軟件工程概論課程概述與學習目標1理解軟件工程基本概念2掌握需求分析方法學習軟件設計技術什么是軟件工程？系統方法應用工程化方法開發軟件學科體系包含方法、工具和過程實踐活動軟件產品的開發與維護軟件工程的歷史與發展11968年"軟件工程"術語首次提出21970-80年代結構化方法興起31990年代面向對象方法流行421世紀敏捷開發方法普及軟件危機成本超支項目預算嚴重不足進度延遲無法按時交付成果質量不佳bug多，可靠性低維護困難系統結構混亂軟件工程的基本原則過程清晰化定義明確的開發流程質量為先全過程質量控制文檔充分性完整記錄開發活動團隊協作有效的溝通與合作軟件生命周期模型12345需求分析確定系統功能設計架構與詳細設計實現編碼與單元測試測試驗證軟件質量維護修復與功能增強瀑布模型需求分析明確用戶需求系統設計總體架構設計程序設計詳細設計與接口編碼轉換為計算機代碼測試發現并修復缺陷運行維護投入使用并維護增量模型1初始版本核心功能實現2第二增量次要功能添加3第三增量更多功能完善4最終產品全部功能完成增量模型將系統分解為多個增量構建，每個增量提供部分功能。螺旋模型確定目標制定計劃1風險分析識別解決方案2開發驗證實現與測試3規劃下一階段評審與決策4統一過程模型（UP）1初始階段范圍界定2細化階段架構建立3構建階段功能實現4交付階段部署交付敏捷開發方法概述個體與交互重于過程和工具可工作軟件重于詳盡文檔客戶合作重于合同談判響應變化重于遵循計劃Scrum框架Sprint計劃會確定沖刺目標與工作每日站會同步進度與障礙Sprint評審演示成果收集反饋Sprint回顧總結經驗持續改進需求工程需求獲取收集用戶需求需求分析理解與建模需求規格說明形成需求文檔需求驗證確認需求正確性需求管理跟蹤需求變更需求獲取技術訪談與用戶直接交流問卷調查收集大量用戶意見現場觀察了解實際工作流程頭腦風暴集體創意產生需求分析與建模用例模型功能需求分析數據流模型數據處理分析數據模型數據結構分析用例建模元素含義參與者與系統交互的角色用例系統提供的功能關系參與者與用例的聯系邊界系統范圍界定需求規格說明書1引言目的、范圍和定義2總體描述產品前景與功能3具體需求詳細功能與非功能需求4附錄補充說明與圖表軟件設計概述1具體設計算法與數據結構2詳細設計模塊與接口規范3架構設計系統結構與組件軟件架構設計模塊劃分系統功能分解接口定義模塊間通信規范結構組織模塊間關系確定質量屬性性能、安全等考量常見軟件架構風格不同架構風格適用于不同類型的系統，選擇合適的架構風格至關重要。面向對象設計原則單一職責一個類只負責一項職責開放封閉對擴展開放，修改封閉里氏替換子類能替換父類位置依賴倒置依賴抽象而非具體UML圖表概述類圖序列圖活動圖用例圖狀態圖其他圖UML提供了多種圖表類型，用于從不同角度描述系統。類圖與對象圖類圖描述靜態類結構及關系對象圖展示特定時刻對象實例序列圖與協作圖序列圖強調時間順序的對象交互協作圖強調對象結構關系的交互狀態圖與活動圖狀態圖對象狀態變化與轉換活動圖業務流程與算法步驟組件圖與部署圖組件圖系統物理組件與依賴部署圖系統部署到硬件環境設計模式概述問題情境反復出現的設計挑戰1解決方案經過驗證的設計經驗2效果評估權衡利弊得失3適用場景何時使用該模式4創建型設計模式1單例模式確保類只有一個實例2工廠方法子類決定實例化哪個類3抽象工廠創建相關對象家族4建造者模式分步驟構建復雜對象5原型模式通過復制創建對象結構型設計模式適配器模式接口轉換滿足需求裝飾器模式動態添加職責功能代理模式控制對對象的訪問組合模式樹形結構統一處理行為型設計模式觀察者模式對象狀態變化通知策略模式算法族可互換使用命令模式請求封裝為對象狀態模式狀態改變行為變化軟件實現1編碼規范代碼風格與命名約定2代碼審查同行評審保證質量3集成策略將代碼合并入系統4構建工具自動化編譯與打包編碼規范與代碼審查編碼規范一致的命名與格式注釋與文檔規則模塊化與復雜度控制代碼審查發現潛在缺陷確保遵循規范知識共享與學習版本控制創建分支獨立開發新功能提交更改保存代碼修改記錄代碼評審審查合并前的代碼合并分支集成到主干分支發布版本標記正式發布點持續集成與持續交付代碼提交開發人員提交代碼1自動構建編譯、測試自動化2部署測試部署到測試環境3持續反饋及時發現問題4軟件測試概述1驗收測試滿足用戶需求2系統測試整體功能驗證3集成測試模塊間接口測試4單元測試獨立模塊測試測試類型與測試級別不同類型的測試關注軟件不同的質量屬性。黑盒測試技術等價類劃分將輸入分為有效無效類邊界值分析測試邊界條件值決策表法條件組合測試法狀態轉換測試基于狀態變化測試白盒測試技術語句覆蓋執行所有語句分支覆蓋測試所有分支路徑覆蓋執行所有可能路徑條件覆蓋測試所有條件取值單元測試測試框架JUnit、NUnit、PyTest等測試驅動開發先寫測試后實現模擬對象依賴隔離測試集成測試自頂向下從主模塊向子模塊測試自底向上從底層模塊向上測試三明治策略結合兩種方法大爆炸策略所有模塊一次集成系統測試1功能測試驗證功能實現2性能測試測試響應時間與資源占用3安全測試驗證安全機制有效性4可靠性測試測試系統穩定性驗收測試1α測試開發環境用戶測試2β測試真實環境用戶測試3業務場景測試基于用例的端到端測試4合同驗收符合合同規定功能測試用例設計要素描述標識符唯一的測試用例ID前置條件測試執行的初始狀態輸入步驟測試具體操作步驟期望結果正確執行后的結果實際結果測試執行后的結果通過/失敗測試結果的判定測試計劃與測試報告測試計劃測試范圍與策略資源分配與進度風險與應對措施測試報告測試執行結果缺陷統計分析質量評估結論軟件維護原因修復錯誤，適應變化活動分析問題，修改代碼挑戰理解遺留代碼，控制風險意義延長軟件生命，保持價值軟件維護類型糾錯性維護適應性維護完善性維護預防性維護完善性維護（增加新功能）占據了軟件維護工作的大部分。軟件重構識別問題發現代碼異味1選擇技術確定重構方法2實施重構小步驟逐步改進3測試驗證確保行為一致4軟件項目管理范圍管理界定項目邊界1進度管理計劃控制時間2成本管理預算與成本控制3質量管理確保符合要求4風險管理識別應對風險5項目范圍管理需求收集了解客戶期望范圍定義明確包含排除內容工作分解將項目分解為工作包范圍確認客戶驗收可交付成果范圍控制管理范圍變更請求項目進度管理項目進度管理工具幫助團隊規劃與跟蹤項目時間線。項目成本管理成本估算預測項目所需資金成本預算分配資金到工作包成本控制監控成本變化掙值分析評估項目進度與成本項目質量管理質量規劃制定質量標準與方法1質量保證審計與改進過程2質量控制檢查與測試產品3質量改進持續改進質量4項目風險管理1風險識別找出潛在風險2風險分析評估影響與概率3風險應對制定應對策略4風險監控跟蹤風險狀態軟件配置管理版本控制管理代碼與文檔版本變更控制審批與實施變更構建管理自動化構建與部署發布管理控制軟件發布過程軟件度量與估算LOC代碼行數FP功能點CC圈復雜度DRE缺陷移除效率軟件質量保證同行評審發現早期缺陷測試活動驗證軟件質量質量標準遵循最佳實踐質量度量量化質量屬性軟件過程改進1CMMI5級優化級2CMMI4級量化管理級3C