1、內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院2012年9月內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 出版社：出版社：清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 作者：作者：張友生張友生內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件體系結(jié)構(gòu)概論軟件體系結(jié)構(gòu)概論內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件危機(jī)軟件危機(jī) 是指在計算機(jī)軟件的是指在計算機(jī)軟件的開發(fā)開發(fā)和和維護(hù)維護(hù)過程中所遇到的過程中所遇到的一系列一系列嚴(yán)重問題嚴(yán)重問題。軟件危機(jī)的表現(xiàn)軟件危機(jī)的表現(xiàn) 軟件成本日益增長軟件成本日益增長 開發(fā)進(jìn)度難以控制開發(fā)進(jìn)度難以控制 軟件質(zhì)量差軟件質(zhì)量差 軟件維護(hù)困難軟件維護(hù)困難內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 軟件成本日益增長軟件成本日益增長 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，軟件成本在整個計算機(jī)系統(tǒng)成本中所占的年代

2、，軟件成本在整個計算機(jī)系統(tǒng)成本中所占的比例為比例為10%-20%10%-20%。到。到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代中期，軟件成本在計算機(jī)年代中期，軟件成本在計算機(jī)系統(tǒng)中所占的比例已經(jīng)增長到系統(tǒng)中所占的比例已經(jīng)增長到50%50%左右。左右。 而且，該數(shù)字還在不斷地遞增，下面是一組來自美國空軍計而且，該數(shù)字還在不斷地遞增，下面是一組來自美國空軍計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：19551955年，軟件費(fèi)用約占總費(fèi)用的年，軟件費(fèi)用約占總費(fèi)用的18%18%，19701970年達(dá)到年達(dá)到60%60%，19751975年達(dá)到年達(dá)到72%72%，19801980年達(dá)到年達(dá)到80%80%，19851985年年

3、達(dá)到達(dá)到85%85%左右。左右。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院開發(fā)進(jìn)度難以控制開發(fā)進(jìn)度難以控制 由于軟件是邏輯、智力產(chǎn)品，軟件的開發(fā)需建立龐大的邏輯體系，由于軟件是邏輯、智力產(chǎn)品，軟件的開發(fā)需建立龐大的邏輯體系，這是與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不一樣的。這是與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不一樣的。 在軟件開發(fā)過程中，用戶需求變化等各種意想不到的情況層出不窮，在軟件開發(fā)過程中，用戶需求變化等各種意想不到的情況層出不窮，令軟件開發(fā)過程很難保證按預(yù)定的計劃實現(xiàn)，給項目計劃和論證工令軟件開發(fā)過程很難保證按預(yù)定的計劃實現(xiàn)，給項目計劃和論證工作帶來了很大的困難。作帶來了很大的困難。 盲目增加軟件開發(fā)人員并不能成比例地提高軟件開發(fā)能力。相反，

4、盲目增加軟件開發(fā)人員并不能成比例地提高軟件開發(fā)能力。相反，隨著人員數(shù)量的增加，人員的組織、協(xié)調(diào)、通信、培訓(xùn)和管理等方隨著人員數(shù)量的增加，人員的組織、協(xié)調(diào)、通信、培訓(xùn)和管理等方面的問題將更為嚴(yán)重。面的問題將更為嚴(yán)重。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件質(zhì)量差軟件質(zhì)量差 軟件項目即使能按預(yù)定日期完成，結(jié)果卻不盡人意。軟件項目即使能按預(yù)定日期完成，結(jié)果卻不盡人意。19651965年至年至19701970年，美國范登堡基地發(fā)射火箭多次失敗，年，美國范登堡基地發(fā)射火箭多次失敗，絕大部分故障是由應(yīng)用程序錯誤造成的。絕大部分故障是由應(yīng)用程序錯誤造成的。 在在“軟件作坊軟件作坊”里，由于缺乏工程化思想的指導(dǎo)，程序里，由于

5、缺乏工程化思想的指導(dǎo)，程序員幾乎總是習(xí)慣性地以自己的想法去代替用戶對軟件的員幾乎總是習(xí)慣性地以自己的想法去代替用戶對軟件的需求，軟件設(shè)計帶有隨意性，很多功能只是程序員的需求，軟件設(shè)計帶有隨意性，很多功能只是程序員的“一廂情愿一廂情愿”而已，這是造成軟件不能令人滿意的重要而已，這是造成軟件不能令人滿意的重要因素。因素。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 軟件維護(hù)困難軟件維護(hù)困難 由于在軟件設(shè)計和開發(fā)過程中，沒有嚴(yán)格遵循軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，由于在軟件設(shè)計和開發(fā)過程中，沒有嚴(yán)格遵循軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，各種隨意性很大，沒有完整的真實反映系統(tǒng)狀況的記錄文檔，各種隨意性很大，沒有完整的真實反映系統(tǒng)狀況的記錄文檔，給軟件維護(hù)造成了巨

6、大的困難。給軟件維護(hù)造成了巨大的困難。 特別是在軟件使用過程中，原來的開發(fā)人員可能因各種原因已特別是在軟件使用過程中，原來的開發(fā)人員可能因各種原因已經(jīng)離開原來的開發(fā)組織，使得軟件幾乎不可維護(hù)。經(jīng)離開原來的開發(fā)組織，使得軟件幾乎不可維護(hù)。 有資料表明，工業(yè)界為維護(hù)軟件支付的費(fèi)用占全部硬件和軟件有資料表明，工業(yè)界為維護(hù)軟件支付的費(fèi)用占全部硬件和軟件費(fèi)用的費(fèi)用的40%-75%40%-75%。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院用戶需求不明確 在軟件開發(fā)完成之前，用戶不清楚軟件的具體需求； 用戶對軟件需求的描述不精確，可能有遺漏、有二義性、甚至有錯誤； 在軟件開發(fā)過程中，用戶還提出修改軟件功能、界面、支撐環(huán)境等方面的

7、要求； 開發(fā)人員對用戶需求的理解與用戶本來愿望有差異。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院缺乏正確的理論指導(dǎo) 缺乏有力的方法學(xué)和工具方面的支持。由于軟件不同于大多數(shù)其他工業(yè)產(chǎn)品，其開發(fā)過程是復(fù)雜的邏輯思維過程，其產(chǎn)品極大程度地依賴于開發(fā)人員高度的智力投入。由于過分地依靠程序設(shè)計人員在軟件開發(fā)過程中的技巧和創(chuàng)造性，加劇軟件產(chǎn)品的個性化，也是發(fā)生軟件危機(jī)的一個重要原因。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件規(guī)模越來越大 隨著軟件應(yīng)用范圍的增廣，軟件規(guī)模愈來愈大。大型軟件項目需要組織一定的人力共同完成，而多數(shù)管理人員缺乏開發(fā)大型軟件系統(tǒng)的經(jīng)驗，而多數(shù)軟件開發(fā)人員又缺乏管理方面的經(jīng)驗。各類人員的信息交流不及時、不準(zhǔn)確、有時還會

8、產(chǎn)生誤解。 軟件項目開發(fā)人員不能有效地、獨(dú)立自主地處理大型軟件的全部關(guān)系和各個分支，因此容易產(chǎn)生疏漏和錯誤。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件復(fù)雜度越來越高 軟件不僅僅是在規(guī)模上快速地發(fā)展擴(kuò)大，而且其復(fù)雜性也急劇地增加。軟件產(chǎn)品的特殊性和人類智力的局限性，導(dǎo)致人們無力處理“復(fù)雜問題”。 所謂“復(fù)雜問題”的概念是相對的，一旦人們采用先進(jìn)的組織形式、開發(fā)方法和工具提高了軟件開發(fā)效率和能力，新的、更大的、更復(fù)雜的問題又?jǐn)[在人們的面前。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院如何克服軟件危機(jī) 軟件危機(jī)的原因：“人們面臨的不光是技術(shù)問題，更重要的是管理問題。管理不善必然導(dǎo)致失敗 ?！?要提高軟件開發(fā)效率，提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量，必須采

9、用工程化的開發(fā)方法與工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)-軟件工程 在技術(shù)上，應(yīng)該采用基于重用的軟件生產(chǎn)技術(shù)； 在管理上，應(yīng)該采用多維的工程管理模式。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件工程的三大要素： 方法：完成軟件工程項目的技術(shù)手段 工具：為軟件工程方法提供自動或半自動的軟件支撐環(huán)境 過程：軟件工程的方法和工具綜合起來以達(dá)到合理、及時地進(jìn)行計算機(jī)軟件開發(fā)的目的內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院當(dāng)前社會的信息化過程對軟件需求的增長非常迅速，但是目前軟件的開發(fā)與生產(chǎn)能力卻相對不足。提高軟件開發(fā)效率和軟件產(chǎn)品質(zhì)量，則必須采用工程化的開發(fā)方法與工程化的生產(chǎn)技術(shù)。 技術(shù)方面：采用基于重用的軟件生產(chǎn)技術(shù) 管理方面：采用多維的工程管理模式內(nèi)蒙古大

10、學(xué)計算機(jī)學(xué)院在工程化的軟件開發(fā)過程中 構(gòu)件是核心和基礎(chǔ) 重用是必要的手段內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件 是指語義完整、語法正確和有可重用價值的單位軟件，是軟件重用過程中可以明確辨識的系統(tǒng)； 結(jié)構(gòu)上，它是語義描述、通訊接口和實現(xiàn)代碼的復(fù)合體。具有一定功能，能夠獨(dú)立工作或能同其他構(gòu)件裝配起來協(xié)調(diào)工作的程序體，使用上同它的開發(fā)、生產(chǎn)無關(guān)。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件重用 是指在兩次或多次不同的軟件開發(fā)過程中重復(fù)使用相同或相近軟件元素的過程。 軟件元素包括： 程序代碼 測試用例 設(shè)計文檔 設(shè)計過程 需求分析文檔 領(lǐng)域知識內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件模型 是對構(gòu)件本質(zhì)特征的抽象描述。構(gòu)件模型的三個主要流派： omg（

11、object management group，對象管理集團(tuán)）的corba（common object request broker architecture，通用對象請求代理結(jié)構(gòu)） sun的ejb（enterprise java bean） microsoft的dcom（distributed component object model，分布式構(gòu)件對象模型）。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件獲取途徑： 從現(xiàn)有構(gòu)件中獲得符合要求的構(gòu)件，直接使用或作適應(yīng)性修改，得到可重用的構(gòu)件； 通過遺留工程，將具有潛在重用價值的構(gòu)件提取出來，得到可重用的構(gòu)件； 從市場上購買現(xiàn)成的商業(yè)構(gòu)件，即cots（commer

12、cial off-the-shell）構(gòu)件； 開發(fā)新的符合要求的構(gòu)件。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件描述 構(gòu)件模型是對構(gòu)件本質(zhì)的抽象描述，主要是為構(gòu)件的制作與構(gòu)件的重用提供依據(jù)； 從管理角度出發(fā)，也需要對構(gòu)件進(jìn)行描述，例如：實現(xiàn)方式、實現(xiàn)體、注釋、生產(chǎn)者、生產(chǎn)日期、大小、價格、版本和關(guān)聯(lián)構(gòu)件等信息，它們與構(gòu)件模型共同組成了對構(gòu)件的完整描述。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件分類與組織 為了給使用者在查詢構(gòu)件時提供方便，同時也為了更好地重用構(gòu)件，必須對收集和開發(fā)的構(gòu)件進(jìn)行分類并置于構(gòu)件庫德適當(dāng)位置。 構(gòu)件庫組織方法的要求： 支持構(gòu)件庫的各種維護(hù)動作 不僅要支持精確匹配，還要支持相似構(gòu)件的查找 不僅能進(jìn)行簡單的

13、語法匹配，而且能夠查找在功能或行為方面的等價或相似的構(gòu)件 對應(yīng)用領(lǐng)域具有較強(qiáng)的描述能力和較好的描述精度 庫管理員和用戶容易使用內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院分類方法： 關(guān)鍵字分類法 是一種最簡單的構(gòu)件庫組織方法。思路是：根據(jù)領(lǐng)域分析的結(jié)果將應(yīng)用領(lǐng)域的概念按照從抽象到具體的順序逐次分解為樹形或有向無回路圖結(jié)構(gòu)。 每個概念用一個描述性的關(guān)鍵字表示。 不可分解的原子級關(guān)鍵字包含隸屬它的某些構(gòu)件。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院圖形用戶界面鍵盤事件處理拖放處理數(shù)據(jù)錄入對話框信息對話框文字窗口圖形窗口對話框菜單事件處理窗口點(diǎn)擊處理彈出式菜單主菜單內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院刻面分類法 定義若干用于刻畫構(gòu)件特征的“面”，每個面包含若干

14、概念，這些概念表述構(gòu)件在面上的特征。 刻面可以描述 構(gòu)件執(zhí)行的功能 被操作的數(shù)據(jù) 構(gòu)件應(yīng)用的語境 任意其他特征 格式： function, object type, system type, . 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院超文本組織法 是基于全文檢索技術(shù)。 是所有構(gòu)件必須輔以詳盡的功能或行為說明文檔。 說明中出現(xiàn)的重要概念或構(gòu)件以網(wǎng)狀鏈接方式相互連接； 檢索者在閱讀文檔的過程中可按照人類的聯(lián)想思維方式任意跳轉(zhuǎn)到包含相關(guān)概念或構(gòu)件的文檔。 全文檢索系統(tǒng)將用戶給出的關(guān)鍵字與說明文檔中的文字進(jìn)行匹配，實現(xiàn)構(gòu)件的瀏覽式檢索。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院商業(yè)構(gòu)件的分類： 用戶界面類、數(shù)據(jù)庫類 商務(wù)

15、應(yīng)用類 工具類、網(wǎng)絡(luò)通訊類 核心技術(shù)類內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件的外部形態(tài)分類： 獨(dú)立而成熟的構(gòu)件 有限制的構(gòu)件 適應(yīng)性構(gòu)件 裝配的構(gòu)件 可修改的構(gòu)件內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 人員及權(quán)限管理 訪問構(gòu)件庫的不用使用者的訪問權(quán)限作出適當(dāng)?shù)南拗疲员ＷC數(shù)據(jù)安全。 一般來講，構(gòu)件庫系統(tǒng)可包括五類用戶，即注冊用戶、公共用戶、構(gòu)件提交者、一般系統(tǒng)管理員和超級系統(tǒng)管理員。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院構(gòu)件重用 為了讓構(gòu)件在新的軟件項目中發(fā)揮作用，構(gòu)件庫的使用者必須完成以下的工作： 檢索與提取構(gòu)件 理解與評價構(gòu)件 修改構(gòu)件 構(gòu)件組裝內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院檢索與提取構(gòu)件 基于關(guān)鍵字的檢索 刻面檢索法 構(gòu)造查詢 檢索構(gòu)件 對構(gòu)件

16、進(jìn)行排序 超文本檢索法 其他檢索方法內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院理解與評價構(gòu)件 構(gòu)件的功能與行為 相關(guān)的領(lǐng)域知識 可適應(yīng)性約束條件與例外情形 可以預(yù)見的修改部分及修改方法內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院修改構(gòu)件 理想的情形是對庫中的構(gòu)件不作修改而直接用于新的軟件項目。 但是，在大多數(shù)情況下，必須對構(gòu)件進(jìn)行或多或少的修改，以適應(yīng)新的需求。 為了減少構(gòu)件修改的工作量，要求開發(fā)人員盡量使構(gòu)件的功能、行為和接口設(shè)計更為抽象化、通用化和參數(shù)化。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院基于功能的組裝技術(shù) 基于功能的組裝技術(shù)采用子程序調(diào)用和參數(shù)傳遞的方式將構(gòu)件組裝起來。它要求庫中的構(gòu)件以子程序/過程/函數(shù)的形式出現(xiàn)，并且接口說明必須清晰。當(dāng)使用這

17、種組裝技術(shù)進(jìn)行軟件開發(fā)時，開發(fā)人員首先應(yīng)對目標(biāo)軟件系統(tǒng)進(jìn)行功能分解，將系統(tǒng)分解為強(qiáng)內(nèi)聚、松耦合的功能模塊。然后根據(jù)各模塊的功能需求提取構(gòu)件，對它進(jìn)行適應(yīng)性修改后再掛接在上述功能分解框架中。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院基于數(shù)據(jù)的組裝技術(shù) 首先根據(jù)當(dāng)前軟件問題的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計出一個框架，然后根據(jù)框架中各結(jié)點(diǎn)的需求提取構(gòu)件并進(jìn)行適應(yīng)性修改，再將構(gòu)件逐個分配至框架中的適當(dāng)位置。此后，構(gòu)件的組裝方式仍然是傳統(tǒng)的子程序調(diào)用與參數(shù)傳遞。這種組裝技術(shù)也要求庫中構(gòu)件以子程序形式出現(xiàn)，但它所依賴的軟件設(shè)計方法不再是功能分解，而是面向數(shù)據(jù)的設(shè)計方法，例如jackson系統(tǒng)開發(fā)方法。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院面向?qū)ο蟮慕M裝技術(shù)

18、 如果類庫中的基類能夠滿足新軟件需求，則可以直接應(yīng)用；否則，必須以類庫中的基類為父類，采用構(gòu)造法或子類法生成子類。 構(gòu)造法 在子類中引進(jìn)基類的對象作為子類的成員變量，然后在子類中通過成員變量重用基類的屬性和方法。 子類法 將新子類直接說明為庫中基類的子類，通過繼承和修改基類的屬性與行為完成新子類的定義。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院class personpublic:person(char *name,int age)person();protected:char *name;int age;/基類構(gòu)造函數(shù)person:person(char * name,int age)person:name=ne

19、w charstrlen(name)+1;strcpy(person:name,name);person:age=age;coutconstruct person name,age.n;/基類析構(gòu)函數(shù)person:person()coutdestruct person name,age.n;delete name;return;內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院/采用構(gòu)造法生成teacherclass teacherpublic:teacher(char *name,int age,char *teaching);teacher();protected:tperson* person;char *cours

20、e;teacher:teacher(char *name,int age,char *teaching)tperson=new person(name,age);strcpy(course,teaching);return;teacher:teacher()delete tperson;內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院class personpublic:person(char *name,int age)person();protected:char *name;int age;/基類構(gòu)造函數(shù)person:person(char * name,int age)person:name=new charst

21、rlen(name)+1;strcpy(person:name,name);person:age=age;coutconstruct person name,age.n;/基類西溝函數(shù)person:person()coutdestruct person name,age軟件需求軟件體系結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計軟件實現(xiàn)”，可以認(rèn)為軟件體系結(jié)構(gòu)架起了軟件需求與軟件設(shè)計之間的一座橋梁。 內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)方法（2） 軟件開發(fā)模型是跨越整個軟件生存周期的系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)所實施的全部工作和任務(wù)的結(jié)構(gòu)框架，給出了軟件開發(fā)活動各階段之間的關(guān)系。 目前，常見的軟件開發(fā)模型大致可分為三種類型:

22、（1）以軟件需求完全確定為前提的瀑布模型。 （2）在軟件開發(fā)初始階段只能提供基本需求時采用的漸進(jìn)式開發(fā)模型，如螺旋模型等。 （3）以形式化開發(fā)方法為基礎(chǔ)的變換模型。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)方法（3） 所有開發(fā)方法都是要解決需求與實現(xiàn)之間的差距。 但是，這三種類型的軟件開發(fā)模型都存在這樣或那樣的缺陷，不能很好地支持基于軟件體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)過程。 在基于構(gòu)件和基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)逐漸成為主流情況下，已經(jīng)出現(xiàn)了基于構(gòu)件的軟件工程。 但是，對體系結(jié)構(gòu)的描述、表示、設(shè)計和分析以及驗證等內(nèi)容的研究還相對不足，隨著需求復(fù)雜化及其演化，切實可行的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則與方法將更為重要。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)框架 特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)是將體系結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用到具體領(lǐng)域的過程。 常見的dssa有： case體系結(jié)構(gòu)、cad軟件的參考模型、信息系統(tǒng)的參考體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)dssa、機(jī)場信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和信息處理dssa等。 國內(nèi)學(xué)者提出的dssa有： 北京郵電大學(xué)周瑩新博士提出的電信軟件的體系結(jié)構(gòu) 北京航空航天大學(xué)金茂忠教授等人提出的測試環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)等。內(nèi)蒙古大學(xué)計算機(jī)學(xué)院軟件體系結(jié)構(gòu)支持工具 幾乎每種體系結(jié)構(gòu)都有