一、課程簡介

1.軟件構造課程的目標

①程序設計與實現能力

②系統設計與實現能力

③系統分析與評價能力

④利用現代軟件構造工具的能力

2.傳統軟件設計步驟

①討論需要寫的軟件並實現②測試代碼並改錯③重復②。圖示如下

3.更好的軟件設計

①未雨綢繆②考慮非功能質量屬性③考慮多種設計選擇④把設計決策明確寫下來

4.設計的目標、原則和模式

設計目標：編程的視野

設計原則：編程的標尺

設計模式：編程的經驗

二、軟件構造多維視圖

1.什麽是軟件

(1)構成：

·程序Program：UI, Algorithms, Utilities, APIs, test cases, etc

·數據Data：files, databases, etc

·文檔Documents：SRS需求規格說明, SDD設計規格說明, user manuals, etc

(2)考慮因素

·用戶：誰來使用

·商業目標：為何有用

·社會環境：應遵循何種法則

·技術環境：如何實施

·硬件/網絡：在何處運行

2.軟件構造的多維視圖

（1)Build-time Views

概述：Build-time:idea->requirement->design->code->installable/executable package (軟件構造的核心過程和環節）

Code-level view：源代碼：在邏輯上源代碼是如何由基本程序塊（比如函數，類，方法，接口等等）構成的

Component-level view：組件：源代碼是如何通過文件，目錄，包，庫之間的依賴關鍵進行物理上的組織

Moment view：時刻：在某一時刻，源代碼和組件的情況

Period view：時期：程序如何隨時間改善

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

三種內部相互關聯的形式：面向此法的源代碼、面向語法的程序結構（AST(抽象語法樹))、面向語義的程序結構(Class Diagram)

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

代碼隨著時間變化：添加，修改或者刪除文件，使其從一個版本到另一個版本

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

源代碼物理地組織成文件，其進一步按目錄組織

文件被封裝成包、組件和子系統

可復用模塊形成類庫

庫：庫存儲在自己的磁盤文件中，收集一組代碼函數，可以在各種程序中重用。

來源：OS預裝，語言自帶，第三方，自行開發

與庫鏈接：步驟：用到的類庫列表->復制類庫到可執行程序中

靜態鏈接：庫是單個目標文件的集合，在編譯過程中，將類庫文件復制到可執行文件中，稱為可執行文件的一部分

UML圖

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

文件，包，組件和庫如何隨著時間變化

軟件配置項（SCI）

版本控制系統（VCS）

版本控制是給計算機軟件的不同 狀態分配唯一的名字或者編號的過程

軟件演化是指軟件產生之 後，由於不同的原因對其進行持續地升級過程。

（2)Runtime Views

Code-level : 可執行程序的內存狀態，程序之間的互動、調用

Component-level：軟件包部署到物理環境（OS、network、硬件等），及其互動

Moment view：特定時刻的程序行為

Period view：隨著時間的行為

可執行程序：CPU執行的機器可讀指令序列以及相關的數據值

庫：可以由不同程序重用的常用對象代碼的集合，大多數系統包含一系列庫，不能直接在目標機器上加載和執行，必須首先與一個可執行程序鏈接。

本地機器代碼：

源代碼被加載入內存進行解釋執行，轉化為CPU能識別的機器碼

程序被編譯成字節碼形式(如 java的class文件) ，運行時需要由解析器轉換成機器碼或者解釋執行

解釋字節碼：在執行時編譯為字節碼解釋執行

動態鏈接：

不將目標文件復制到可執行程序 中，而是會標註用到的類庫

在運行時，加載用到的庫到內存中，然後同主程序鏈接

部署時需要將用到的類庫同程序一起部署

優點：類庫 變化時，不需要重新生成可自行程序 、多個運行中程序可共享同一類 庫，優化內存使用

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

快照圖：刻畫內存中某時刻變量的狀態

內存轉儲：包含進程內存副本的硬盤上的文件，當進程被某些內部錯誤或信號中止時生成

⑥Run-time, period and code-level view

UML：程序單元之間的交互

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

uml中的部署：

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

三、軟件構造的質量目標

外部質量：外部質量是用戶能夠感受到的，影響用戶的使用

內部質量：影響使用代碼的相關人員，影響軟件本身和開發者

1.外部質量

1）正確性（主要質量）：正確性是軟件產品執行其規範所定義的確切任務的能力。每層都要確保自己是正確的，同時假定其調用的低層也是正確的。

檢查和調試、防守編程、標準化編程

2）健壯性：健壯性是軟件系統對異常情況作出適當反應的能力。

健壯性同異常情況相關，異常或非異常取決於程序的規 格說明

判斷是否是異常的標準，不取決於客觀的正確標準，而取決於程序的規格說明

3）可擴展性：可擴展性是指軟件易於調整以適應變化的能力。

提升可擴展性的兩個原則：簡約主義設計，分離主義設計

4）復用性：可重用性是軟件元素用於構建許多不同應用程序的能力。

軟件經常遇到相似的模式，利用共性，避 免重復實現。

難點：不同軟件 有不同的設定/規定

5）兼容性：不同軟件系統之間相互可容的集成

難點：不同軟件 有不同的設定/規定

標準化是解決兼容性的關鍵：標準化文件格式，標準化數據結構，標準化用戶接口

通過協議來實現更通用的兼容性

6）效率：效率是軟件系統對硬件資源盡可能 少的需求的能力

正確性是效率的前提

7）可移植性：可移植性是指便於將軟件產品 轉移到各種硬件和軟件環境。

8）易用性：用戶可以輕松掌握軟件的使用，也包括安 裝、運行和監控的容易度

結構清晰、 理解用 戶，換位思考，站在用戶的角度設計軟件

9）功能性：系統提供的可能性範圍

過多的新功能容易帶來一 致性的缺失，影響易用性

更難的問題是避免如此專註於功能而忘記其他品質

在質量提升技術的幫助下，可以在整個項目中保持質量水平不變，而不僅僅 是功能性。

10）及時性：及時性是軟件系統在用戶需要時或之前發布的能力。

11）其他品質：

可驗證性：是否易於驗證

完整性：軟件系統保護其各種組件（程序和數據）免受未經授權的 訪問和修改的能力。

可修復性：可修復性是促進缺陷修復的能力。

經濟性：同及時性相伴，是系統能 夠按照其分配的預算或低於預算完成的能力。

2.內部品質

代碼：LOC（圈復雜度, 用來衡量一個模塊判定結構的復雜程度 ）

結構：耦合度，內聚度，設計中追求高內聚和低耦合

可讀性、可理解性、大小，復雜性，整潔性

內部質量因素通常用作外部質量因素的部分度量

3.質量屬性間的權衡

完整性和易用性

經濟性和功能性、可重用性

效率與可移植性、可重用性

及時性和可拓展性

正確性放在首要地位

4.軟件構建的關鍵問題

系統的軟件構建方法

形式化的軟件規格說明

在開發過程中自動檢查

更好的語言機制

一致性檢查工具

5.軟件構造的五個關鍵目標

1.可理解性：

代碼的可理解性（變量/子程序/ 語句的命名與構 造標準、代碼布 局與風格、註釋、 復雜度）

構建-組件-時刻：構件/項目的可理解 性（包的組織、文 件的組織、命名空 間）

·構建-代碼-周期：重構

·運行-代碼-時刻：日誌跟蹤

2.可復用性

構建-代碼：ADT/OOP; 接口與實現分離; 重載; 繼承/重載/重寫; 組合/代理; 多態; 子類型與泛型編 程; OO設計模式

構建-組件：API設計，庫，可重用的框架

3.可維護性和適應性：

構建-代碼：模塊化設計; 聚合度/耦合度; SOLID; OO設計模式；格式化、規範化、語法化編程

構建-組件：SOLID GRASP、軟件版本控制

4.健壯性

·構建-代碼：異常處理、防禦編程、先驗程序

·構建-組件：單元測試、集成測試

·構建-周期：回歸測試

運行-時刻：調試轉儲

運行-周期：日誌跟蹤

5.性能

構建-代碼：設計模式

運行-代碼：空間復雜性（內 存管理）; 時間復雜性（算 法性能）; 代碼調優

運行-組件：分布式系統

運行-代碼-時期：性能分析和調整、

運行-組件-時期：並行/多線程程序

軟件構造 第一章