it软件工程思想-第1部分

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作者：林锐
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前　　言

　　在60年代计算机发展初期，程序设计是少数聪明人干的事。他们的智力与技能超群，编写的程序既能控制弱智的计算机，又能让别人看不懂、不会用。那个时期编程就跟捏泥巴一样随心所欲，于是他们很过分地把程序的集合称为软件，以便自己开心或伤心时再把程序捏个面目全非。人们就在这种美滋滋的感觉下热情地编程，结果产生了一堆问题：程序质量低下，错误频出，进度延误，费用剧增……。这些问题导致了“软件危机”。
　　在1968年，一群程序员、计算机科学家与工业界人士聚集一起共商对策。通过借鉴传统工业的成功做法，他们主张通过工程化的方法开发软件来解决软件危机，并冠以“软件工程”这一术语。三十年余年来，尽管软件的一些毛病如人类的感冒一样无法根治，但软件的发展速度超过了任何传统工业，期间并未出现真真的软件危机。这的确是前人的先见之明。如今软件工程成了一门学科。
　　软件工程主要讲述软件开发的道理，基本上是软件实践者的成功经验和失败教训的总结。软件工程的观念、方法、策略和规范都是朴实无华的，平凡之人皆可领会，关键在于运用。我们不可以把软件工程方法看成是诸葛亮的锦囊妙计─—在出了问题后才打开看看，而应该事先掌握，预料将要出现的问题，控制每个实践环节，并防患于未然。研究软件工程永远做不到理论家那么潇洒：定理证明了，就完事。
我在读大学的十年里有八年从事软件开发，尽管编写了几十万行C＋＋/C程序，也经历了若干次小不点儿大的成功和失败，可老感觉只学了些皮毛，心里慌兮兮的。在博士研究生毕业前的半年里，我告戒自己不应该再稀里糊涂地在程序堆里滚爬下去了，于是就面壁反省，做了一阵子木讷的和尚。在“打坐”时，每有心得体会便记录下来，不知不觉凑成了八章经，我就给此经书起名为《软件工程思想》。
经典的软件工程书籍厚得象砖头，或让人望而却步，或让人看了心事重重。请宽恕我的幼稚，我试图用三个问题：是什么、为什么、怎么办，来解释软件工程的道理。所以本书薄得象饺子皮─—用来包“思想”这种有味道的“馅”。本书的八章经分别为：
　　第一章“软件工程基本观念”；　
　　第二章“程序员与程序经理”；
　　第三章“项目计划与质量管理”；
　　第四章“可行性分析与需求分析”；
　　第五章“系统设计”；
　　第六章“C＋＋　面向对象程序设计”；
　　第七章“测试与改错”；
　　第八章“维护与再生工程”。
　　附录“大学十年”可以充当饭后的水果。
　　我偶尔也担心此书写得太肤浅，内容少得可怜。就象一只鸡在水里扑腾了几下，并不能产生美味的鸡汤。但是如果您化了几分钟时间翻阅本书的任意章节，您马上就愿意再化几个小时一口气读完全书，并且乐得直拍桌子：“好！很好！非常好！”
　　您可以把这本科技书当小说看，但在看书时请不要吃东西，免得喷了别人或者呛着自己。
如果您买了本书后觉得不值得，我一定赔偿您的损失。

致　　谢

本书并不属于我博士学位论文的研究范畴，但却是我读博士学位三年来写的最有意思的作品。
　　首先要感谢我的导师，浙江大学计算机辅助设计与图形学（CAD&CG）国家重点实验室的石教英教授。在其他师兄弟正儿八经地“攻读”博士学位时，我“不务正业”地开了一家软件公司。当我摔了一个大跟头灰溜溜地回到陌生的实验室时，石老师仍然热情地帮助我“修成正果”。临近毕业，我心中惭愧，三年来我从来都没给石老师干过活，我这个博士生他算是白招了。我很希望大学里多一些象石老师那样开明而大度的导师。
董军博士是本书的第一位读者。我们是“君子之交”却不“淡如水”，除了漆夜长谈科技、艺术、哲学外，还不忘“吃喝玩乐”享受生活。他在品阅的同时完成了审稿工作。
　　北京因特国风网络软件公司的周鸿一是个真正的软件高手。他在我开发软件产品失败时给予了最多的帮助，并指正我在软件设计中存在的根深蒂固的方法错误，使我能尽早地逐步改正。我平时能说会道，但在他面前我哑口无言只有听的份，因为他的才华已全方位地超过了我。我真希望多结识象他这样的朋友。
　　高振华老先生是个糊涂而可爱的民营企业家，我们是忘年交。我把他干的糊涂事（投资软件公司）写进书里，作为可行性分析的案例。高先生给予我经济上的帮助，使我能够在舒适的环境中开展最后一年博士学位论文工作。尽管我读书的工资每月只有300元，但日子过得象神仙一样舒服。
　　浙江大学计算机系的杨孟洲、周昆、曾震宇、杨建、白云、金锋等同学和我合作开发软件，给了我很多技术上的帮助。我对他们深表感谢。
特别感谢父母给我起了很好听的名字。读了十年大学，现在我差不多名副其实了。

林锐，2000年2月
于浙江大学CAD&CG国家重点实验室

序

《软件工程思想》讲述“软件开发”和“做程序员”的道理，视野独特，构思新颖，内容风趣，不落窠臼，令人耳目一新。堪称难得，以至回味无穷。
　　作者从事了八年的软件开发工作，在他的博士学位论文完成之际写下了这本“心之所感”。虽然它探讨的是软件工程最常见的内容，但他将亲身所历的感悟写成活泼生动的文字，将软件工程的很多原则和方法融于笑谈之中，让人看得轻松，时有共鸣。尽管很薄，然其内涵不逊于厚近千页的有关教科书。
每次回浙大我都要和林锐相聚，谈学术、论社会，直面人生，“位卑未敢忘忧国”，每每至凌晨。前不久我在某大学计算机系作讲座，最后冒昧谈了几句题外话，其中之一是“学问与明理”。古人云：“读书明理”，意即读书要明白做人的道理。我以为其中的重要内涵，是要有积极的人生观，以贡献社会为己任。这也是我们的共识。林锐曾立誓做一名“真实、正直、优秀的科技人员”。他在自己困难的时候依然资助数名贫困中学生和大学生；常常躬身拾捡被乱扔于地的废纸、塑料袋，以示后生。这都会使很多的学人汗颜有加。
　　简言之，林锐对软件工程实践的积极思考、轻快而不失深邃的文笔及其言行，都是出色之处。
　　正由于此，而不仅因为是同行，我才不惭浅陋，接受他的要求，荣幸地成为本书的第一位读者，并在本来应是名人大家留文的地方谈林说森。

　　董军，2000年2月于
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　朝夕室

第一章　　软件工程基本观念

　　本章讲述软件工程的基本观念，是关于软件工程宏观上的探讨。如果你是软件公司的老板，用不着在第一线工作，那么看这一章就够了。但你一定要让员工们相信不停地工作是人生最大的快乐，并且让他们把本书看完。
　　1。1节讲述软件工程的目标和常用的软件工程模型。1。2节讲述软件开发的基本策略：“复用”、“分而治之”、“优化——折衷”，有助于指导实践者选择方法和产生新方法。1。3节例举一些不正确的观念，取材于早期软件人员比较幼稚的想法，初学者可以引以为戒。1。4节探讨一些有争议的观念。
看完本章，要树立这样的信念：软件开发过程中的坎坎坷坷，仿佛只是人脸的凹凸不平，用热水毛巾一把就可抹平。让我们高举程序主义、软件工程思想的伟大旗帜，紧密团结在以Microsoft为核心的软件公司周围，沿着比尔·盖茨的生财之道，不分白天黑夜地编程，把建设有中国特色的软件产业的伟大事业全面推向21世纪。

1。1　软件工程的目标与常用模型

　　软件工程的目标是提高软件的质量与生产率，最终实现软件的工业化生产。质量是软件需求方最关心的问题，用户即使不图物美价廉，也要求个货真价实。生产率是软件供应方最关心的问题，老板和员工都想用更少的时间挣更多的钱。质量与生产率之间有着内在的联系，高生产率必须以质量合格为前提。如果质量不合格，对供需双方都是坏事情。从短期效益看，追求高质量会延长软件开发时间并且增大费用，似乎降低了生产率。从长期效益看，高质量将保证软件开发的全过程更加规范流畅，大大降低了软件的维护代价，实质上是提高了生产率，同时可获得很好的信誉。质量与生产率之间不存在根本的对立，好的软件工程方法可以同时提高质量与生产率。
　　软件供需双方的代表能在餐桌上谈笑风生，归功于第一线开发人员的辛勤工作。质量与生产率的提高就指望程序员与程序经理。对开发人员而言，如果非得在质量与生产率之间分个主次不可，那么应该是质量第一，生产率第二。这是因为：（1）质量直接体现在软件的每段程序中，高质量自然是开发人员的技术追求，也是职业道德的要求。（2）高质量对所有的用户都有价值，而高生产率只对开发方有意义。（3）如果一开始就追求高生产率，容易使人急功近利，留下隐患。宁可进度慢些，也要保证每个环节的质量，以图长远利益。
　　软件的质量因素很多，如正确性，性能、可靠性、容错性、易用性、灵活性、可扩充性、可理解性、可维护性等等。有些因素相互重叠，有些则相抵触，真要提高质量可不容易啊！
　　软件工程的主要环节有：人员管理、项目管理、可行性与需求分析、系统设计、程序设计、测试、维护等，如图1。1所示。

图1。1　　软件工程的主要环节

　　软件工程模型建议用一定的流程将各个环节连接起来，并可用规范的方式操作全过程，如同工厂的生产线。常见的软件工程模型有：线性模型（图1。2），渐增式模型（图1。3），螺旋模型，快速原型模型，形式化描述模型等等　＇Pressmam　1999；　Sommerville　1992＇。

图1。2　　软件工程的线性模型

　　　　　　时间

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　进度　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
图1。3　　软件工程的渐增式模型

　　最早出现的软件工程模型是线性模型（又称瀑布模型）。线性模型太理想化，太单纯，已不再适合现代的软件开发模式，几乎被业界抛弃。偶而被人提起，都属于被贬对象，未被留一丝惋惜。但我们应该认识到，“线性”是人们最容易掌握并能熟练应用的思想方法。当人们碰到一个复杂的“非线性”问题时，总是千方百计地将其分解或转化为一系列简单的线性问题，然后逐个解决。一个软件系统的整体可能是复杂的，而单个子程序总是简单的，可以用线性的方式来实现，否则干活就太累了。线性是一种简洁，简洁就是美。当我们领会了线性的精神，就不要再呆板地套用线性模型的外表，而应该用活它。例如渐增式模型实质就是分段的线性模型，如图1。3所示。螺旋模型则是接连的弯曲了的线性模型。在其它模型中都能够找到线性模型的影子。
　　套用固定的模型不是程序员的聪明之举。比如“程序设计”与“测试”之间的关系，习惯上总以为程序设计在先，测试在后，如图1。4（a）所示。而对于一些复杂的程序，将测试分为同步测试与总测试更有效，如图1。4（b）所示。

（a）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）
图1。4　（a）程序设计在先测试在后　　　　　　　　（b）测试分为同步测试与总测试

　　不论是什么软件工程模型，总是少不了图1。1中的各个环节。本书擗开具体的软件工程模型，顺序讲述人员管理、项目管理、可行性与需求分析、系统设计、程序设计、测试，以及维护与再生工程。其中程序设计部分以C＋＋/C语言为例。

1。2　软件开发的基本策略

　　人们都有自己的世界观和方法论，能自然而然地运用于生活和工作中。同样，程序员脑子里的软件工程观念会无形地支配其怎么去做事情。软件工程三十年的发展，已经积累了相当多的方法，但这些方法不是严密的理论。实践人员不应该教条地套用方法，更重要的是学会“选择合适的方法”和“产生新方法”。有谋略才会有好的战术。几千年前，我们的祖先就在打闹之际写下了很多心得体会，被现代人很好地运用于工业和商业。本节讲述软件开发中的三种基本策略：“复用”、“分而治之”、“优化——折衷”。

1。2。1　复用
　　复用就是指“利用现成的东西”，文人称之为“拿来主义”。被复用的对象可以是有形的物体，也可以是无形的成果。复用不是人类懒惰的表现而是智慧的表现。因为人类总是在继承了前人的成果，不断加以利用、改进或创新后才会进步。所以当我们欢度国庆时，要搞清楚祖国远不止50岁，我们今天享用到的财富还有上下五千年人民的贡献。进步只是应该的，不进步则就可耻了。
　　复用的内涵包括了提高质量与生产率两者。由经验可知，在一个新系统中，大部分的内容是成熟的，只有小部分内容是创新的。一般地可以相信成熟的东西总是比较可靠的（即具有高质量），而大量成熟的工作可以通过复用来快速实现（即具有高生产率）。勤劳并且聪明的人们应该把大部分的时间用在小比例的创新工作上，而把小部分的时间用在大比例的成熟工作中，这样才能把工作做得又快又好。
　　把复用的思想用于软件开发，称为软件复用。据统计，世上已有1000亿多行程序，无数功能被重写了成千上万次，真是浪费哪。面向对象（Object　Oriented）学者的口头禅就是“请不要再发明相同的车轮子了”　。
　　将具有一定集成度并可以重复使用的软件组成单元称为软构件（So