软件构造 第一章

一、课程简介

1.软件构造课程的目标

①程序设计与实现能力

②系统设计与实现能力

③系统分析与评价能力

④利用现代软件构造工具的能力

2.传统软件设计步骤

①讨论需要写的软件并实现②测试代码并改错③重复②。图示如下

3.更好的软件设计

①未雨绸缪②考虑非功能质量属性③考虑多种设计选择④把设计决策明确写下来

4.设计的目标、原则和模式

设计目标：编程的视野

设计原则：编程的标尺

设计模式：编程的经验

 二、软件构造多维视图

1.什么是软件

(1)构成：

·程序program：ui, algorithms, utilities, apis, test cases, etc

·数据data：files, databases, etc

·文档documents：srs需求规格说明, sdd设计规格说明, user manuals, etc

(2)考虑因素

·用户：谁来使用

·商业目标：为何有用

·社会环境：应遵循何种法则

·技术环境：如何实施

·硬件/网络：在何处运行

 

2.软件构造的多维视图

（1)build-time views

概述：build-time:idea->requirement->design->code->installable/executable package  (软件构造的核心过程和环节）

code-level view：源代码：在逻辑上源代码是如何由基本程序块（比如函数，类，方法，接口等等）构成的

component-level view：组件：源代码是如何通过文件，目录，包，库之间的依赖关键进行物理上的组织

moment view：时刻：在某一时刻，源代码和组件的情况

period view：时期：程序如何随时间改善

①build-time，moment，and code-level view

三种内部相互关联的形式：面向此法的源代码、面向语法的程序结构（ast(抽象语法树))、面向语义的程序结构(class diagram)

②build-time，period，and code-level view

代码随着时间变化：添加，修改或者删除文件，使其从一个版本到另一个版本

③build-time, moment, and component-level view

源代码物理地组织成文件，其进一步按目录组织

文件被封装成包、组件和子系统

可复用模块形成类库

库：库存储在自己的磁盘文件中，收集一组代码函数，可以在各种程序中重用。

来源：os预装，语言自带，第三方，自行开发

与库链接：步骤：用到的类库列表->复制类库到可执行程序中

静态链接：库是单个目标文件的集合，在编译过程中，将类库文件复制到可执行文件中，称为可执行文件的一部分

uml图

 

 ④build-time, period, and component-level view

 文件，包，组件和库如何随着时间变化

软件配置项（sci）

版本控制系统（vcs）

 版本控制是给计算机软件的不同 状态分配唯一的名字或者编号的过程 

软件演化是指软件产生之 后，由于不同的原因对其进行持续地升级过程。

（2)runtime views

code-level : 可执行程序的内存状态，程序之间的互动、调用

component-level：软件包部署到物理环境（os、network、硬件等），及其互动

moment view：特定时刻的程序行为

period view：随着时间的行为

可执行程序：cpu执行的机器可读指令序列以及相关的数据值

库：可以由不同程序重用的常用对象代码的集合，大多数系统包含一系列库，不能直接在目标机器上加载和执行，必须首先与一个可执行程序链接。

本地机器代码：

 源代码被加载入内存进行解释执行，转化为cpu能识别的机器码

 程序被编译成字节码形式(如 java的class文件) ，运行时需要由解析器转换成机器码或者解释执行 

解释字节码：在执行时编译为字节码解释执行

动态链接：

不将目标文件复制到可执行程序 中，而是会标注用到的类库 

在运行时，加载用到的库到内存中，然后同主程序链接 

部署时需要将用到的类库同程序一起部署

优点：类库 变化时，不需要重新生成可自行程序  、多个运行中程序可共享同一类 库，优化内存使用

⑤ run-time, moment, and code-level view

快照图：刻画内存中某时刻变量的状态

内存转储：包含进程内存副本的硬盘上的文件，当进程被某些内部错误或信号中止时生成

⑥run-time, period and code-level view

uml：程序单元之间的交互

⑦run-time, moment, and component-level view

uml中的部署：

 

 ⑧run-time, period, and component-level view

事件记录	软件追踪
由系统管理员使用	开发人员使用
记录高级信息	记录低级信息
不包含太多重复事件或者无用信息	可以包含重复事件或者无用信息
需要标准的输出格式	输出格式没有限制
事件日志需要本地化	很少考虑本地化
对于添加新类型的事件或消息不灵活	对于添加新的追踪消息必须灵活

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、软件构造的质量目标

外部质量：外部质量是用户能够感受到的，影响用户的使用

内部质量：影响使用代码的相关人员，影响软件本身和开发者

1.外部质量

1）正确性（主要质量）：正确性是软件产品执行其规范所定义的确切任务的能力。每层都要确保自己是正确的，同时假定其调用的低层也是正确的。

检查和调试、防守编程、标准化编程

2）健壮性：健壮性是软件系统对异常情况作出适当反应的能力。 

健壮性同异常情况相关，异常或非异常取决于程序的规 格说明 

判断是否是异常的标准，不取决于客观的正确标准，而取决于程序的规格说明 

3）可扩展性：可扩展性是指软件易于调整以适应变化的能力。 

提升可扩展性的两个原则：简约主义设计，*设计

4）复用性：可重用性是软件元素用于构建许多不同应用程序的能力。

软件经常遇到相似的模式，利用共性，避 免重复实现。 

难点：不同软件 有不同的设定/规定 

5）兼容性：不同软件系统之间相互可容的集成

难点：不同软件 有不同的设定/规定 

标准化是解决兼容性的关键：标准化文件格式，标准化数据结构，标准化用户接口

通过协议来实现更通用的兼容性

6）效率：效率是软件系统对硬件资源尽可能 少的需求的能力 

正确性是效率的前提

7）可移植性：可移植性是指便于将软件产品 转移到各种硬件和软件环境。 

8）易用性：用户可以轻松掌握软件的使用，也包括安 装、运行和监控的容易度 

结构清晰、 理解用 户，换位思考，站在用户的角度设计软件

9）功能性：系统提供的可能性范围

过多的新功能容易带来一 致性的缺失，影响易用性 

更难的问题是避免如此专注于功能而忘记其他品质

在质量提升技术的帮助下，可以在整个项目中保持质量水平不变，而不仅仅 是功能性。 

10）及时性：及时性是软件系统在用户需要时或之前发布的能力。

11）其他品质：

可验证性：是否易于验证

完整性：软件系统保护其各种组件（程序和数据）免受未经授权的 访问和修改的能力。 

可修复性：可修复性是促进缺陷修复的能力。

经济性：同及时性相伴，是系统能 够按照其分配的预算或低于预算完成的能力。

2.内部品质

代码：loc（圈复杂度, 用来衡量一个模块判定结构的复杂程度 ）

结构：耦合度，内聚度，设计中追求高内聚和低耦合

可读性、可理解性、大小，复杂性，整洁性

内部质量因素通常用作外部质量因素的部分度量

3.质量属性间的权衡

完整性和易用性

经济性和功能性、可重用性

效率与可移植性、可重用性

及时性和可拓展性

正确性放在首要地位

4.软件构建的关键问题

系统的软件构建方法 

形式化的软件规格说明 

在开发过程中自动检查 

更好的语言机制 

一致性检查工具

5.软件构造的五个关键目标

1.可理解性：

代码的可理解性（变量/子程序/ 语句的命名与构 造标准、代码布 局与风格、注释、 复杂度）

 构建-组件-时刻：构件/项目的可理解 性（包的组织、文 件的组织、命名空 间）

·构建-代码-周期：重构

·运行-代码-时刻：日志跟踪

2.可复用性

构建-代码：adt/oop; 接口与实现分离; 重载; 继承/重载/重写; 组合/代理; 多态; 子类型与泛型编 程; oo设计模式

构建-组件：api设计，库，可重用的框架

3.可维护性和适应性：

构建-代码：模块化设计; 聚合度/耦合度; solid; oo设计模式；格式化、规范化、语法化编程

构建-组件：solid grasp、软件版本控制

4.健壮性

·构建-代码：异常处理、防御编程、先验程序

·构建-组件：单元测试、集成测试

·构建-周期：回归测试

运行-时刻：调试转储

运行-周期：日志跟踪

5.性能

构建-代码：设计模式

运行-代码：空间复杂性（内 存管理）; 时间复杂性（算 法性能）; 代码调优

运行-组件：分布式系统

运行-代码-时期：性能分析和调整、

运行-组件-时期：并行/多线程程序