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三、軟件度量三維度

      軟件度量能夠為項目管理者提供有關(guān)項目的各種重要信息，其實(shí)質(zhì)是根據一定規則，將數字或符號賦予系統、構件、過(guò)程或者質(zhì)量等實(shí)體的特定屬性，即對實(shí)體屬性的量化表示，從而能夠清楚地理解該實(shí)體。軟件度量貫穿整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)生命周期，是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行理解、預測、評估、控制和改善的重要載體。軟件質(zhì)量度量建立在度量數學(xué)理論基礎之上。軟件度量包括3個(gè)維度，即項目度量、產(chǎn)品度量和過(guò)程度量，具體情況如表-1所示。

四、為什么需要軟件度量 

　　在軟件開(kāi)發(fā)中，軟件度量的根本目的是為了管理的需要。利用度量來(lái)改進(jìn)軟件過(guò)程。人們是無(wú)法管理不能度量的事物。在軟件開(kāi)發(fā)的歷史中，我們可以意識到，在60年代末期的大型軟件所面臨的軟件危機反映了軟件開(kāi)發(fā)中管理的重要性。而對于管理層人員來(lái)說(shuō)：沒(méi)有對軟件過(guò)程的可見(jiàn)度就無(wú)法管理；而沒(méi)有對見(jiàn)到的事物有適當的度量或適當的準則去判斷、評估和決策，也無(wú)法進(jìn)行優(yōu)秀的管理。我們說(shuō)軟件工程的方法論主要在提供可見(jiàn)度方面下工夫。但僅僅是方法論的提高并不能使其成為工程學(xué)科。這就需要使用度量。度量是一種可用于決策的可比較的對象。度量已知的事物是為了進(jìn)行跟蹤和評估。對于未知的事物，度量則用于預測。本專(zhuān)題將討論軟件度量的一些基本問(wèn)題。但應認識到軟件度量的成果是非常初步的，還需要大量工作才可能真正地做到實(shí)用化，但它的實(shí)用化成就將對軟件的高質(zhì)量和高速發(fā)展有不可估量的影響。那么, 一、什么是度量呢? 1、度量概念：度量存在于左右我們生活的很多系統的核心之中。在經(jīng)濟領(lǐng)域,度量決定著(zhù)價(jià)格和付款的增加;在雷達系統中,度量使我們能透過(guò)云層探測到飛機;在醫療系統中,度量使得能夠診斷某些特殊疾病;在天氣預測系統中,度量是天氣預報的基礎;沒(méi)有度量,技術(shù)的發(fā)展根本無(wú)法進(jìn)行。度量的正式定義是: 度量 是指在現實(shí)的世界中,把數字或符號指定給實(shí)體的某一屬性, 以便以這種方式來(lái)根據已明確的規則來(lái)描述它們.

　　 因此,度量關(guān)注的是獲取關(guān)于實(shí)體屬性的信息。一個(gè)實(shí)體可以是一個(gè)實(shí)物,如人或房間；或者是一個(gè)事件，如旅行；或軟件項目的測試階段。屬性是我們所關(guān)注的實(shí)體的特征或特性,如血壓的高度(人)、時(shí)間(測試階段)、范圍或顏色(房間)、花銷(xiāo)(旅行) 等。因此,說(shuō)"度量事物"或"度量屬性"的說(shuō)法是不完全正確的;應該說(shuō)"度量事物的屬性"。"度量房間"的說(shuō)法是模糊的;我們可以說(shuō)度量它的長(cháng)度、范圍和溫度等。同樣說(shuō)"度量溫度"的說(shuō)法也是模糊的,應該說(shuō)：我們度量的是某一特定地理位置和特定情況下的溫度。

2、工程學(xué)科需要度量軟件工程要的是有模型和理論支持的方法。
　　如在設計電路的時(shí)候我們應用歐姆定律。這個(gè)定律描述了電路中電阻、電流和電壓三者之間的關(guān)系。但是這些理論已超出了一般意義上的科學(xué)方法的范疇，在這種范疇里最基本的東西是度量。度量除了在發(fā)展一個(gè)理論的過(guò)程中起作用外，我們使用度量并應用它們。因此設計一個(gè)特定電流和電阻的電路時(shí)我們就知道需要多大的電壓。

　　如果沒(méi)有度量，我們很難想象關(guān)于電子、機械、及普通工程的定律能得到發(fā)展。但事實(shí)上現在在軟件工程的主流里度量卻被忽略了。

　　現在的情況是：
　　■當我們在設計和開(kāi)發(fā)軟件產(chǎn)品的時(shí)候，我們并未能制定出度量的目標。例如：我們保證說(shuō)我們將使用戶(hù)界面友好、可靠、易于維護；而并未使用度量的術(shù)語(yǔ)來(lái)詳細說(shuō)明它們的具體含義。Gilb曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：所謂模糊目標定理，就是沒(méi)有明確目標的項目將不能明確地達到它的目標。
　　■我們未能對構成軟件項目實(shí)際費用的各個(gè)不同的部分進(jìn)行有效的度量。譬如：通常我們并不知道，和測試階段相比，設計階段花費時(shí)間多大。
　　■我們并未試圖使我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的各種質(zhì)量合格。因此我們未能使用術(shù)語(yǔ)（如：在一段時(shí)間里使用故障的可能性、把產(chǎn)品安裝到新環(huán)境中需花費的工作量等）向潛在的用戶(hù)說(shuō)明產(chǎn)品的可靠性很高。
　　■我們總是試圖說(shuō)服自己使用另一種新的革新的開(kāi)發(fā)技術(shù)和方法進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)

      事實(shí)上，我們在軟件度量方面做的工作很少很少，而且所作的度量方面的工作也與一般科學(xué)意義上的度量相分離。我們經(jīng)常會(huì )看到諸如此類(lèi)的話(huà)："軟件的費用有80％花費在維護上。"或"軟件每一千行程序中平均有55個(gè)Bugs。"。但是這些話(huà)并沒(méi)有告訴我們這樣的結果是怎樣產(chǎn)生的、試驗是怎樣設計、執行的、度量的是那個(gè)實(shí)體、及錯誤的框架是什么等等。沒(méi)有這些東西，我們就不能在我們自己的環(huán)境中客觀(guān)地進(jìn)行反復度量，重現度量的結果以獲得與工業(yè)標準的真實(shí)比較。因此，歸因于度量不充分的問(wèn)題的產(chǎn)生是由于缺乏嚴格的度量方法造成的。
      除了傳統的對計算機硬件的性能進(jìn)行度量外，對算法的復雜性的度量一直是計算機科學(xué)的重要組成部分。但是，這種度量方法只適用于小程序，而對大型、復雜的軟件來(lái)說(shuō)它卻無(wú)能為力了。這就屬于軟件工程的范疇了。如果我們不承認度量將會(huì )一個(gè)更重要的作用的話(huà)，軟件危機將在隨后的幾年里依然存在
 
五、軟件度量工具

      隨著(zhù)軟件定量方法（如：軟件度量）的重要性不斷增加，市場(chǎng)上出現了許多度量工具。然而，度量工具目前還是很混亂。因為沒(méi)有統一的度量標準規范，每種工具發(fā)明商家都是按照他們自己的軟件度量規范。文獻[44]對度量工具做了好的綜述。DAIch等根據分類(lèi)學(xué)把度量工具分成了以下幾種：

      ● 通用度量工具；
      ● 小生境度量工具（Niche Metrics TOOl）；
      ● 靜態(tài)分析；
      ● 源代碼靜態(tài)分析；
      ● 規模度量

六、軟件度量的目標

　　軟件開(kāi)發(fā)正在經(jīng)受一場(chǎng)危機。費用超支（特別是在維護階段的花費太大）、生產(chǎn)率低下、 以及質(zhì)量不高等問(wèn)題正困擾著(zhù)它。簡(jiǎn)言之，軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)常處于失控狀態(tài)。軟件之所以失控是因為沒(méi)有度量。Tom DEMarco曾經(jīng)說(shuō)過(guò)："沒(méi)有度量就不能控制。"這種說(shuō)法是好的，但不完全。并不能說(shuō)為了獲得控制必須進(jìn)行度量。度量活動(dòng)必須有明確的目標或目的，而正是這決定著(zhù)我們選擇哪種屬性和實(shí)體進(jìn)行度量。這個(gè)目標與軟件開(kāi)發(fā)、使用時(shí)所涉及的人的層次有關(guān)。
以下主要從管理者和軟件工程師兩種角度來(lái)考慮，為了達到各種目標所要進(jìn)行的度量工作。

      ●對管理者而言：

　　1.需要度量軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的不同階段的費用。
　　例如：度量開(kāi)發(fā)整個(gè)軟件系統的費用（包括從需求分析階段到發(fā)布之后的維護階段）。必須清楚這個(gè)費用以決定在保證一定的利潤的情況下的價(jià)格。

　　2.為了決定付給不同的開(kāi)發(fā)小組的費用，需要度量不同小組職員的生產(chǎn)率。
　　3.為了對不同的項目進(jìn)行比較、對將來(lái)的項目進(jìn)行預測、建立基線(xiàn)以及設定合理的改進(jìn)目標等，需要度量開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　4.需要決定項目的度量目標。例如：應達到多大的測試覆蓋率、系統最后的可靠性應有多大等。

　　5.為了找出是什么因素影響著(zhù)費用和生產(chǎn)率，需要反復測試某一特定過(guò)程和資源的屬性。

　　6.需要度量和估計不同軟件工程方法和工具的效用，以便決定是否有必要把它們引入到公司中。

　　●對軟件工程師而言：

　　1.需要制定過(guò)程度量以監視不斷演進(jìn)的系統。這包括設計過(guò)程中的改動(dòng)、在不同的回顧或測試階段發(fā)現的錯誤等等。

　　2.需使用嚴格的度量的術(shù)語(yǔ)來(lái)指定對軟件質(zhì)量和性能的要求，以便使這些要求是可測試的。例如：系統必須"可靠"，可用如下的更具體 的文字加以描述："平均錯誤時(shí)間必須大于15個(gè)CPU時(shí)間片。"

　　3.為了合格需要度量產(chǎn)品和過(guò)程的屬性。例如：看一個(gè)產(chǎn)品是否合格要看產(chǎn)品的一些可度量的特性如"β測試階段少于20個(gè)錯誤。"，"每個(gè)模塊的代碼行不超過(guò)100行。"，和開(kāi)發(fā)過(guò)程的一些屬性如"單元測試必須覆蓋90％以上的用例。"等。

　　4.需要度量當前已存在的產(chǎn)品和過(guò)程的屬性以便預測將來(lái)的產(chǎn)品。例如：

　　(1).通過(guò)度量軟件規格說(shuō)明書(shū)的大小來(lái)預測目標? 的大小。
　　(2).通過(guò)度量設計文檔的結構特性來(lái)預測將來(lái)維護的"盲點(diǎn)"。
　　(3).通過(guò)度量測試階段的軟件的可靠性來(lái)預測軟件今后操作、運行的可靠性。

　　研究上面我們列出的度量的目標和活動(dòng)我們可以發(fā)現：軟件度量的目標可大致 概括為兩類(lèi)。

　　其一，我們使用度量來(lái)進(jìn)行估計。這使得我們可以同步地跟蹤一個(gè)特定的軟件項目 。
　　其二，我們應用度量來(lái)預測項目的一些重要的特性。但是，值得指出的是我們不能 過(guò)分夸大這些預測。因為它們并不是完全正確的。軟件度量得到也僅僅是預測而已。有些人甚至認為只要使用合適的模型和工具，所獲得的預測可以精確到只需使用極少的其他度量（甚至根本就不用使用度量）。事實(shí)上，這種期望是不現實(shí)的。

七、軟件度量的方法體系

      ◆ 項目度量

      項目度量是針對軟件開(kāi)發(fā)項目的特定度量，目的在于度量項目規模、項目成本、項目進(jìn)度、顧客滿(mǎn)意度等，輔助項目管理進(jìn)行項目控制。

      ◆ 規模度量

      軟件開(kāi)發(fā)項目規模度量(size measurement)是估算軟件項目工作量、編制成本預算、策劃合理項目進(jìn)度的基礎。規模度量是軟件項目失敗的重要原因之一。一個(gè)好的規模度量模型可以解決這一問(wèn)題。有效的軟件規模度量是成功項目的核心要素：基于有效的軟件規模度量可以策劃合理的項目計劃，合理的項目計劃有助于有效地管理項目。規模度量的要點(diǎn)在于：由開(kāi)發(fā)現場(chǎng)的項目成員進(jìn)行估算；靈活運用實(shí)際開(kāi)發(fā)作業(yè)數據；杜絕盲目迎合顧客需求的“交期逆推法”。

      軟件規模度量有助于軟件開(kāi)發(fā)團隊準確把握開(kāi)發(fā)時(shí)間、費用分布以及缺陷密度等等。軟件規模的估算方法有很多種，如：功能點(diǎn)分析(FPA：function points analysis)、代碼行(LOC：linES of code)、德?tīng)柗品?Delphi tEChnique)、COCOMO模型、特征點(diǎn)(feature point)、對象點(diǎn)(object point)、3-D功能點(diǎn)(3-D function points)、Bang度量(DeMarco‘s bang metric)、模糊邏輯(fuzzy logic)、標準構件法(STandard Component)等，這些方法不斷細化為更多具體的方法。

      ◆ 成本度量

      軟件開(kāi)發(fā)成本度量主要指軟件開(kāi)發(fā)項目所需的財務(wù)性成本的估算。主要方法如下：

      類(lèi)比估算法。類(lèi)比估算法是通過(guò)比較已完成的類(lèi)似項目系統來(lái)估算成本，適合評估一些與歷史項目在應用領(lǐng)域、環(huán)境和復雜度方面相似的項目。其約束條件在于必須存在類(lèi)似的具有可比性的軟件開(kāi)發(fā)系統，估算結果的精確度依賴(lài)于歷史項目數據的完整性、準確度以及現行項目與歷史項目的近似程度。

      細分估算法。細分估算法是將整個(gè)項目系統分解成若干個(gè)小系統，逐個(gè)估算成本，然后合計起來(lái)作為整個(gè)項目的估算成本。細分估算法通過(guò)逐漸細化的方式對每個(gè)小系統進(jìn)行詳細的估算，可能獲得貼近實(shí)際的估算成本。其難點(diǎn)在于，難以把握各小系統整合為大系統的整合成本。

      周期估算法。周期估算法是按軟件開(kāi)發(fā)周期進(jìn)行劃分，估算各個(gè)階段的成本，然后進(jìn)行匯總合計。周期估算法基于軟件工程理論對軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段進(jìn)行估算，很適合瀑布型軟件開(kāi)發(fā)方法，但是需要估算者對軟件工程各個(gè)階段的作業(yè)量和相互間的比例具有相當的了解。

      ◆ 顧客滿(mǎn)意度度量

      顧客滿(mǎn)意是軟件開(kāi)發(fā)項目的主要目的之一，而顧客滿(mǎn)意目標要得以實(shí)現，需要建立顧客滿(mǎn)意度度量體系和指標對顧客滿(mǎn)意度進(jìn)行度量。顧客滿(mǎn)意度指標(CSI：customer SAtisfaction index)以顧客滿(mǎn)意研究為基礎，對顧客滿(mǎn)意度加以界定和描述。項目顧客滿(mǎn)意度量的要點(diǎn)在于：確定各類(lèi)信息、數據、資料來(lái)源的準確性、客觀(guān)性、合理性、有效性，并以此建立產(chǎn)品、服務(wù)質(zhì)量的衡量指標和標準。企業(yè)顧客滿(mǎn)意度度量的標準會(huì )因為各企業(yè)的經(jīng)營(yíng)理念、經(jīng)營(yíng)戰略、經(jīng)營(yíng)重點(diǎn)、價(jià)值取向、顧客滿(mǎn)意度調查結果等因素而有所不同。比如：NEC于2002年12月開(kāi)始實(shí)施的CSMP 活動(dòng)的度量尺度包括共感性、誠實(shí)性、革新性、確實(shí)性和迅速性，其中，將共感性和誠實(shí)性作為CS活動(dòng)的核心姿態(tài)，而將革新性、確實(shí)性和迅速性作為提供商品和服務(wù)中不可或缺的尺度。每個(gè)尺度包括兩個(gè)要素，各要素包括兩個(gè)項目，共計5大尺度、10個(gè)要素和20個(gè)項目。例如，共感性這一尺度包括“了解顧客的期待”、“從顧客的立場(chǎng)考慮問(wèn)題”這兩個(gè)要素；“了解顧客的期待”這一要素又包括“不僅僅能勝任目前的工作還能意識到為顧客提供價(jià)值而專(zhuān)心投入”、“對顧客的期望不是囫圇吞棗而是根據顧客的立場(chǎng)和狀況來(lái)思考‘顧客到底需要什么’并加以應對”這兩個(gè)項目。

      美國專(zhuān)家斯蒂芬(Stephen H.Kan)在《軟件質(zhì)量工程的度量與模型》(Metrics and Models in Software Quality Engineering)中認為，企業(yè)的顧客滿(mǎn)意度要素如表7-1所示：

      軟件質(zhì)量度量模型

      軟件產(chǎn)品的度量主要針對作為軟件開(kāi)發(fā)成果的軟件產(chǎn)品的質(zhì)量而言，獨立于其過(guò)程。軟件的質(zhì)量由一系列質(zhì)量要素組成，每一個(gè)質(zhì)量要素又由一些衡量標準組成，每個(gè)衡量標準又由一些量度標準加以定量刻劃。質(zhì)量度量貫穿于軟件工程的全過(guò)程以及軟件交付之后，在軟件交付之前的度量主要包括程序復雜性、模塊的有效性和總的程序規模，在軟件交付之后的度量則主要包括殘存的缺陷數和系統的可維護性方面。一般情況下，可以將軟件質(zhì)量特性定義成分層模型。勃姆(Barry W. BOehm)在《軟件風(fēng)險管理》(Software Risk Management)中第一次提出了軟件質(zhì)量度量的層次模型。而麥考爾(McCall)等人將軟件質(zhì)量分解至能夠度量的層次，提出FCM 3層模型(參見(jiàn)表5-13)：軟件質(zhì)量要素(factor)、衡量標準(CRiteria)和量度標準(metrics)，包括11個(gè)標準，分為產(chǎn)品操作(product operation)、產(chǎn)品修正(product revision)和產(chǎn)品轉移(product transition)。ISO 9126將軟件質(zhì)量總結為6大特性，每個(gè)特性包括一系列副特性，其軟件質(zhì)量模型包括3層，即高層：軟件質(zhì)量需求評價(jià)準則(SQRC)；中層：軟件質(zhì)量設計評價(jià)準則(SQDC)；低層：軟件質(zhì)量度量評價(jià)準則(SQMC)。

表7-3 軟件質(zhì)量度量FCM模型

      凱悅(Lawrence E. Hyatt)和羅森貝克(Linda H. ROSenberg)在《識別項目風(fēng)險以及評價(jià)軟件質(zhì)量的軟件質(zhì)量模型與度量》(A Software Quality Model and Metrics for IDEntifying Project Risks and Assessing Software Quality)中比較了這3種最常用的軟件質(zhì)量模型，其基本情況如表5-14所示。

      軟件質(zhì)量度量方法
      軟件質(zhì)量度量方法比較多，例如：(1)Halstead復雜性度量法，基本思路是根據程序中可執行代碼行的操作符和操作數的數量來(lái)計算程序的復雜性。操作符和操作數的量越大，程序結構就越復雜。(2)McCabe復雜性度量法，其基本思想是程序的復雜性很大程度上取決于程序控制流的復雜性，單一的順序程序結構最簡(jiǎn)單，循環(huán)和選擇所構成的環(huán)路越多，程序就越復雜。