第6章 软件度量
2.1 本章定位
本章从量化角度说明如何评估软件项目、过程、产品和团队。期末客观题很可能考定义、分类和公式；主观题可能给出控制流图或代码片段，要求计算圈复杂度。
2.2 核心概念
软件度量
客观题重点，已在第一次小测中出现。
软件度量是对==软件项目（Project）、软件开发过程（Process）、软件产品（Product）和人（People）==进行数据定义、收集及分析的持续性量化过程，简称 4P 度量。
软件度量目的：加深对软件项目、软件过程及件产品的理解，达到预测、评估、控制和改善软件开发过程的目的，最终开发出高质量的软件产品。
- 加深对软件项目、软件过程和软件产品的理解；
- 达到预测、评估、控制和改善软件开发过程的目的；
- 最终开发高质量软件产品。
软件度量四要素
- 确定要度量的软件属性： 包括内部属性和外部属性。
- 建立软件属性的经验系统，并选择相应的形式系统
- 通过度量准则将经验系统映射到形式系统：例如用耦合度、内聚度、复杂度来量化软件属性。
- 评估度量结果： 例如判断复杂度是否过高、耦合度是否超过阈值。
一个软件度量由==经验系统、形式系统和映射==三部分组成。
2.3 四类度量对象
2.4 项目度量
软件项目度量是一种全局性度量，包括项目规模、项目成本、项目进度和客户满意度。
常见软件规模度量方法
常见软件成本度量方法
常见项目进度度量方法
软件项目进度度量：是通过系统化的方法跟踪、评估和预测项目实际进展与计划目标的匹配程度，确保项目按时交付。
挣值分析法 EVM
- 计划价值 (PV, Planned Value)：到某个时间点，按照计划你应该完成的工作值多少钱 。
- 挣值 (EV, Earned Value)：这是最核心的指标，指到某个时间点，你实际完成的工作按预算算值多少钱 。
- 实际成本 (AC, Actual Cost)：到某个时间点，你为了完成这些工作实际花掉了多少钱 。
2.5 过程度量
软件过程度量是针对软件开发流程的量化评估方法，目标是监控和优化开发活动效率、资源利用率、团队协作和流程规范性。
课件列出的过程度量方法：
- 定性方法：过程文档分析、SWOT 分析、CMMI 过程成熟度模型评估等。
- 定量方法：生产率度量、时间和周期度量、缺陷度量、成本度量、过程成熟度量化评估、敏捷度量、统计过程控制。
2.6 产品度量
软件产品度量是对软件开发过程中产生的中间产品或工作产品、最终产品进行的度量。它包含：
- 软件产品结构度量；
- 软件产品质量度量。
第一次小测已考：软件产品结构度量主要包含扇入和扇出、耦合度、内聚度、复杂度。
扇入和扇出
耦合度
耦合度是模块及模块之间信息或参数依赖的程度。设计原则通常是低耦合。
已在第一次小测中出现。常见耦合：
内聚度
内聚度表示模块内部各成分彼此结合的紧密程度。设计原则通常是高内聚。
从高到低：
2.7 圈复杂度
客观题重点，已在第一次小测中出现；主观题可考。
圈复杂度用于衡量模块判定结构的复杂程度，数量上表现为线性无关路径条数，也可理解为测试该模块所需的最少独立路径条数。
常用公式：
$$ V(G)=E-N+2P $$
其中：
- $E$：控制流图中边的数量；
- $N$：控制流图中节点的数量；
- $P$：连通分量数。单个连通 CFG 通常取 $P=1$，所以：
$$ V(G)=E-N+2 $$
也可用：
$$ V(G)=J+1 $$
其中 $J$ 为判定节点数。
还可用：
$$ V(G)=R $$
其中 $R$ 为控制流图划分出的区域数。
Halstead 复杂度度量
则：
程序词汇表长度$$ n = n_1 + n_2 $$
程序长度$$ N = N_1 + N_2 $$
注意：这里的 N 是 Halstead 长度，不是源代码行数。
预测长度
$$ \hat{N}=n_1\log_2n_1+n_2\log_2n_2 $$
有上述基本度量值，可以得到以下衍生度量值：
• 程序体积或容量： Volume: V = Nlog2 (n)，表明了程序在词汇上的复杂性。
• 程序级别： Level: L^ = (2/n1) × (n2 /N2)，表明了一个程序的最紧凑形式的程序量与实际程序量之比，反映了程序的效率。[L^越接近1，程序中冗余越少，程序越高效且易于理解]
• 程序难度 Difficulty： D = 1/L^，表明了实现算法的困难程度。
• 编程工作量 Effort： E = V × D = V/L^ .
软件产品质量度量
（1）基于标准的度量和评估：ISO/IEC 25010软件质量模型。
（2）其他量化指标： ①技术债务比率（technical debt ratio）； ②可维护性指数（maintainability index）； ③重复代码率（duplicated code percentage）； ④缺陷密度（defect density）； ⑤平均故障间隔时间（MTBF, mean time between failures）；⑥用户满意度指数（CSI, customer satisfaction index）。
其他量化指标
2.8 易混淆点
2.9 小测关联
第一次小测已考：
- 软件度量定义；
- 4P 中的软件项目、软件开发过程、软件产品；
- 产品结构度量四类；
- 耦合类型；
- 圈复杂度三个等价公式。
2.10 本章复习检查题
填空题
- 软件度量是对软件项目、________、________和________进行数据定义、收集及分析的持续性量化过程。
- 软件产品结构度量主要包含扇入和扇出、________、和。
- 圈复杂度的三个常用公式为 。
选择题
- “一个模块调用很多下级模块”主要对应：A. 扇入 B. 扇出 C. 内聚 D. 质量模型
- 下列内聚中最高的是：A. 偶然内聚 B. 逻辑内聚 C. 功能内聚 D. 时间内聚
判断题
- 高耦合通常有利于软件维护。
- 圈复杂度可以用判定节点数加 1 计算。
- 扇入过高一定总是好事。
参考答案
- 填空：软件开发过程、软件产品、人；耦合度、内聚度、复杂度；$E-N+2P$ 或单连通时 $E-N+2$、$J+1$、$R$。
- 选择：B；C。
- 判断：错；对；错。
第6章总复习框架
一句话总结
第6章讲的是：
如何用量化数据对软件项目、软件过程、软件产品和人/团队进行评估，从而支持预测、评估、控制和改进软件质量。
第6章客观题必背清单
A. 填空题重点
- 软件度量是对软件项目、软件开发过程、软件产品和人进行数据定义、收集及分析的持续性量化过程。
- 软件度量简称 4P 度量。
- 4P 包括 Project、Process、Product、People。
- 软件项目度量包括项目规模、项目成本、项目进度、客户满意度。
- 软件规模度量方法包括 LOC、FPA、OP、UCP、COSMIC、故事点。
- FPA 五类功能组件：ILF、EIF、EI、EO、EQ。
- 项目进度度量方法包括甘特图、燃尽图、关键路径法、挣值分析法、看板。
- 挣值分析三个核心指标：PV、EV、AC。
- 软件产品度量包括软件结构度量和软件质量度量。
- 软件产品结构度量包括扇入/扇出、耦合度、内聚度、复杂度。
- 耦合度最高的是内容耦合。
- 内聚度最高的是功能内聚，最低的是偶然内聚。
- 圈复杂度公式： $$ V(G)=e-n+2p $$ 连通图中： $$ V(G)=e-n+2 $$
- 圈复杂度也等于判定节点数 + 1。
- Halstead 复杂度基于操作符和操作数数量。
- 软件质量度量可基于 ISO/IEC 25010 软件质量模型。
- MTBF 是平均故障间隔时间。
- CSI 是用户满意度指数。
B. 选择题重点
C. 判断题易错点
- 软件度量只用于项目结束后的验收阶段。 错。计划、开发、验收阶段都可以用。
- LOC 简单直观，但会受到语言和编程风格影响。 对。
- 功能点分析法依赖具体编程语言。 错。FPA 与语言和技术实现无关。
- EO 和 EQ 都是输出信息，因此没有区别。 错。EO 包含计算/推导/派生数据，EQ 只是查询检索。
- 挣值分析法同时考虑项目进度和成本。 对。
- SV 小于 0 表示进度超前。 错。SV 小于 0 表示进度落后。
- CV 小于 0 表示成本超支。 对。
- SPI 小于 1 表示进度效率低于预期。 对。
- CPI 小于 1 表示成本效率低于预期。 对。
- 高扇出通常说明模块依赖较多，复杂度可能较高。 对。
- 耦合度越高越好。 错。一般低耦合更好。
- 内聚度越高越好。 对。
- 内容耦合是耦合度最高的一种。 对。
- 功能内聚是内聚度最高的一种。 对。
- 圈复杂度越高，程序通常越容易测试和维护。 错。圈复杂度越高越难测试和维护。
- Halstead 的 N 是源代码行数。 错。N 是 Halstead 程序长度，不是 LOC。
第6章主观题可能考法
虽然第6章主要偏客观题，但也可能出情景题。
情景1：给一个项目，让你选择规模度量方法
答题模板：
- 如果在需求分析早期，代码尚未实现，可选 功能点分析法 FPA 或 用例点法 UCP。
- 如果已有代码，可用 LOC。
- 如果是敏捷项目，可用 故事点。
- 如果是实时、嵌入式系统，可考虑 COSMIC 方法。
- 说明选择原因：项目阶段、可用信息、估算目标。
情景2：给 PV、EV、AC，让你分析项目状态
答题模板：
- 写出三个指标含义：
- PV：计划价值；
- EV：挣值；
- AC：实际成本。
- 计算： $$ SV=EV-PV $$ $$ CV=EV-AC $$ $$ SPI=EV/PV $$ $$ CPI=EV/AC $$
- 判断：
- SV < 0：进度落后；
- SV > 0：进度超前；
- CV < 0：成本超支；
- CV > 0：成本节省；
- SPI < 1：进度效率低；
- CPI < 1：成本效率低。
情景3：给一个模块结构，让你分析结构质量
答题模板：
- 看扇入：
- 扇入高可能说明复用性高；
- 但过高可能职责过多、内聚下降。
- 看扇出：
- 扇出高说明依赖多、复杂度高；
- 可能需要引入中间层。
- 看耦合：
- 尽量降低耦合；
- 避免内容耦合、公共耦合；
- 优先数据耦合、消息耦合。
- 看内聚：
- 提高内聚；
- 目标是功能内聚；
- 避免偶然内聚、逻辑内聚。
情景4：给控制流图，让你算圈复杂度
答题模板：
- 如果给边数 e、节点数 n： $$ V(G)=e-n+2 $$
- 如果给判定节点数： $$ V(G)=判定节点数+1 $$
- 如果给区域数： $$ V(G)=R $$
- 解释含义：
- 圈复杂度表示线性无关路径数；
- 也是最少测试路径条数；
- 值越高，代码越复杂，越难测试和维护。
第6章最终记忆主线
你复习第6章时可以抓住这条线：
软件度量先分 4P：项目、过程、产品、人。 项目度量看规模、成本、进度、客户满意度。 过程度量看流程效率、资源利用、缺陷、成熟度。 产品度量看结构和质量。 结构度量重点是扇入扇出、耦合、内聚、圈复杂度、Halstead、CK。 质量度量重点是 ISO/IEC 25010、缺陷密度、MTBF、CSI 等指标。
第6章最需要优先背的是：
- 4P 度量定义；
- FPA 五类功能点：ILF、EIF、EI、EO、EQ；
- 挣值分析 PV、EV、AC、SV、CV、SPI、CPI；
- 扇入/扇出定义；
- 耦合类型与最高/最低耦合；
- 内聚类型从高到低排序；
- 圈复杂度三个计算方法；
- Halstead 中 n1、n2、N1、N2 的含义；
- CK 度量元常见指标；
- 产品质量度量指标：缺陷密度、MTBF、CSI 等。