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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，其實質(zhì)是根據(jù)一定規(guī)則，將數(shù)字或符號賦予系統(tǒng)、構(gòu)件、過程或者質(zhì)量等實體的特定屬性，即對實體屬性的量化表示，從而能夠清楚地理解該實體。軟件度量貫穿整個軟件開發(fā)生命周期，是軟件開發(fā)過程中進行理解、預(yù)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(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)之上。軟件度量包括3個維度，即項目度量、產(chǎn)品度量和過程度量，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。利用度量來改進軟件過程。人們是無法管理不能度量的事物。在軟件開發(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發(fā)中管理的重要性。而對于管理層人員來說：沒有對軟件過程的可見度就無法管理；而沒有對見到的事物有適當(dāng)?shù)亩攘炕蜻m當(dāng)?shù)臏?zhǔn)則去判斷、評估和決策，也無法進行優(yōu)秀的管理。我們說軟件工程的方法論主要在提供可見度方面下工夫。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行跟蹤和評估。對于未知的事物，度量則用于預(yù)測。本專題將討論軟件度量的一些基本問題。但應(yīng)認(rèn)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用化，但它的實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(tǒng)的核心之中。在經(jīng)濟領(lǐng)域,度量決定著價格和付款的增加;在雷達(dá)系統(tǒng)中,度量使我們能透過云層探測到飛機;在醫(yī)療系統(tǒng)中,度量使得能夠診斷某些特殊疾病;在天氣預(yù)測系統(tǒng)中,度量是天氣預(yù)報的基礎(chǔ);沒有度量,技術(shù)的發(fā)展根本無法進行。度量的正式定義是: 度量 是指在現(xiàn)實的世界中,把數(shù)字或符號指定給實體的某一屬性, 以便以這種方式來根據(jù)已明確的規(guī)則來描述它們.

　　 因此,度量關(guān)注的是獲取關(guān)于實體屬性的信息。一個實體可以是一個實物,如人或房間；或者是一個事件，如旅行；或軟件項目的測試階段。屬性是我們所關(guān)注的實體的特征或特性,如血壓的高度(人)、時間(測試階段)、范圍或顏色(房間)、花銷(旅行) 等。因此,說"度量事物"或"度量屬性"的說法是不完全正確的;應(yīng)該說"度量事物的屬性"。"度量房間"的說法是模糊的;我們可以說度量它的長度、范圍和溫度等。同樣說"度量溫度"的說法也是模糊的,應(yīng)該說：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(shè)計電路的時候我們應(yīng)用歐姆定律。這個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)展一個理論的過程中起作用外，我們使用度量并應(yīng)用它們。因此設(shè)計一個特定電流和電阻的電路時我們就知道需要多大的電壓。

　　如果沒有度量，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。但事實上現(xiàn)在在軟件工程的主流里度量卻被忽略了。

　　現(xiàn)在的情況是：
　　■當(dāng)我們在設(shè)計和開發(fā)軟件產(chǎn)品的時候，我們并未能制定出度量的目標(biāo)。例如：我們保證說我們將使用戶界面友好、可靠、易于維護；而并未使用度量的術(shù)語來詳細(xì)說明它們的具體含義。Gilb曾經(jīng)說過：所謂模糊目標(biāo)定理，就是沒有明確目標(biāo)的項目將不能明確地達(dá)到它的目標(biāo)。
　　■我們未能對構(gòu)成軟件項目實際費用的各個不同的部分進行有效的度量。譬如：通常我們并不知道，和測試階段相比，設(shè)計階段花費時間多大。
　　■我們并未試圖使我們開發(fā)的產(chǎn)品的各種質(zhì)量合格。因此我們未能使用術(shù)語（如：在一段時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）向潛在的用戶說明產(chǎn)品的可靠性很高。
　　■我們總是試圖說服自己使用另一種新的革新的開發(fā)技術(shù)和方法進行軟件開發(fā)

      事實上，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)常會看到諸如此類的話："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Bugs。"。但是這些話并沒有告訴我們這樣的結(jié)果是怎樣產(chǎn)生的、試驗是怎樣設(shè)計、執(zhí)行的、度量的是那個實體、及錯誤的框架是什么等等。沒有這些東西，我們就不能在我們自己的環(huán)境中客觀地進行反復(fù)度量，重現(xiàn)度量的結(jié)果以獲得與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的真實比較。因此，歸因于度量不充分的問題的產(chǎn)生是由于缺乏嚴(yán)格的度量方法造成的。
      除了傳統(tǒng)的對計算機硬件的性能進行度量外，對算法的復(fù)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(fù)雜的軟件來說它卻無能為力了。這就屬于軟件工程的范疇了。如果我們不承認(rèn)度量將會一個更重要的作用的話，軟件危機將在隨后的幾年里依然存在
 
五、軟件度量工具

      隨著軟件定量方法（如：軟件度量）的重要性不斷增加，市場上出現(xiàn)了許多度量工具。然而，度量工具目前還是很混亂。因為沒有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，每種工具發(fā)明商家都是按照他們自己的軟件度量規(guī)范。文獻(xiàn)[44]對度量工具做了好的綜述。DAIch等根據(jù)分類學(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(guī)模度量

六、軟件度量的目標(biāo)

　　軟件開發(fā)正在經(jīng)受一場危機。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)量不高等問題正困擾著它。簡言之，軟件開發(fā)經(jīng)常處于失控狀態(tài)。軟件之所以失控是因為沒有度量。Tom DEMarco曾經(jīng)說過："沒有度量就不能控制。"這種說法是好的，但不完全。并不能說為了獲得控制必須進行度量。度量活動必須有明確的目標(biāo)或目的，而正是這決定著我們選擇哪種屬性和實體進行度量。這個目標(biāo)與軟件開發(fā)、使用時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考慮，為了達(dá)到各種目標(biāo)所要進行的度量工作。

      ●對管理者而言：

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

　　2.為了決定付給不同的開發(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行比較、對將來的項目進行預(yù)測、建立基線以及設(shè)定合理的改進目標(biāo)等，需要度量開發(fā)的產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　4.需要決定項目的度量目標(biāo)。例如：應(yīng)達(dá)到多大的測試覆蓋率、系統(tǒng)最后的可靠性應(yīng)有多大等。

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

　　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.需要制定過程度量以監(jiān)視不斷演進的系統(tǒng)。這包括設(shè)計過程中的改動、在不同的回顧或測試階段發(fā)現(xiàn)的錯誤等等。

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

　　3.為了合格需要度量產(chǎn)品和過程的屬性。例如：看一個產(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個錯誤。"，"每個模塊的代碼行不超過100行。"，和開發(fā)過程的一些屬性如"單元測試必須覆蓋90％以上的用例。"等。

　　4.需要度量當(dāng)前已存在的產(chǎn)品和過程的屬性以便預(yù)測將來的產(chǎn)品。例如：

　　(1).通過度量軟件規(guī)格說明書的大小來預(yù)測目標(biāo)? 的大小。
　　(2).通過度量設(shè)計文檔的結(jié)構(gòu)特性來預(yù)測將來維護的"盲點"。
　　(3).通過度量測試階段的軟件的可靠性來預(yù)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(biāo)和活動我們可以發(fā)現(xiàn)：軟件度量的目標(biāo)可大致 概括為兩類。

　　其一，我們使用度量來進行估計。這使得我們可以同步地跟蹤一個特定的軟件項目 。
　　其二，我們應(yīng)用度量來預(yù)測項目的一些重要的特性。但是，值得指出的是我們不能 過分夸大這些預(yù)測。因為它們并不是完全正確的。軟件度量得到也僅僅是預(yù)測而已。有些人甚至認(rèn)為只要使用合適的模型和工具，所獲得的預(yù)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）。事實上，這種期望是不現(xiàn)實的。

七、軟件度量的方法體系

      ◆ 項目度量

      項目度量是針對軟件開發(fā)項目的特定度量，目的在于度量項目規(guī)模、項目成本、項目進度、顧客滿意度等，輔助項目管理進行項目控制。

      ◆ 規(guī)模度量

      軟件開發(fā)項目規(guī)模度量(size measurement)是估算軟件項目工作量、編制成本預(yù)算、策劃合理項目進度的基礎(chǔ)。規(guī)模度量是軟件項目失敗的重要原因之一。一個好的規(guī)模度量模型可以解決這一問題。有效的軟件規(guī)模度量是成功項目的核心要素：基于有效的軟件規(guī)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(guī)模度量的要點在于：由開發(fā)現(xiàn)場的項目成員進行估算；靈活運用實際開發(fā)作業(yè)數(shù)據(jù)；杜絕盲目迎合顧客需求的“交期逆推法”。

      軟件規(guī)模度量有助于軟件開發(fā)團隊準(zhǔn)確把握開發(fā)時間、費用分布以及缺陷密度等等。軟件規(guī)模的估算方法有很多種，如：功能點分析(FPA：function points analysis)、代碼行(LOC：linES of code)、德爾菲法(Delphi tEChnique)、COCOMO模型、特征點(feature point)、對象點(object point)、3-D功能點(3-D function points)、Bang度量(DeMarco‘s bang metric)、模糊邏輯(fuzzy logic)、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件法(STandard Component)等，這些方法不斷細(xì)化為更多具體的方法。

      ◆ 成本度量

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

      類比估算法。類比估算法是通過比較已完成的類似項目系統(tǒng)來估算成本，適合評估一些與歷史項目在應(yīng)用領(lǐng)域、環(huán)境和復(fù)雜度方面相似的項目。其約束條件在于必須存在類似的具有可比性的軟件開發(fā)系統(tǒng)，估算結(jié)果的精確度依賴于歷史項目數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確度以及現(xiàn)行項目與歷史項目的近似程度。

      細(xì)分估算法。細(xì)分估算法是將整個項目系統(tǒng)分解成若干個小系統(tǒng)，逐個估算成本，然后合計起來作為整個項目的估算成本。細(xì)分估算法通過逐漸細(xì)化的方式對每個小系統(tǒng)進行詳細(xì)的估算，可能獲得貼近實際的估算成本。其難點在于，難以把握各小系統(tǒng)整合為大系統(tǒng)的整合成本。

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

      ◆ 顧客滿意度度量

      顧客滿意是軟件開發(fā)項目的主要目的之一，而顧客滿意目標(biāo)要得以實現(xiàn)，需要建立顧客滿意度度量體系和指標(biāo)對顧客滿意度進行度量。顧客滿意度指標(biāo)(CSI：customer SAtisfaction index)以顧客滿意研究為基礎(chǔ)，對顧客滿意度加以界定和描述。項目顧客滿意度量的要點在于：確定各類信息、數(shù)據(jù)、資料來源的準(zhǔn)確性、客觀性、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(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)顧客滿意度度量的標(biāo)準(zhǔn)會因為各企業(yè)的經(jīng)營理念、經(jīng)營戰(zhàn)略、經(jīng)營重點、價值取向、顧客滿意度調(diào)查結(jié)果等因素而有所不同。比如：NEC于2002年12月開始實施的CSMP 活動的度量尺度包括共感性、誠實性、革新性、確實性和迅速性，其中，將共感性和誠實性作為CS活動的核心姿態(tài)，而將革新性、確實性和迅速性作為提供商品和服務(wù)中不可或缺的尺度。每個尺度包括兩個要素，各要素包括兩個項目，共計5大尺度、10個要素和20個項目。例如，共感性這一尺度包括“了解顧客的期待”、“從顧客的立場考慮問題”這兩個要素；“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值而專心投入”、“對顧客的期望不是囫圇吞棗而是根據(jù)顧客的立場和狀況來思考‘顧客到底需要什么’并加以應(yīng)對”這兩個項目。

      美國專家斯蒂芬(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(rèn)為，企業(yè)的顧客滿意度要素如表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發(fā)成果的軟件產(chǎn)品的質(zhì)量而言，獨立于其過程。軟件的質(zhì)量由一系列質(zhì)量要素組成，每一個質(zhì)量要素又由一些衡量標(biāo)準(zhǔn)組成，每個衡量標(biāo)準(zhǔn)又由一些量度標(biāo)準(zhǔn)加以定量刻劃。質(zhì)量度量貫穿于軟件工程的全過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(fù)雜性、模塊的有效性和總的程序規(guī)模，在軟件交付之后的度量則主要包括殘存的缺陷數(shù)和系統(tǒng)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(參見表5-13)：軟件質(zhì)量要素(factor)、衡量標(biāo)準(zhǔn)(CRiteria)和量度標(biāo)準(zhǔn)(metrics)，包括11個標(biāo)準(zhǔn)，分為產(chǎn)品操作(product operation)、產(chǎn)品修正(product revision)和產(chǎn)品轉(zhuǎn)移(product transition)。ISO 9126將軟件質(zhì)量總結(jié)為6大特性，每個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)量需求評價準(zhǔn)則(SQRC)；中層：軟件質(zhì)量設(shè)計評價準(zhǔn)則(SQDC)；低層：軟件質(zhì)量度量評價準(zhǔn)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(fù)雜性度量法，基本思路是根據(jù)程序中可執(zhí)行代碼行的操作符和操作數(shù)的數(shù)量來計算程序的復(fù)雜性。操作符和操作數(shù)的量越大，程序結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。(2)McCabe復(fù)雜性度量法，其基本思想是程序的復(fù)雜性很大程度上取決于程序控制流的復(fù)雜性，單一的順序程序結(jié)構(gòu)最簡單，循環(huán)和選擇所構(gòu)成的環(huán)路越多，程序就越復(fù)雜。