軟件工程 課件 12 編寫(xiě)代碼

編寫(xiě)代碼軟件工程內(nèi)容編寫(xiě)代碼任務(wù)、過(guò)程和方法代碼片段的重用軟件缺陷和調(diào)試軟件缺陷、錯(cuò)誤和失效代碼缺陷的應(yīng)對(duì)方法及調(diào)試解決編程和調(diào)試問(wèn)題開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)群智知識(shí)的利用1.1編寫(xiě)代碼的任務(wù)根據(jù)軟件設(shè)計(jì)信息，借助于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)出目標(biāo)軟件系統(tǒng)的源程序代碼，開(kāi)展程序單元測(cè)試、代碼審查、程序調(diào)試等質(zhì)量保證工作編寫(xiě)代碼既是一個(gè)生成代碼的過(guò)程，也是對(duì)生成的代碼進(jìn)行質(zhì)量保證的過(guò)程兼具軟件創(chuàng)作和軟件生產(chǎn)的過(guò)程自由地開(kāi)展代碼創(chuàng)作，編寫(xiě)出滿足要求的程序代碼，發(fā)揮其創(chuàng)新性和主觀能動(dòng)性，創(chuàng)作出算法精巧、運(yùn)行高效的代碼按照軟件質(zhì)量保證的規(guī)范和要求，生產(chǎn)出高質(zhì)量的代碼。程序員需要約束其編程行為，防止隨意性、自由性的編程活動(dòng)，確保其編程活動(dòng)及其所產(chǎn)生的程序代碼滿足工程化開(kāi)發(fā)的要求編寫(xiě)代碼的任務(wù)編寫(xiě)代碼軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型用戶界面設(shè)計(jì)模型軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)模型高質(zhì)量的程序代碼軟件設(shè)計(jì)成果編程語(yǔ)言和支撐工具1.編寫(xiě)類代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類的代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類方法的代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類間關(guān)聯(lián)的代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)類間聚合和組合關(guān)系的代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)接口關(guān)系的代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)繼承關(guān)系的程序代碼編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)包的代碼（1）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類的代碼設(shè)計(jì)模型（如設(shè)計(jì)類圖）詳細(xì)描述了軟件系統(tǒng)中類的詳細(xì)設(shè)計(jì)信息，包括可見(jiàn)性、類名、屬性、方法等等程序員需要將這些設(shè)計(jì)信息直接轉(zhuǎn)換為用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和代碼（2）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類方法的代碼基于類方法的設(shè)計(jì)描述（UML的活動(dòng)圖表示），程序員可以依此為依據(jù)來(lái)編寫(xiě)類方法的實(shí)現(xiàn)代碼（3）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)類間關(guān)聯(lián)的代碼將類間關(guān)聯(lián)關(guān)系的語(yǔ)義信息具體落實(shí)到相應(yīng)類的程序代碼中，即綜合考慮關(guān)聯(lián)關(guān)系的方向性、多重性、角色名和約束特性等信息來(lái)編寫(xiě)相關(guān)的類程序代碼（4）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)類間聚合和組合關(guān)系的代碼可以采用類似于實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的方法來(lái)編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)聚合和組合關(guān)系的代碼根據(jù)多重性來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)類屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（5）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)接口關(guān)系的代碼類設(shè)計(jì)模型可能包含有表征類與接口之間實(shí)現(xiàn)關(guān)系的語(yǔ)義信息諸多面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（如Java、C++等）提供了專門(mén)針對(duì)接口實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)言機(jī)制，因而可以直接將接口設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的程序代碼如“Implement”機(jī)制（6）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)繼承關(guān)系的程序代碼面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（如Java、C++）提供了繼承機(jī)制以及相應(yīng)的語(yǔ)言設(shè)施Java支持單重繼承，C++支持多重繼承如“extends”機(jī)制將設(shè)計(jì)模型中的類間繼承關(guān)系用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言提供的語(yǔ)言機(jī)制來(lái)表示（7）編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)包的代碼用包（package）來(lái)組織和管理軟件系統(tǒng)中的類包是對(duì)軟件系統(tǒng)中模塊的邏輯劃分，也可以將包視為是一種子系統(tǒng)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（如Java）提供了對(duì)包進(jìn)行編程的語(yǔ)言機(jī)制，每個(gè)包對(duì)應(yīng)于代碼目錄結(jié)構(gòu)中的某個(gè)目錄2.編寫(xiě)用戶界面代碼用戶界面設(shè)計(jì)模型描述了構(gòu)成用戶界面的各個(gè)界面設(shè)計(jì)元素（包括靜態(tài)元素、動(dòng)態(tài)元素、用戶輸入元素、用戶命令元素等）用戶界面之間的跳轉(zhuǎn)關(guān)系編碼實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)界面類屬性的代碼以定義界面設(shè)計(jì)元素編寫(xiě)界面類的方法以對(duì)界面操作或者對(duì)界面事件進(jìn)行響應(yīng)處理示例：“LoginUI”的編碼實(shí)現(xiàn)示例：“LoginUI”的編碼實(shí)現(xiàn)3.編寫(xiě)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)代碼數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)定義了軟件系統(tǒng)中需要持久保存數(shù)據(jù)及其組織（如數(shù)據(jù)庫(kù)的表、字段）和存儲(chǔ)（如數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄）方式設(shè)計(jì)了相應(yīng)的類及其方法來(lái)讀取、保存、更新和查詢持久數(shù)據(jù)編碼實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系表格及其內(nèi)部的各個(gè)字段選項(xiàng)等，確保它們滿足設(shè)計(jì)的要求和約束編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼來(lái)操作數(shù)據(jù)庫(kù)，如增加、刪除、更改、查詢數(shù)據(jù)記錄等示例：“T_User”表的創(chuàng)建示例：連接和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)的代碼示例：操作數(shù)據(jù)庫(kù)的程序代碼示例：判斷用戶賬號(hào)和密碼合法性的代碼1.2代碼片段的重用何為代碼片段對(duì)應(yīng)于類代碼中所包含的一組語(yǔ)句序列實(shí)現(xiàn)了類中的一個(gè)具體、細(xì)粒度的功能代碼片段示例與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器建立連接向遠(yuǎn)端的Socket程序發(fā)送一段數(shù)據(jù)開(kāi)源社區(qū)中的代碼片段開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)（如StackOverflow、CSDN）中，大量的程序員在其中分享了許多形式多樣、極有價(jià)值的代碼片段通常這些代碼片段都經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，因而表現(xiàn)出較高的代碼質(zhì)量在編寫(xiě)代碼的工程中，程序員可以針對(duì)其代碼編寫(xiě)要求，到開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)中去尋找相關(guān)的代碼片段，然后通過(guò)對(duì)代碼片段的理解，選定和重用所需的代碼片段，進(jìn)而完成相應(yīng)的編程任務(wù)示例：重用開(kāi)源社區(qū)中的代碼片段完成與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接的代碼片段1.3基于大模型的代碼推薦和生成與大模型工具（如ChatGPT）及相關(guān)的CASE工具（如Copilot）進(jìn)行交互，生成所需的程序代碼采用結(jié)對(duì)編程的形式分解編程任務(wù)，給大模型提供適當(dāng)?shù)奶崾緦?duì)生成的代碼進(jìn)行鑒別和分析軟件開(kāi)發(fā)智能體軟件工程師人機(jī)協(xié)同開(kāi)發(fā)示例：基于大模型的代碼自動(dòng)生成對(duì)TicketService接口中車(chē)票查詢功能提供類代碼用自然語(yǔ)言解釋說(shuō)明代碼的實(shí)現(xiàn)邏輯內(nèi)容編寫(xiě)代碼任務(wù)、過(guò)程和方法代碼片段的重用軟件缺陷和調(diào)試軟件缺陷、錯(cuò)誤和失效代碼缺陷的應(yīng)對(duì)方法及調(diào)試解決編程和調(diào)試問(wèn)題開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)群智知識(shí)的利用2.1何為軟件缺陷軟件缺陷是指軟件制品中存在不正確的軟件描述和實(shí)現(xiàn)存在缺陷的軟件制品不僅包括程序代碼，而且還包括需求和設(shè)計(jì)的模型和文檔軟件缺陷產(chǎn)生于軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程，只有有人介入的地方就有可能產(chǎn)生軟件缺陷任何人都有可能在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中犯錯(cuò)誤，進(jìn)而引入軟件缺陷無(wú)論是高層的需求分析和軟件架構(gòu)缺陷還是底層的詳細(xì)設(shè)計(jì)缺陷，它們最終都會(huì)反映在程序代碼之中，導(dǎo)致程序代碼存在缺陷軟件缺陷帶來(lái)的問(wèn)題：錯(cuò)誤存在缺陷的程序代碼在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不正確或者不期望的運(yùn)行狀態(tài)，將這種情況稱程序出現(xiàn)了錯(cuò)誤經(jīng)過(guò)計(jì)算后某個(gè)變量的取值不正確接收到的消息內(nèi)容不正確打開(kāi)一個(gè)非法的文件引發(fā)程序報(bào)錯(cuò)錯(cuò)誤帶來(lái)的問(wèn)題：失效運(yùn)行錯(cuò)誤的程序無(wú)法為用戶提供所需的功能和行為，在此情況下我們稱程序出現(xiàn)了失效如用戶無(wú)法正常登錄到系統(tǒng)中無(wú)法正確地分析出老人是否處于摔倒的狀態(tài)等等。程序錯(cuò)誤的根源在于程序中存在缺陷，程序的錯(cuò)誤運(yùn)行必然導(dǎo)致軟件失效錯(cuò)誤和失效是程序缺陷在程序運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部展示和外在表現(xiàn)2.2

軟件缺陷的描述（1/2）標(biāo)識(shí)符每個(gè)軟件缺陷都被給予一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。類型說(shuō)明軟件缺陷的類型，如需求缺陷、設(shè)計(jì)缺陷、代碼缺陷代碼缺陷還可以進(jìn)一步區(qū)分為是邏輯缺陷、計(jì)算缺陷、判斷缺陷嚴(yán)重程度危急程度是指缺陷會(huì)影響軟件的正常運(yùn)行甚至危及用戶安全嚴(yán)重程度的缺陷是指會(huì)導(dǎo)致軟件喪失某些重要功能，或出現(xiàn)錯(cuò)誤一般程度的缺陷是指缺陷會(huì)使得軟件喪失某些次要的功能輕微程度是指缺陷會(huì)導(dǎo)致軟件出現(xiàn)小毛病，但不影響正常運(yùn)行軟件缺陷的描述（2/2）癥狀：軟件缺陷所引發(fā)的程序錯(cuò)誤是什么，有何運(yùn)行表現(xiàn)修復(fù)優(yōu)先級(jí)：缺陷應(yīng)該被修復(fù)的優(yōu)先程度，包括：非常緊迫、緊迫、一般和不緊迫等幾種狀態(tài)：描述缺陷處理的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，如已經(jīng)安排人員來(lái)處理、正在修復(fù)、修復(fù)已經(jīng)完成等。發(fā)現(xiàn)者：誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了軟件缺陷。發(fā)現(xiàn)時(shí)機(jī)：什么狀況下發(fā)現(xiàn)的軟件缺陷源頭：軟件缺陷源頭在哪里，如軟件文檔的哪一個(gè)部分原因：說(shuō)明導(dǎo)致軟件缺陷的原因是什么2.3軟件缺陷的應(yīng)對(duì)方法（1/2）預(yù)防缺陷通過(guò)運(yùn)用各種軟件工程技術(shù)、方法和管理手段，在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中預(yù)防和避免軟件缺陷，減少軟件缺陷的數(shù)量，降低軟件缺陷的嚴(yán)重程度采用結(jié)對(duì)編程、嚴(yán)格的過(guò)程管理、必要的技術(shù)培訓(xùn)、CASE工具的使用等手段，起到預(yù)防缺陷的目的容忍缺陷增強(qiáng)軟件的缺陷容忍度，借助于軟件容錯(cuò)機(jī)制和技術(shù)，允許軟件出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)軟件仍然能夠正常的運(yùn)行在高可靠軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，軟件工程師通常需要提供容錯(cuò)模塊和代碼。顯然這會(huì)增加軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度和冗余度軟件缺陷的應(yīng)對(duì)方法（2/2）發(fā)現(xiàn)缺陷通過(guò)有效的技術(shù)和管理手段來(lái)發(fā)現(xiàn)這些軟件缺陷例如，制定和實(shí)施軟件質(zhì)量保證計(jì)劃、開(kāi)展軟件文檔和模型的評(píng)審、程序代碼的走查、軟件測(cè)試等工作。它們都可以幫助軟件工程師找到潛藏在文檔、模型和代碼中的軟件缺陷修復(fù)缺陷通過(guò)一系列的手段來(lái)修復(fù)缺陷采用程序調(diào)試等手段來(lái)找到缺陷的原因、定位缺陷的位置，進(jìn)而修改存在缺陷的程序代碼，將軟件缺陷從軟件制品中移除出去2.4軟件缺陷的狀態(tài)（1/2）尚未確認(rèn)（Unconfirmed）有人匯報(bào)了軟件缺陷，但是尚未確認(rèn)該軟件缺陷是否真實(shí)存在有效（New）經(jīng)過(guò)確認(rèn)，所匯報(bào)的軟件缺陷真實(shí)存在，被正式視為是新缺陷，并等待進(jìn)一步處理無(wú)效（Invalid）經(jīng)過(guò)確認(rèn)，所匯報(bào)的軟件缺陷并不存在，是一個(gè)無(wú)效的軟件缺陷匯報(bào)重復(fù)（Duplicate）該軟件缺陷之前已經(jīng)有人匯報(bào)過(guò)，屬于重復(fù)性的軟件缺陷軟件缺陷的狀態(tài)（2/2）已分配（Assigned）以安排人員負(fù)責(zé)修復(fù)缺陷已修復(fù)（Fixed）缺陷已經(jīng)修復(fù)信息不完整（Incomplete）缺陷的描述信息不完整，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確和清晰地理解缺陷的內(nèi)容已解決（Resolved）針對(duì)該缺陷的處理已經(jīng)完成已關(guān)閉（Closed）關(guān)閉該缺陷，后續(xù)將不再針對(duì)該缺陷采用任何措施2.5程序調(diào)試軟件調(diào)試就是要基于程序代碼，確定軟件缺陷的原因、定位缺陷的位置，從而知道那里錯(cuò)了、如何修復(fù)缺陷程序員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力用于軟件調(diào)試軟件調(diào)試通過(guò)運(yùn)行目標(biāo)軟件系統(tǒng)的程序代碼，找到缺陷的代碼位置、明確軟件錯(cuò)誤的具體原因，從而開(kāi)展缺陷修復(fù)工作軟件調(diào)試缺陷及癥狀程序代碼缺陷原因缺陷位置修復(fù)缺陷后的代碼調(diào)試的目的就是要找到錯(cuò)誤的原因、定位錯(cuò)誤的位置軟件調(diào)試步驟構(gòu)思和假設(shè)缺陷原因運(yùn)行數(shù)據(jù)和調(diào)試代碼定位和修復(fù)缺陷回歸測(cè)試沒(méi)有找到錯(cuò)誤的原因和位置找到了錯(cuò)誤位置理解缺陷及其癥狀修復(fù)缺陷內(nèi)容編寫(xiě)代碼任務(wù)、過(guò)程和方法代碼片段的重用軟件缺陷和調(diào)試軟件缺陷、錯(cuò)誤和失效代碼缺陷的應(yīng)對(duì)方法及調(diào)試解決編程和調(diào)試問(wèn)題開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)群智知識(shí)的利用3.1編碼和調(diào)試面臨的挑戰(zhàn)編碼和調(diào)試需要開(kāi)放的知識(shí)包括軟件設(shè)計(jì)的文檔和模型、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、程序調(diào)試技術(shù)等等編碼和調(diào)試要求程序員有豐富的軟件編程經(jīng)驗(yàn)、扎實(shí)的編碼和調(diào)試的技能、熟練的軟件開(kāi)發(fā)工具使用技巧等編程和調(diào)試中仍然會(huì)遇到各種各樣的棘手問(wèn)題明明知道程序出現(xiàn)了錯(cuò)誤，但是找不到錯(cuò)誤的原因程序中的錯(cuò)誤癥狀有時(shí)會(huì)出現(xiàn)，有時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)程序代碼和他人的程序代碼一模一樣，但是運(yùn)行結(jié)果就是不正確……3.2解決編程和調(diào)試問(wèn)題的方法獨(dú)立自主解決問(wèn)題，但是有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)無(wú)法解決的狀況，用幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間都未能解決問(wèn)題尋找團(tuán)隊(duì)成員的幫忙，讓有經(jīng)驗(yàn)的編程高手幫助程序員解決問(wèn)題借助于開(kāi)源技術(shù)問(wèn)答社區(qū)中的互聯(lián)網(wǎng)大眾來(lái)解決問(wèn)題技術(shù)問(wèn)答社區(qū)常見(jiàn)社區(qū)CSDN、StackOverflow交流形式提出問(wèn)題回答問(wèn)題參加評(píng)論海量的群體和軟件開(kāi)發(fā)群智知識(shí)用戶有1500萬(wàn)問(wèn)題有2200萬(wàn)回答有3200萬(wàn)評(píng)論有8200萬(wàn)獲取群智知識(shí)的方法訪問(wèn)StackOverflow、CSDN等社區(qū)描述和輸入自己遇到的問(wèn)題尋找針對(duì)該問(wèn)題的有效解答示例：查找的問(wèn)題“socketconnection”problem”編寫(xiě)代碼的輸出源程序代碼程序單元測(cè)試報(bào)告–記錄單元測(cè)試所發(fā)現(xiàn)的軟件缺陷拓展閱讀軟件調(diào)試（第2版），張銀奎，人民郵電出版社，2020.作者長(zhǎng)期從事軟件開(kāi)發(fā)和研究工作，曾在英特爾工作十三年，對(duì)IA-32架構(gòu)、操作系統(tǒng)內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序、軟件調(diào)試等有深入的研究。該書(shū)是軟件調(diào)試領(lǐng)域的百科全書(shū)，圍繞軟件調(diào)試的生態(tài)系統(tǒng)、異常和調(diào)試器三條主線，介紹軟件調(diào)試的相關(guān)原理和機(jī)制，探討可調(diào)試性的內(nèi)涵和意義，以及實(shí)現(xiàn)軟件可調(diào)試性的原則和方法，總結(jié)軟件調(diào)試的理論和最佳實(shí)踐。本章知識(shí)圖譜課后作業(yè)和課程實(shí)訓(xùn)訪問(wèn)/paths/1944完成第十三章“編寫(xiě)代碼”的實(shí)訓(xùn)闖關(guān)任務(wù)小結(jié)編寫(xiě)代碼任務(wù)是要產(chǎn)生高質(zhì)量程序代碼，完成單元測(cè)試、程序調(diào)試等活動(dòng)基于軟件設(shè)計(jì)模型和文檔來(lái)編寫(xiě)代碼可以通過(guò)重用技術(shù)問(wèn)答社區(qū)中的代碼片段來(lái)編寫(xiě)程序軟件缺陷、錯(cuò)誤和失效缺陷是指軟件制品中不正確的描述和實(shí)現(xiàn)，缺陷的內(nèi)在表現(xiàn)是程序運(yùn)行產(chǎn)生不正確或者不期望的運(yùn)行狀態(tài)（錯(cuò)誤），導(dǎo)致程序無(wú)法為用戶提供所需的功能和行為（失效）調(diào)試目的是要發(fā)現(xiàn)缺陷原因、定位缺陷位置，促進(jìn)缺陷的修復(fù)借助于技術(shù)問(wèn)答社區(qū)來(lái)解決編碼和和調(diào)試中遇到的問(wèn)題綜合實(shí)踐一任務(wù)：編寫(xiě)開(kāi)源軟件的維護(hù)代碼。方法針對(duì)開(kāi)源軟件代碼，基于所選定的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，借助CASE工具，編寫(xiě)開(kāi)源軟件的維護(hù)代碼，并對(duì)代碼進(jìn)行單元測(cè)試和調(diào)試，以發(fā)現(xiàn)和解