計(jì)算機(jī)軟件工程基礎(chǔ)課件,高等教育出版社,第

計(jì)算機(jī)軟件工程基礎(chǔ)軟件工程是將工程化方法應(yīng)用于軟件開發(fā)和維護(hù)的系統(tǒng)化方法，旨在以更有效、更可控的方式構(gòu)建高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。軟件工程的發(fā)展歷程1早期階段20世紀(jì)50年代至60年代，軟件開發(fā)主要依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，缺乏規(guī)范和方法。2軟件危機(jī)20世紀(jì)60年代末，軟件開發(fā)面臨著成本增加、進(jìn)度延誤、質(zhì)量低劣等問題。3軟件工程的出現(xiàn)20世紀(jì)70年代，軟件工程的概念被提出，旨在解決軟件危機(jī)，提高軟件開發(fā)效率和質(zhì)量。4結(jié)構(gòu)化方法20世紀(jì)70年代至80年代，結(jié)構(gòu)化方法成為主流，強(qiáng)調(diào)自頂向下、逐步細(xì)化、模塊化等。5面向?qū)ο蠓椒?0世紀(jì)80年代后期，面向?qū)ο蠓椒ㄅd起，以數(shù)據(jù)和操作為中心，支持代碼復(fù)用。6敏捷開發(fā)21世紀(jì)初，敏捷開發(fā)方法流行，強(qiáng)調(diào)迭代開發(fā)、快速反饋、用戶參與等。軟件工程的定義和特點(diǎn)系統(tǒng)性方法軟件工程采用系統(tǒng)化、規(guī)范化的流程來管理軟件開發(fā)過程，確保質(zhì)量和可維護(hù)性。工程化理念借鑒傳統(tǒng)工程學(xué)科的思想和方法，將軟件開發(fā)過程視為一個(gè)完整的工程項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)合作軟件開發(fā)需要多個(gè)角色的協(xié)作，包括需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和維護(hù)?？删S護(hù)性軟件工程強(qiáng)調(diào)代碼可讀性、可修改性和可擴(kuò)展性，便于后續(xù)維護(hù)和升級(jí)。軟件生命周期軟件生命周期是指軟件從提出到最終退役的全過程。1需求分析明確軟件的功能、性能、可靠性等需求。2設(shè)計(jì)根據(jù)需求設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)、模塊、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。3編碼將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行代碼。4測(cè)試確保軟件滿足需求，并排除錯(cuò)誤。5維護(hù)對(duì)軟件進(jìn)行更新、修復(fù)和改進(jìn)。軟件生命周期是一個(gè)迭代的過程，各個(gè)階段之間相互關(guān)聯(lián)。瀑布模型階段式開發(fā)瀑布模型是軟件開發(fā)過程中最經(jīng)典的模型，它將軟件開發(fā)過程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有明確的目標(biāo)和輸出。線性順序每個(gè)階段的輸出都是下一個(gè)階段的輸入，階段之間嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，不能跳躍或重復(fù)。文檔驅(qū)動(dòng)瀑布模型強(qiáng)調(diào)文檔的重要性，每個(gè)階段都需要產(chǎn)生詳細(xì)的文檔，以記錄開發(fā)過程和結(jié)果。敏捷開發(fā)方法迭代開發(fā)敏捷開發(fā)方法采用迭代式開發(fā)模式，將項(xiàng)目分解成多個(gè)短周期迭代，每個(gè)迭代周期中完成需求分析、設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試?？蛻魠⑴c客戶參與整個(gè)開發(fā)過程，提供反饋，并與開發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密合作，確保軟件符合客戶的需求。持續(xù)改進(jìn)通過每個(gè)迭代的反饋和反思，不斷改進(jìn)開發(fā)流程和軟件質(zhì)量，以滿足客戶不斷變化的需求。團(tuán)隊(duì)協(xié)作敏捷開發(fā)方法強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，團(tuán)隊(duì)成員之間密切溝通和協(xié)調(diào)，共同完成項(xiàng)目開發(fā)。軟件需求獲取與分析需求獲取需求獲取是軟件開發(fā)的第一步，通過與客戶、用戶溝通，收集、整理軟件需求。需求分析需求分析是對(duì)收集到的需求進(jìn)行分析、整理、細(xì)化，確保需求的完整性、一致性、可行性。需求建模需求建模是將軟件需求以圖形或文本的形式進(jìn)行描述，便于理解、溝通和驗(yàn)證。需求驗(yàn)證需求驗(yàn)證是通過評(píng)審、測(cè)試等方式，確保需求的正確性、完整性、一致性和可行性。軟件需求規(guī)格說明11.描述系統(tǒng)功能詳細(xì)描述軟件系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)和功能，包含數(shù)據(jù)輸入、處理和輸出，以及用戶界面交互。22.明確性能指標(biāo)規(guī)定軟件性能指標(biāo)，例如響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、可靠性等，滿足用戶對(duì)軟件性能方面的期望。33.闡述設(shè)計(jì)約束描述軟件開發(fā)中需要遵循的約束條件，例如硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、編程語言等，保證軟件符合特定環(huán)境要求。44.確認(rèn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軟件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，用于驗(yàn)證軟件是否滿足需求規(guī)格說明書中定義的要求。結(jié)構(gòu)化方法與面向?qū)ο蠓椒ńY(jié)構(gòu)化方法結(jié)構(gòu)化方法是一種傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法，重點(diǎn)關(guān)注程序的流程控制和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它采用自頂向下、逐步細(xì)化的方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)，強(qiáng)調(diào)模塊化、層次化和數(shù)據(jù)獨(dú)立性。面向?qū)ο蠓椒嫦驅(qū)ο蠓椒ㄊ且环N現(xiàn)代的軟件開發(fā)方法，重點(diǎn)關(guān)注現(xiàn)實(shí)世界中事物的抽象和封裝。它將軟件系統(tǒng)視為一系列相互交互的對(duì)象，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)和操作的封裝、繼承和多態(tài)性。UML建模語言統(tǒng)一建模語言（UML）是一種標(biāo)準(zhǔn)化的圖形化建模語言，用于可視化、規(guī)范、構(gòu)建和文檔化軟件系統(tǒng)。它為軟件開發(fā)者提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方法，用于描述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和行為。UML包含了一套用于創(chuàng)建各種圖表類型的符號(hào)，這些符號(hào)可以用來表示系統(tǒng)中的不同方面，例如類、對(duì)象、交互和關(guān)系。軟件設(shè)計(jì)原則與模式SOLID原則SOLID原則是一組面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則，旨在提高代碼的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和可重用性。設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模式是針對(duì)軟件設(shè)計(jì)中反復(fù)出現(xiàn)問題的通用解決方案。它們可以提高代碼的可讀性、可重用性和靈活性。架構(gòu)模式架構(gòu)模式提供了一個(gè)高層次的設(shè)計(jì)框架，指導(dǎo)軟件系統(tǒng)的組織和結(jié)構(gòu)。它們可以確保軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和性能。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法11.繼承繼承是子類從父類繼承屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，提高軟件的可維護(hù)性。22.多態(tài)多態(tài)允許對(duì)象以不同的方式響應(yīng)同一個(gè)消息，提高代碼的靈活性，降低代碼復(fù)雜度。33.封裝封裝將數(shù)據(jù)和操作隱藏在對(duì)象內(nèi)部，只暴露必要的接口，提高代碼的安全性。44.抽象抽象是提取對(duì)象的共性，定義抽象類或接口，提高代碼的可擴(kuò)展性。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它決定了軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和組織方式。1系統(tǒng)架構(gòu)定義整個(gè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、組件之間的關(guān)系和交互方式。2子系統(tǒng)架構(gòu)將系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)每個(gè)子系統(tǒng)的架構(gòu)。3模塊架構(gòu)將子系統(tǒng)進(jìn)一步分解為模塊，并設(shè)計(jì)模塊之間的接口和交互方式。4代碼架構(gòu)設(shè)計(jì)代碼的結(jié)構(gòu)和組織方式，包括類、函數(shù)、接口等。架構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循一些原則，例如可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可重用性等，以確保軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和可持續(xù)性。軟件開發(fā)工具集成開發(fā)環(huán)境(IDE)IDE集成各種工具以簡化開發(fā)過程，例如代碼編輯器、調(diào)試器和構(gòu)建工具。常見IDE包括VisualStudio、Eclipse和IntelliJIDEA。版本控制系統(tǒng)版本控制系統(tǒng)跟蹤代碼更改并允許開發(fā)人員協(xié)作。Git是最流行的版本控制系統(tǒng)，它支持分支、合并和回滾。軟件測(cè)試工具測(cè)試工具用于自動(dòng)化測(cè)試過程，幫助發(fā)現(xiàn)并修復(fù)軟件缺陷。JUnit和Selenium是常見的測(cè)試工具。項(xiàng)目管理軟件項(xiàng)目管理軟件有助于規(guī)劃、跟蹤和管理軟件開發(fā)項(xiàng)目，例如Jira、Trello和Asana。軟件測(cè)試基礎(chǔ)測(cè)試的定義軟件測(cè)試是評(píng)估軟件質(zhì)量的過程。發(fā)現(xiàn)軟件缺陷，提高軟件質(zhì)量。測(cè)試的目的確保軟件滿足預(yù)期功能和性能需求。驗(yàn)證軟件的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。測(cè)試的原則盡早測(cè)試，持續(xù)測(cè)試。測(cè)試應(yīng)覆蓋所有代碼路徑，包括邊界情況。測(cè)試類型包括單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試等。每種測(cè)試類型都有其特定的目標(biāo)和方法。單元測(cè)試和集成測(cè)試單元測(cè)試獨(dú)立測(cè)試軟件模塊，驗(yàn)證代碼邏輯。確保模塊功能正確，滿足設(shè)計(jì)需求。集成測(cè)試將經(jīng)過單元測(cè)試的模塊組合起來測(cè)試，檢查接口和數(shù)據(jù)流，保證模塊間協(xié)同工作。系統(tǒng)測(cè)試和驗(yàn)收測(cè)試11.系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足需求規(guī)格說明書中定義的各項(xiàng)功能和性能要求。22.驗(yàn)收測(cè)試由用戶或客戶進(jìn)行的測(cè)試，驗(yàn)證軟件是否滿足用戶實(shí)際需求，是否可以投入使用。33.測(cè)試方法常見的測(cè)試方法包括黑盒測(cè)試、白盒測(cè)試和灰盒測(cè)試。44.測(cè)試過程測(cè)試過程包括測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試用例設(shè)計(jì)、測(cè)試執(zhí)行和測(cè)試報(bào)告。軟件缺陷管理缺陷識(shí)別和報(bào)告及時(shí)識(shí)別和記錄軟件缺陷，并提供詳細(xì)的描述和復(fù)現(xiàn)步驟。缺陷跟蹤和管理使用缺陷跟蹤系統(tǒng)，記錄缺陷狀態(tài)，進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序和分配。缺陷分析和根源定位分析缺陷的原因，并進(jìn)行根源定位，以避免類似缺陷再次出現(xiàn)。軟件質(zhì)量保證質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，例如可靠性、性能、安全性、易用性等。測(cè)試流程制定詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃，進(jìn)行單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試和驗(yàn)收測(cè)試。缺陷管理建立缺陷跟蹤系統(tǒng)，及時(shí)修復(fù)軟件缺陷，確保軟件質(zhì)量。代碼審查定期進(jìn)行代碼審查，找出潛在的錯(cuò)誤和安全漏洞，提高代碼質(zhì)量。軟件項(xiàng)目管理概述軟件項(xiàng)目管理是應(yīng)用管理學(xué)原理、方法和工具，對(duì)軟件開發(fā)過程進(jìn)行計(jì)劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)和控制，以確保軟件項(xiàng)目按時(shí)、按預(yù)算、按質(zhì)量完成的過程。軟件項(xiàng)目管理的目標(biāo)是有效地利用資源，完成項(xiàng)目目標(biāo)，并滿足客戶需求。軟件項(xiàng)目計(jì)劃1項(xiàng)目范圍定義明確項(xiàng)目目標(biāo)、范圍、可交付成果。2工作分解結(jié)構(gòu)將項(xiàng)目劃分為可管理的子任務(wù)。3時(shí)間安排制定每個(gè)任務(wù)的開始和結(jié)束時(shí)間。4資源分配分配人員、設(shè)備、資金等資源。軟件項(xiàng)目計(jì)劃是指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施的藍(lán)圖，是確保項(xiàng)目成功的重要環(huán)節(jié)。項(xiàng)目計(jì)劃應(yīng)詳細(xì)、可執(zhí)行、動(dòng)態(tài)調(diào)整，并與團(tuán)隊(duì)成員溝通協(xié)作。軟件項(xiàng)目跟蹤與控制1進(jìn)度跟蹤監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)度，識(shí)別偏差，及時(shí)調(diào)整計(jì)劃，保證項(xiàng)目按時(shí)完成。2成本控制控制項(xiàng)目預(yù)算，分析成本偏差，采取措施優(yōu)化成本，避免超支。3質(zhì)量管理確保軟件質(zhì)量符合需求，進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，改進(jìn)軟件質(zhì)量。4風(fēng)險(xiǎn)管理識(shí)別項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，制定應(yīng)對(duì)策略，監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)變化，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別項(xiàng)目中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)，如技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、人員風(fēng)險(xiǎn)等。評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)對(duì)每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定其發(fā)生的可能性和影響程度，并進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。制定應(yīng)對(duì)措施針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)，制定具體的應(yīng)對(duì)措施，如規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、減輕風(fēng)險(xiǎn)或接受風(fēng)險(xiǎn)等。監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，要持續(xù)監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)調(diào)整應(yīng)對(duì)措施，確保風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。軟件項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理團(tuán)隊(duì)組建軟件項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的組建至關(guān)重要。需要根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的團(tuán)隊(duì)成員，并確定團(tuán)隊(duì)成員的角色和職責(zé)。團(tuán)隊(duì)成員應(yīng)具備良好的溝通能力、協(xié)作能力、技術(shù)能力和解決問題的能力。團(tuán)隊(duì)溝通有效的團(tuán)隊(duì)溝通是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。要建立良好的溝通機(jī)制，確保團(tuán)隊(duì)成員之間信息及時(shí)共享和有效溝通。常用的溝通方式包括會(huì)議、郵件、即時(shí)通訊工具等。團(tuán)隊(duì)激勵(lì)有效的團(tuán)隊(duì)激勵(lì)可以提高團(tuán)隊(duì)成員的士氣和工作效率。可以采用物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)、精神鼓勵(lì)、晉升機(jī)會(huì)等激勵(lì)措施。要根據(jù)團(tuán)隊(duì)成員的個(gè)人特點(diǎn)和需求制定不同的激勵(lì)方案。團(tuán)隊(duì)管理團(tuán)隊(duì)管理包括團(tuán)隊(duì)成員的績效評(píng)估、技能培訓(xùn)、沖突管理等。要建立科學(xué)的團(tuán)隊(duì)管理制度，確保團(tuán)隊(duì)高效運(yùn)作。團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)具備良好的領(lǐng)導(dǎo)能力、決策能力和人際交往能力。軟件工程倫理專業(yè)操守軟件工程師應(yīng)遵循職業(yè)道德規(guī)范，誠實(shí)守信，維護(hù)軟件行業(yè)聲譽(yù)。團(tuán)隊(duì)合作團(tuán)隊(duì)成員應(yīng)互相尊重，共同協(xié)作，共同完成項(xiàng)目目標(biāo)。安全與隱私開發(fā)的軟件應(yīng)確保用戶數(shù)據(jù)安全，尊重用戶隱私，并符合相關(guān)法律法規(guī)。社會(huì)責(zé)任軟件工程師應(yīng)意識(shí)到軟件對(duì)社會(huì)的影響，努力開發(fā)對(duì)社會(huì)有益的軟件。軟件工程發(fā)展趨勢(shì)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）正在改變軟件開發(fā)流程，自動(dòng)化測(cè)試和代碼生成等任務(wù)，提高軟件效率和質(zhì)量。云計(jì)算云計(jì)算的普及推動(dòng)了軟件開發(fā)的云原生化，采用微服務(wù)架構(gòu)和無服務(wù)器計(jì)算，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性和靈活性。移動(dòng)應(yīng)用程序移動(dòng)設(shè)備的普及對(duì)軟件開發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)，要求開發(fā)人員專注于用戶體驗(yàn)、跨平臺(tái)兼容性和安全問題。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全問題日益突出，軟件開發(fā)需要更加重視安全問題，采用安全編碼實(shí)踐和安全測(cè)試技術(shù)。軟件工程認(rèn)證認(rèn)證體系軟件工程認(rèn)證體系為軟件工程師提供專業(yè)技能和知識(shí)的證明。它包括各種認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和考試，旨在提高軟件開發(fā)人員的專業(yè)素養(yǎng)。認(rèn)證類型常見的軟件工程認(rèn)證類型包括：軟件工程師認(rèn)證、項(xiàng)目管理認(rèn)證、安全認(rèn)證等。不同的認(rèn)證體系側(cè)重于不同的專業(yè)領(lǐng)域和知識(shí)技能。認(rèn)證價(jià)值獲得軟件工程認(rèn)證可以提升個(gè)人競爭力，增強(qiáng)職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，并提高個(gè)人在軟件行業(yè)的信譽(yù)度和認(rèn)可度。認(rèn)證流程通常需要參加培訓(xùn)課程，通過相關(guān)考試并滿足認(rèn)證機(jī)構(gòu)的特定要求，才能獲得認(rèn)證證書。國內(nèi)外軟件工程標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC12207:2008標(biāo)準(zhǔn)軟件生命周期過程ISO/IEC29110:2011標(biāo)準(zhǔn)軟件工程管理中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T8566-2006標(biāo)準(zhǔn)軟件工程術(shù)語GB/T16260-2006標(biāo)準(zhǔn)軟件過程能力成熟度模型軟件工程實(shí)踐案例分析通過案例分析，可以深入理解軟件工程理論在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用。案例分析可以涵蓋不同類型的軟件項(xiàng)目，例如大型企業(yè)級(jí)應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用程序、嵌入式系統(tǒng)等。分析案例時(shí)，應(yīng)關(guān)注軟件開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，例如需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、部署、維護(hù)等。同時(shí)，可以探討項(xiàng)目中的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，并分析其背后的原因。小結(jié)與展望11.總結(jié)本課程系統(tǒng)地介紹了軟件工程的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋了軟件生命周期、軟件開發(fā)方法、軟件設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試和軟件項(xiàng)目管理等方面。