一、軟件工程基本概念
早期的軟件主要指程序。程序的開發(fā)采用個體工作方式，開發(fā)工作主要依賴于開發(fā)人員的個人技能和程序設計技巧。當時的軟件通常缺少與程序有關的文檔，軟件開發(fā)的實際成本和進度往往與預計的相差甚遠，軟件的質量得不到**，開發(fā)出來的軟件常常不能使用戶滿意。隨著計算機應用的需求不斷增長，軟件的規(guī)模也越來越大，然而軟件開發(fā)的生產率遠遠跟不上計算機應用的迅速增長。此外，由于軟件開發(fā)時缺少好的方法指導和工具輔助，同時又缺少有關的文檔，使得大量已有的軟件難以維護。上述這些問題嚴重地阻礙了軟件的發(fā)展，20世紀60年代中期，人們把上述軟件開發(fā)和維護中的各種問題稱為“軟件危機”。1968年在德國召開的NATO會議上，首次提出了“軟件工程”一詞，希望用工程化的原則和方法來克服軟件危機。在此以后，人們開展了軟件開發(fā)模型、開發(fā)方法、工具與環(huán)境的研究，提出了瀑布模型、演化模型、螺旋模型、噴泉模型等開發(fā)模型，出現(xiàn)了面向數據流方法、面向數據結構的方法、面向對象方法等開發(fā)方法，以及一批CASE（computer aided software engineering）工具和環(huán)境。
（一） 軟件生存周期
如同人的一生要經歷嬰兒期、少年期、老年期直至死亡這樣一個全過程一樣，任何一個軟件產品或軟件系統(tǒng)也都要經歷軟件定義、軟件開發(fā)、軟件維護直至被淘汰這樣一個全過程，我們把軟件的這一全過程稱為軟件生存周期。軟件定義、軟件開發(fā)、軟件維護等階段還可分為若干個階段，每個階段相對獨立又彼此有聯(lián)系，上一階段的工作結果是下一階段工作的依據，下一階段是上一階段的進化，它更接近于問題的解。
1.軟件定義
軟件定義階段主要解決的問題是待開發(fā)的軟件要“做什么”，也就是要確定軟件的處理對象，軟件與外界的接口，軟件的功能和性能，界面以及有關的約束和限制。軟件定義階段通?？煞殖上到y(tǒng)分析、軟件項目計劃、需求分析等階段。
（1）系統(tǒng)分析這里講的系統(tǒng)是指計算機系統(tǒng)，包括計算機硬件、軟件和使用計算機的人。系統(tǒng)分析的任務是確定待開發(fā)軟件的總體要求和適用范圍，以及與之有關的硬件、支撐軟件的要求。系統(tǒng)分析階段的參加人員有用戶、項目負責人、系統(tǒng)分析員。該階段產生的文檔可合并在軟件項目計劃階段的文檔（項目計劃書）中。
（2）軟件項目計劃軟件項目計劃的任務是確定待開發(fā)軟件的目標，對其進行可行性分析，并對資源分配、進度安排等做出合理的計劃。軟件項目計劃階段的參加人員有用戶、項目負責人、系統(tǒng)分析員。該階段所產生的文檔有可行性分析報告、項目計劃書。
（3）需求分析需求分析的任務是確定待開發(fā)軟件的功能、性能、數據、界面等要求，從而確定系統(tǒng)的邏輯模型。需求分析階段的參加人員有用戶、項目負責人系統(tǒng)分析員。該階段產生的文檔有需求規(guī)約（requirements specification），習慣上稱它為需求規(guī)格說明書。
2.軟件開發(fā)
軟件開發(fā)階段主要解決的問題是該軟件“怎么做”，包括數據結構和軟件結構的設計，算法設計，編寫程序，測試，最后得到可交付使用的軟件。軟件開發(fā)階段通?？煞殖绍浖O計、編碼、軟件測試等階段。
（1）軟件設計軟件設計通常還可分成概要設計和詳細設計。概要設計的任務是模塊分解，確定軟件的結構，模塊的功能和模塊間的接口，以及全局數據結構的設計。詳細設計的任務是設計每個模塊的實現(xiàn)細節(jié)和局部數據結構的設計。概要設計階段的參加人員有系統(tǒng)分析員和高級程序員，詳細設計階段的參加人員有高級程序員和程序員。設計階段產生的文檔有設計規(guī)約（design specification），也稱為設計說明書，它也可分為概要設計說明書和詳細設計說明書。根據需要還可產生數據說明書和模塊開發(fā)卷宗。
（2）編碼編碼的任務是用某種程序語言為每個模塊編寫程序。編碼階段的參加人員有高級程序員和程序員，產生的文檔有程序清單。
（3）軟件測試軟件測試的任務是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，并加以糾正。軟件測試階段的參加人員通常由另一部門（或單位）的高級程序員或系統(tǒng)分析員承擔，該階段產生的文檔有軟件測試計劃和軟件測試報告。
3.軟件維護
軟件開發(fā)階段結束后，軟件即可交付使用。軟件的使用通常要持續(xù)幾年甚至幾十年，在整個使用期間，都可能因為某種原因而修改軟件，這便是軟件維護。引起修改軟件的原因主要有三種:一是在軟件運行過程中發(fā)現(xiàn)了軟件中隱藏的錯誤而修改軟件;二是為了適應變化了的環(huán)境而修改軟件;三是為修改或擴充原有軟件的功能而修改軟件。因此軟件維護的任務就是為使軟件適應外界環(huán)境的變化、實現(xiàn)功能的擴充和質量的改善而修改軟件。軟件維護階段的參加人員是維護人員，該階段產生的文檔有維護計劃和維護報告。目前，軟件生存周期各階段的劃分尚不統(tǒng)一，有的分得粗些，有的分得細些。許多場合軟件開發(fā)階段都是從需求分析階段開始的。本書中，我們也將需求分析看作為軟件開發(fā)的開始階段。
（二） 軟件開發(fā)模型
為了指導軟件的開發(fā)，用不同的方式將軟件生存周期中的所有開發(fā)活動組織起來，形成不同的軟件開發(fā)模型。常見的軟件開發(fā)模型有瀑布模型、演化模型、螺旋模型、噴泉模型等。瀑布模型如下圖所示，它是1970年由W.Royce提出的。該模型給出了軟件生存周期各階段的固定順序，上一階段完成后才能進入到下一階段，整個過程就像流水下瀉，故稱之為瀑布模型。圖中的虛線部分表示在某一階段發(fā)現(xiàn)錯誤時，其錯誤可能是由上一階段造成的，因此開發(fā)過程可能要反饋到上一階段。在瀑布模型中，各階段結束后，都要進行嚴格的評審。
（三） 軟件開發(fā)方法
軟件開發(fā)過程模型規(guī)定軟件開發(fā)活動的組合應用方式，要**開發(fā)活動的高質量，還需要有相應的軟件開發(fā)方法作為技術支持。近10年來，軟件工作者研制出了許多工程化的軟件開發(fā)方法，例如70年代初提出的用于編寫程序的結構化程序設計方法，確實起到了提高效率，減少錯誤的效果。但是70年代中期，軟件工作者認識到編寫程序僅僅是軟件開發(fā)的一個環(huán)節(jié)，而合理地建立系統(tǒng)結構比編定程序更為重要。所以研究的重點前移到設計階段，出現(xiàn)了設計階段的結構化設計（SD）方法和JACKSON等方法，到了70年代后期，人們又發(fā)現(xiàn)事先對用戶的要求進行分析更為重要，故又把重點前移到分析階段。出現(xiàn)了用于分析階段的結構化分析（SA）方法、結構化分析與設計技術（SADT）等。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，在80年代初期的實時、并發(fā)和網絡等軟件的開發(fā)過程中，特別是在第五代計算機研究工作中，又提出了面向對象的設計方法。現(xiàn)在流行的方法有多種，它們的適用范圍也各不相同。有的適用于一般的數據處理系統(tǒng)，如SA、SD（兩者統(tǒng)稱為結構化分析與設計方法，即Yourdon方法）、JACKSON方法;有的適用于大型的復雜系統(tǒng)，如SADT技術;有的適用于實時事務處理系統(tǒng)，如FSM方法;有的適用于并發(fā)軟件系統(tǒng)，如PETRI網方法;作為90年代代表作的面向對象方法，其應用已幾乎遍布各個領域。這些方法除了適用范圍不同外，方法形成的基礎、處理規(guī)則和對所開發(fā)軟件風格的要求等都各有側重。用什么方法來說明用戶的要求、用什么方法來設計軟件以及用什么方法對軟件進行測試和維護，直接影響所開發(fā)軟件的質量。
（四） 軟件開發(fā)工具
早期的軟件開發(fā)除了一般的程序設計語言外尚缺少工具的支持，致使編程工作量大，質量和進度卻難以**，導致人們將很多的精力和時間花費在程序的編制和調試上;相比之下，在更重要的軟件的需求和設計上反而得不到必要的精力和時間投入。軟件開發(fā)工具的發(fā)展促進了軟件開發(fā)的高速度和高質量。工具的發(fā)展是從單項工具的開發(fā)逐步走向集成的工具發(fā)展的。同時，軟件開發(fā)方法的有效應用也必須得到相應工具的支持，否則方法將難以有效的實施。工具的完善和發(fā)展將促進軟件開發(fā)的進步和完善。原型化方法的實施基礎就是得到了開發(fā)工具的支持?？焖僭突阅軌驅崿F(xiàn)的基礎就是原型化人員在快速建模時得到了工具的支持，否則原型化方法是無法實施的。
（五） 軟件開發(fā)環(huán)境
軟件工程環(huán)境或稱軟件開發(fā)環(huán)境是全面支持軟件開發(fā)全過程的軟件工具集合。這些軟件工具按照一定的方法或模式組合起來，并能支持軟件開發(fā)生命周期的各個階段和各項任務的完成。CASE，即計算機輔助軟件工程環(huán)境是當前軟件開發(fā)環(huán)境中富于特色的研究工作和發(fā)展方向，它的成功將限度地降低軟件工程的技術難度并使軟件開發(fā)的質量得到**。