哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件工程課件

哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件工程軟件工程是系統(tǒng)性地組織和管理信息系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程的學(xué)科。軟件工程注重軟件質(zhì)量、效率和可維護(hù)性。1.課程簡(jiǎn)介11本課程旨在為學(xué)生提供軟件工程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)地分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)軟件的能力。22課程內(nèi)容涵蓋軟件工程的基本概念、軟件生命周期模型、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試、軟件維護(hù)等方面。33通過(guò)課堂教學(xué)、案例分析、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等多種教學(xué)方式，使學(xué)生掌握軟件工程的基本理論和方法，并能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行軟件開發(fā)實(shí)踐。2.軟件工程的概述定義和目標(biāo)軟件工程是一門系統(tǒng)化、規(guī)范化、可量化的學(xué)科，它關(guān)注如何以經(jīng)濟(jì)有效的方式開發(fā)和維護(hù)高質(zhì)量的軟件。工程原則軟件工程強(qiáng)調(diào)應(yīng)用工程原則和方法，以提高軟件開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，增強(qiáng)軟件可維護(hù)性和可重用性。關(guān)鍵要素軟件工程涉及軟件需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、維護(hù)等多個(gè)階段，每個(gè)階段都有一套完整的流程和規(guī)范。3.軟件生命周期1需求分析理解用戶需求，確定軟件功能和性能。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)，確定模塊劃分和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3編碼實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)文檔，編寫代碼實(shí)現(xiàn)軟件功能。4測(cè)試驗(yàn)證對(duì)軟件進(jìn)行單元測(cè)試，集成測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試，確保軟件質(zhì)量。5部署維護(hù)將軟件部署到目標(biāo)環(huán)境，并進(jìn)行后續(xù)維護(hù)和升級(jí)。4.需求分析需求獲取通過(guò)與用戶溝通、觀察用戶行為、收集用戶反饋等方式，獲取用戶的需求，并將其轉(zhuǎn)化為具體的、可測(cè)量的需求。需求分析對(duì)獲取到的用戶需求進(jìn)行分析和整理，明確系統(tǒng)功能、性能、安全、可靠性等方面的具體要求。需求文檔將分析后的需求整理成文檔，包括功能需求、性能需求、用戶界面需求、數(shù)據(jù)需求等。需求驗(yàn)證與用戶確認(rèn)需求文檔，確保需求準(zhǔn)確、完整、一致。5.系統(tǒng)設(shè)計(jì)1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，定義各個(gè)模塊的功能和職責(zé)，以及它們之間的交互關(guān)系。2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型，包括實(shí)體、屬性、關(guān)系等，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。3接口設(shè)計(jì)定義系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間、系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的交互方式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和安全性。4用戶界面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用戶與系統(tǒng)交互的界面，包括界面布局、導(dǎo)航、信息展示等，提供良好的用戶體驗(yàn)。6.體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1系統(tǒng)架構(gòu)定義軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)2模塊架構(gòu)劃分軟件系統(tǒng)的功能模塊3數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)的關(guān)鍵階段。它定義了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)提供指導(dǎo)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮系統(tǒng)的性能、可靠性、可擴(kuò)展性、安全性等因素，并根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的架構(gòu)模式。7.模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)是軟件設(shè)計(jì)的重要組成部分，它將整個(gè)系統(tǒng)分解成多個(gè)獨(dú)立的功能模塊，這些模塊之間通過(guò)接口進(jìn)行交互。每個(gè)模塊都有明確的功能定義和獨(dú)立的代碼實(shí)現(xiàn)，便于開發(fā)、測(cè)試和維護(hù)。1模塊分解將系統(tǒng)分解為可管理的模塊，提高代碼可讀性、可維護(hù)性和可重用性。2模塊間通信設(shè)計(jì)模塊之間的接口，確保模塊間能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和功能調(diào)用。3模塊測(cè)試對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試，確保模塊的功能和性能符合設(shè)計(jì)要求。模塊設(shè)計(jì)需要考慮模塊間的耦合度和內(nèi)聚性，以及模塊的粒度和復(fù)雜度。良好的模塊設(shè)計(jì)可以提高軟件開發(fā)效率，降低軟件維護(hù)成本，提高軟件質(zhì)量。8.數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)建模確定數(shù)據(jù)模型，包含實(shí)體、屬性、關(guān)系等，使用ER圖等工具可視化展示。2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)，根據(jù)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、表結(jié)構(gòu)、索引等。3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)策略。9.代碼實(shí)現(xiàn)編程語(yǔ)言選擇合適的編程語(yǔ)言，例如Java、C++、Python等，根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的語(yǔ)言。代碼規(guī)范遵循代碼規(guī)范，例如命名規(guī)范、代碼風(fēng)格、注釋規(guī)范等，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。模塊化設(shè)計(jì)將代碼劃分為不同的模塊，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)特定的功能，提高代碼復(fù)用率。單元測(cè)試編寫單元測(cè)試用例，確保代碼的正確性和穩(wěn)定性。代碼審查進(jìn)行代碼審查，確保代碼質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。版本控制使用版本控制系統(tǒng)，例如Git，管理代碼的版本。10.單元測(cè)試1準(zhǔn)備測(cè)試環(huán)境安裝測(cè)試框架和依賴庫(kù)。2編寫測(cè)試用例針對(duì)每個(gè)模塊和函數(shù)編寫測(cè)試用例，覆蓋不同輸入和邊界條件。3執(zhí)行測(cè)試用例運(yùn)行測(cè)試用例并檢查測(cè)試結(jié)果。4修復(fù)錯(cuò)誤根據(jù)測(cè)試結(jié)果修改代碼，并重新執(zhí)行測(cè)試。單元測(cè)試是軟件開發(fā)中不可或缺的一部分，它可以幫助開發(fā)人員盡早發(fā)現(xiàn)并修復(fù)代碼中的錯(cuò)誤，提高代碼質(zhì)量。11.集成測(cè)試1系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)是否滿足需求2集成測(cè)試驗(yàn)證模塊之間的交互是否正確3單元測(cè)試驗(yàn)證單個(gè)模塊是否按預(yù)期工作集成測(cè)試是軟件測(cè)試過(guò)程中一個(gè)重要步驟，它旨在驗(yàn)證各個(gè)模塊之間的交互是否正確。通過(guò)集成測(cè)試，確保各個(gè)模塊能夠協(xié)同工作并實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。12.系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試是在軟件開發(fā)的最后階段進(jìn)行的測(cè)試，旨在驗(yàn)證軟件是否滿足用戶需求。1功能測(cè)試驗(yàn)證軟件功能是否符合需求。2性能測(cè)試評(píng)估軟件性能指標(biāo)。3安全測(cè)試評(píng)估軟件安全漏洞。4兼容性測(cè)試驗(yàn)證軟件在不同平臺(tái)上的兼容性。系統(tǒng)測(cè)試通常由專門的測(cè)試團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，并使用各種測(cè)試工具和技術(shù)來(lái)執(zhí)行。13.驗(yàn)收測(cè)試1定義范圍驗(yàn)收測(cè)試是軟件開發(fā)過(guò)程的最后階段，確保軟件滿足用戶需求和預(yù)期的功能。2測(cè)試計(jì)劃基于軟件需求和規(guī)格說(shuō)明書制定測(cè)試計(jì)劃，包括測(cè)試用例、測(cè)試環(huán)境和時(shí)間表。3執(zhí)行測(cè)試按照測(cè)試計(jì)劃執(zhí)行測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果，并分析測(cè)試結(jié)果以確保軟件質(zhì)量。4測(cè)試報(bào)告根據(jù)測(cè)試結(jié)果撰寫測(cè)試報(bào)告，總結(jié)測(cè)試過(guò)程和結(jié)果，并提出改進(jìn)建議。14.軟件維護(hù)糾正性維護(hù)修復(fù)軟件缺陷或錯(cuò)誤，保證軟件的正常運(yùn)行。適應(yīng)性維護(hù)根據(jù)環(huán)境的變化，修改軟件以適應(yīng)新的需求。完善性維護(hù)改進(jìn)軟件的功能或性能，滿足用戶新的需求。預(yù)防性維護(hù)改進(jìn)軟件的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)，提高軟件的可靠性和可維護(hù)性，預(yù)防潛在的問題。15.軟件質(zhì)量保證質(zhì)量保證目標(biāo)保證軟件產(chǎn)品滿足用戶需求，并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。例如，可靠性、性能、安全性等指標(biāo)。質(zhì)量保證方法采用各種方法確保軟件質(zhì)量，包括代碼審查、測(cè)試、靜態(tài)分析等。此外，還需要重視軟件過(guò)程的質(zhì)量控制，例如需求管理、設(shè)計(jì)評(píng)審等。16.軟件項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目管理需要有效的團(tuán)隊(duì)合作，確保所有成員共同努力，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)。時(shí)間安排制定合理的時(shí)間安排，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行，并控制項(xiàng)目進(jìn)度。預(yù)算控制管理項(xiàng)目預(yù)算，確保項(xiàng)目在預(yù)算范圍內(nèi)完成，并進(jìn)行成本控制。風(fēng)險(xiǎn)管理識(shí)別和評(píng)估項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。18.軟件過(guò)程模型瀑布模型瀑布模型是一種線性、順序的軟件開發(fā)模型，它將軟件開發(fā)過(guò)程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都必須完成才能進(jìn)入下一個(gè)階段。敏捷開發(fā)模型敏捷開發(fā)模型是一種迭代、增量式的軟件開發(fā)模型，它強(qiáng)調(diào)快速迭代、靈活調(diào)整和客戶反饋。螺旋模型螺旋模型是一種風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的軟件開發(fā)模型，它將瀑布模型與原型模型結(jié)合起來(lái)，并在每個(gè)階段都進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和控制。18.軟件工程工具版本控制工具例如Git、SVN等，用于管理代碼版本，跟蹤代碼變更，協(xié)作開發(fā)。項(xiàng)目管理工具例如Jira、Trello等，用于規(guī)劃項(xiàng)目，跟蹤進(jìn)度，協(xié)作工作。代碼編輯器例如VSCode、SublimeText等，用于編寫代碼，提供代碼提示，調(diào)試等功能。集成開發(fā)環(huán)境例如Eclipse、IntelliJIDEA等，提供完整的開發(fā)工具鏈，包括代碼編輯，調(diào)試，測(cè)試，部署等功能。19.軟件開發(fā)方法論瀑布模型瀑布模型是一種傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過(guò)程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有明確的輸出和輸入，且每個(gè)階段都必須完成才能進(jìn)入下一個(gè)階段。敏捷開發(fā)敏捷開發(fā)是一種以人為本的軟件開發(fā)方法論，強(qiáng)調(diào)快速迭代、持續(xù)反饋和靈活應(yīng)變，并鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)合作和溝通。螺旋模型螺旋模型是一種將瀑布模型和原型模型結(jié)合起來(lái)的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過(guò)程劃分為多個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)都包含需求分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和評(píng)估等階段。迭代模型迭代模型是一種逐步細(xì)化和完善軟件系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過(guò)程劃分為多個(gè)迭代，每個(gè)迭代都包含需求分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和部署等階段。20.面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)面向?qū)ο蠓治雒嫦驅(qū)ο蠓治?OOA)側(cè)重于從現(xiàn)實(shí)世界中識(shí)別對(duì)象和類。它將問題域分解為一系列相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都具有特定的屬性和行為。識(shí)別對(duì)象和類定義對(duì)象和類之間的關(guān)系構(gòu)建系統(tǒng)模型面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)(OOD)側(cè)重于將分析階段確定的對(duì)象和類轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)和可重用性。設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)定義類和對(duì)象之間的交互實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式可重用解決方案設(shè)計(jì)模式提供可重用解決方案，解決軟件開發(fā)中的常見問題。協(xié)作與溝通設(shè)計(jì)模式促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員之間更好地溝通，協(xié)作開發(fā)更一致、可維護(hù)的代碼。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)模式幫助構(gòu)建靈活、可擴(kuò)展的軟件系統(tǒng)架構(gòu)，適應(yīng)未來(lái)需求變化。22.軟件重構(gòu)11.代碼優(yōu)化改善代碼結(jié)構(gòu)，提高可讀性、可維護(hù)性，降低復(fù)雜度。22.性能提升通過(guò)代碼重構(gòu)，優(yōu)化算法，減少資源消耗，提升軟件性能。33.擴(kuò)展性增強(qiáng)改進(jìn)代碼設(shè)計(jì)，使軟件更容易擴(kuò)展，適應(yīng)未來(lái)的需求變化。44.錯(cuò)誤修復(fù)重構(gòu)可以幫助定位并修復(fù)代碼中的潛在問題，提高軟件可靠性。持續(xù)集成和持續(xù)交付持續(xù)集成代碼更改頻繁集成到主分支，并運(yùn)行自動(dòng)測(cè)試，確保代碼質(zhì)量。持續(xù)交付將軟件構(gòu)建并自動(dòng)部署到生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)快速迭代發(fā)布。自動(dòng)化流程構(gòu)建、測(cè)試、部署等流程自動(dòng)化，提高效率，降低錯(cuò)誤率。24.敏捷軟件開發(fā)敏捷開發(fā)方法論以迭代和增量的方式交付軟件。強(qiáng)調(diào)客戶參與、快速反饋、持續(xù)改進(jìn)。ScrumKanban極限編程(XP)敏捷開發(fā)原則個(gè)人和互動(dòng)高于流程和工具可工作的軟件高于詳盡的文檔客戶合作高于合同談判響應(yīng)變化高于遵循計(jì)劃26.DevOps自動(dòng)化DevOps強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化流程，以提高效率，降低出錯(cuò)率。協(xié)作DevOps將開發(fā)、運(yùn)維和安全團(tuán)隊(duì)緊密合作，實(shí)現(xiàn)快速迭代和持續(xù)交付。持續(xù)交付DevOps通過(guò)持續(xù)集成和持續(xù)交付，確保軟件快速、可靠地交付給用戶。監(jiān)控DevOps利用監(jiān)控工具收集數(shù)據(jù)，幫助識(shí)別潛在問題，提高軟件穩(wěn)定性。軟件工程前沿技術(shù)11.云原生軟件工程利用云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軟件的開發(fā)、部署和運(yùn)維。22.人工智能軟件工程將人工智能技術(shù)應(yīng)用于軟件開發(fā)過(guò)程中，提高效率和質(zhì)量。33.區(qū)塊鏈軟件工程利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建可信、安全和透明的軟件系統(tǒng)。44.軟件工程倫理探討軟件開發(fā)過(guò)程中涉及的倫理問題，確保軟件的社會(huì)責(zé)任。27.實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)合作學(xué)生們組成團(tuán)隊(duì)，共同完成軟件項(xiàng)目，培養(yǎng)協(xié)作能力。課堂實(shí)踐教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。編程練習(xí)學(xué)生們進(jìn)行大量的編程練習(xí)，掌握軟件開發(fā)技能。項(xiàng)目展示學(xué)生們將完成的軟件項(xiàng)目進(jìn)行展示，分享經(jīng)驗(yàn)和成果。課程總結(jié)知識(shí)體系軟件工程涵蓋軟件開發(fā)生命周期的各個(gè)階段，從需求分析到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和維護(hù)。實(shí)踐能力本課程注重實(shí)踐，通過(guò)項(xiàng)目案例鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，掌握軟件開發(fā)的流程和方法。團(tuán)隊(duì)合作軟件工程是一個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的學(xué)科，課程中包含團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的溝通和協(xié)作能力。