1 引子

關(guān)于什么是軟件開發(fā)存在很多觀點(diǎn)，有的認(rèn)為軟件開發(fā)即服務(wù)，有的認(rèn)為軟件開發(fā)即產(chǎn)品，有的認(rèn)為軟件開發(fā)即平臺(tái)，這些觀點(diǎn)各有各的側(cè)重點(diǎn)。這篇文章我們來學(xué)習(xí)和探討一下軟件開發(fā)。

2 軟件開發(fā)

軟件開發(fā)是指在創(chuàng)建和維護(hù)應(yīng)用程序、框架或其他軟件組件的過程中所涉及的構(gòu)思、設(shè)定、設(shè)計(jì)、編程、記錄、測(cè)試和修正錯(cuò)誤的過程。

軟件開發(fā)是一個(gè)編寫和維護(hù)源代碼的過程，但從廣義上講，它包括了從構(gòu)思所需的軟件到軟件的最終表現(xiàn)形式之間的所有活動(dòng)，一般來說是一個(gè)有計(jì)劃、有組織的過程。因此，軟件開發(fā)可以包括研究、新開發(fā)、原型設(shè)計(jì)、修改、再利用、再設(shè)計(jì)、維護(hù)或其他任何關(guān)聯(lián)軟件產(chǎn)品生產(chǎn)的活動(dòng)。

軟件可以為各種目的而開發(fā)，最常見的三種情況是滿足特定客戶和企業(yè)的特定需求（定制軟件的情況）、滿足某些潛在用戶的某種需求（商業(yè)和開放源碼軟件的情況）或個(gè)人使用（例如，科學(xué)家可以編寫軟件來自動(dòng)完成一項(xiàng)常規(guī)的任務(wù)）。比如，嵌入式軟件開發(fā)，可用于控制消費(fèi)類產(chǎn)品的嵌入式軟件的開發(fā)，它要求開發(fā)過程與被控物理產(chǎn)品的開發(fā)相結(jié)合。系統(tǒng)軟件是應(yīng)用軟件和編程過程本身的基礎(chǔ)，往往是單獨(dú)開發(fā)的。

為了更好地對(duì)軟件開發(fā)過程進(jìn)行質(zhì)量控制的需要，軟件工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，它的目的是將工程范式中的系統(tǒng)化方法應(yīng)用到軟件開發(fā)過程中。

軟件項(xiàng)目管理的方法有很多，可以被稱為軟件開發(fā)生命周期模型、方法論、過程或模型。瀑布模型是傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式，與近來創(chuàng)新的敏捷軟件開發(fā)模式形成鮮明對(duì)比。

2.1 方法論

軟件開發(fā)方法是一種用于對(duì)信息系統(tǒng)開發(fā)過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、計(jì)劃和控制的框架。多年來，這種框架的種類繁多，每一種框架都有其公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

軟件開發(fā)有幾種不同的方法：有些人采取更有結(jié)構(gòu)化的、以工程為基礎(chǔ)的方法來開發(fā)業(yè)務(wù)解決方案，而另一些人則可能采取更多的增量方法，即軟件在逐個(gè)開發(fā)的過程中不斷發(fā)展。一種系統(tǒng)開發(fā)方法不一定適合所有項(xiàng)目使用。基于技術(shù)、組織、項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)的各種考慮，每一種可用的方法都最適合于特定類型的項(xiàng)目。

大多數(shù)方法論在軟件開發(fā)的以下幾個(gè)階段中都有一定的組合:

· 分析問題

· 市場(chǎng)調(diào)查

· 收集擬議的業(yè)務(wù)解決方案的需求

· 為基于軟件的解決方案制定計(jì)劃或設(shè)計(jì)

· 軟件的實(shí)施（編碼）

· 測(cè)試軟件

· 部署情況

· 維護(hù)和錯(cuò)誤修復(fù)

這些階段通常被統(tǒng)稱為軟件開發(fā)生命周期，即SDLC。不同的軟件開發(fā)方法可能以不同的順序進(jìn)行這些階段，或?qū)⒏嗷蚋俚臅r(shí)間用于不同的階段。

軟件開發(fā)的每個(gè)階段所產(chǎn)生的文檔的詳細(xì)程度也可能不同。這些階段也可以依次進(jìn)行（如"瀑布式"），或者在不同的周期或迭代中重復(fù)進(jìn)行（如"極端編程"）。極端編程的方法通常花在計(jì)劃和文檔上的時(shí)間較少，而花在編碼和開發(fā)自動(dòng)化測(cè)試上的時(shí)間較多。

極端編程方法也促進(jìn)了在整個(gè)開發(fā)生命周期內(nèi)的持續(xù)測(cè)試，以及確保在任何時(shí)候都有一個(gè)可工作（或無BUG）的產(chǎn)品。

結(jié)構(gòu)化或 "瀑布式"的方法試圖在編碼開始前評(píng)估大部分的風(fēng)險(xiǎn)，并制定詳細(xì)的軟件計(jì)劃，避免在軟件開發(fā)生命周期規(guī)劃的后期階段進(jìn)行重大的設(shè)計(jì)變更和重新編碼。

各種方法都有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，用軟件解決問題的最佳方法往往取決于問題的類型。如果對(duì)問題有很好的理解，并且可以提前有效地規(guī)劃出解決方案，那么基于 "瀑布式 "的方法可能效果最好。另一方面，如果問題是獨(dú)一無二的（至少對(duì)開發(fā)團(tuán)隊(duì)來說是獨(dú)一無二的），而且軟件解決方案的結(jié)構(gòu)不容易設(shè)想，那么"極端編程"的增量方法可能是最好的。

2.2 軟件開發(fā)活動(dòng)

2.2.1 確定需求

軟件產(chǎn)品的創(chuàng)意來源是非常豐富的。這些創(chuàng)意可以來自市場(chǎng)調(diào)查，包括潛在新客戶的人口統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)有客戶、拒絕產(chǎn)品的人群的分析、其他內(nèi)部軟件開發(fā)人員或有創(chuàng)意的第三方。軟件產(chǎn)品的創(chuàng)意通常首先由營銷人員評(píng)估經(jīng)濟(jì)可行性、與現(xiàn)有渠道分銷的契合度、對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品線可能產(chǎn)生的影響、所需的功能、與公司的營銷目標(biāo)的契合度。在營銷評(píng)估階段，成本和時(shí)間假設(shè)成為評(píng)估的內(nèi)容。在第一階段的早期，根據(jù)營銷和開發(fā)人員所得到的更詳細(xì)的信息，決定是否要進(jìn)一步推進(jìn)該項(xiàng)目。

在《偉大的軟件辯論》一書中，AlanM. Davis在 "需求 "一章的"需求"小節(jié)"的軟件開發(fā)中缺失的部分"中指出:

學(xué)工科的學(xué)生學(xué)的是工科，很少接觸到金融或者是市場(chǎng)營銷。市場(chǎng)營銷專業(yè)的學(xué)生學(xué)的是市場(chǎng)營銷，很少接觸到金融或工程。我們中的大多數(shù)人只成為了一個(gè)領(lǐng)域的專家。更為復(fù)雜的是，我們很少有人在職場(chǎng)上遇到跨學(xué)科的人，我們沒有更多的資源可以借鑒。然而，軟件產(chǎn)品策劃是開發(fā)成功的關(guān)鍵，這絕對(duì)需要多個(gè)學(xué)科的知識(shí)。

由于軟件開發(fā)可能會(huì)涉及到妥協(xié)于或超出客戶的要求，因此軟件開發(fā)項(xiàng)目可能會(huì)游離于技術(shù)性較差的領(lǐng)域，如人力資源、風(fēng)險(xiǎn)管理、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、預(yù)算編制、危機(jī)管理等。這些過程也可能導(dǎo)致業(yè)務(wù)開發(fā)與軟件開發(fā)的作用重疊。

2.2.2 規(guī)劃

創(chuàng)建軟件程序的一個(gè)重要任務(wù)是提取需求或需求分析，客戶通常對(duì)他們想要的最終結(jié)果有一個(gè)抽象的想法，但不知道軟件應(yīng)該做什么。熟練而有經(jīng)驗(yàn)的軟件工程師會(huì)在這一點(diǎn)上認(rèn)識(shí)到不完整的、模糊的、甚至是相互矛盾的需求。

雖然在需求階段投入了大量的精力來確保需求的完整和一致性，但現(xiàn)實(shí)中很難做到這一點(diǎn)。需求的波動(dòng)性對(duì)軟件開發(fā)很有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響到未來或正在進(jìn)行中的開發(fā)工作。

一旦從客戶那里收集到一般需求，就應(yīng)該確定并明確說明開發(fā)的范圍分析。這通常被稱為范圍文件。

2.2.3 設(shè)計(jì)

需求確定后，可以在軟件設(shè)計(jì)文檔中確定軟件的設(shè)計(jì)。這涉及到主要模塊的初步設(shè)計(jì)或高級(jí)設(shè)計(jì)，并對(duì)各部分如何組合在一起進(jìn)行總體規(guī)劃。語言、操作系統(tǒng)和硬件組件在這時(shí)都應(yīng)該是已知的。接下來就是創(chuàng)建一個(gè)詳細(xì)的或低級(jí)的設(shè)計(jì)，可能是作為概念驗(yàn)證或確定需求的原型設(shè)計(jì)。

功能實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和記錄

功能實(shí)現(xiàn)是軟件工程師實(shí)際為項(xiàng)目編寫代碼的過程中的一個(gè)部分。

軟件測(cè)試是軟件開發(fā)過程中不可或缺的重要階段。這一部分的過程確保了缺陷盡快被識(shí)別出來。在某些過程中，通常被稱為測(cè)試驅(qū)動(dòng)開發(fā)，測(cè)試可能就在功能實(shí)現(xiàn)之前就已經(jīng)制定好了，并作為驗(yàn)證功能實(shí)現(xiàn)的方法。

在整個(gè)開發(fā)過程中，對(duì)軟件的內(nèi)部設(shè)計(jì)進(jìn)行文檔化，以便于將來的維護(hù)和改進(jìn)。這包括編寫外部的和內(nèi)部的API文檔。開發(fā)團(tuán)隊(duì)所選擇的軟件工程過程將決定有多少內(nèi)部文檔是必要的。計(jì)劃驅(qū)動(dòng)的模式（例如，瀑布模式）通常比敏捷模式產(chǎn)生的文檔多。

2.2.4 部署和維護(hù)

在代碼經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏y(cè)試、批準(zhǔn)發(fā)布、銷售或以其他方式分發(fā)到生產(chǎn)環(huán)境后，部署工作就直接開始了。這可能涉及到安裝、定制（如將參數(shù)設(shè)置為客戶所需要的值）、測(cè)試，以及可能的評(píng)估期延長。

軟件的培訓(xùn)和支持很重要，因?yàn)橹挥姓_使用軟件才能達(dá)到預(yù)期的目的。

維護(hù)和改進(jìn)軟件以應(yīng)對(duì)新發(fā)現(xiàn)的故障或需求，可能需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，因?yàn)殄e(cuò)過的需求或者新的需求可能會(huì)導(dǎo)致軟件的重新設(shè)計(jì)。

在大多數(shù)情況下，需要定期維護(hù)，并修復(fù)報(bào)告的問題來保持軟件的正常運(yùn)行。

2.3 軟件開發(fā)相關(guān)主題

2.3.1 視圖模型

視圖模型是一個(gè)框架，它提供了關(guān)于系統(tǒng)及其環(huán)境的相互關(guān)系。

觀察點(diǎn)和視圖的目的是為了使人類工程師能夠理解非常復(fù)雜的系統(tǒng)，并圍繞專業(yè)領(lǐng)域組織問題的要素和解決方案。在物理密集型系統(tǒng)的工程中，觀點(diǎn)往往與工程組織中的能力和責(zé)任相對(duì)應(yīng)。

大多數(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)規(guī)范非常的廣泛，沒有一個(gè)人能夠完全理解規(guī)范的所有方面。

此外，我們都對(duì)某一系統(tǒng)有不同的側(cè)重點(diǎn)，也有不同的原因來研究系統(tǒng)的規(guī)范。一個(gè)業(yè)務(wù)主管會(huì)和一個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)者會(huì)對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成提出不同的問題。因此，觀察點(diǎn)框架的概念是將不同的觀察點(diǎn)提供給定復(fù)雜系統(tǒng)的規(guī)范。

這些觀察點(diǎn)分別滿足了對(duì)系統(tǒng)的某些方面感興趣的受眾。與每個(gè)觀察點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的是一種觀察點(diǎn)共識(shí)語言，它為該觀察點(diǎn)的受眾提供了交流方式。

2.3.2 業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)建模

使用圖形化的方式來表示信息的現(xiàn)狀為用戶和系統(tǒng)開發(fā)人員提供了一種非常有效的信息呈現(xiàn)方式。

· 業(yè)務(wù)模型說明了與被建模的業(yè)務(wù)流程相關(guān)的功能和執(zhí)行這些功能的組織。通過描述活動(dòng)和信息流，為可視化、定義、理解以及驗(yàn)證流程奠定了基礎(chǔ)。

· 數(shù)據(jù)模型提供了要存儲(chǔ)的信息的細(xì)節(jié)，這些模型可以為自己編寫還是購買軟件產(chǎn)品提供依據(jù)。

通常情況下，在進(jìn)行后建立一個(gè)模型，稱為業(yè)務(wù)分析。編程范式包括主持人提出一系列問題，旨在提取描述一個(gè)過程所需的信息。訪談?wù)弑环Q為主持人，用以引導(dǎo)參與者提供信息。主持人應(yīng)該對(duì)所關(guān)心的過程有一定的了解。

因?yàn)橥ǔＪ怯梢粋€(gè)主持人團(tuán)隊(duì)在整個(gè)設(shè)施內(nèi)收集信息，所有訪談?wù)叩男畔⒔Y(jié)果必須在完成后整合在一起，這個(gè)時(shí)候使用合適的方法論很重要。

這些模型的建立，要么定義了流程的當(dāng)前狀態(tài)，最終產(chǎn)品被稱為"現(xiàn)況"快照模型，要么是流程應(yīng)包含哪些內(nèi)容的想法的集合，從而形成了"可能的"模型。

流程和數(shù)據(jù)模型的生成可以用來判斷現(xiàn)有的流程和信息系統(tǒng)是否健全，只需要稍作修改或增強(qiáng)，或者作為糾正措施，是否需要重新設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)模型的建立不僅僅是查看或自動(dòng)化信息流程的一種方法。分析可以用來從根本上重塑你的企業(yè)或組織的運(yùn)營方式。

2.3.3 計(jì)算機(jī)輔助軟件工程

計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(Computer-aidedsoftware engineering，簡稱CASE)，在軟件工程領(lǐng)域，是指將一套軟件工具和方法科學(xué)地應(yīng)用到軟件開發(fā)中，從而獲得高質(zhì)量、無缺陷、可維護(hù)的軟件產(chǎn)品，也是指在軟件開發(fā)過程中，與自動(dòng)化工具一起用于信息系統(tǒng)開發(fā)的方法。

CASE的功能包括分析、設(shè)計(jì)和編程等。CASE工具用所需的編程語言自動(dòng)設(shè)計(jì)、記錄和制作結(jié)構(gòu)化的計(jì)算機(jī)代碼的方法。

計(jì)算機(jī)輔助軟件系統(tǒng)工程（CASE）的兩個(gè)重要思想是：

· 培養(yǎng)軟件開發(fā)和軟件維護(hù)過程中的計(jì)算機(jī)協(xié)助，以及

· 培養(yǎng)軟件開發(fā)和維護(hù)的一種工程化方法。

典型的CASE工具有配置管理、數(shù)據(jù)建模、模型轉(zhuǎn)換、重構(gòu)、源碼生成等。

2.3.4 集成開發(fā)環(huán)境

集成開發(fā)環(huán)境(IDE)又稱為集成設(shè)計(jì)環(huán)境或集成調(diào)試環(huán)境，是指為計(jì)算機(jī)程序員提供軟件開發(fā)的綜合設(shè)施的軟件應(yīng)用。一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境通常由以下幾個(gè)部分組成:

· 源代碼編輯器。

· 編譯器或解釋器。

· 構(gòu)建自動(dòng)化工具，以及

· 調(diào)試器（通常）。

IDE的設(shè)計(jì)目的是通過提供具有類似用戶界面的緊密組件來最大限度地提高程序員的工作效率。通常情況下，IDE是專門針對(duì)特定的編程語言而設(shè)計(jì)的，以便提供最符合該語言編程范式的功能集。

2.3.5 建模語言

建模語言是指任何可以用來表達(dá)信息、知識(shí)或系統(tǒng)的人工語言，它是由一組一致的規(guī)則定義的結(jié)構(gòu)。這些規(guī)則用于解釋結(jié)構(gòu)中各組成部分的意義。建模語言可以是圖形化的，也可以是文本化的，圖形化的建模語言使用圖式技術(shù)，用命名的符號(hào)表示概念，用線來表示關(guān)系，用各種其他圖形注釋來表示約束。文本建模語言通常使用標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵字跟參數(shù)來構(gòu)建計(jì)算機(jī)可理解的表達(dá)。

軟件工程領(lǐng)域中的圖形建模語言的例子有：

· 業(yè)務(wù)流程建模語言（BPMN，和XML形式的BPML）是流程建模語言的一個(gè)例子。

· EXPRESS和EXPRESS-G（ISO 10303-11）是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的通用數(shù)據(jù)建模語言。

· 擴(kuò)展企業(yè)建模語言(Extended Enterprise Modeling Language，EEML)常用于跨層業(yè)務(wù)流程建模。

· 流程圖是一種算法或分步流程的示意圖。

· 基本建模概念（FMC）建模語言，用于軟件密集型系統(tǒng)的建模語言。

· IDEF是一個(gè)建模語言家族，其中最著名的有IDEF0用于功能建模，IDEF1X用于信息建模，IDEF5用于本體建模。

· LePUS3是一種面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計(jì)描述語言，也是一種正式的規(guī)范語言，主要適用于大型面向?qū)ο螅↗ava、C++、C#）程序和設(shè)計(jì)模式的建模。

· 規(guī)范和描述語言(SDL)旨在對(duì)反應(yīng)式和分布式系統(tǒng)的行為進(jìn)行明確的規(guī)范和描述。

· 統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language，UML)是一種通用的建模語言，是指定軟件密集型系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前版本的UML 2.0支持13種不同的圖示技術(shù)，并有廣泛的工具支持。

并非所有的建模語言都是可執(zhí)行的，對(duì)于那些可執(zhí)行的建模語言，使用它們并不一定意味著不再需要程序員。恰恰相反，可執(zhí)行的建模語言旨在提高程序員的工作效率，使他們能夠解決更多的難題，如并行計(jì)算和分布式系統(tǒng)等。

2.3.6 編程范式

編程范式是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的一種基本風(fēng)格，它一般不受項(xiàng)目管理方法（如瀑布式或敏捷）的支配。范式在用于表示程序元素（如對(duì)象、函數(shù)、變量、約束）和構(gòu)成計(jì)算的步驟（如分配、評(píng)估、延續(xù)、數(shù)據(jù)流）的概念和抽象上有所不同。有時(shí)，范式所斷言的概念在高級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中被協(xié)同使用；在其他情況下，編程范式的范圍僅限于特定程序或模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

一種編程語言可以支持多種范式。例如，用C++或Object Pascal編寫的程序可以是純程序化的，也可以是純面向?qū)ο蟮?，或者包含兩種范式的元素。軟件設(shè)計(jì)者和程序員決定如何使用這些范式元素。

在面向?qū)ο缶幊讨?，程序員可以把程序看成是一個(gè)交互對(duì)象的集合，而在功能編程中，程序可以看成是一個(gè)無狀態(tài)的函數(shù)評(píng)價(jià)序列。當(dāng)計(jì)算機(jī)或具有許多處理器的系統(tǒng)編程時(shí)，面向過程的程序設(shè)計(jì)允許程序員將程序看作是一組并發(fā)的進(jìn)程，并在邏輯上共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上起作用。

正如軟件工程中不同的群體主張不同的方法論一樣，不同的編程語言也主張不同的編程范式。有些語言的設(shè)計(jì)是為了支持一種范式（Smalltalk支持面向?qū)ο缶幊蹋琀askell支持功能編程），而其他編程語言則支持多種范式（如ObjectPascal、C++、C#、VisualBasic、Common Lisp、Scheme、Python、Ruby和Oz）。

許多編程范式都是以其禁止什么方法而聞名，或者是以其啟用什么方法而聞名。例如，純函數(shù)式編程禁止使用跨范圍修改；結(jié)構(gòu)化編程禁止使用 goto 語句。

新的范式往往被習(xí)慣于早期風(fēng)格的人認(rèn)為是教條主義的，或者是過于僵化。

高級(jí)別的范式的例子包括：

· 面向方面的軟件開發(fā)

· 特定領(lǐng)域的建模

· 模型驅(qū)動(dòng)的工程

· 面向?qū)ο蟮木幊谭椒?/FONT>