同可以分为系统分析员软件设计师系统架构师程序员测试员等等。人们也常常用程序员来泛指各种软件工程师。

名稱由來與定義[编辑]

软件危机[编辑]

软件工程的兴起要根源于1960年代,1970年代和1980年代的软件危机。在那个时代,許多軟體最后都得到了一个悲惨的结局,軟體项目开发时间大大超出了规划的时间表。一些项目导致了财产的流失,甚至某些软件导致了人员伤亡。同时软件开发人员也发现软件开发的难度越来越大。在軟體工程界被大量引用的案例是Therac-25的意外:在1985年六月到1987年一月之間,六個已知的醫療事故來自於Therac-25錯誤地超過劑量,導致患者死亡或嚴重輻射灼傷[1]

由來[编辑]

鑒於軟體開發時所遭遇困境,北大西洋公約組織(NATO)在1968年舉辦了首次軟體工程學術會議[2],並於會中提出「軟體工程」來界定軟體開發所需相關知識,並建議「軟體開發應該是類似工程的活動」。軟體工程自1968年正式提出至今,這段時間累積了大量的研究成果,廣泛地進行大量的技術實踐,藉由學術界和產業界的共同努力,軟體工程正逐漸發展成為一門專業學科

定義[编辑]

  • 創立與使用健全的工程原則,以便經濟地獲得可靠且高效率的軟體。[3]
  • 應用系統化,遵從原則,可被計量的方法來發展、操作及維護軟體;也就是把工程應用到軟體上。[4]
  • 與開發、管理及更新軟體產品有關的理論、方法及工具。[5]
  • 一種知識或學科,目標是生產品質良好、準時交貨、符合預算,並滿足用戶所需的軟體。[6]
  • 實際應用科學知識在設計、建構電腦程式,與相伴而來所產生的文件,以及後續的操作和維護上。[7]
  • 使用與系統化生產和維護軟體產品有關之技術與管理的知識,使軟體開發與修改可在有限的時間與費用下進行。[8]
  • 建造由工程師團隊所開發之大型軟體系統有關的知識學科。[9]
  • 對軟體分析、設計、實施及維護的一種系統化方法。[10]
  • 系統化地應用工具和技術於開發以计算机為主的應用。[11]
  • 軟體工程是關於設計和開發優質軟體。[12]

軟體工程的核心知識(SWEBOK)[编辑]

 ACM與IEEE Computer Society聯合修定的SWEBOK[13](Software Engineering Body of Knowledge)提到,軟體工程領域中的核心知識包括:

软件工程与计算机科学[编辑]

软件的开发到底是一门科学还是一门工程,这是一个被争论了很久的问题。实际上,软件开发兼有两者的特点。但是这并不意味着它们可以被互相混淆。很多人认为软件工程基于计算机科学信息科学就如传统意义上的工程学之于物理化学一样。在美国,大约40%的软件工程师具有计算机科学的学位。在世界其他地方,这个比例也差不多。他们并不一定会每天使用计算机科学方面的知识,但是他们每天都会使用软件工程方面的知识。

軟體工程與電腦科學的差別[14]
軟體工程 電腦科學
目標 時間資源人員這3個主要限制條件下構建滿足用戶需求的軟體系統。 探索正確的計算和建模方法,從而改進計算方法本身。
產品 軟體(比如辦公套件和編譯器)。 演算法(比如希爾排序法)和抽象的問題(比如哲學家進餐問題)。
進度與時間表 軟體專案都有特定的進度與時間表 研究專案一般不具有設定的進度與時間表
關注點 軟體工程關注如何為用戶實現價值 軟體理論關注的是軟體本身運行的原理,比如時間複雜度空間複雜度,和演算法的正確性。
變化程度 隨著技術和用戶需求的不斷變化,軟體開發人員必須時刻調整自己的開發以適應當前的需求。同時軟體工程本身也處於不斷的發展中。 對於某一種特定問題的正確解決方法將永遠不會改變。
需要的其他知識 相關領域的知識。 數學
著名的探索者和教育家 Barry BoehmDavid Parnas佛瑞德·布魯克斯 Edsger Dijkstra高德纳Robert TarjanPeter Slater艾伦·图灵姚期智
著名的實踐者 John BackusDan Bricklin蒂姆·伯纳斯-李林纳斯·托瓦兹理查德·马修·斯托曼 無。

例如Peter McBreen認為,軟體工程意味著更高程度的嚴謹性與經過驗證的流程,並不適合現階段各類型的軟體開發。Peter McBreen在著作《Software Craftsmanship: The New Imperative》提出了所謂「craftsmanship」的說法,認為現階段軟體開發成功的關鍵因素,是開發者的技能,而不是「manufacturing」軟體的流程

軟體工程的現況[编辑]

Capers Jones曾對美國軟體組織的績效做過評估,所得到結論是:軟體工程的專業分工不足,是造成品質低落、時程延誤、預算超支的最關鍵因素。[15]

2003年,The Standish Group年度報告指出,在他們調查的13522個專案中,有66%的軟體專案失敗、82%超出時程、48%推出時缺乏必需的功能,總計約550億美元浪費在不良的計畫、預算或軟體估算上。[16]

沒有銀彈與人月神話[编辑]

在1986年,IBM大型电脑之父佛瑞德·布魯克斯发表了他的著名论文〈没有银弹〉,在这篇著名的论文中他断言:“在10年内无法找到解决软件危机的银弹”[17]。从软件危机被提出以来。人们一直在寻找解决它的方法。于是一系列的方法被提出并且加以应用。比如結構化程式設計面向对象的开发CMMUML等等。佛瑞德·布魯克斯著名作品还有《人月神话》。

布魯克斯在《人月神話:軟體專案管理之道(The Mythical Man-Month)》提到,將沒有銀子彈(silver bullet)可解決,開發軟體的困難是內生的,只能漸進式的改善。整體環境沒有改變以前,唯一可能的解,是依靠的素質,培養優秀的工程師。[18]

软件工程与计算机程序设计[编辑]

软件工程存在于各种应用中,存在于软件开发的各个方面。而程序设计通常包含了程序设计和编码的反复迭代的过程,它是软件开发的一个阶段。

软件工程力图对软件项目的各个方面作出指导,从软件的可行性分析直到软件完成以后的维护工作。软件工程认为软件开发与各种市场活动密切相关。比如软件的销售,用户培训,与之相关的软件和硬件安装等。软件工程的方法学认为一个独立的程序员不应当脱离团队而进行开发,同时程序的编写不能够脱离软件的需求,设计,以及客户的利益。

软件工程的发展是计算机程序设计工业化的体现。

软件开发过程[编辑]

软件开发过程是随着开发技术的演化而随之改进的。从早期的瀑布式(Waterfall)的开发模型到后来出现的螺旋式的迭代(Spiral)开发,以致最近开始兴起的敏捷軟體開發(Agile),他们展示出了在不同的时代软件产业对于开发过程的不同的认识,以及对于不同类型项目的理解方法。

注意区分软件开发过程和软件过程改进之间的重要区别。诸如像ISO 15504, ISO 9000, CMM, CMMI这样的名词阐述的是一些软件过程改进框架,他们提供了一系列的标准和策略来指导软件组织如何提升软件开发过程的质量、软件组织的能力,而不是给出具体的开发过程的定义。

方法学[编辑]

软件工程的方法有很多方面的意义。包括项目管理,分析,设计,程序的编写,测试和质量控制。

软件设计方法可以区别为重量级的方法轻量级的方法。重量级的方法中产生大量的正式文档

著名的重量级开发方法包括ISO 9000CMM,和统一软件开发过程(RUP)。

轻量级的开发过程没有对大量正式文档的要求。著名的轻量级开发方法包括极限编程(XP)和敏捷过程(Agile Processes)。

根据《新方法学》这篇文章的说法,重量级方法呈现的是一种“防御型”的姿态。在应用“重量级方法”的软件组织中,由于软件项目经理不参与或者很少参与程序设计,无法从细节上把握项目进度,因而会对项目产生“恐惧感”,不得不要求程序员不断撰写很多“软件开发文档”。而轻量级方法则呈现“进攻型”的姿态,这一点从XP方法特别强调的四个准则—“沟通、简单、反馈和勇气”上有所体现。目前有一些人认为,“重量级方法”适合于大型的软件团队(数十人以上)使用,而“轻量级方法”适合小型的软件团队(几人、十几人)使用。当然,关于重量级方法轻量级方法的优劣存在很多争论,而各种方法也在不断进化中。

一些方法论者认为人们在开发中应当严格遵循并且实施这些方法。但是一些人并不具有实施这些方法的条件。实际上,采用何种方法开发软件取决于很多因素,同时受到环境的制约。

软件工程的发展方向[编辑]

敏捷开发”(Agile Development)被认为是软件工程的一个重要的发展。它强调软件开发应当是能够对未来可能出现的变化和不确定性作出全面反应的。

敏捷开发被认为是一种“轻量级”的方法。在轻量级方法中最负盛名的应该是“极限编程”(Extreme Programming,简称为XP)。而与轻量级方法相对应的是“重量级方法”的存在。重量级方法强调以开发过程为中心,而不是以人为中心。重量级方法的例子比如CMM/PSP/TSP

面向方面的程序設計(Aspect Oriented Programming,简称AOP)被认为是近年来软件工程的另外一个重要发展。这里的方面指的是完成一个功能的对象和函数的集合。在这一方面相关的内容有泛型编程(Generic Programming)和模板

分支學科[编辑]

相關學科[编辑]

系統工程[编辑]

系统工程師主要處理系統的整體需求和設計,包括硬體與人力問題。

電腦軟體工程師[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ An Investigation of the Therac-25 Accidents
  2. ^ http://www.ntut.edu.tw/~jykuo/se.html
  3. ^ F. L. Bauer, NATO Software Engineering Conference, 1968.
  4. ^ IEEE標準電腦字典,610.12,1990
  5. ^ I. Sommerville, Software Engineering, 7th ed.:Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA, 2004.
  6. ^ S. R. Schach, Software Engineering: Asken Associates Pacific Palisades, CA, USA, 1990.
  7. ^ B. W. Boehm, Software Engineering Economics: Prentice Hall PTR Upper Saddle River, NJ, USA, 1981.
  8. ^ R. Fairley, Software Engineering Concepts: McGraw-Hill, Inc. New York, NY, USA, 1985.
  9. ^ C. Ghezzi, M. Jazayeri, and D. Mandrioli, Fundamentals of Software Engineering, 2nd ed.: Prentice Hall, 2002.
  10. ^ The Free On-Line Dictionary of Computing, http://foldoc.org/
  11. ^ S. A. Conger, The New Software Engineering: Course Technology Press United States, 1993.
  12. ^ S. L. Pfleeger, Software Engineering: the Production of Quality , 2nd.: Macmillan Publishing Co., Inc. Indianapolis, IN, USA, 1991.
  13. ^ http://www.computer.org/portal/web/swebok
  14. ^ P. McBreen, Software Craftmanship: The New Imperative: Addsion-Wesley Professional, 2001.
  15. ^ C. Jones Programmer Productivity: McGraw-Hill, Inc. New York, NY, USA, 1985
  16. ^ Chaos Report, The Standish Group, 2003.
  17. ^ 原文:There will be no silver bullet within ten years
  18. ^ Brooks原文:「我認為軟體困難的部份是在建立規格、設計,並驗證其構思,而不是在表達和測試其實作」

外部链接[编辑]

(中文)

(英文)