軟件工程與C++編程融合軟件工程方法論與C++編程技術系統學習軟件開發全流程課程概述1課程目標掌握軟件工程基本理論與C++編程技術2學習內容軟件工程流程、C++基礎與高級特性、實戰項目考核方式第一部分：軟件工程基礎1基礎理論軟件生命周期與開發模型2工程方法需求分析、設計與測試3項目管理進度控制、風險管理什么是軟件工程？定義應用系統化方法開發和維護軟件的工程學科目標高質量、可靠、高效、可維護的軟件產品重要性降低成本、提高質量、控制風險軟件生命周期需求分析明確用戶需求1設計系統架構與詳細設計2實現編碼與單元測試3測試集成與系統測試4維護修復與功能增強5軟件開發模型1瀑布模型線性順序開發，階段完成后才進入下一階段2迭代模型循環漸進開發，不斷完善軟件功能3敏捷開發快速迭代，重視變化，注重客戶協作需求分析功能需求系統應提供的功能與服務非功能需求性能、安全性、可用性等質量屬性需求獲取技術訪談、問卷、觀察、原型法軟件設計架構設計系統整體結構，模塊劃分詳細設計各模塊內部實現細節UML圖用例圖、類圖、時序圖等可視化工具代碼實現編碼規范命名規則、格式約定、注釋要求版本控制代碼歷史管理，協作開發代碼審查發現問題，確保質量軟件測試1驗收測試用戶確認2系統測試完整功能驗證3集成測試模塊間接口測試4單元測試最小功能單元測試軟件維護1錯誤修復修復程序缺陷和系統錯誤2功能增強增加新功能，改進用戶體驗3性能優化提高系統響應速度和資源利用率項目管理123進度管理任務分解，時間控制風險管理識別風險，制定應對策略質量管理質量保證，持續改進第二部分：C++編程基礎語言基礎語法、數據類型、控制結構面向對象類與對象、繼承、多態標準庫STL容器、算法、工具C++語言簡介1歷史1979年BjarneStroustrup創建，C語言擴展2特點高效、面向對象、通用性強3應用領域系統軟件、游戲開發、高性能計算C++開發環境搭建編譯器選擇GCC、MSVC、ClangIDE安裝VisualStudio、CLion、Code::Blocks第一個C++程序創建、編譯、運行HelloWorldC++基本語法數據類型整型、浮點型、字符型、布爾型變量與常量聲明、初始化、作用域、生命周期運算符算術、關系、邏輯、位運算控制結構if-else語句條件判斷，選擇執行switch語句多分支選擇結構循環語句for、while、do-while函數函數定義返回類型、函數名、參數列表、函數體函數調用傳遞實參，接收返回值參數傳遞值傳遞、引用傳遞、指針傳遞數組與指針一維數組：固定大小的同類元素集合多維數組：數組的數組，處理矩陣數據指針基礎：存儲內存地址的變量字符串處理C風格字符串字符數組，以'\0'結尾string類C++標準庫字符串，更安全便捷結構體與類結構體定義struct關鍵字，成員默認公有類的基本概念class關鍵字，成員默認私有對象創建實例化類，構造函數，析構函數面向對象編程（一）封裝數據與方法組合，信息隱藏1繼承派生類復用基類功能2多態統一接口，不同實現3面向對象編程（二）1虛函數允許派生類重寫基類方法2抽象類含純虛函數的類，不能實例化3接口純虛函數集合，定義行為規范模板編程1函數模板創建類型無關的函數2類模板創建類型無關的類3模板特化為特定類型提供特殊實現異常處理try-catch語句嘗試執行代碼，捕獲異常異常類標準異常層次結構自定義異常創建特定于應用的異常類STL容器vector動態數組，隨機訪問list雙向鏈表，快速插入刪除map鍵值對映射，自動排序STL算法排序算法sort、partial_sort、stable_sort查找算法find、binary_search、lower_bound其他常用算法for_each、transform、accumulate文件操作文本文件讀寫ifstream、ofstream流操作二進制文件讀寫read、write函數，隨機訪問第三部分：C++在軟件工程中的應用1實踐應用實際項目開發2工程技術測試、調試、優化3設計模式常用模式與實現4代碼規范編碼標準與最佳實踐C++項目結構頭文件聲明接口，類定義1源文件實現功能，定義方法2項目組織模塊劃分，目錄結構3代碼規范1命名規范類、變量、函數命名約定2注釋規范文檔注釋，行內注釋3格式規范縮進，括號，空格使用設計模式（一）單例模式確保類只有一個實例工廠模式創建對象而不暴露創建邏輯觀察者模式對象間一對多的依賴關系設計模式（二）策略模式：算法族，相互替換裝飾器模式：動態添加功能適配器模式：接口轉換，兼容性單元測試1GoogleTest框架測試套件，測試夾具，斷言2測試用例編寫邊界條件，異常情況，典型場景3測試覆蓋率語句覆蓋，分支覆蓋，路徑覆蓋性能優化代碼優化技巧減少復制，內聯函數，算法改進內存管理避免泄漏，減少碎片多線程編程并行計算，任務分解調試技巧斷點調試設置斷點，單步執行，觀察變量內存泄漏檢測Valgrind，AddressSanitizer日志記錄跟蹤程序執行，記錄關鍵信息版本控制Git基礎倉庫創建，提交，推送分支管理創建分支，切換，合并代碼合并解決沖突，PullRequest持續集成JenkinsCI/CD平臺，構建流水線自動化構建編譯，鏈接，打包自動化測試單元測試，集成測試自動執行代碼審查代碼審查流程提交，分配，反饋，修改1常見問題錯誤處理，命名，復雜度2最佳實踐小批量提交，及時反饋3第四部分：C++高級特性1C++20新特性現代C++新標準2現代C++特性C++11/14/17新功能3高級編程技術多線程，智能指針智能指針unique_ptr獨占所有權，不可復制shared_ptr共享所有權，引用計數weak_ptr弱引用，避免循環引用多線程編程thread類創建線程，傳遞參數，等待完成互斥鎖保護共享資源，避免競態條件條件變量線程同步，等待通知Lambda表達式基本語法：[](){}結構，簡潔函數定義捕獲列表：按值捕獲，按引用捕獲應用場景：STL算法，回調函數右值引用與移動語義左值與右值：持久對象與臨時對象移動構造函數：資源轉移而非復制完美轉發：保持參數類型與值類別C++11新特性1auto關鍵字自動類型推導，簡化代碼2范圍for循環簡化容器遍歷寫法3nullptr替代NULL的類型安全的空指針C++14新特性1+支持auto參數類型2+參數化的變量3+更靈活的編譯期計算C++17新特性結構化綁定解構元組和結構體到多個變量ifconstexpr編譯期條件判斷std::optional可能存在或不存在的值C++20新特性概念(Concepts)定義模板約束條件協程(Coroutines)可暫停和恢復的函數模塊(Modules)替代頭文件的新組織方式第五部分：C++實戰項目需求分析明確項目目標與功能系統設計架構設計與模塊劃分實現與測試編碼實現各功能模塊部署與維護項目發布與后續維護項目介紹項目背景解決的問題，市場需求1功能需求核心功能，用戶交互2技術選型C++17，SQLite，Qt框架3系統設計1架構設計分層架構，模塊間通信2模塊劃分UI層，業務層，數據層3類圖設計核心類及其關系數據庫設計ER圖實體關系模型設計表結構設計字段定義，索引設計SQL語句數據查詢，更新操作用戶界面設計Qt框架簡介跨平臺UI庫，信號槽機制界面布局窗口組織，控件擺放事件處理用戶交互響應核心功能實現（一）用戶管理模塊登錄，注冊，權限控制數據存儲模塊數據持久化，緩存機制業務邏輯模塊核心算法，業務規則核心功能實現（二）算法實現核心算法設計與優化多線程優化并行處理提高響應速度異常處理錯誤捕獲與恢復機制單元測試與集成測試測試計劃測試范圍，進度安排1測試用例設計輸入，預期輸出，執行條件2測試執行與報告執行測試，記錄結果3性能優化與調優1性能瓶頸分析分析工具，熱點識別2內存優化減少內存占用，避免泄漏3算法優化改進時間復雜度，空間復雜度項目部署與維護打包與發布創建安裝包，版本管理安裝與