1.3.3 软件工程生命周期模型

一切工业产品都有自己的生命周期，软件（产品）也不例外。生命周期是软件工程的重要概念，刻画软件从产生、发展到成熟直至衰亡的过程。它把软件形成产品的整个过程划分为若干个阶段，并赋予每个阶段相对独立的任务。我们可以从软件开发模型观测出软件生命周期中每个阶段的任务。目前使用较多的软件工程生命周期模型有：瀑布模型、原型模型、进化树模型、迭代-递增模型、编码-修补模型和开源模型等。下面介绍瀑布模型和原型模型。

1.瀑布模型

瀑布模型是1970年由W. Royce首先提出的。瀑布模型把软件生命周期分为计划时期、开发时期、运行时期。每个时期又可划分为若干个阶段。计划时期可分为问题定义、可行性研究两个阶段；开发时期包括需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试等阶段；运行时期主要进行软件的维护和重构。这反映了软件开发中串行、连贯的步骤，其优点是：每一步的结果都是可验证的，能够减少风险并给团队提供稳定的流程支持。各阶段任务说明如下。

●问题定义：这是计划时期的第一步，主要是为了弄清楚“用户要计算机解决什么问题”。该阶段是软件生命周期中最短的阶段，一般只需要一两天左右。

●可行性研究：此阶段主要是论证解决问题的方案是否可行，由此确定工程规模和目标，再由系统分析员更准确地估算出系统的成本和效益。

●需求分析：此阶段的主要任务是确定系统必须具备哪些功能，并设计出由用户确认的系统逻辑模型。这一阶段要产生的文档资料比较多，包括数据流图、数据字典、简要的数据描述等。

●概要设计：此阶段主要是建立起系统的总体结构，并画出由模块组成的软件结构图。

●详细设计：此阶段需要把问题具体化，也就是把概要设计阶段所产生出的模块图进一步细化，设计出系统的详细规格说明书。

●编码：此阶段是由程序员来完成的，主要是利用指定的语言，把设计阶段所产生的各种图和文字描述翻译成源程序。

●测试：这是开发时期的最后一个阶段，通常是先进行每个模块的测试，即单元测试，然后再将模块装配在一起进行测试，即集成测试。

●运行维护时期：这是软件生命周期的最后一个阶段，此阶段的主要任务是对已实现的软件进行维护，其目的是延长软件的使用寿命并提高软件的运行效率。软件在运行期间会由于潜在的问题而发生错误；用户在使用后也会提出一些改进或扩充软件的要求；另外软件运行的硬件、软件环境有时也会发生变化。这些情况使软件需要不断地进行维护，才能继续使用而不至于被废弃。软件维护是软件生命周期中比较长的一个阶段。

瀑布模型在软件工程中占有很重要的地位，它提供了软件开发的基本框架，非常有利于大型软件开发过程中人员的组织、管理，有利于软件开发方法和工具的研究与使用，大大提高了大型软件项目开发的质量和效率。瀑布模型强调需求、设计的作用，前一阶段完成后只需关注后续阶段，为项目提供了按阶段划分的检查点，里程碑清晰，文档也很规范。

但瀑布模型也有其不足之处：直到循环结束才能得到软件，难以适应需求的频繁变化，里程碑、完成时间点是强制的，编写文档的工作量非常大。

因此，瀑布模型适合于稳定的软件产品定义和理解透彻的技术。

2.原型模型

在生产硬件或其他有形的工业产品时，我们常常会先制造一个样机，待成功后再批量生产。原型化软件开发的思想正是从硬件的样机生产借用过来的。但硬件生产的批量大，因制造样机增加的成本仅占很小的比例；而软件则属于单件生产，如果每开发一个软件都要先制造一个原型，那么成本就会成倍增加。

当我们获得一组基本需求说明后，可以通过快速分析构造出一个小型的软件系统，以满足用户的基本要求，接着用户可在试用原型系统的过程中得到亲身感受并受到启发，以做出反应和评价，然后开发者根据用户的意见对原型加以改进。通过不断试验、纠错、使用、评价和修改，获得新的原型版本，如此周而复始，逐步减少开发者与用户沟通中的误解，从而提高最终产品的质量。

因此在建立原型系统时，经常会这样处理：原型系统仅包括未来系统的主要功能，而不包括系统的细节，例如异常处理、对非有效输入的反应等；另外，为了尽快向用户提供原型，开发原型系统应尽量使用能缩短开发周期的语言和工具。

例如，早期UNIX支持的SHELL语言是一种功能很强的高级语言，有人用这种语言来编写办公室自动化的原型系统，仅用很短的时间就完成了编码和测试，比使用其他高级语言快许多倍。虽然SHELL语言在运行时需要很大的支撑系统，运行速度也比较慢，不适合用来实现最终的系统，但用它来开发原型系统能大大加快实现速度。

从瀑布模型开始的各种模型都有一个共同点：重计划、重事先设计、重文档表达。这类方法中的集大成者要算Rational统一流程（Rational Unified Process，RUP），RUP把软件开发的各个阶段整合在一个统一的框架里。在RUP中，一个项目分为几个里程碑（milestone），每个里程碑内部有几个迭代（iteration）。需要向开发团队提供开发环境、过程和工具，并提供配置和变更管理，以更好地进行项目管理。