软件工程学习笔记
1.1 软件
1.1.1 软件的概念及特点
（一）概念 ：计算机软件是由专业人员开发 并长期维护 的软件产品 。完整的软件产品包括 了在各种不同容量和体系结构计算机上的可执行的程序 ，运行过程中产生的各种结果 ，以及以硬复制和电子表格等多种方式存在的软件文档。
总结如下：完整软件产品由三部分组成
- 可执行程序能够在不同存储容量、不同硬件体系结构计算机上直接运行的指令集合，是软件实现功能的核心载体。
- 运行数据与结果程序执行过程中输入、处理、输出产生的各类数据、运算结果、中间缓存信息等。
- 配套软件文档以纸质硬拷贝、电子文档、电子表格、图文手册等多种形式留存的文字资料，包含需求说明书、设计文档、用户操作手册、维护日志、测试报告等，用于开发、使用、运维阶段查阅。
简单概括：软件 = 程序 + 运行数据 + 配套文档。
PS:为什么运行数据与运行结果属于软件的组成部分?
程序脱离数据无法完成工作，二者绑定不可分割。程序只是一套 "处理规则、指令步骤"，本身是空的。举例子：
- Excel 程序（程序）本身不能算报表，必须填入表格数据、计算出的数值（运行数据 / 结果）才能实现办公功能；
- 游戏客户端（程序）只是画面逻辑，玩家存档、角色属性、关卡进度都是运行数据，没有这些数据游戏无法正常继续。程序只规定 "怎么算、怎么展示"，数据是程序处理的对象、承载业务信息，没有数据，程序失去使用价值。
（二）特点：
- 具有抽象性 。 软件是逻辑指令、算法与信息的集合，没有物理实体 ，看不见摸不着。硬件是有形元器件，软件仅存在存储介质中，只能通过运行表现功能，无法直观触摸、观测实体形态。
- 无明显的制造过程。 硬件：设计完成后大批量生产、加工制造，有标准化生产流程；软件：开发完成后复制即可分发 ，不存在原材料加工、组装制造环节。复制一份软件几乎零成本，没有制造工序。
- 存在退化问题 。 硬件老化是物理磨损，软件不会自然磨损，但长期使用中：不断修改、打补丁、更新功能会引入新缺陷，结构逐渐混乱，可靠性持续下降，这种性能变差的现象称为软件退化，只能持续维护延缓退化。
- **对计算机系统有着不同程度的依赖性。**软件不能脱离硬件、操作系统、驱动、数据库等环境独立运行。不同 CPU 架构、系统版本会出现兼容问题，环境改变可能导致软件无法使用，移植需要额外适配开发。
- **尚未完全摆脱人工的开发方式。**现阶段无法全自动生成成熟软件，需求分析、编码、调试、测试、维护都高度依赖程序员、测试人员人工操作，自动化工具仅辅助，不能完全替代人力。
- **软件本身是复杂的。**一方面是业务逻辑复杂，大型软件需要处理海量业务规则；另一方面软件内部模块多、交互关系繁杂，隐藏大量隐性缺陷，逻辑复杂度远高于普通硬件。
- **成本相当昂贵。**软件主要成本集中在前期人力开发、测试、长期维护。大型系统需要大量技术人员投入数月甚至数年，研发、运维人力成本高昂；对比硬件，复制成本极低，但前期投入巨大。
- **相当多的软件工作涉及社会因素。**软件服务各行各业，需求来源于社会业务、法律法规、行业规范、用户习惯。开发时必须考虑政策、安全、伦理、行业标准、用户使用习惯等社会相关约束，不只是单纯技术问题。
左图：硬件失效曲线（浴盆曲线）
横轴：时间；纵轴：失效率曲线分为三个阶段：
- **初期失效阶段（早期故障）**刚出厂硬件存在生产瑕疵、装配缺陷，失效率很高；随时间运行，故障设备被筛选淘汰，失效率快速下降。
- **偶然失效阶段（平稳期）**硬件缺陷基本暴露完毕，进入稳定使用期，失效率维持在很低、近乎恒定的水平，故障为随机偶然发生。
- **磨损失效阶段（老化期）**元器件物理老化、磨损、损耗加剧，失效率持续快速上升，硬件接近使用寿命终点，故障频发。
核心特点：硬件失效根源是物理磨损、材质老化，时间越长损耗越严重。
右图：软件失效曲线
理想曲线
软件无物理磨损，初期修复隐藏 bug 后，失效率会持续平缓下降，时间越久故障越少，不存在硬件式的老化上升段。
实际曲线（软件退化）
- 初始阶段：同硬件，上线初期大量隐藏缺陷暴露，失效率快速降低；
- 变更（修改 / 升级 / 打补丁）：每次对软件修改、新增功能、修复漏洞时，改动会引入新缺陷；
- 变更副作用：每次更新后失效率会突然冲高，形成一波波峰值；
- 长期趋势：多次迭代修改后，软件结构臃肿、逻辑耦合混乱，整体失效率缓慢抬升，也就是软件退化。
核心特点：软件不会物理磨损，失效完全来自逻辑缺陷、修改引入新 bug，越维护修改，长期可靠性越差。
1.1.2 软件的分类
