《软件工程》第 15 章 - 软件度量与估算：从概念到实践

目录

[15.1 软件测量、度量与估算的概念​](#15.1 软件测量、度量与估算的概念)

[15.1.1 软件测量的意义和作用​](#15.1.1 软件测量的意义和作用)

[15.1.2 度量、测量和估算​](#15.1.2 度量、测量和估算)

[15.1.3 软件工程测量估算的基本内容​](#15.1.3 软件工程测量估算的基本内容)

[15.1.4 软件工程测量估算的基本方法​](#15.1.4 软件工程测量估算的基本方法)

[15.2 软件规模度量​](#15.2 软件规模度量)

[15.2.1 代码行度量​](#15.2.1 代码行度量)

[15.2.2 功能点度量​](#15.2.2 功能点度量)

[15.2.3 代码行度量与功能点度量的比较​](#15.2.3 代码行度量与功能点度量的比较)

[15.2.4 对象点度量​](#15.2.4 对象点度量)

[15.2.5 软件复用的度量​](#15.2.5 软件复用的度量)

[15.3 软件复杂性度量​](#15.3 软件复杂性度量)

[15.3.1 软件复杂性及度量原则​](#15.3.1 软件复杂性及度量原则)

[15.3.2 控制结构的复杂性度量​](#15.3.2 控制结构的复杂性度量)

[15.3.3 体系结构的复杂性度量​](#15.3.3 体系结构的复杂性度量)

[15.4 软件质量度量​](#15.4 软件质量度量)

[15.4.1 软件质量的概念​](#15.4.1 软件质量的概念)

[15.4.2 软件质量度量的三层次模型​](#15.4.2 软件质量度量的三层次模型)

[15.4.3 Boehm、FURPS 和 ISO 9126 度量模型​](#15.4.3 Boehm、FURPS 和 ISO 9126 度量模型)

[15.4.4 软件质量的评价准则度量​](#15.4.4 软件质量的评价准则度量)

[15.5 软件可靠性度量​](#15.5 软件可靠性度量)

[15.5.1 软件可靠性的概念​](#15.5.1 软件可靠性的概念)

[15.5.2 软件修复和软件有效性​](#15.5.2 软件修复和软件有效性)

[15.5.3 软件可靠性估算​](#15.5.3 软件可靠性估算)

[15.6 制定软件度量大纲的方法和工具​](#15.6 制定软件度量大纲的方法和工具)

[15.6.1 制定软件度量大纲的方法​](#15.6.1 制定软件度量大纲的方法)

[15.6.2 软件度量工具​](#15.6.2 软件度量工具)

15.7总结​

---

在软件工程领域，软件度量与估算为项目的规划、执行和评估提供了关键的数据支持。通过量化软件相关指标，能够更科学地管理项目、预测风险、保障质量。本章将结合 Java 代码示例，系统讲解软件度量与估算的核心知识。​

15.1 软件测量、度量与估算的概念

15.1.1 软件测量的意义和作用

软件测量通过收集、分析软件项目数据，为项目管理提供量化依据。它能帮助识别项目风险、评估开发进度、优化资源分配，是保障项目成功的重要手段。​

15.1.2 度量、测量和估算

• 测量：对软件产品或过程的属性进行定量或定性的描述，如统计代码行数。

• 度量：基于测量结果，通过公式或模型计算得出的指标，如代码的圈复杂度。

• 估算：在项目初期，依据经验或历史数据对软件规模、成本、工期等进行预测。

15.1.3 软件工程测量估算的基本内容

主要包括软件规模、复杂性、质量、可靠性、成本和工期等方面的测量与估算。​

15.1.4 软件工程测量估算的基本方法

• 类比法：参照类似项目进行估算。

• 参数模型法：使用数学模型，如 COCOMO 模型，通过输入参数计算估算结果。

• 专家判断法：依靠领域专家的经验进行估算。

15.2 软件规模度量

15.2.1 代码行度量

代码行（Lines of Code，LOC）度量通过统计代码的物理行数评估软件规模。在 Java 中，可使用简单的文本处理方式统计代码行数，示例如下：​

import java.io.BufferedReader;​

import java.io.FileReader;​

import java.io.IOException;​

​

public class LOCCount {​

public static void main(String[] args) {​

String filePath = "src/your/package/YourClass.java"; // 替换为实际代码文件路径​

int lineCount = 0;​

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filePath))) {​

while (reader.readLine() != null) {​

lineCount++;​

}​

} catch (IOException e) {​

e.printStackTrace();​

}​

System.out.println("代码行数: " + lineCount);​

}​

}​

​

15.2.2 功能点度量

功能点（Function Point，FP）度量基于软件的功能特性进行规模估算，常使用 IFPUG 方法。其步骤包括识别用户输入、输出、查询、文件和接口，根据复杂度赋予权重并计算功能点数。以下是简化的功能点计算示例：​

// 假设简单定义功能点权重​

class FunctionPointWeights {​

public static final int SIMPLE_INPUT = 3;​

public static final int AVERAGE_INPUT = 4;​

public static final int COMPLEX_INPUT = 6;​

// 其他类型权重类似定义​

}​

​

class FunctionPointCalculator {​

public static int calculateFunctionPoints(int simpleInputs, int averageInputs, int complexInputs) {​

return simpleInputs * FunctionPointWeights.SIMPLE_INPUT +​

averageInputs * FunctionPointWeights.AVERAGE_INPUT +​

complexInputs * FunctionPointWeights.COMPLEX_INPUT;​

}​

}​

​

public class FunctionPointExample {​

public static void main(String[] args) {​

int simpleInputs = 5;​

int averageInputs = 3;​

int complexInputs = 2;​

int totalFunctionPoints = FunctionPointCalculator.calculateFunctionPoints(simpleInputs, averageInputs, complexInputs);​

System.out.println("总功能点数: " + totalFunctionPoints);​

}​

}​

15.2.3 代码行度量与功能点度量的比较

|-------|----------|----------|
| 比较维度​ | 代码行度量​ | 功能点度量​ |
| 依赖技术​ | 依赖编程语言​ | 独立于编程语言​ |
| 评估角度​ | 从代码实现角度​ | 从用户功能角度​ |
| 适用场景​ | 适合详细设计后​ | 适合项目初期​ |

15.2.4 对象点度量

对象点度量适用于面向对象项目，通过统计类、属性、方法等对象元素数量评估规模。在 Java 项目中，可结合代码分析工具统计类和方法数量。​

15.2.5 软件复用的度量

软件复用度量常通过计算复用率评估，公式为：复用率 = 复用代码量 / 总代码量 × 100%。例如：​

public class ReuseRateCalculator {​

public static double calculateReuseRate(int reusedLines, int totalLines) {​

return (double) reusedLines / totalLines * 100;​

}​

​

public static void main(String[] args) {​

int reusedLines = 200;​

int totalLines = 1000;​

double reuseRate = calculateReuseRate(reusedLines, totalLines);​

System.out.println("软件复用率: " + reuseRate + "%");​

}​

}​

​

15.3 软件复杂性度量

15.3.1 软件复杂性及度量原则

软件复杂性度量需遵循可重复性、客观性、一致性等原则，用于评估软件的理解、修改和维护难度。​

15.3.2 控制结构的复杂性度量

McCabe 圈复杂度是常用的控制结构复杂性度量指标，用于衡量程序中独立路径的数量。以一个简单的 Java 方法为例，计算其圈复杂度：​

public class McCabeExample {​

public int calculate(int a, int b, boolean condition) {​

int result = 0;​

if (condition) {​

result = a + b;​

} else {​

result = a - b;​

}​

for (int i = 0; i < 5; i++) {​

result *= i;​

}​

return result;​

}​

​

// 该方法圈复杂度为：1（初始）+ 1（if分支）+ 1（for循环）= 3​

}​

15.3.3 体系结构的复杂性度量

通过评估模块间的耦合度、内聚度等指标衡量体系结构的复杂性。例如，使用依赖注入降低模块间的耦合：​

interface DatabaseService {​

void saveData(String data);​

}​

​

class MySQLService implements DatabaseService {​

@Override​

public void saveData(String data) {​

// 实现保存到MySQL的逻辑​

}​

}​

​

class UserService {​

private final DatabaseService databaseService;​

​

public UserService(DatabaseService databaseService) {​

this.databaseService = databaseService;​

}​

​

public void saveUserData(String data) {​

databaseService.saveData(data);​

}​

}​

上述代码通过接口注入DatabaseService，降低了UserService与具体数据库实现的耦合度。​

15.4 软件质量度量

15.4.1 软件质量的概念

软件质量指软件满足明确或隐含需求的程度，涵盖功能性、可靠性、易用性、效率等多个方面。​

15.4.2 软件质量度量的三层次模型

包括高层（质量特性）、中层（质量子特性）和低层（度量指标）。例如，可靠性特性包含成熟性、容错性等子特性，通过平均失效间隔时间等指标度量。​

15.4.3 Boehm、FURPS 和 ISO 9126 度量模型

• Boehm 模型：强调软件质量的多个因素，如可维护性、可移植性。

• FURPS 模型：涵盖功能性（Functionality）、可用性（Usability）、可靠性（Reliability）、性能（Performance）和可支持性（Supportability）。

• ISO 9126 模型：将软件质量分为功能性、可靠性、易用性、效率、维护性和可移植性六大特性。

15.4.4 软件质量的评价准则度量

通过缺陷密度（缺陷数 / 代码行）、用户满意度等指标评价软件质量。例如计算缺陷密度：​

public class DefectDensityCalculator {​

public static double calculateDefectDensity(int defectCount, int totalLines) {​

return (double) defectCount / totalLines;​

}​

​

public static void main(String[] args) {​

int defectCount = 10;​

int totalLines = 1000;​

double defectDensity = calculateDefectDensity(defectCount, totalLines);​

System.out.println("缺陷密度: " + defectDensity);​

}​

}​

15.5 软件可靠性度量

15.5.1 软件可靠性的概念

软件可靠性指在规定条件下和规定时间内，软件完成规定功能的能力，常用无失效概率表示。​

15.5.2 软件修复和软件有效性

• 平均修复时间（MTTR）：修复软件故障的平均时间。

• 平均失效间隔时间（MTBF）：两次失效之间的平均时间。

• 软件有效性：软件在规定条件下执行规定功能的能力，计算公式为：有效性 = MTBF / (MTBF + MTTR)。

15.5.3 软件可靠性估算

可使用 Markov 模型等方法估算软件可靠性，由于模型较为复杂，此处给出简单的 MTBF 计算示例：​

public class MTBFCalculator {​

public static double calculateMTBF(int totalUptime, int failureCount) {​

return (double) totalUptime / failureCount;​

}​

​

public static void main(String[] args) {​

int totalUptime = 1000; // 总运行时间​

int failureCount = 5; // 失效次数​

double mtbf = calculateMTBF(totalUptime, failureCount);​

System.out.println("平均失效间隔时间: " + mtbf);​

}​

}​

15.6 制定软件度量大纲的方法和工具

15.6.1 制定软件度量大纲的方法

1. 明确度量目标：如评估项目进度、优化代码质量。
2. 选择度量指标：根据目标确定合适的度量指标。
3. 定义数据收集方法：确定如何收集数据。
4. 建立度量流程：规范度量活动的执行步骤。

15.6.2 软件度量工具

• SonarQube：用于代码质量分析，提供代码复杂度、代码覆盖率等度量。

• JMeter：用于性能测试和度量，可评估软件的响应时间、吞吐量等指标。

15.7总结

软件度量与估算是软件工程中不可或缺的环节，通过对软件规模、复杂性、质量和可靠性等方面的量化分析，能够为项目决策提供有力支持。掌握多种度量方法和工具的使用，有助于在实际项目中更科学地管理软件生命周期。在实践中，应根据项目特点灵活选择度量指标和估算方法，并持续优化度量过程，提升软件工程的整体水平。​

以上内容系统梳理了软件度量与估算知识。如果你对某个知识点想进一步探讨，或是希望补充更多案例，欢迎随时交流。