哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件工程課件

哈爾濱工業(yè)大學(xué)軟件工程本課程涵蓋軟件工程的基礎(chǔ)知識(shí)，包括軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程、需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和維護(hù)等內(nèi)容。學(xué)生將學(xué)習(xí)如何運(yùn)用軟件工程原理和方法來(lái)構(gòu)建高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。軟件工程概述軟件工程是一門系統(tǒng)性的學(xué)科，致力于解決軟件開(kāi)發(fā)中的復(fù)雜問(wèn)題。它將工程化的原則和方法應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)，以確保軟件的質(zhì)量、可靠性和可維護(hù)性。軟件危機(jī)及其影響11.項(xiàng)目延誤軟件項(xiàng)目常常超出預(yù)算和時(shí)間，導(dǎo)致成本增加。22.軟件質(zhì)量低下軟件漏洞和錯(cuò)誤頻發(fā)，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，無(wú)法滿足用戶需求。33.維護(hù)困難代碼復(fù)雜，難以理解，造成維護(hù)成本高昂，難以修改。44.缺乏可重用性代碼重復(fù)率高，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，難以移植，降低開(kāi)發(fā)效率。軟件工程的目標(biāo)滿足用戶需求軟件必須符合用戶需求，并能有效地解決用戶問(wèn)題。高可靠性軟件必須具備可靠性和穩(wěn)定性，確保其正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全。易于維護(hù)軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)要方便維護(hù)和更新，以適應(yīng)未來(lái)需求變化。高效性軟件運(yùn)行效率高，能夠滿足用戶對(duì)性能和響應(yīng)速度的要求。軟件工程學(xué)的發(fā)展歷程1現(xiàn)代軟件工程面向?qū)ο?，敏捷開(kāi)發(fā)，軟件過(guò)程改進(jìn)2軟件工程的誕生結(jié)構(gòu)化編程，瀑布模型，軟件工程概念3手工編程時(shí)代程序設(shè)計(jì)以手工編碼為主，缺乏規(guī)范軟件工程學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了手工編程時(shí)代、軟件工程的誕生和現(xiàn)代軟件工程三個(gè)階段。早期軟件開(kāi)發(fā)以手工編碼為主，缺乏規(guī)范和方法，導(dǎo)致軟件質(zhì)量低下和開(kāi)發(fā)效率低下。軟件工程的概念在20世紀(jì)60年代提出，旨在解決軟件危機(jī)，建立規(guī)范的軟件開(kāi)發(fā)方法。現(xiàn)代軟件工程則發(fā)展出面向?qū)ο?、敏捷開(kāi)發(fā)和軟件過(guò)程改進(jìn)等新技術(shù)，提高了軟件開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量。軟件開(kāi)發(fā)生命周期1需求分析明確用戶需求，制定軟件功能和性能指標(biāo)2設(shè)計(jì)根據(jù)需求，制定軟件架構(gòu)和設(shè)計(jì)方案3編碼根據(jù)設(shè)計(jì)方案編寫代碼，實(shí)現(xiàn)軟件功能4測(cè)試驗(yàn)證軟件功能，確保軟件質(zhì)量5部署將軟件發(fā)布到生產(chǎn)環(huán)境，供用戶使用軟件開(kāi)發(fā)生命周期是一個(gè)系統(tǒng)化的流程，它將軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有明確的目標(biāo)和產(chǎn)出。它可以幫助開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)，并最終交付滿足用戶需求的高質(zhì)量軟件產(chǎn)品。需求獲取與分析用戶訪談與用戶直接交流，收集真實(shí)需求。問(wèn)卷調(diào)查通過(guò)問(wèn)卷形式收集大量用戶反饋。文檔分析分析現(xiàn)有文檔，了解用戶需求背景。原型設(shè)計(jì)構(gòu)建系統(tǒng)原型，驗(yàn)證用戶需求。需求描述方法自然語(yǔ)言描述使用自然語(yǔ)言來(lái)描述需求，簡(jiǎn)單易懂，但易產(chǎn)生歧義。適合于用戶理解，但難以用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。結(jié)構(gòu)化描述使用表格、數(shù)據(jù)流圖、實(shí)體關(guān)系圖等結(jié)構(gòu)化方式。更精確，但理解難度較高，適合于技術(shù)人員使用。形式化描述使用數(shù)學(xué)公式、邏輯表達(dá)式等形式化的語(yǔ)言。精確、嚴(yán)謹(jǐn)，但理解難度更高，適合于專業(yè)人員使用。圖形化描述使用UML圖等圖形語(yǔ)言來(lái)描述需求。直觀易懂，易于理解，適合于用戶和技術(shù)人員共同使用。軟件設(shè)計(jì)概述軟件設(shè)計(jì)是軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將需求轉(zhuǎn)化為可實(shí)現(xiàn)的軟件架構(gòu)。軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是創(chuàng)建滿足功能和非功能需求的軟件系統(tǒng)，并確保代碼的可讀性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)定義系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，包括組件、模塊和接口之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則包括模塊化、可擴(kuò)展性、安全性、可靠性等，以確保軟件的質(zhì)量和可維護(hù)性。設(shè)計(jì)工具架構(gòu)設(shè)計(jì)工具可以幫助開(kāi)發(fā)者創(chuàng)建、可視化和分析軟件架構(gòu)，提高設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)模式可復(fù)用解決方案設(shè)計(jì)模式是軟件設(shè)計(jì)中可復(fù)用的最佳實(shí)踐解決方案，提供通用的模板和模式，幫助解決常見(jiàn)的軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題。促進(jìn)代碼協(xié)作設(shè)計(jì)模式提供一種通用的語(yǔ)言和框架，使開(kāi)發(fā)人員能夠更有效地溝通和協(xié)作，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。提高代碼質(zhì)量設(shè)計(jì)模式可以提高代碼的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可重用性和靈活性，從而提高軟件系統(tǒng)的整體質(zhì)量。常見(jiàn)的模式創(chuàng)建型模式結(jié)構(gòu)型模式行為型模式軟件質(zhì)量保證11.質(zhì)量目標(biāo)軟件應(yīng)滿足用戶需求，功能完整，易于使用，并具備可靠性、效率、可維護(hù)性、可移植性等特性。22.質(zhì)量保證方法包括軟件測(cè)試、代碼審查、文檔評(píng)審、質(zhì)量管理體系等方法，以確保軟件質(zhì)量符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。33.質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)包括功能性、可靠性、性能、易用性、可維護(hù)性、可移植性等指標(biāo)，用于衡量軟件質(zhì)量水平。44.質(zhì)量控制措施包括預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、糾正、改進(jìn)等措施，旨在降低軟件缺陷率，提升軟件質(zhì)量。軟件測(cè)試概述軟件測(cè)試是軟件開(kāi)發(fā)的重要組成部分，在軟件工程中扮演著至關(guān)重要的角色。測(cè)試的目的在于發(fā)現(xiàn)軟件缺陷，確保軟件質(zhì)量符合預(yù)期。功能測(cè)試驗(yàn)證功能實(shí)現(xiàn)確保軟件功能符合設(shè)計(jì)規(guī)范，滿足用戶需求。測(cè)試用例設(shè)計(jì)根據(jù)需求文檔和設(shè)計(jì)文檔編寫測(cè)試用例，覆蓋所有功能點(diǎn)。缺陷跟蹤管理記錄測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，并跟蹤缺陷修復(fù)過(guò)程。測(cè)試報(bào)告編寫總結(jié)測(cè)試結(jié)果，評(píng)估軟件質(zhì)量，并提供改進(jìn)建議。性能測(cè)試性能測(cè)試目標(biāo)性能測(cè)試的目標(biāo)是確保軟件能夠滿足用戶對(duì)系統(tǒng)性能的預(yù)期，例如響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、并發(fā)用戶數(shù)等。通過(guò)性能測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)軟件性能瓶頸，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，提高系統(tǒng)性能，并評(píng)估系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。性能測(cè)試方法常用的性能測(cè)試方法包括負(fù)載測(cè)試、壓力測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試等。負(fù)載測(cè)試是通過(guò)模擬一定數(shù)量的用戶訪問(wèn)系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)在不同負(fù)載下的性能表現(xiàn)。壓力測(cè)試是在高負(fù)載情況下進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估系統(tǒng)在極端條件下的性能表現(xiàn)。性能測(cè)試工具常用的性能測(cè)試工具包括LoadRunner、JMeter、Gatling等。這些工具可以幫助測(cè)試人員模擬用戶行為，收集性能數(shù)據(jù)，并分析測(cè)試結(jié)果。安全測(cè)試漏洞掃描使用專門的工具掃描系統(tǒng)，以識(shí)別潛在的漏洞和安全問(wèn)題，并提供修復(fù)建議。代碼審計(jì)對(duì)應(yīng)用程序代碼進(jìn)行深入分析，以識(shí)別潛在的安全漏洞，如SQL注入、跨站腳本攻擊等。滲透測(cè)試模擬黑客攻擊，測(cè)試系統(tǒng)的防御能力，評(píng)估系統(tǒng)安全漏洞的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)。安全測(cè)試團(tuán)隊(duì)由經(jīng)驗(yàn)豐富的安全專家組成，負(fù)責(zé)制定安全測(cè)試策略，執(zhí)行測(cè)試，并撰寫測(cè)試報(bào)告。自動(dòng)化測(cè)試1提高效率自動(dòng)化測(cè)試能夠減少手動(dòng)測(cè)試所需的時(shí)間和精力，提高測(cè)試效率。2提高覆蓋率自動(dòng)化測(cè)試可以覆蓋更多測(cè)試用例，例如重復(fù)性測(cè)試和邊界情況測(cè)試，從而提高測(cè)試覆蓋率。3提高可靠性自動(dòng)化測(cè)試可以減少人為錯(cuò)誤，確保測(cè)試結(jié)果的可靠性和一致性。4提高軟件質(zhì)量自動(dòng)化測(cè)試可以幫助盡早發(fā)現(xiàn)軟件缺陷，提高軟件質(zhì)量。項(xiàng)目管理概述項(xiàng)目管理是規(guī)劃、組織和控制項(xiàng)目活動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的過(guò)程。項(xiàng)目管理的目標(biāo)是確保項(xiàng)目按時(shí)、按預(yù)算和按質(zhì)量完成。項(xiàng)目計(jì)劃制定時(shí)間表明確項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)和里程碑。分配資源確定項(xiàng)目所需人力、資金和資源。定義任務(wù)將項(xiàng)目分解為可管理的任務(wù)，并分配給相應(yīng)人員。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，制定應(yīng)對(duì)措施，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制。項(xiàng)目進(jìn)度管理任務(wù)分解將項(xiàng)目任務(wù)分解成更小的子任務(wù)，以便于管理和跟蹤。制定每個(gè)子任務(wù)的完成時(shí)間，確保項(xiàng)目按計(jì)劃推進(jìn)。進(jìn)度跟蹤定期跟蹤項(xiàng)目進(jìn)度，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行。使用圖表或工具來(lái)可視化進(jìn)度，方便團(tuán)隊(duì)成員了解項(xiàng)目進(jìn)展。風(fēng)險(xiǎn)管理識(shí)別項(xiàng)目中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。定期評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)調(diào)整項(xiàng)目計(jì)劃，確保項(xiàng)目順利完成。項(xiàng)目成本管理成本估算準(zhǔn)確估計(jì)項(xiàng)目成本，包括人力成本、硬件成本、軟件成本等。成本控制制定成本預(yù)算，監(jiān)控項(xiàng)目支出，及時(shí)調(diào)整預(yù)算，避免成本超支。成本分析定期分析項(xiàng)目成本，找出成本超支的原因，制定改進(jìn)措施。項(xiàng)目質(zhì)量管理質(zhì)量控制確保軟件產(chǎn)品滿足預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量保證采取措施預(yù)防質(zhì)量問(wèn)題，提升軟件質(zhì)量。質(zhì)量評(píng)估評(píng)估軟件產(chǎn)品質(zhì)量，識(shí)別潛在問(wèn)題。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理團(tuán)隊(duì)組建根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的人員，確定團(tuán)隊(duì)成員的角色和職責(zé)，確保團(tuán)隊(duì)成員的技能和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌驖M足項(xiàng)目要求。團(tuán)隊(duì)成員之間需要互相協(xié)作，并定期進(jìn)行溝通，以確保項(xiàng)目進(jìn)度順利進(jìn)行。團(tuán)隊(duì)溝通有效的溝通是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵，確保團(tuán)隊(duì)成員之間能夠及時(shí)、有效地溝通。使用適當(dāng)?shù)臏贤üぞ吆头椒?，例如?huì)議、郵件、即時(shí)通訊等，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員之間的交流。軟件過(guò)程改進(jìn)軟件過(guò)程改進(jìn)是持續(xù)改進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程、提高軟件質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。過(guò)程改進(jìn)的目標(biāo)是通過(guò)識(shí)別、分析和解決問(wèn)題，優(yōu)化軟件開(kāi)發(fā)流程，使其更有效率、更可靠。軟件過(guò)程模型瀑布模型線性順序模型，階段之間嚴(yán)格區(qū)分。適用于需求明確、變更較少的項(xiàng)目。螺旋模型迭代式模型，風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)，適合大型復(fù)雜項(xiàng)目。強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)分析和迭代開(kāi)發(fā)。敏捷模型迭代增量模型，強(qiáng)調(diào)快速迭代、靈活響應(yīng)需求變更。適合快速變化的項(xiàng)目。增量模型將軟件分解為多個(gè)增量，逐步開(kāi)發(fā)和交付。適用于需求相對(duì)清晰、可以逐步實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。CMM/CMMI簡(jiǎn)介CMMI模型CMMI提供了一個(gè)用于改進(jìn)軟件過(guò)程的框架，用于幫助組織實(shí)現(xiàn)軟件質(zhì)量、效率和可預(yù)測(cè)性。CMMI等級(jí)CMMI擁有五個(gè)等級(jí)：初始級(jí)、已管理級(jí)、已定義級(jí)、量化管理級(jí)和優(yōu)化級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)于軟件工程過(guò)程的成熟度水平。過(guò)程改進(jìn)CMMI強(qiáng)調(diào)持續(xù)過(guò)程改進(jìn)，幫助組織識(shí)別、分析和改進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高效率和質(zhì)量。敏捷軟件開(kāi)發(fā)敏捷軟件開(kāi)發(fā)是一種以迭代和增量的方式進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的方法，它強(qiáng)調(diào)快速交付價(jià)值，并持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品。敏捷方法鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員之間的緊密合作，并注重客戶反饋，以確保最終交付的產(chǎn)品符合客戶需求。敏捷實(shí)踐方法ScrumScrum是一個(gè)增量式和迭代式的開(kāi)發(fā)過(guò)程框架，適用于復(fù)雜產(chǎn)品。每日站會(huì)沖刺產(chǎn)品待辦列表看板看板是可視化工作流程，用于跟蹤任務(wù)的進(jìn)度，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率。待辦進(jìn)行中已完成結(jié)對(duì)編程兩個(gè)程序員并肩工作，共同完成代碼編寫，提高代碼質(zhì)量和知識(shí)共享。測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)先編寫測(cè)試用例，然后編寫代碼實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例，確保代碼質(zhì)量和功能。未來(lái)軟件工程的發(fā)展趨勢(shì)11.人工智能的深度融合人工智能技術(shù)將被更廣泛地應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如代碼生成、測(cè)試和維護(hù)。22.云原生技術(shù)的普及云原生技術(shù)將成為主流，軟件開(kāi)發(fā)將更加強(qiáng)調(diào)可擴(kuò)展性、彈性和分布式架構(gòu)。33.低代碼開(kāi)發(fā)的興起低代碼開(kāi)