计算机软件架构与设计模式试题集详解

计算机软件架构与设计模式试题集详解姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.软件架构与设计模式基础知识

1.1下列关于软件架构的定义，错误的是：

A.软件架构是软件系统的整体结构和组成部分的相互作用

B.软件架构定义了软件系统的结构和组件

C.软件架构不涉及具体实现细节

D.软件架构与软件设计没有区别

1.2下列关于设计模式的特点，错误的是：

A.设计模式提供了一系列可重用的解决方案

B.设计模式强调代码的可读性和可维护性

C.设计模式不涉及功能优化

D.设计模式有助于提高代码的复用性

1.3下列关于面向对象设计原则，不属于六大原则的是：

A.单一职责原则

B.开放封闭原则

C.里氏替换原则

D.继承原则

2.软件架构设计原则

2.1在软件架构设计中，以下哪个原则强调将功能相关的代码组合在一起：

A.单一职责原则

B.开放封闭原则

C.依赖倒置原则

D.接口隔离原则

2.2在软件架构设计中，以下哪个原则强调降低类之间的耦合度：

A.单一职责原则

B.开放封闭原则

C.依赖倒置原则

D.接口隔离原则

2.3在软件架构设计中，以下哪个原则强调在软件中尽可能使用接口和抽象：

A.单一职责原则

B.开放封闭原则

C.依赖倒置原则

D.接口隔离原则

3.设计模式分类与特点

3.1以下哪个设计模式属于创建型模式：

A.单例模式

B.适配器模式

C.观察者模式

D.状态模式

3.2以下哪个设计模式属于结构型模式：

A.单例模式

B.适配器模式

C.观察者模式

D.状态模式

3.3以下哪个设计模式属于行为型模式：

A.单例模式

B.适配器模式

C.观察者模式

D.状态模式

4.设计模式在实际应用中的选择

4.1在以下场景中，最适合使用适配器模式的是：

A.将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口

B.在不改变现有类的前提下，增加类的功能

C.将一个类的操作封装成另一个接口

D.在不改变现有类的前提下，实现类之间的交互

4.2在以下场景中，最适合使用观察者模式的是：

A.将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口

B.在不改变现有类的前提下，增加类的功能

C.将一个类的操作封装成另一个接口

D.在不改变现有类的前提下，实现类之间的交互

4.3在以下场景中，最适合使用状态模式的是：

A.将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口

B.在不改变现有类的前提下，增加类的功能

C.将一个类的操作封装成另一个接口

D.在不改变现有类的前提下，实现类之间的交互

5.软件架构评估与优化

5.1在软件架构评估过程中，以下哪个指标不属于非功能性需求：

A.功能

B.可用性

C.安全性

D.代码质量

5.2以下哪种方法适用于软件架构优化：

A.软件重构

B.软件重写

C.软件重构与重写

D.软件重写与重构

5.3在软件架构优化过程中，以下哪个阶段不属于优化阶段：

A.需求分析

B.设计阶段

C.实现阶段

D.测试阶段

6.软件架构演化与迁移

6.1以下哪个概念描述了软件架构从当前状态向期望状态转变的过程：

A.软件架构演化

B.软件架构重构

C.软件架构迁移

D.软件架构优化

6.2以下哪种技术有助于软件架构迁移：

A.模块化

B.组件化

C.微服务架构

D.分布式架构

6.3在软件架构迁移过程中，以下哪个阶段不属于迁移阶段：

A.需求分析

B.设计阶段

C.实现阶段

D.测试阶段

7.软件架构在敏捷开发中的应用

7.1以下哪个原则不属于敏捷开发的原则：

A.个体和互动高于流程和工具

B.工作软件高于详尽的文档

C.客户合作高于合同谈判

D.响应变化高于遵循计划

7.2在敏捷开发中，以下哪个实践有助于软件架构设计：

A.持续集成

B.持续部署

C.持续交付

D.极限编程

7.3在敏捷开发中，以下哪个角色负责软件架构设计：

A.产品经理

B.开发者

C.架构师

D.测试人员

答案及解题思路：

1.1D

解题思路：软件架构与软件设计有区别，软件架构更注重整体结构和组成部分的相互作用。

1.2C

解题思路：设计模式涉及功能优化，以提高代码的执行效率。

1.3D

解题思路：继承原则不属于面向对象设计原则。

2.1D

解题思路：接口隔离原则强调降低类之间的耦合度。

2.2C

解题思路：依赖倒置原则强调降低类之间的耦合度。

2.3C

解题思路：依赖倒置原则强调在软件中尽可能使用接口和抽象。

3.1A

解题思路：单例模式属于创建型模式，用于保证一个类一个实例。

3.2B

解题思路：适配器模式属于结构型模式，用于将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。

3.3C

解题思路：观察者模式属于行为型模式，用于实现对象之间的依赖关系。

4.1A

解题思路：适配器模式用于将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。

4.2D

解题思路：观察者模式用于实现类之间的交互。

4.3D

解题思路：状态模式用于在不改变现有类的前提下，实现类之间的交互。

5.1D

解题思路：代码质量不属于非功能性需求。

5.2A

解题思路：软件重构适用于软件架构优化。

5.3A

解题思路：需求分析不属于优化阶段。

6.1A

解题思路：软件架构演化描述了软件架构从当前状态向期望状态转变的过程。

6.2C

解题思路：微服务架构有助于软件架构迁移。

6.3A

解题思路：需求分析不属于迁移阶段。

7.1D

解题思路：响应变化高于遵循计划不属于敏捷开发的原则。

7.2C

解题思路：持续交付有助于软件架构设计。

7.3C

解题思路：架构师负责软件架构设计。二、填空题1.软件架构的三层结构分别是表示层、业务逻辑层、数据访问层。

解题思路：软件架构的三层结构模型是一种常见的软件架构设计模式，其中表示层负责用户界面，业务逻辑层处理业务规则，数据访问层负责与数据库交互。这个结构有助于分离关注点，提高代码的可维护性和可扩展性。

2.设计模式遵循的四大原则是开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则。

解题思路：设计模式的原则是保证代码的可维护性和可扩展性的基础。开闭原则要求软件实体应对扩展开放，对修改关闭；里氏替换原则要求任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现；依赖倒置原则要求高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应依赖于抽象；接口隔离原则要求一个接口不应该包含多个客户端不感兴趣的方法。

3.软件架构设计的关键因素包括质量属性、系统约束、系统需求、技术策略。

解题思路：软件架构设计的关键因素包括影响系统功能、安全、可用性等质量属性的考虑，系统外部的约束条件，如法律法规、硬件限制等，系统的具体需求，以及采用的技术策略和最佳实践。

4.软件架构评估的常用方法有非功能性质量属性分析、静态架构分析、动态架构分析、架构评估模型。

解题思路：软件架构评估的目的是评估架构设计是否满足系统需求和质量属性。非功能性质量属性分析关注如功能、安全性、可用性等非功能需求；静态架构分析通过代码审查、架构图分析等手段评估架构设计；动态架构分析通过实际运行系统来评估架构；架构评估模型如C4模型、FURPS模型等提供了一套评估框架。

5.软件架构演化过程中可能遇到的问题有技术债务累积、需求变更频繁、架构退化、团队协作困难。

解题思路：软件架构的演化过程中可能会遇到多种问题。技术债务累积可能由于早期设计的不当导致后期维护困难；需求变更频繁可能导致架构频繁修改，影响稳定性；架构退化可能因为系统复杂性增加，导致架构设计不符合最佳实践；团队协作困难可能因为团队成员对架构的理解不一致或沟通不畅。这些问题都需要通过良好的设计实践和团队协作来避免或缓解。三、判断题1.软件架构设计只关注系统的高层设计，而忽略底层细节。（）

（×）

解题思路：软件架构设计不仅要关注系统的高层设计，如系统组件、组件间的交互以及系统如何与外部环境交互等，同时也需要关注底层细节，如组件内部的实现细节、组件间的通信机制等。良好的软件架构设计应该兼顾系统的整体功能、可维护性、可扩展性等因素。

2.设计模式可以提高软件的可维护性和可扩展性。（）

（√）

解题思路：设计模式是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类编目、代码设计经验的总结。合理地运用设计模式可以减少代码重复，提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。例如工厂模式、单例模式、观察者模式等都是常用的设计模式，能够有效地提高软件的架构质量。

3.软件架构优化主要是通过减少系统复杂度来提高功能。（）

（√）

解题思路：软件架构优化确实可以通过减少系统复杂度来提高功能。复杂的系统往往难以维护，且可能出现功能瓶颈。通过简化系统设计、优化组件交互、消除冗余等手段，可以有效降低系统复杂度，提高系统功能。

4.软件架构评估可以保证系统满足业务需求。（）

（×）

解题思路：软件架构评估可以帮助识别系统设计中存在的问题，为后续的改进提供依据。但是仅凭架构评估并不能保证系统完全满足业务需求。业务需求可能会时间推移而发生变化，软件架构评估需要结合实际业务场景和用户反馈，持续进行迭代优化。

5.软件架构演化过程中，系统功能会逐渐下降。（）

（×）

解题思路：软件架构演化过程中，系统功能不一定会逐渐下降。技术的进步和设计理念的更新，系统功能有望得到提升。当然，在实际演化过程中，也可能因为设计不合理、资源分配不均等原因导致功能下降。因此，软件架构演化需要关注功能评估，及时发觉并解决功能问题。四、简答题1.简述软件架构与设计模式的关系。

解答：

软件架构与设计模式是软件工程中的两个重要概念。软件架构是软件系统整体结构的设计，关注系统的高层设计和系统组件之间的交互。而设计模式是解决软件设计过程中常见问题的经验总结，关注的是在某个特定场景下的最佳实践。两者之间的关系是：设计模式是软件架构实现过程中的工具和手段，它们可以应用于软件架构设计中，以实现系统的高内聚、低耦合。

2.简述设计模式在软件架构设计中的作用。

解答：

设计模式在软件架构设计中的作用主要体现在以下几个方面：

提高代码复用性：设计模式提供了可重用的解决方案，减少代码重复。

提高代码可维护性：设计模式使代码结构清晰，易于理解和修改。

提高代码可扩展性：设计模式提供了灵活的组件结构，便于系统扩展。

遵循开闭原则：设计模式遵循开闭原则，使系统易于扩展和修改，而无需修改现有代码。

3.简述软件架构评估的主要指标。

解答：

软件架构评估的主要指标包括：

可用性：系统满足用户需求的能力。

功能：系统处理请求的效率。

可扩展性：系统在规模和功能上扩展的能力。

可维护性：系统维护和升级的难易程度。

可移植性：系统在不同平台和环境下运行的能力。

安全性：系统防止非法访问和恶意攻击的能力。

4.简述软件架构优化的常见方法。

解答：

软件架构优化的常见方法包括：

组件化：将系统分解为可重用的组件，提高模块化程度。

重构：对现有代码进行修改，提高代码质量和可维护性。

抽象层：增加抽象层，隔离系统组件之间的依赖关系。

优化算法和数据结构：提高系统处理效率。

引入中间件：使用中间件来优化系统功能和扩展性。

5.简述软件架构演化过程中可能遇到的问题及解决方案。

解答：

软件架构演化过程中可能遇到的问题及解决方案

问题：组件间耦合度高，难以维护。

解决方案：采用设计模式降低组件间耦合。

问题：系统功能瓶颈。

解决方案：优化算法和数据结构，引入缓存和异步处理。

问题：系统可扩展性差。

解决方案：采用微服务架构，提高系统模块化程度。

问题：系统安全性问题。

解决方案：加强系统安全防护措施，如使用安全协议、加密数据等。

答案及解题思路：

1.软件架构与设计模式的关系：设计模式是软件架构实现过程中的工具和手段，可以应用于软件架构设计中，以实现系统的高内聚、低耦合。

2.设计模式在软件架构设计中的作用：提高代码复用性、提高代码可维护性、提高代码可扩展性、遵循开闭原则。

3.软件架构评估的主要指标：可用性、功能、可扩展性、可维护性、可移植性、安全性。

4.软件架构优化的常见方法：组件化、重构、抽象层、优化算法和数据结构、引入中间件。

5.软件架构演化过程中可能遇到的问题及解决方案：组件间耦合度高，采用设计模式降低耦合；系统功能瓶颈，优化算法和数据结构；系统可扩展性差，采用微服务架构；系统安全性问题，加强安全防护措施。五、论述题1.结合实际案例，论述软件架构设计原则在项目中的应用。

答案：

在实际项目中，遵循软件架构设计原则可以显著提高项目的质量和可维护性。一个案例：

案例背景：某电商平台开发项目，由于设计初期未遵循软件架构设计原则，导致后期系统扩展性差，模块间耦合度高。

应用原则：

单一职责原则：将功能模块分离，保证每个模块只负责一项功能。

开放封闭原则：保证软件模块易于扩展和修改，同时对外界变化不敏感。

依赖倒置原则：高层模块不应依赖于低层模块，二者都应依赖于抽象。

解题思路：

在该案例中，通过遵循以上原则，将系统分解为多个功能模块，降低模块间的耦合度，提高了系统的可扩展性和可维护性。

2.结合实际案例，论述设计模式在软件架构设计中的具体应用。

答案：

设计模式是解决软件设计过程中常见问题的有效方法。一个案例：

案例背景：某在线教育平台开发项目，课程模块需要支持课程内容的动态更新和扩展。

应用设计模式：

工厂模式：创建一个工厂类，用于创建不同类型的课程对象，降低模块间的耦合度。

观察者模式：课程内容更新时，通知观察者模块进行相应处理。

解题思路：

通过应用设计模式，该平台实现了课程模块的动态更新和扩展，提高了系统的灵活性和可维护性。

3.结合实际案例，论述软件架构评估与优化对项目的重要性。

答案：

软件架构评估与优化对于项目的重要性体现在以下方面：

案例背景：某企业内部管理系统项目，系统运行一段时间后，发觉功能瓶颈，影响用户体验。

评估与优化：

功能评估：对系统进行压力测试，找出功能瓶颈。

架构优化：调整系统架构，优化数据库查询、缓存策略等。

解题思路：

通过评估与优化，该企业内部管理系统功能得到显著提升，用户体验得到改善。

4.结合实际案例，论述软件架构演化过程中可能遇到的问题及解决策略。

答案：

软件架构演化过程中可能遇到的问题及解决策略

案例背景：某银行核心业务系统升级，需要支持新的业务需求。

可能遇到的问题及解决策略：

模块间耦合度高：通过解耦模块，提高系统可维护性。

架构设计不合理：调整架构设计，保证系统稳定性和可扩展性。

新业务需求与现有架构冲突：评估现有架构，必要时进行调整。

解题思路：

针对上述问题，采取相应的解决策略，保证软件架构在演化过程中稳定、可靠。

5.结合实际案例，论述软件架构在敏捷开发中的应用。

答案：

软件架构在敏捷开发中的应用主要体现在以下几个方面：

案例背景：某互联网公司采用敏捷开发模式，开发一款移动社交应用。

应用场景：

灵活调整架构：根据需求变化，调整系统架构，适应快速迭代。

模块化设计：将系统划分为多个模块，提高可维护性和可扩展性。

架构演化：在迭代过程中，持续评估和优化架构。

解题思路：

在敏捷开发过程中，关注软件架构的灵活性和可维护性，保证项目按期交付。六、编程题1.实现单例模式。

题目：

设计一个类`Singleton`，该类在任何时候都只允许创建一个实例，并提供一个全局访问点。

答案：

classSingleton:

_instance=None

def__new__(cls):

ifcls._instanceisNone:

cls._instance=super(Singleton,cls).__new__(cls)

returncls._instance

使用单例

singleton1=Singleton()

singleton2=Singleton()

assertsingleton1issingleton2

解题思路：

使用Python的`__new__`魔术方法，该方法在创建类的实例之前被调用，可以控制实例的创建过程。

检查类的私有静态属性`_instance`是否已经被初始化，如果没有，则初始化一个类的实例并赋值给`_instance`，否则直接返回`_instance`。

2.实现工厂方法模式。

题目：

设计一个`Rectangle`类和一个`Circle`类，同时创建一个`ShapeFactory`类，它根据传递的类型参数来返回对应的形状实例。

答案：

classShape:

defdraw(self):

pass

classRectangle(Shape):

defdraw(self):

print("DrawingRectangle")

classCircle(Shape):

defdraw(self):

print("DrawingCircle")

classShapeFactory:

defcreate_shape(self,shape_type):

ifshape_type=='rectangle':

returnRectangle()

elifshape_type=='circle':

returnCircle()

returnNone

使用工厂方法

factory=ShapeFactory()

shape=factory.create_shape('rectangle')

shape.draw()

解题思路：

定义一个`Shape`接口类和两个具体类`Rectangle`、`Circle`，分别实现绘图的功能。

`ShapeFactory`类有一个方法`create_shape`，该方法根据传入的类型参数返回相应的形状实例。

3.实现抽象工厂模式。

题目：

设计一个`Car`类和一个`Engine`类，以及两个子类`SedanCar`和`SportsCar`继承自`Car`类。`Engine`也有两个子类`ElectricEngine`和`FuelEngine`，分别实现电动和燃油驱动。

答案：

classEngine:

defstart(self):

pass

classElectricEngine(Engine):

defstart(self):

print("Startingelectricengine")

classFuelEngine(Engine):

defstart(self):

print("Startingfuelengine")

classCar:

def__init__(self,engine):

self.engine=engine

classSedanCar(Car):

defdrive(self):

print("Drivingasedancarwithanengine")

self.engine.start()

classSportsCar(Car):

defdrive(self):

print("Drivingasportscarwithanengine")

self.engine.start()

classCarFactory:

defcreate_car(self,car_type):

ifcar_type=='sedan':

returnSedanCar(ElectricEngine())

elifcar_type=='sports':

returnSportsCar(FuelEngine())

returnNone

使用抽象工厂

factory=CarFactory()

car=factory.create_car('sedan')

car.drive()

解题思路：

创建`Engine`和它的两个子类`ElectricEngine`、`FuelEngine`。

创建`Car`及其子类`SedanCar`、`SportsCar`。

`CarFactory`根据`car_type`参数返回相应的`Car`实例，其中`Car`实例包含了指定的`Engine`子类实例。

4.实现建造者模式。

题目：

设计一个`House`类，并使用建造者模式来创建具有不同楼层和房间的房屋。

答案：

classHouse:

def__init__(self):

self.foundation=None

self.roof=None

self.windows=None

classHouseBuilder:

def__init__(self):

self.house=House()

defbuild_foundation(self,foundation_type):

self.house.foundation=foundation_type

returnself

defbuild_roof(self,roof_type):

self.house.roof=roof_type

returnself

defbuild_windows(self,windows_type):

self.house.windows=windows_type

returnself

defget_house(self):

returnself.house

使用建造者模式

builder=HouseBuilder().build_foundation("砖混").build_roof("斜屋顶").build_windows("铝合金")

house=builder.get_house()

解题思路：

定义一个`House`类，包含`foundation`、`roof`和`windows`等属性。

定义一个`HouseBuilder`类，提供建造房屋的方法。

通过链式调用，构建房屋的各个部分，并返回最终的`House`实例。

5.实现原型模式。

题目：

设计一个`Shape`类和一个`ShapeCache`类，使用原型模式缓存`Shape`实例。

答案：

classShape:

defdraw(self):

pass

classCircle(Shape):

defdraw(self):

print("DrawingCircle")

classSquare(Shape):

defdraw(self):

print("DrawingSquare")

classShapeCache:

_shape_map={}

staticmethod

defget_shape(shape_type):

ifshape_typenotinShapeCache._shape_map:

ifshape_type=='circle':

ShapeCache._shape_map[shape_type]=Circle()

elifshape_type=='square':

ShapeCache._shape_map[shape_type]=Square()

returnShapeCache._shape_map[shape_type]

使用原型模式

shape1=ShapeCache.get_shape('circle')

shape2=ShapeCache.get_shape('circle')

assertshape1isshape2

解题思路：

定义一个`Shape`接口类和两个具体类`Circle`、`Square`。

`ShapeCache`类使用静态方法`get_shape`根据传入的`shape_type`获取缓存的`Shape`实例，如果没有缓存，则创建一个新的实例并添加到缓存中。

答案及解题思路：

1.实现单例模式。

答案如上所示，解题思路为使用`__new__`魔术方法控制实例的创建，保证一个实例被创建。

2.实现工厂方法模式。

答案如上所示，解题思路为定义形状接口和具体类，然后定义工厂类，通过传入类型参数来创建对应的形状实例。

3.实现抽象工厂模式。

答案如上所示，解题思路为创建汽车和引擎接口及其实例，然后定义一个工厂类，根据汽车类型创建相应的汽车实例。

4.实现建造者模式。

答案如上所示，解题思路为创建房屋类和建造者类，通过建造者类构建房屋的不同部分。

5.实现原型模式。

答案如上所示，解题思路为使用静态方法在缓存中查找`Shape`实例，如果不存在则创建一个新的实例。七、案例分析题1.分析一个实际项目中软件架构的设计，并指出其优缺点。

1.1项目背景

简述项目的基本情况，包括项目名称、开发目的、开发周期等。

1.2软件架构设计

描述项目采用的软件架构风格（如分层架构、微