軟件與軟件工程-軟件實(shí)現(xiàn)

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軟件實(shí)現(xiàn)本章概述本章首先介紹編程語言的發(fā)展與分類，其次講述選擇編程語言需要考慮的因素，然后針對(duì)編程風(fēng)格與規(guī)范進(jìn)行闡述。接著簡(jiǎn)述面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)，最后講述代碼重用以及分析和評(píng)估代碼質(zhì)量的相關(guān)內(nèi)容。本章目標(biāo)：了解編程語言的發(fā)展和分類了解選擇編程語言時(shí)所需考慮的因素掌握良好的編程風(fēng)格與編碼規(guī)范熟悉面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)了解代碼重用了解分析和評(píng)價(jià)代碼的質(zhì)量目錄310.2編程風(fēng)格10.3面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)10.1編程語言10.1編程語言編程語言在軟件設(shè)計(jì)階段，得到了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)的解決方案，并用模型圖、偽代碼等設(shè)計(jì)語言表述出來。編碼的過程就是把軟件設(shè)計(jì)階段得到的解決方案轉(zhuǎn)化為可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件產(chǎn)品的過程。選擇合適的編程語言是編碼過程的關(guān)鍵。可以說，編程語言是人與計(jì)算機(jī)交互的基本工具，它定義了一組計(jì)算機(jī)的語法規(guī)則，通過這些語法規(guī)則可以把人的意圖、思想等轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以理解的指令，進(jìn)而讓計(jì)算機(jī)幫助人類完成某些任務(wù)。軟件開發(fā)人員通過使用編程語言來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)的功能。510.1.1編程語言的發(fā)展與分類機(jī)器語言7機(jī)器語言是最早的編程語言，是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別、執(zhí)行的指令代碼。機(jī)器語言使用0和1為代碼編寫程序，可以直接被計(jì)算機(jī)CPU識(shí)別，從而操縱計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)行。這一特性意味著語言必須基于機(jī)器的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，即不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)不同的機(jī)器語言。機(jī)器語言可以直接操縱硬件，執(zhí)行速度快，但是對(duì)程序員要求很高，程序直觀性差、容易出錯(cuò)，且不能直接移植匯編語言匯編語言和機(jī)器語言一樣具有“面向機(jī)器”屬性，同樣不具備移植能力，通常為特定型號(hào)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，用于高效訪問。匯編語言用一組助記符代替機(jī)器語言的二進(jìn)制代碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)代替地址碼，比機(jī)器語言直觀。也正因如此匯編語言不能被機(jī)器直接識(shí)別，需要特定翻譯程序?qū)R編語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言，也就是“匯編”過程，相應(yīng)翻譯程序就稱為匯編程序8高級(jí)語言高級(jí)語言使用類似英文的語句來表示語義，更容易理解，且不依賴于特定硬件，能夠在不同計(jì)算機(jī)之間移植。高級(jí)語言可以分為面向過程和面向?qū)ο髢深?。面向過程語言如Fortran，basic等使用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)、過程抽象等概念體現(xiàn)客觀事物的結(jié)構(gòu)和邏輯含義。面向?qū)ο笳Z言如C++，將客觀事物看成具有屬性和行為的對(duì)象，并把一系列具有相似屬性和行為的對(duì)象抽象為類，可以更直觀地描述客觀存在的事物屬性即相互關(guān)系。9超高級(jí)語言超高級(jí)語言對(duì)數(shù)據(jù)處理和過程描述進(jìn)行了更高級(jí)抽象，一般由特定的知識(shí)庫和方法庫支持，例如與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的查詢語言等，其目的在于直接實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)。10幾種流行的語言Python一種面向?qū)ο?，解釋性的語言。它具有強(qiáng)大的庫，也被稱為膠水語言，因?yàn)樗梢月?lián)結(jié)用不同語言制作的各種模塊。在實(shí)際開發(fā)中，可以使用Python建立程序原型，對(duì)具體部分用更合適的語言編寫，最后封裝為擴(kuò)展類庫由Python調(diào)用。C一種面向過程語言，兼具高級(jí)語言和匯編語言的特點(diǎn)，常用于系統(tǒng)級(jí)別的程序設(shè)計(jì)。它比其他高級(jí)語言更接近計(jì)算機(jī)底層，執(zhí)行效率很高。11幾種流行的語言Java一種純面向?qū)ο蟮恼Z言，繼承了C/C++的風(fēng)格，但舍棄了如指針等不易掌握的特性。在編譯時(shí)Java源代碼會(huì)被編譯為虛擬機(jī)中間代碼，然后這些代碼再在具體應(yīng)用平臺(tái)的虛擬機(jī)執(zhí)行，這一特性賦予了Java極強(qiáng)的移植性。C++作為C語言的擴(kuò)展，添加了面向?qū)ο蟮刃绿匦?，是原生?yīng)用程序開發(fā)的首選語言。在性能要求高的編輯領(lǐng)域往往都使用C++編寫。12幾種流行的語言13TIOBE編程語言排行榜，可見Python，Java和C系列語言占主要份額。選擇編程語言需考慮的因素進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)待開發(fā)軟件的特征及開發(fā)團(tuán)隊(duì)的情況考慮使用合適的編程語言。因?yàn)椴煌木幊陶Z言有各自不同的特點(diǎn)，有些時(shí)候，軟件開發(fā)人員在選擇時(shí)經(jīng)常感到很矛盾。這時(shí)候，軟件開發(fā)人員應(yīng)該從主要問題入手，對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行平衡。在選擇編程語言時(shí)，通常需考慮以下因素。待開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，即項(xiàng)目的應(yīng)用范圍：不同領(lǐng)域可能適合不同的語言。用戶的要求：應(yīng)盡量使用用戶熟悉的語言(如果有)。將使用何種工具進(jìn)行軟件開發(fā)：應(yīng)當(dāng)根據(jù)開發(fā)軟件選定語言，以提高開發(fā)效率。軟件開發(fā)人員的喜好和能力：采用開發(fā)人員熟悉的語言，可以節(jié)省開發(fā)人員學(xué)習(xí)資源，加快進(jìn)度。軟件的可移植性要求：可移植性好的語言可以使軟件方便地在不同計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：需注意有一些語言并不適合完成復(fù)雜度較高的計(jì)算。平臺(tái)支持：某些編程語言只能在指定的部分平臺(tái)上才能使用。1410.2編程風(fēng)格編程風(fēng)格編程風(fēng)格是指源程序的書寫習(xí)慣，比如變量的命名規(guī)則、代碼的注釋方法、縮進(jìn)等。具有良好編程風(fēng)格的源程序具有較強(qiáng)的可讀性、可維護(hù)性，同時(shí)還能提高團(tuán)隊(duì)開發(fā)的效率。良好的個(gè)人編程風(fēng)格是一個(gè)優(yōu)秀程序員素質(zhì)的一部分，項(xiàng)目?jī)?nèi)部相對(duì)統(tǒng)一的編稱風(fēng)格也使得該項(xiàng)目的版本管理、代碼評(píng)審等軟件工程相關(guān)工作更容易實(shí)現(xiàn)。在大型軟件開發(fā)項(xiàng)目中，為了控制軟件開發(fā)的質(zhì)量，保證軟件開發(fā)的一致性，遵循一定的編程風(fēng)格尤為重要。16要做到按照良好的編程風(fēng)格進(jìn)行編程，可從以下幾點(diǎn)入手版權(quán)和版本聲明。應(yīng)該在每個(gè)代碼文件的開頭對(duì)代碼的版權(quán)和版本進(jìn)行聲明，主要內(nèi)容有：版權(quán)信息。文件名稱，標(biāo)識(shí)符，摘要。當(dāng)前版本號(hào)，作者/修改者，完成日期。版本歷史信息。

版權(quán)和版本聲明是對(duì)代碼文件的一個(gè)簡(jiǎn)要介紹，包括了文件的主要功能、編寫者、完成和修改時(shí)間等信息。添加版權(quán)和版本聲明使得代碼更加容易閱讀和管理。17要做到按照良好的編程風(fēng)格進(jìn)行編程，可從以下幾點(diǎn)入手2.程序版式：在程序編寫過程中應(yīng)該注意代碼的版式，使代碼更加清晰易讀。對(duì)空行、空格的使用及對(duì)縮進(jìn)的控制與程序的視覺效果密切相關(guān)。好的代碼版式?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但有一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的規(guī)則，如：每個(gè)類聲明和函數(shù)定義后加空行；函數(shù)體內(nèi)邏輯上不密切的地方加空行分隔；一行代碼只做一件事情；關(guān)鍵字單獨(dú)占一行，執(zhí)行語句不得緊跟，且要加上{}；關(guān)鍵字和“,”后留空格等等。3.注釋:注釋闡述了程序的細(xì)節(jié)，是軟件開發(fā)人員之間以及開發(fā)人員和用戶之間進(jìn)行交流的重要途徑。做好注釋工作有利于日后的軟件維護(hù)。注釋也需要遵循一定的規(guī)則，比如注釋需要提供哪些方面的信息、注釋的格式、注釋的位置等。4.命名規(guī)則:事實(shí)上，沒有一種命名規(guī)則可以讓所有的編程人員都贊同，在不同的編程語言、不同的操作系統(tǒng)、不同的集成開發(fā)環(huán)境中，使用的命名規(guī)則可能不盡相同。因此，軟件開發(fā)中僅需要制定一種令大多數(shù)項(xiàng)目成員滿意的命名規(guī)則，并在項(xiàng)目中貫徹實(shí)施。18要做到按照良好的編程風(fēng)格進(jìn)行編程，可從以下幾點(diǎn)入手5.數(shù)據(jù)說明為了使數(shù)據(jù)更容易理解和維護(hù)，需要遵循一定的原則來進(jìn)行數(shù)據(jù)說明，如說明次序，添加注釋等。6.語句構(gòu)造語句構(gòu)造是編寫代碼的一個(gè)重要任務(wù)。語句構(gòu)造的原則和方法在編程階段尤為重要。7.輸入輸出軟件系統(tǒng)的輸入輸出部分與用戶的關(guān)系比較緊密，良好的輸入輸出的實(shí)現(xiàn)能夠直接提高用戶對(duì)系統(tǒng)的滿意度。8.效率效率是對(duì)計(jì)算機(jī)資源利用率的度量，它主要是指程序的運(yùn)行時(shí)間和存儲(chǔ)器容量?jī)蓚€(gè)方面。源程序的運(yùn)行時(shí)間主要取決于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段確定的算法?？梢允褂糜糜诖a優(yōu)化的編譯程序來減少程序的運(yùn)行時(shí)間。使用較少的存儲(chǔ)單元可以提高存儲(chǔ)器的效率。1910.3面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)主要是指把面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的結(jié)果翻譯成用某種程序語言書寫的面向?qū)ο蟪绦?。在開發(fā)過程中，類的實(shí)現(xiàn)是核心問題。在用面向?qū)ο箫L(fēng)格所寫的系統(tǒng)中，所有的數(shù)據(jù)都被封裝在類的實(shí)例中。而整個(gè)程序則被封裝在一個(gè)更高級(jí)的類中。在使用既存部件的面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，可以只花費(fèi)少量時(shí)間和工作量來實(shí)現(xiàn)軟件。只要增加類的實(shí)例，開發(fā)少量的新類和實(shí)現(xiàn)各個(gè)對(duì)象之間互相通信的操作，就能建立需要的軟件。在面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)中，涉及到的主要技術(shù)有：類的封裝和信息隱藏、類繼承、多態(tài)和重載、模板、持久保存對(duì)象、參數(shù)化類、異常處理等。2110.4代碼重用代碼重用重用也稱為再用或復(fù)用，是指同一事物（代碼）不做修改或稍加改動(dòng)就可以多次重復(fù)利用，是降低軟件成本，提高效率和質(zhì)量的有效途徑。廣義地說，軟件重用可分為3個(gè)層次：知識(shí)重用，方法重用和標(biāo)準(zhǔn)重用，軟件成分重用。代碼重用屬于軟件成分重用。代碼重用是使用已有的代碼構(gòu)造或編寫新系統(tǒng)，代碼形式包括二進(jìn)制目標(biāo)代碼和源代碼。代碼重用可以減低編寫難度，減少工作量，保證軟件的質(zhì)量（被重用代碼往往已經(jīng)被充分測(cè)試）。通常將代碼重用理解為調(diào)用庫中的模塊，實(shí)際上代碼重用也有如下幾種方式：源代碼剪貼：最原始的形式，問題在于復(fù)制時(shí)的出錯(cuò)，以及配置管理問題導(dǎo)致無法跟蹤原始代碼的重用。源代碼包含：許多語言提供包含庫中源代碼的機(jī)制，使用這種方法時(shí)配置管理問題有所緩解，因?yàn)樾薷脑即a后所有包含它的程序都需要重新編譯。繼承：利用繼承機(jī)制重用類時(shí)不需要修改已有代碼，就可以擴(kuò)充或具體化類，幾乎不存在配置管理問題。23開源代碼重用目前80%以上的IT產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品重用了開源代碼，GitHub上的開源項(xiàng)目截至2021年1月已有5421萬個(gè)，OpenHub索引的代碼超過873億行。開源軟件資源豐富，但要進(jìn)行有效重用存在一定難度。一方面是開源許可證侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，另一方面是開源代碼需要及時(shí)更新，以免舊代碼被攻破漏洞。2410.3分析和評(píng)價(jià)代碼質(zhì)量評(píng)估代碼質(zhì)量好的代碼一定是整潔的，能夠幫助閱讀者快速理解定位，加快開發(fā)迭代速度，常見的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：可讀性：命名是否達(dá)意，注釋是否詳盡，函數(shù)是否長(zhǎng)短合適，模