【系统集成项目管理工程师教程】第5章 软件工程
软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效、实用和高质量软件的学科，涵盖软件需求、设计、实现、测试、部署交付、质量管理和过程能力成熟度等方面，旨在提高软件生产率、质量并降低成本，确保软件项目的成功开发与维护。
5.1软件工程定义
软件工程是应用多学科原理，以工程化方法解决软件问题，提高软件生产率、质量并降低成本。由方法、工具和过程组成，方法是技术扩展，工具辅助开发与管理，过程贯穿各环节，管理人员需对质量、进度和成本进行评估、管理和控制。
5.2软件需求
5.2.1需求层次
- 业务需求：反映组织机构或用户高层次目标，确定项目视图和范围，为设计开发奠定基础，来源广泛。
- 用户需求：描述用户具体目标和任务，体现系统业务价值，通过用户访谈和问卷调查等方式获取。
- 系统需求：从系统角度说明软件需求，包括功能需求（规定系统功能）、非功能需求（描述系统属性和品质）和约束（限制软件设计和构造）。
5.2.2质量功能部署：将用户要求转化为软件需求，分为常规需求、期望需求和意外需求，以提升用户满意度。
5.2.3需求获取：确定和理解项目干系人需求与约束，常用方法有用户访谈、问卷调查等，需与用户有效合作。
5.2.4需求分析
- 结构化分析：以数据字典为核心，建立数据、功能和行为模型，常用工具包括实体关系图、数据流图和状态转换图，通过DFD需求建模方法和数据字典应用进行分析。
- 面向对象分析：强调对事物及关系的认识，找出类和对象，定义其属性、职责和联系，产生符合用户需求的模型，遵循抽象、封装等基本原则，按确定对象和类等步骤进行。
5.2.5需求规格说明书：是需求分析最终结果，确保项目干系人与开发团队对系统有共同理解，包括范围、引用文件、需求等内容，需进行验证以确保需求正确性。
5.2.6需求变更
- 变更控制过程：跟踪变更状态，包括问题分析、变更描述、分析成本、决策和实现等步骤，确保变更有序进行。
- 变更策略：遵循变更控制过程，由变更控制委员会决定变更，确保相关人员了解变更内容，保留原始文档，实现需求变更跟踪。
- 变更控制委员会：由多方成员组成，负责裁定变更，制定决策时权衡利弊，包括节省资金、增强满意度等利益和增加费用、推迟交付等弊端。
5.2.7需求跟踪：编制需求与系统元素联系文档，包括正向和逆向跟踪，建立需求跟踪矩阵，确保工作成果符合用户需求，可借助配置管理工具实现。
5.3软件设计
5.3.1结构化设计
- 模块结构：遵循信息隐藏与抽象、模块化原则，模块耦合类型包括非直接耦合到内容耦合，内聚类型从功能内聚到偶然内聚，设计应遵循“高内聚、低耦合”原则。
- 系统结构图：是概要设计工具，反映系统功能和模块联系，详细设计确定模块算法和数据结构，遵循概要设计进行，有图形、表格和语言工具表示设计结果。
5.3.2面向对象设计：是OOA延续，主要任务是设计类和对象，包括实体类（保存永久信息）、控制类（控制用例工作）和边界类（封装交互信息），遵循单职、开闭等原则提高软件可维护性和复用性。
5.3.3统一建模语言：是强大建模语言，结构包括构造块（事物、关系和图）、规则和公共机制，视图有逻辑、进程、实现、部署和用例视图，可用于软件开发全过程。
5.3.4设计模式：前人经验总结，可复用成功设计，分为类模式和对象模式，按目的分为创建型、结构型和行为型模式。
5.4软件实现
5.4.1软件配置管理：标识、组织和控制修改，核心是版本控制（追踪文件变更，支持并行开发）和变更控制（管理变更，确保有序进行），包括配置管理计划等活动。
5.4.2软件编码：将软件设计结果转换为程序，需选择合适程序设计语言，遵循良好编程风格，关注程序复杂性度量和编码效率。
5.4.3软件测试
- 测试方法：静态测试（包括文档和代码检查，如桌前检查、代码走查和审查）和动态测试（白盒测试检查内部逻辑，黑盒测试关注功能，常用多种测试技术）。
- 测试类型：单元测试、集成测试、确认测试、系统测试、配置项测试和回归测试等，不同测试有不同对象、目的和依据。
- 面向对象的测试：目标与传统测试一致，但策略因OO系统特征（封装性、继承性和多态性）而不同，带来测试困难。
- 软件调试：与测试相伴，通过调试技术确定错误原因和位置并改正，常用策略有蛮力法、回溯法和原因排除法。
5.5部署交付
5.5.1软件部署：是软件生命周期重要环节，面临风险，过程有特征，需关注诸多问题，目的是支持软件运行，有多种部署模式。
5.5.2软件交付：传统交付过程存在问题，导致困境，包括进度、流程、环境和协作问题以及底层技术问题。
5.5.3持续交付：自动化过程，解决传统交付问题，具备多方面优势，可缩短部署时间、降低风险等。
5.5.4持续部署：基于容器技术（如Kubernetes + Docker和Matrix系统），遵循部署原则，包括部署包来源、环境和脚本统一等，有蓝绿部署和金丝雀部署等方式。
5.5.5部署和交付的新趋势：包括工作职责和人员分工转变、大数据和云计算带来新飞跃以及研发运维融合。
5.6软件质量管理
软件质量与需求一致性程度相关，受产品运行、修改和转移等因素影响。软件质量保证通过建立方法确保标准被采用，主要任务包括审计与评审、报告和处理不合格问题，目标是预防缺陷、监控过程并提供信息。
5.7软件过程能力成熟度
软件过程能力成熟度模型（CSMM）包括治理、开发与交付、管理与支持和组织管理等能力域，定义了5个成熟度等级，从低到高特征各异，等级越高组织软件开发能力越强。
2. 成熟度等级：分为5个等级，从低到高依次为初始级、项目规范级、组织改进级、量化提升级和创新引领级，每个等级有不同结果和行为特征，高级别基于低级别实施并持续改进，成熟度等级的特征和提升过程在软考中常考查。
5.8本章练习
1.软件测试方法可分为静态和动态
静态测试指被测试对象不在机器上运行，只依靠需求规格说明书、设计以及源代码等进行结构分析和流程图分析，从而找出错误。
动态测试是指在计算机上实际运行程序，通过比较分析得到的结果与预期，同时评估效率和健壮性能等。
静态测试的优点是能够有效地发现逻辑设计和编码错误，但缺点是无法发现运行时错误。
动态测试的优点是能够发现运行时错误，但缺点是需要更多的资源和时间。
2.在软件过程能力成熟度模型（CSMM）中，3级的结果特征包括：
组织和项目使用统计分析技术建立了量化的质量与过程目标，支持组织业务的实现管理和实现预期的项目目标。
行为特征则包括：
依据组织的业务目标、管理要求以及外部监管需求，建立并持续改进组织标准过程和资产；
项目根据自身特征依组织标准过程和资产，在组织范围内能够稳定地实现预期的项目目标，并贡献过程资产。
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