软件工程简明教程

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  • 系统设计
2022年12月30日约 1906 字大约 6 分钟

大部分软件开发从业者,都会忽略软件开发中的一些最基础、最底层的一些概念。但是,这些软件开发的概念对于软件开发来说非常重要,就像是软件开发的基石一样。这也是我写这篇文章的原因。

何为软件工程?

1968 年 NATO(北大西洋公约组织)提出了软件危机Software crisis)一词。同年,为了解决软件危机问题,“软件工程”的概念诞生了。一门叫做软件工程的学科也就应运而生。

随着时间的推移,软件工程这门学科也经历了一轮又一轮的完善,其中的一些核心内容比如软件开发模型越来越丰富实用!

什么是软件危机呢?

简单来说,软件危机描述了当时软件开发的一个痛点:我们很难高效地开发出质量高的软件。

Dijkstra(Dijkstra算法的作者) 在 1972年图灵奖获奖感言中也提高过软件危机,他是这样说的:“导致软件危机的主要原因是机器变得功能强大了几个数量级!坦率地说:只要没有机器,编程就完全没有问题。当我们有一些弱小的计算机时,编程成为一个温和的问题,而现在我们有了庞大的计算机,编程也同样成为一个巨大的问题”。

说了这么多,到底什么是软件工程呢?

工程是为了解决实际的问题将理论应用于实践。软件工程指的就是将工程思想应用于软件开发。

上面是我对软件工程的定义,我们再来看看比较权威的定义。IEEE 软件工程汇刊给出的定义是这样的: (1)将系统化的、规范的、可量化的方法应用到软件的开发、运行及维护中,即将工程化方法应用于软件。 (2)在(1)中所述方法的研究。

总之,软件工程的终极目标就是:在更少资源消耗的情况下,创造出更好、更容易维护的软件。

软件开发过程

维基百科是这样定义软件开发过程open in new window的:

软件开发过程(英语:software development process),或软件过程(英语:software process),是软件开发的开发生命周期(software development life cycle),其各个阶段实现了软件的需求定义与分析、设计、实现、测试、交付和维护。软件过程是在开发与构建系统时应遵循的步骤,是软件开发的路线图。

  • 需求分析 :分析用户的需求,建立逻辑模型。
  • 软件设计 : 根据需求分析的结果对软件架构进行设计。
  • 编码 :编写程序运行的源代码。
  • 测试 : 确定测试用例,编写测试报告。
  • 交付 :将做好的软件交付给客户。
  • 维护 :对软件进行维护比如解决 bug,完善功能。

软件开发过程只是比较笼统的层面上,一定义了一个软件开发可能涉及到的一些流程。

软件开发模型更具体地定义了软件开发过程,对开发过程提供了强有力的理论支持。

软件开发模型

软件开发模型有很多种,比如瀑布模型(Waterfall Model)、快速原型模型(Rapid Prototype Model)、V模型(V-model)、W模型(W-model)、敏捷开发模型。其中最具有代表性的还是 瀑布模型敏捷开发

瀑布模型 定义了一套完成的软件开发周期,完整地展示了一个软件的的生命周期。

敏捷开发模型 是目前使用的最多的一种软件开发模型。MBA智库百科对敏捷开发的描述open in new window是这样的:

敏捷开发 是一种以人为核心、迭代、循序渐进的开发方法。在敏捷开发中,软件项目的构建被切分成多个子项目,各个子项目的成果都经过测试,具备集成和可运行的特征。换言之,就是把一个大项目分为多个相互联系,但也可独立运行的小项目,并分别完成,在此过程中软件一直处于可使用状态。

像现在比较常见的一些概念比如 持续集成重构小版本发布低文档站会结对编程测试驱动开发 都是敏捷开发的核心。

软件开发的基本策略

软件复用

我们在构建一个新的软件的时候,不需要从零开始,通过复用已有的一些轮子(框架、第三方库等)、设计模式、设计原则等等现成的物料,我们可以更快地构建出一个满足要求的软件。

像我们平时接触的开源项目就是最好的例子。我想,如果不是开源,我们构建出一个满足要求的软件,耗费的精力和时间要比现在多的多!

分而治之

构建软件的过程中,我们会遇到很多问题。我们可以将一些比较复杂的问题拆解为一些小问题,然后,一一攻克。

我结合现在比较火的软件设计方法—领域驱动设计(Domain Driven Design,简称 DDD)来说说。

在领域驱动设计中,很重要的一个概念就是领域(Domain),它就是我们要解决的问题。在领域驱动设计中,我们要做的就是把比较大的领域(问题)拆解为若干的小领域(子域)。

除此之外,分而治之也是一个比较常用的算法思想,对应的就是分治算法。如果你想了解分治算法的话,推荐你看一下北大的《算法设计与分析 Design and Analysis of Algorithms》open in new window

逐步演进

软件开发是一个逐步演进的过程,我们需要不断进行迭代式增量开发,最终交付符合客户价值的产品。

这里补充一个在软件开发领域,非常重要的概念:MVP(Minimum Viable Product,最小可行产品)。

这个最小可行产品,可以理解为刚好能够满足客户需求的产品。下面这张图片把这个思想展示的非常精髓。

Running hypothesis driven experiments using the MVP

利用最小可行产品,我们可以也可以提早进行市场分析,这对于我们在探索产品不确定性的道路上非常有帮助。可以非常有效地指导我们下一步该往哪里走。

优化折中

软件开发是一个不断优化改进的过程。任何软件都有很多可以优化的点,不可能完美。我们需要不断改进和提升软件的质量。

但是,也不要陷入这个怪圈。要学会折中,在有限的投入内,以最有效的方式提高现有软件的质量。

参考