軟件工程實踐6編程

1、北京理工大學軟件工程實踐湯銘端中國航天科工集團公司204所第五講軟件實現(xiàn)內容和目的n編程語言的選擇 n編程風格n程序效率n編碼要求n靜態(tài)分析n代碼審查n軟件調試編程n編程是設計的自然結果n編程語言的特性和編程風格會深刻地影響軟件的重量和可維護性n軟件實現(xiàn)是一個不斷變換的過程：設計源程序目標代碼機器碼編程語言的選擇n應用領域n算法及運算的復雜性n軟件運行的環(huán)境n性能n數(shù)據(jù)結構的復雜性n軟件開發(fā)組成員對該語言的熟悉程度編程風格n程序必須是可以理解的n程序的風格應該強調簡單和清晰n影響程序風格的因素有：n源程序內部文檔化n數(shù)據(jù)說明的方法n語句的結構ni/o的方法源程序文檔化n選擇好標識符（變量和標號

2、）的名字n挑選有意義的標識符名字n安排注解n序言式注解（頭文件）n功能注解n使程序的結構一目了然n縮進數(shù)據(jù)說明n數(shù)據(jù)說明的次序應該規(guī)范化n多個變量說明時最好按字典數(shù)順序排列n對復雜結構用注解說明語句結構n每個語句應該簡單直接，不應該為提高效率而把語句復雜化n使程序簡單易懂n避免采用復雜的條件語句n不要用“否定”條件的條件語句n避免多重的循環(huán)嵌套或條件嵌套n用括號使邏輯表達式或算術表達式更為清晰n用空格及有意義的符號使語句內容清晰明確n反問自己“如果這程序不是我編的，我能看懂嗎？”輸入/輸出n對批處理i/on符合邏輯地組織輸入ni/o出錯檢查n好的i/o出錯恢復功能n清晰的輸出報告格式n對交互式

3、i/on簡單而有提示的輸入方式n完備的出錯處理及出錯恢復n人機對話輸出ni/o格式的一致性n原則：n檢查所有輸入數(shù)據(jù)的合法性n檢查輸入項的各種重要組合是否合理n輸入格式要簡單n最好采用數(shù)據(jù)結尾指示符，而不應要求用戶規(guī)定“輸入項目的數(shù)量”n交互式i/o要求用戶輸入時，標明交互輸入可選擇的種類和范圍n輸出時保持格式的一致性n設計和標明所有的輸出wasserman交互系統(tǒng)設計原則原則n把計算機的內部特性掩蓋起來不讓用戶看到n使程序“穿上防彈衣”，保證程序不被用戶破壞n如果用戶的請求會產(chǎn)生重大的后果，就要提醒用戶n在使用此程序時提供聯(lián)機的幫助條件n按照用戶的水平設計輸入要求n按照輸出設備的速度設計輸出

4、信息n區(qū)別對待不同類型的用戶n保持一致的響應時間n應盡量減少用戶處理出錯的工作量效率n要求有效地利用臨界資源是自然的ncpu周期和內存單元常被看作臨界資源n有關效率的三個格言：n效率是一種性能需求。軟件的效率應根據(jù)需要，而不是盡可能地高！n好的設計必然提高效率。n程序的簡單性與程序的效率往往是一致的。n總之不要去犧牲程序的清晰性、可讀性或正確性去追求效率的非本質的提高源程序的效率n源程序的效率與算法效率直接相關n編程風格會影響運行速度及所需內存的大小n編譯器的“優(yōu)化”特性是提高效率的一種手段n原則：n在具體編程前應簡化算術表達式及邏輯表達式n細心地分析多層嵌套循環(huán)以確定能否把一些語句或表達式移

5、到循環(huán)之外n盡量避免采用多維數(shù)組n盡量避免采用指針及復雜的表n采用“快”的算術運算n不要把不同的數(shù)據(jù)類型混在一起n只要可能就采用整型數(shù)的算術運算和布爾表達式內存效率n大機器領域內存幾乎無限制，虛存使“內存效率”不等同于“占用最小的內存”n微機領域內存的限制仍是很現(xiàn)實的問題n采用匯編語言可以節(jié)省內存n提高運行效率的技術往往可以同時節(jié)省內存n使程序簡單是提高內存效率的關鍵輸入輸出效率n提高i/o效率的指導原則：n全部i/o應有緩沖以避免過于頻繁的信息交換n對外存應該選用最簡單的可接收的存取方式n與外存聯(lián)系的i/o操作應成塊地傳送數(shù)據(jù)n與終端及行式打印機聯(lián)系的i/o操作應考慮設備的特性，以改進質量與

6、速度n如果“超高效率”的i/o無法被人們理解，則是毫無意義的kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n寫得清晰而不是太靈巧n簡單而直接地說明你的用意n使用庫功能n避免使用臨時變量n寫清晰不要為了“效率”而犧牲清晰n讓機器干苦活n用調用一個公共的例程去代替重復的表示n選用不易混淆的變量名n避免使用不必要的轉移kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n不使用條件轉移代替一個邏輯表達式n假如一個邏輯表達式難以理解，則試著對其進行變換n使用數(shù)組，避免重復的控制序列n選用使程序簡單的數(shù)據(jù)表示法n先用一個容易理解的偽語言寫程序，然后再翻譯成你所用的語言使用ife

7、lseifelseifelseendif實施多路選擇n模塊化，使用子例程kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n確保注釋與代碼一致n不要用注釋去精確地重復代碼使每一個注釋有價值n不要注釋或修補壞代碼重寫n使用有意義的變量名n使用有意義的語句標號n程序格式應有助于讀者理解程序n為你的數(shù)據(jù)設計提供文檔n僅使用goto去實施一個基本的結構kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n假如你能保持程序的可讀性，則完全不必使用goton以小片段的方式寫和測試一個大程序n對已定義的遞歸數(shù)據(jù)結構使用遞歸過程n檢測輸入的合理性和合法性n確保輸入沒有違反程序的限制n使用

8、文件的結尾或標記終止輸入，而不是用計數(shù)來終止輸入n識別錯誤的輸入（若有可能要恢復輸入）kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n輸入簡易，輸出自明n使用一致的輸入格式n使輸入容易校對n若可能，使用自由格式輸入n使用自標識的輸入，允許缺省，輸出時反映這兩者n確保在使用之前，所有變量已被置初值n在出現(xiàn)故障時不要停機n使用排錯編譯程序kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n用data語句或initial屬性置常數(shù)n用可執(zhí)行的代碼置變量初值n盡量注意由錯誤引起的分岔n注意在相等時轉移的正確性n當一個循環(huán)從邊上或底上退出到同一個地方時，必須十分小心n確保你的

9、代碼“沒有做什么優(yōu)美方面的事情”n在邊值處測試程序n人工核查某些答案kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n10.0乘以0.1很少是1.0n不要單獨地進行浮點數(shù)相等比較n先保證正確，再提高速度n在提高速度之前，做好自動防止故障的措施n先保證清晰，再提高速度n不要為謀求“效率”上的少量增益而犧牲清晰n讓你的編譯程序做簡單的優(yōu)化n不要濫用再使用代碼，取而代之的是改組n確保特殊情況是確實的特殊kernighan和plauger給出的好的程序設計風格的規(guī)則n保持簡單，以提高速度n不要浪費代碼而提高速度找一個較好的算法n使用工具裝備你的程序，在“效率”改變以前測量（end）程序編

10、碼結構要求n采用結構化編碼方法n按以下22個特性構造（1）完整性n任何程序或控制段的開始和結束，必須包含在單一的結構化模塊中。（2）功能n每個模塊必須完成單一的定義良好的功能，模塊的全部元素都是為了實現(xiàn)唯一的功能。n此外，模塊實現(xiàn)的細節(jié)對其它模塊來說應該是隱蔽的。如果實現(xiàn)的細節(jié)改變，直接受影響的只是實現(xiàn)功能的那個模塊，并且只有該模塊需要修改。（3）入口出口n每個模塊一般要求單一入口和單一出口。處理完成后，模塊必須返回到調用它的程序而不是其它模塊。n接口（入口與出口條件和參數(shù)）必須明確表示和定義。（4）說明n模塊的說明語句和數(shù)據(jù)語句應放在程序首部之后和第一個可執(zhí)行語句之前，雖然允許每行可有多個數(shù)

11、據(jù)說明，但應保證清晰地定義復雜的數(shù)據(jù)結構。（5）常量n常量必須在程序的說明中定義，常量通常有數(shù)組規(guī)模、值、do和for 循環(huán)中的循環(huán)數(shù)、數(shù)組下標、記錄規(guī)模和行長度等。（6）變元n在調用語句中的變元一般不得包含算術或邏輯表達式。n每個變元必須由單一變量來表示。n在調用一個模塊的過程中，變元的類型和個數(shù)必須與模塊的形參相一致。n此外，必須標明調用過程中使用的形參。（7）冪n冪的指數(shù)必須用整數(shù)表示，即而不是3.0。（8）混合方式運算n應避免使用混合運算的算術表達式，不能避免時應仔細計算表達式的值，以保證類型轉換得到預期的結果，應對轉換進行適當?shù)淖⑨?。?）轉移n盡量少用無條件轉移語句。如需使用，必須

12、在同一程序單元內轉移，并應向轉移語句所在點的前方轉移。n允許使用為實現(xiàn)結構化程序設計所必需的轉移指令。（10）錯誤處理a.必須記錄所有錯誤的發(fā)生及處理情況，保存系統(tǒng)發(fā)生錯誤的全部記錄，以利于后續(xù)錯誤情況的處理和分析；b.必須預先了解錯誤的潛在影響，并且在它們出現(xiàn)之前確定如何處理；c.應盡可能使錯誤不擴散，不引起連鎖反應；d.當程序不能執(zhí)行時，必須在中止前釋放已取得的全部資源和結果。（11）范圍檢查n為保證變量值落在預期的范圍內，必須進行范圍檢查。n如果變量值不在規(guī)定范圍內，則必須進行適當?shù)腻e誤處理。n變量的定義域必須在設計時規(guī)定，在實現(xiàn)時聲明，并在運行時檢查。n必須進行范圍檢查的變量應包括：參

13、數(shù)；數(shù)值下標；case結構中的變量參數(shù)；循環(huán)結構中用作初值、增量和終值的變量。（12）序標和下標n循環(huán)序標參數(shù)和數(shù)值下標必須表示為整型的常量或變量。（13）循環(huán)終止n必須保證循環(huán)終止，終止條件不能靠對循環(huán)參數(shù)所作假設的正確性，而是靠對循環(huán)入口事前直接的驗證。（14）標號和名字的使用n標號和名字必須有意義、一致并明顯、唯一，不易混淆。（15）全局變量和共享變量n應避免使用全局或共享變量。當一個變量由兩個或多個模塊共享時，每個模塊都必須正確地使用該變量。n由多個模塊使用的變量應作為變元進行通信。限制變量的范圍有助于掌握變量的準確含義。n當有明確的技術根據(jù)需要使用公共數(shù)據(jù)時，應有下列限制：a.僅使用

14、可由名字訪問的公用域；b.公用數(shù)據(jù)域的長度和說明，對于使用它的每個模塊都是相同的；c.可能時，應僅保留公用塊的一個副本，而且必須用“include ”語句包容在每一個模塊中而不是在模塊中各自編碼描述。（16）連接約定n如果模塊是用匯編語言實現(xiàn)的，則必須定義和使用模塊間通信的標準約定。目的是構造獨立的、自包容的模塊，它可以用良好定義的方法與其它模塊通信。n應考慮的約定有：a.在將控制轉給其它模塊之前必須保護寄存器的內容，并在控制返回時恢復；b.通信必須通過變元素；c.必須有一個與調用模塊返回地址進行通信的標準方法。（17）輸入與輸出n輸入例程和輸出例程必須集中在有限幾個模塊內。n將這些例程匯集到

15、少數(shù)幾個模塊中有利于輸入和輸出數(shù)據(jù)的監(jiān)控。n此外，將這些例程限制在有限范圍內可使修改更容易。（18）命名n代碼和數(shù)據(jù)單元的名字必須體現(xiàn)它們的功能和內容。（19）程序首部n每個代碼模塊必須包含一個標準化的程序首部注釋語句塊，作為每個程序模塊的內部源文檔。它放在模塊的首部，描述模塊的功能、用途和操作要求。n程序首部應包括下面的信息：a.名稱：包含用于標識模塊的名稱、版本標識符和入口。b.目的：包含模塊目的功能的簡要說明。程序首部n程序首部應包括下面的信息： c.輸入輸出，包含該模塊所使用的每個文件名，并指明是向模塊輸入、還是輸出、還是兩者兼有。使用交互式屏幕的模塊也應提供屏幕功能的說明。d.參數(shù)：

16、提供模塊所需的全部變元的定義以及模塊的返回值（輸出參數(shù)）。參數(shù)定義必須包括：名字、數(shù)據(jù)類型、大小和功能。e.調用：提供該模塊調用的全部例程的清單和調用該模塊的全部例程的清單。f.全局數(shù)據(jù)：提供模塊中使用的全部公用或全局數(shù)據(jù)的清單。程序首部n程序首部應包括下面的信息：g.限制：包含約束或限制模塊性能特點的任何特殊或非常規(guī)因素的清單。h.異常結束：包含異常返回條件和動作的清單。i.方法：包含為實現(xiàn)模塊的功能而使用的方法的詳細說明。j.編程者：代碼編制人名及所屬機構。k.版本號及完成日期：當前的模塊版本號和它的完成日期。l.修改記錄：包含對該模塊的修改人、所屬機構、日期及對應的版本號。（20）行間注

17、釋n源程序體內的注釋必須解釋程序執(zhí)行的處理，必須指明每一個控制語句（有條件地更改一個數(shù)據(jù)值或語句的執(zhí)行順序的語句）的目的。a.if語句：說明條件滿足時執(zhí)行動作的理由。b.i/o語句：標明處理的記錄或文件的性質。c.do語句：說明執(zhí)行動作的理由。d.call語句：說明調用過程的理由。（21）注釋比例n注釋行數(shù)不得少于源程序總行數(shù)的。（22）縮進和分段n源代碼必須清楚地縮進表達，以表明結構化程序段外形的控制范圍，使編碼的邏輯關系對應于程序列表的實際位置。n可執(zhí)行語句限于每行一條。n超過一行的語句的后續(xù)部分應縮進該語句的第一行下面。n一行允許有多個數(shù)據(jù)說明。數(shù)據(jù)說明應使用某種邏輯順序（例如字母順序）

18、排列。（23）模塊規(guī)模n每個軟件單元的源代碼行數(shù)（不含注釋行），平均不應超過行，最大不應超過行。靜態(tài)分析n靜態(tài)分析是通過分析、但不執(zhí)行軟件的程序，找出其中的錯誤和疑點n靜態(tài)分析手段之一，就是使用工具對軟件單元甚至軟件所有成分的源代碼進行分析，獲得以下主要信息：n語法錯誤信息；每個語句中標識符的引用分析，如變量、參數(shù)等；每個模塊調用的子模塊；未給初值的變量；已定義的但未使用的變量；未經(jīng)說明或無用的標號；對任何一組輸入數(shù)據(jù)均不可能執(zhí)行到的代碼段n可以根據(jù)所獲信息對程序進行分析，發(fā)現(xiàn)其中可能存在的缺陷n還可以通過靜態(tài)分析確定程序的分支、路徑、轉移等結構關系，為進行動態(tài)測試產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)提供方便圈復雜度

19、程序復雜性度量nmccabe圈復雜度v(g) 7n將程序流程圖退化為程序圖，將程序流程圖中每個處理符號都退化為一個點，箭頭變成有向弧，調整使成為強連通圖nv(g)=m-n+pnm=弧數(shù)nn=節(jié)點數(shù)np=分離部分的數(shù)目（連通圖p=1）代碼審查n代碼審查是由代碼審查員根據(jù)軟件詳細設計說明，按照規(guī)定的代碼審查單，對被審查的程序代碼逐條進行審查，以確保編碼與設計的一致并確保編碼的正確性n代碼審查應著重審查錯誤代碼而不是多余代碼或代碼的遺漏n各軟件開發(fā)機構應根據(jù)自身情況和所開發(fā)的軟件的特點，形成并不斷補充完善自己使用的代碼審查單通用的代碼審查單格式:嵌套的if是否已正確地縮進？注釋準確并有意義嗎？是否使

20、用了有意義的標號？代碼是否基本上與開始時的模塊模式一致？是否遵循全套的編程標準？通用的代碼審查單入口和出口的連接：初始入口的最終出口正確嗎？對另一個模塊的每一次調用： 全部所需的參數(shù)是否已傳送給每一個被調用的模塊？ 被傳送的參數(shù)值是否正確地設置？通用的代碼審查單程序語言的使用：是否使用一個或一組最佳的動詞？模塊中是否使用完整定義的語言的有限子集？存儲器使用：每一個域在第一次使用前正確地初始化了嗎？規(guī)定的域正確嗎？每個域是否已由正確的變量類型聲明？通用的代碼審查單測試和轉移：測試條件正確嗎？用于測試的是正確變量嗎？每個轉移目標正確并至少執(zhí)行一次嗎？性能：邏輯是否被最佳地編碼？提供的是一般的錯誤還

21、是異常的例程？通用的代碼審查單維護性：所提供的列表控制是否有利于提高可讀性？標號和子程序名符合代碼的意義嗎？邏輯：全部設計是否均已實現(xiàn)？編碼是否做了設計所規(guī)定的內容？每個循環(huán)是否執(zhí)行正確的次數(shù)？（end）調試n調試的任務：診斷和改正程序中的錯誤n調試的步驟：n根據(jù)跡象確定錯誤的正確位置n仔細分析研究以確定問題的原因并進行改正n確定錯誤位置占調試95%的工作量n錯誤改正后要進行回歸測試n修改程序可能帶來新的錯誤錯誤的特征和調試的困難n癥狀和原因可能是相隔很遠的n癥狀可能在另一個錯誤被糾正后消失或暫時性消失n癥狀可能實際上并不是由“錯誤”引起的（如舍入誤差）n癥狀可能是由不太容易跟蹤的人工錯誤引起的n癥狀可能是和時間有關的，而不是處理問題n很難重新產(chǎn)生完全一樣的輸入條件（如實時應用）n癥狀可能時時有時無的n癥狀可能是由分布在許多不同任務中的原因引起的調試技術n輸出存儲器內容n打印中間結果n自動工