第 3 讲软件度量

软件项目管理课程之 第3讲软件度量毛新军 xjmao21@21cn.com http://software.nudt.edu.cn/~xjmao 计算机科学与技术系602教研室 0731-(45)73649

讲授内容 • 项目案例 • 什么是软件度量？ • 为什么需要软件度量？ • 软件度量的内容 • 软件度量的方法 • 在软件开发过程中进行软件度量 • 小结

小王：软件项目负责人 • 老王：公司技术老总 1. 项目案例案例角色和人物

项目管理需要定量描述(1/3) • 在项目策划阶段的碰头会上 • 公司技术总监询问小王项目开发估计需要多少时间，需要多少成本？ • 小王回答说“时间估计不会太长，成本也在一个可接受的范围之内”，老王显然对这种回答不满意，他希望能够得到一个较为准确定量性的描述 • 经过一番考虑后，小王确认回答说“时间7－8个月，成本需40－45万”，老王显然对这种回答也不满意，况且用户要求在6个月内完成项目。于是他进一步问道“你是如何得到这组数据”，小王显然没有准备，也没有充分的依据，于是他哑口无言

项目管理需要定量描述(2/3) • 在制定软件项目计划时 • 小王不知如何预测项目可能所需的工作量？ • 小王不知如何预测项目可能所需的成本？ • 小王不知所制定的计划是否可行和科学？ • 因此，小王尽管制定了软件开发计划，但对于该计划能否得到有效的实施、实施能否遵循计划执行没有足够的信心

项目管理需要定量描述(3/3) • 项目已进展了2个月，各个方面进展尚可，在某周的碰头会上，老王继续向小王发问 • “目前软件质量如何？”，小王回答道“不错” • 老王对这种回答不满意，他希望能够得到一个较为准确定量性的描述，但是小王又没有办法给他一个更加确切的答复，实际上连他自己也没有办法说清楚目前软件产品的质量情况，因为他只有直观的、定性了解。

定量分析是重要的 • 工程化的软件开发需要定量、科学的描述(实施前、实施过程中、实施完成后) • 定量、科学的描述有助于获取软件项目以及所开发的软件的某种可视性，促进软件项目的管理 • 定量的信息描述必须在软件项目开发过程中采集

软件项目管理问题 • 在软件项目实施过程中，需要哪些方面的定量描述以促进软件项目的有效开发和管理？ • 如何获取这些方面的科学定量描述？ • 如何在软件项目开发过程中集成度量？ • 如何将这些定量描述用于指导软件项目的管理？

基本概念(1/4) • 对事物属性的定性描述 • 个子很高, 软件的成本很高 • 对事物属性的定量描述 • 高个子有1.9米, 软件成本是 23.5万

基本概念(2/4) • 软件度量(Metrics)是指对软件产品、软件开发过程或者资源的简单属性的定量描述。 • 产品：软件开发过程中所生成的各种文档和程序 • 过程：与软件开发有关的各种活动，如软件设计等 • 资源：软件开发过程中所需支持，如人员、费用等 • 注意点 • 定量描述,而不是定性描述 • 简单属性,无需参照其它属性便可直接获得定量描述

基本概念(3/4) • 软件测量(Measure)是对软件产品、软件开发过程和资源复杂属性的定量描述，它是简单属性度量值的函数，软件测量用于事后或实时状态, 如软件可靠性 • 注意点 • 定量描述,而不是定性描述 • 复杂属性-不可直接获得、需参照其它属性的度量值 • 实时或者事后状态,用于对历史进行评估

基本概念(4/4) • 估算(Estimation)对软件产品、软件开发过程和资源复杂属性的定量描述，它是简单属性度量值的函数，软件估算用于事前, 如软件开发成本 • 注意点 • 定量描述,而不是定性描述 • 复杂属性-不可直接获得、需参照其它属性的度量值 • 事前状态 • 可采用经验公式，也可参考历史资料和数据。估算的结果一般用于签订合同、立项、制定工作计划等

为什么需要软件度量(1/2) • 任何工程化的工作都需要度量，软件工程也不例外 • 准确了解工程的实施情况 • 项目实施之前 • 辅助制定软件项目的计划 • 估算成本和工作量，以便制定计划

为什么需要软件度量(2/2) • 项目实施过程中 • 提供软件开发的可视性 • 跟踪和控制软件项目的开发 • 评估软件开发质量，进行质量控制 • 加强风险管理 • 项目实施之后 • 对项目的实施情况进行评估 • 为后续项目的积累经验数据

产品过程资源软件度量的内容(1/3) • 三个方面 • 产品：各种文档和程序 • 过程：各种软件开发活动 • 资源：各种资源如人员、费用等

软件度量的内容(2/3) • 二个层次 • 内部属性 • 软件产品，过程和资源本身所具有属性，如软件产品的复杂度、程序长度等 • 易于度量 • 外部属性 • 软件产品，过程和资源与外部环境(用户、管理人员等)间的关系如成本、效益、可靠性、可维护性等 • 难以度量，但由内部属性所决定

软件度量的内容(3/3)

软件度量的方法 • 面向规模的度量 • 面成功能的度量 • 项目成本和工作量估算 • 软件质量度量

5.1面向规模的度量(1/3) • 用软件代码行数目来表示软件项目规模 • 生产率: PM = L / E, L表示代码总量(单位：KLOC)，E表示软件工作量(单位：人月) • 每千行代码的平均成本：CKL = S / L，S为软件项目总开销 • 文档与代码比: Dl = Pd / L，Pd表示文档页数 • 代码出错率: EQRl = Ne / L，Ne表示代码出错的数目

5.1面向规模的度量(2/3)

5.1面向规模的度量(3/3) • 优点 • 简单易行，自然直观 • 缺点 • 依赖于程序设计语言的表达能力和功能 • 软件开发初期很难估算出最终软件的代码行数 • 对精巧的软件项目不合适 • 只适合于过程式程序设计语言

5.2面向功能的度量(1/7) • 用软件的功能表示软件的规模 • “功能”不能直接度量，需要依靠其他度量结果导出 • 功能点度量涉及多种因素 • 项目开发初期就可估算出 • 功能点计算目前主要基于经验公式

5.2面向功能的度量(2/7) • 功能点计算方法 • FP = (0.65 + 0.01×Fi)×CT • CT: 5个信息量的“加权和” • Fi: 14个因素的“复杂性调节值” (i =1..14) • 0.65, 0.01都是经验常数

5.2面向功能的度量(3/7) • CT的计算方法 • 用户输入数×加权因子(简单=3,平均=4,复杂=5) • 用户输出数×加权因子(简单=3,平均=4,复杂=5) • 用户查询数×加权因子(简单=3,平均=4,复杂=5) • 文件数×加权因子(简单=3,平均=4,复杂=5) • 外部界面数×加权因子(简单=3,平均=4,复杂=5) • CT ＝上述计算值的总和

5.2面向功能的度量(4/7) • Fi的取值(0,1,2,3,4,5):0-没有影响，1-偶有影响，2-轻微影响，3-平均影响，4-较大影响，5-严重影响 • 系统需要可靠的备份和复原码？ • 系统需要数据通信吗？ • 系统有分布处理功能吗？ • 性能是临界状态吗？ • 系统是否在一个实用的操作系统下运行？ • 系统需要联机数据项吗？ • 联机数据项是否在多屏幕或多操作之间进行切换？

5.2面向功能的度量(5/7) • 需要联机更新主文件吗？ • 输入、输出、查询和文件很复杂吗？ • 内部处理复杂吗？ • 代码需要被设计成可重用吗？ • 设计中需要包括转换和安装吗？ • 系统的设计支持不同组织的多次安装吗？ • 应用的设计方便用户修改和使用吗？

5.2面向功能的度量(6/7) • 优点 • 与程序设计语言无关, 在开发前就可以估算出软件项目的规模(事前) • 不足 • 没有直接涉及算法的复杂度，不适合算法比较复杂的软件系统； • 功能点计算主要靠经验公式，主观因素比较多 • 数据不好采集

5.2面向功能的度量(7/7) • 代码行度量和功能点度量间的关系

5.3成本和工作量估算(1/2) • 软件项目成本和工作量估算极为重要 • 计算机系统中软件成本占总成本的比例很大 • 用户和项目管理人员对软件成本和工作量估算都很重视 • 软件项目成本估算比较困难 • 软件是逻辑产品，软件开发是一个逻辑思维的过程 • 涉及多方面因素

5.3成本和工作量估算(2/2) • 软件项目成本和工作量估算常用方法 • 参照和依据已完成项目的历史数据 • 将大项目分解为小项目 • 将项目按照软件生命周期分解 • 根据经验估算公式 • 上述方法可以同时、单独或者组合使用

5.3.1代码行、功能和工作量估算 • 软件项目规模影响软件项目成本和工作量 • 估算出FP或者LOC期望值e = (a + 4m + b)/6 • 依据历史数据估算出工作量和成本 • 根据PM= FP(LOC)/ E计算出工作量 • 根据C = S/FP(LOC) 计算出成本

案例: 代码行和功能点估算 (1/8) • 软件描述(CAD软件) • CAD图形软件可接受来自用户的二维和三维几何数据，用户通过界面与CAD软件进行交互，并控制它，该软件具有良好的人机界面设计的特征。所有的几何数据及其支持信息存放在数据库中。开发设计分析模块，以产生所需的输出，这些输出将显示在各种不同的图形化设备上。软件在设计中要考虑与外设进行交互并控制它们，包括鼠标、数字化仪、打印机等等。

案例: 代码行和功能点估算 (2/8) • 软件子系统划分 • 图形用户界面及其控制机制 • 二维几何分析 • 三维几何分析 • 数据库管理 • 图形显示 • 外设控制(与打印机、数字化仪、扫描仪的接口) • 设计分析子系统

案例: 代码行和功能点估算 (3/8) • 估算出各个子系统的代码行，例如三维几何分析功能的代码行估算范围为： • 乐观值：4 600 • 可能值：6 900 • 悲观值：8 600 • 估算值： e = (a + 4m + b)/6 = 6 800

案例: 代码行和功能点估算 (4/8)

案例: 代码行和功能点估算 (5/8) • 历史数据 • 平均生产率PM: 620 LOC/PM(620行代码/人月) • 每个人月的成本 C = 8000￥ • 估算项目成本和工作量 • 估算工作量 = 总代码行/PM= 33200/620=54人月 • 估算成本 = 估算工作量 ×每个人月的成本 = 54人月× 8000 = 43 2000￥

案例: 代码行和功能点估算 (6/8) • 基于功能点估算： Step1: 计算CT值

案例: 代码行和功能点估算 (7/8) • Step2: 计算复杂度调整因子

案例: 代码行和功能点估算 (8/8) • 计算出FP的估算值 • FP = (0.65 + 0.01×Fi)×CT = 372 • 历史数据 • 平均生产率 6.5 FP/PM • 每个人月的成本 C = 8000￥(平均月薪) • 估算成本和工作量 • 工作量 58人月 • 成本 457000￥

5.3.2经验估算模型(1/7) • 什么是CoCoMo模型？ • COCoMo是指Constructive Cost Model，构造性成本模型，Boehm于1981年提出，用于对软件开发项目的规模、成本、进度等方面进行估算 • CoCoMo模型是一个综合经验模型，模型中的参数取值来至于经验值，并且综合了诸多的因素、比较全面的估算模型 • 比较实用、可操作，在欧盟国家应用较为广泛

5.3.2经验估算模型(2/7) • CoCoMo模型的层次－支持不同的阶段 • 基本COCoMo模型 • 系统开发的初期，估算整个系统的工作量(包括维护)和软件开发和维护所需的时间 • 中间COCoMo模型 • 估算各个子系统的工作量和开发时间 • 详细COCoMo模型 • 估算独立的软构件，如各个子系统的各个模块的工作量和开发时间

5.3.2经验估算模型(3/7) • 基本CoCoMo模型 • E = a  (kLOC)b ;E是工作量(人月) ，a和b是经验常数 • D = c  Ed ;D是开发时间(月) ，c和d是经验常数 • 其中，a,b,c,d为经验常数，其取值见下表

5.3.2经验估算模型(4/7) • 中间CoCoMo模型 • E = a  (kLOC)b EAF • 其中，E表示工作量(人月)，EAF表示工作量调节因子，a,b为经验常数，其取值见下表

5.3.2经验估算模型(5/7) • EAF的取值(考虑15个因素) • 软件产品属性(3)：软件可靠性，软件复杂性，数据库的规模 • 计算机属性(4)：程序执行时间，程序占用内存大小，软件开发环境的变化，软件开发环境的响应速度 • 人员属性(5)：分析员能力，程序员能力，领域经验，开发环境的经验，程序设计语言的经验 • 项目属性(3)：软件开发方法的能力，软件工具的数量和质量，软件开发的进度要求

5.3.2经验估算模型(6/7) • EAF的取值(范围) • 很低、低、正常、高、很高、极高 • Boehm建议取值范围[0.70-1.66] • EAF的计算＝Fi ( i=1..15) • 调节因子及其取值由统计结果和经验决定，不同的软件开发组织在不同的时期可能会有不同的取值

5.3.2经验估算模型(7/7) • 案例分析：用基本CoCoMo模型估算项目的工作量、开发时间和参加项目开发的人数 • CAD软件：目标代码行33.2kLOC，属于中等规模，半独立型，因而a = 3.0, b = 1.12, c = 2.5, d = 0.35 • E = 3.0*(33.2)1.12 =152 PM • D = 2.5*(152)0.35 = 14.5 (月) • 参加项目人数N = E/D = 152/14.5 = 11(人)

第 3 讲 软件度量