哈尔滨工业大学软件工程课件

哈尔滨工业大学软件工程软件工程是系统性地组织和管理信息系统开发过程的学科。软件工程注重软件质量、效率和可维护性。1.课程简介11本课程旨在为学生提供软件工程的基础知识和基本技能，培养学生系统地分析、设计、开发和维护软件的能力。22课程内容涵盖软件工程的基本概念、软件生命周期模型、需求分析、系统设计、软件测试、软件维护等方面。33通过课堂教学、案例分析、实验实践等多种教学方式，使学生掌握软件工程的基本理论和方法，并能够运用所学知识进行软件开发实践。2.软件工程的概述定义和目标软件工程是一门系统化、规范化、可量化的学科，它关注如何以经济有效的方式开发和维护高质量的软件。工程原则软件工程强调应用工程原则和方法，以提高软件开发效率，降低开发成本，增强软件可维护性和可重用性。关键要素软件工程涉及软件需求分析、系统设计、编码、测试、维护等多个阶段，每个阶段都有一套完整的流程和规范。3.软件生命周期1需求分析理解用户需求，确定软件功能和性能。2系统设计设计软件体系结构，确定模块划分和数据结构。3编码实现根据设计文档，编写代码实现软件功能。4测试验证对软件进行单元测试，集成测试，系统测试，确保软件质量。5部署维护将软件部署到目标环境，并进行后续维护和升级。4.需求分析需求获取通过与用户沟通、观察用户行为、收集用户反馈等方式，获取用户的需求，并将其转化为具体的、可测量的需求。需求分析对获取到的用户需求进行分析和整理，明确系统功能、性能、安全、可靠性等方面的具体要求。需求文档将分析后的需求整理成文档，包括功能需求、性能需求、用户界面需求、数据需求等。需求验证与用户确认需求文档，确保需求准确、完整、一致。5.系统设计1系统架构设计确定系统整体结构，定义各个模块的功能和职责，以及它们之间的交互关系。2数据库设计设计数据模型，包括实体、属性、关系等，确保数据的一致性和完整性。3接口设计定义系统内部模块之间、系统与外部系统之间的交互方式，确保数据传输的正确性和安全性。4用户界面设计设计用户与系统交互的界面，包括界面布局、导航、信息展示等，提供良好的用户体验。6.体系结构设计1系统架构定义软件系统的整体结构2模块架构划分软件系统的功能模块3数据架构设计软件系统的数据库结构体系结构设计是软件开发的关键阶段。它定义了系统的整体结构，并为后续的详细设计和代码实现提供指导。体系结构设计需要考虑系统的性能、可靠性、可扩展性、安全性等因素，并根据实际需求选择合适的架构模式。7.模块设计模块设计是软件设计的重要组成部分，它将整个系统分解成多个独立的功能模块，这些模块之间通过接口进行交互。每个模块都有明确的功能定义和独立的代码实现，便于开发、测试和维护。1模块分解将系统分解为可管理的模块，提高代码可读性、可维护性和可重用性。2模块间通信设计模块之间的接口，确保模块间能够有效地进行数据交换和功能调用。3模块测试对每个模块进行独立的测试，确保模块的功能和性能符合设计要求。模块设计需要考虑模块间的耦合度和内聚性，以及模块的粒度和复杂度。良好的模块设计可以提高软件开发效率，降低软件维护成本，提高软件质量。8.数据设计1数据建模确定数据模型，包含实体、属性、关系等，使用ER图等工具可视化展示。2数据库设计选择合适的数据库管理系统(DBMS)，根据数据模型设计数据库结构、表结构、索引等。3数据存储考虑数据存储方式，如关系型数据库、NoSQL数据库，并进行数据备份和恢复策略。9.代码实现编程语言选择合适的编程语言，例如Java、C++、Python等，根据项目需求选择合适的语言。代码规范遵循代码规范，例如命名规范、代码风格、注释规范等，提高代码可读性和可维护性。模块化设计将代码划分为不同的模块，每个模块负责特定的功能，提高代码复用率。单元测试编写单元测试用例，确保代码的正确性和稳定性。代码审查进行代码审查，确保代码质量符合标准。版本控制使用版本控制系统，例如Git，管理代码的版本。10.单元测试1准备测试环境安装测试框架和依赖库。2编写测试用例针对每个模块和函数编写测试用例，覆盖不同输入和边界条件。3执行测试用例运行测试用例并检查测试结果。4修复错误根据测试结果修改代码，并重新执行测试。单元测试是软件开发中不可或缺的一部分，它可以帮助开发人员尽早发现并修复代码中的错误，提高代码质量。11.集成测试1系统测试验证整个系统是否满足需求2集成测试验证模块之间的交互是否正确3单元测试验证单个模块是否按预期工作集成测试是软件测试过程中一个重要步骤，它旨在验证各个模块之间的交互是否正确。通过集成测试，确保各个模块能够协同工作并实现预期的功能。12.系统测试系统测试是在软件开发的最后阶段进行的测试，旨在验证软件是否满足用户需求。1功能测试验证软件功能是否符合需求。2性能测试评估软件性能指标。3安全测试评估软件安全漏洞。4兼容性测试验证软件在不同平台上的兼容性。系统测试通常由专门的测试团队负责，并使用各种测试工具和技术来执行。13.验收测试1定义范围验收测试是软件开发过程的最后阶段，确保软件满足用户需求和预期的功能。2测试计划基于软件需求和规格说明书制定测试计划，包括测试用例、测试环境和时间表。3执行测试按照测试计划执行测试，记录测试结果，并分析测试结果以确保软件质量。4测试报告根据测试结果撰写测试报告，总结测试过程和结果，并提出改进建议。14.软件维护纠正性维护修复软件缺陷或错误，保证软件的正常运行。适应性维护根据环境的变化，修改软件以适应新的需求。完善性维护改进软件的功能或性能，满足用户新的需求。预防性维护改进软件的结构或设计，提高软件的可靠性和可维护性，预防潜在的问题。15.软件质量保证质量保证目标保证软件产品满足用户需求，并符合相关标准和规范。例如，可靠性、性能、安全性等指标。质量保证方法采用各种方法确保软件质量，包括代码审查、测试、静态分析等。此外，还需要重视软件过程的质量控制，例如需求管理、设计评审等。16.软件项目管理团队合作项目管理需要有效的团队合作，确保所有成员共同努力，实现项目目标。时间安排制定合理的时间安排，确保项目按计划进行，并控制项目进度。预算控制管理项目预算，确保项目在预算范围内完成，并进行成本控制。风险管理识别和评估项目风险，制定风险应对策略，降低项目风险。18.软件过程模型瀑布模型瀑布模型是一种线性、顺序的软件开发模型，它将软件开发过程划分为多个阶段，每个阶段都必须完成才能进入下一个阶段。敏捷开发模型敏捷开发模型是一种迭代、增量式的软件开发模型，它强调快速迭代、灵活调整和客户反馈。螺旋模型螺旋模型是一种风险驱动的软件开发模型，它将瀑布模型与原型模型结合起来，并在每个阶段都进行风险评估和控制。18.软件工程工具版本控制工具例如Git、SVN等，用于管理代码版本，跟踪代码变更，协作开发。项目管理工具例如Jira、Trello等，用于规划项目，跟踪进度，协作工作。代码编辑器例如VSCode、SublimeText等，用于编写代码，提供代码提示，调试等功能。集成开发环境例如Eclipse、IntelliJIDEA等，提供完整的开发工具链，包括代码编辑，调试，测试，部署等功能。19.软件开发方法论瀑布模型瀑布模型是一种传统的软件开发方法论，它将软件开发过程划分为多个阶段，每个阶段都有明确的输出和输入，且每个阶段都必须完成才能进入下一个阶段。敏捷开发敏捷开发是一种以人为本的软件开发方法论，强调快速迭代、持续反馈和灵活应变，并鼓励团队合作和沟通。螺旋模型螺旋模型是一种将瀑布模型和原型模型结合起来的软件开发方法论，它将软件开发过程划分为多个循环，每个循环都包含需求分析、设计、开发、测试和评估等阶段。迭代模型迭代模型是一种逐步细化和完善软件系统的软件开发方法论，它将软件开发过程划分为多个迭代，每个迭代都包含需求分析、设计、开发、测试和部署等阶段。20.面向对象分析与设计面向对象分析面向对象分析(OOA)侧重于从现实世界中识别对象和类。它将问题域分解为一系列相互关联的对象，每个对象都具有特定的属性和行为。识别对象和类定义对象和类之间的关系构建系统模型面向对象设计面向对象设计(OOD)侧重于将分析阶段确定的对象和类转化为软件系统的设计方案。它强调系统架构、模块化设计和可重用性。设计系统架构定义类和对象之间的交互实现软件系统设计模式可重用解决方案设计模式提供可重用解决方案，解决软件开发中的常见问题。协作与沟通设计模式促进团队成员之间更好地沟通，协作开发更一致、可维护的代码。系统架构设计模式帮助构建灵活、可扩展的软件系统架构，适应未来需求变化。22.软件重构11.代码优化改善代码结构，提高可读性、可维护性，降低复杂度。22.性能提升通过代码重构，优化算法，减少资源消耗，提升软件性能。33.扩展性增强改进代码设计，使软件更容易扩展，适应未来的需求变化。44.错误修复重构可以帮助定位并修复代码中的潜在问题，提高软件可靠性。持续集成和持续交付持续集成代码更改频繁集成到主分支，并运行自动测试，确保代码质量。持续交付将软件构建并自动部署到生产环境，实现快速迭代发布。自动化流程构建、测试、部署等流程自动化，提高效率，降低错误率。24.敏捷软件开发敏捷开发方法论以迭代和增量的方式交付软件。强调客户参与、快速反馈、持续改进。ScrumKanban极限编程(XP)敏捷开发原则个人和互动高于流程和工具可工作的软件高于详尽的文档客户合作高于合同谈判响应变化高于遵循计划26.DevOps自动化DevOps强调自动化流程，以提高效率，降低出错率。协作DevOps将开发、运维和安全团队紧密合作，实现快速迭代和持续交付。持续交付DevOps通过持续集成和持续交付，确保软件快速、可靠地交付给用户。监控DevOps利用监控工具收集数据，帮助识别潜在问题，提高软件稳定性。软件工程前沿技术11.云原生软件工程利用云计算平台，实现软件的开发、部署和运维。22.人工智能软件工程将人工智能技术应用于软件开发过程中，提高效率和质量。33.区块链软件工程利用区块链技术，构建可信、安全和透明的软件系统。44.软件工程伦理探讨软件开发过程中涉及的伦理问题，确保软件的社会责任。27.实践教学团队合作学生们组成团队，共同完成软件项目，培养协作能力。课堂实践教师引导学生进行实际操作，将理论知识应用到实践中。编程练习学生们进行大量的编程练习，掌握软件开发技能。项目展示学生们将完成的软件项目进行展示，分享经验和成果。课程总结知识体系软件工程涵盖软件开发生命周期的各个阶段，从需求分析到系统设计、代码实现、测试和维护。实践能力本课程注重实践，通过项目案例锻炼学生的实际动手能力，掌握软件开发的流程和方法。团队合作软件工程是一个团队协作的学科，课程中包含团队合作项目，培养学生的沟通和协作能力。