哈爾濱工業(yè)大學軟件工程軟件工程是系統(tǒng)性地組織和管理信息系統(tǒng)開發(fā)過程的學科。軟件工程注重軟件質量、效率和可維護性。1.課程簡介11本課程旨在為學生提供軟件工程的基礎知識和基本技能，培養(yǎng)學生系統(tǒng)地分析、設計、開發(fā)和維護軟件的能力。22課程內容涵蓋軟件工程的基本概念、軟件生命周期模型、需求分析、系統(tǒng)設計、軟件測試、軟件維護等方面。33通過課堂教學、案例分析、實驗實踐等多種教學方式，使學生掌握軟件工程的基本理論和方法，并能夠運用所學知識進行軟件開發(fā)實踐。2.軟件工程的概述定義和目標軟件工程是一門系統(tǒng)化、規(guī)范化、可量化的學科，它關注如何以經濟有效的方式開發(fā)和維護高質量的軟件。工程原則軟件工程強調應用工程原則和方法，以提高軟件開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，增強軟件可維護性和可重用性。關鍵要素軟件工程涉及軟件需求分析、系統(tǒng)設計、編碼、測試、維護等多個階段，每個階段都有一套完整的流程和規(guī)范。3.軟件生命周期1需求分析理解用戶需求，確定軟件功能和性能。2系統(tǒng)設計設計軟件體系結構，確定模塊劃分和數據結構。3編碼實現根據設計文檔，編寫代碼實現軟件功能。4測試驗證對軟件進行單元測試，集成測試，系統(tǒng)測試，確保軟件質量。5部署維護將軟件部署到目標環(huán)境，并進行后續(xù)維護和升級。4.需求分析需求獲取通過與用戶溝通、觀察用戶行為、收集用戶反饋等方式，獲取用戶的需求，并將其轉化為具體的、可測量的需求。需求分析對獲取到的用戶需求進行分析和整理，明確系統(tǒng)功能、性能、安全、可靠性等方面的具體要求。需求文檔將分析后的需求整理成文檔，包括功能需求、性能需求、用戶界面需求、數據需求等。需求驗證與用戶確認需求文檔，確保需求準確、完整、一致。5.系統(tǒng)設計1系統(tǒng)架構設計確定系統(tǒng)整體結構，定義各個模塊的功能和職責，以及它們之間的交互關系。2數據庫設計設計數據模型，包括實體、屬性、關系等，確保數據的一致性和完整性。3接口設計定義系統(tǒng)內部模塊之間、系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的交互方式，確保數據傳輸的正確性和安全性。4用戶界面設計設計用戶與系統(tǒng)交互的界面，包括界面布局、導航、信息展示等，提供良好的用戶體驗。6.體系結構設計1系統(tǒng)架構定義軟件系統(tǒng)的整體結構2模塊架構劃分軟件系統(tǒng)的功能模塊3數據架構設計軟件系統(tǒng)的數據庫結構體系結構設計是軟件開發(fā)的關鍵階段。它定義了系統(tǒng)的整體結構，并為后續(xù)的詳細設計和代碼實現提供指導。體系結構設計需要考慮系統(tǒng)的性能、可靠性、可擴展性、安全性等因素，并根據實際需求選擇合適的架構模式。7.模塊設計模塊設計是軟件設計的重要組成部分，它將整個系統(tǒng)分解成多個獨立的功能模塊，這些模塊之間通過接口進行交互。每個模塊都有明確的功能定義和獨立的代碼實現，便于開發(fā)、測試和維護。1模塊分解將系統(tǒng)分解為可管理的模塊，提高代碼可讀性、可維護性和可重用性。2模塊間通信設計模塊之間的接口，確保模塊間能夠有效地進行數據交換和功能調用。3模塊測試對每個模塊進行獨立的測試，確保模塊的功能和性能符合設計要求。模塊設計需要考慮模塊間的耦合度和內聚性，以及模塊的粒度和復雜度。良好的模塊設計可以提高軟件開發(fā)效率，降低軟件維護成本，提高軟件質量。8.數據設計1數據建模確定數據模型，包含實體、屬性、關系等，使用ER圖等工具可視化展示。2數據庫設計選擇合適的數據庫管理系統(tǒng)(DBMS)，根據數據模型設計數據庫結構、表結構、索引等。3數據存儲考慮數據存儲方式，如關系型數據庫、NoSQL數據庫，并進行數據備份和恢復策略。9.代碼實現編程語言選擇合適的編程語言，例如Java、C++、Python等，根據項目需求選擇合適的語言。代碼規(guī)范遵循代碼規(guī)范，例如命名規(guī)范、代碼風格、注釋規(guī)范等，提高代碼可讀性和可維護性。模塊化設計將代碼劃分為不同的模塊，每個模塊負責特定的功能，提高代碼復用率。單元測試編寫單元測試用例，確保代碼的正確性和穩(wěn)定性。代碼審查進行代碼審查，確保代碼質量符合標準。版本控制使用版本控制系統(tǒng)，例如Git，管理代碼的版本。10.單元測試1準備測試環(huán)境安裝測試框架和依賴庫。2編寫測試用例針對每個模塊和函數編寫測試用例，覆蓋不同輸入和邊界條件。3執(zhí)行測試用例運行測試用例并檢查測試結果。4修復錯誤根據測試結果修改代碼，并重新執(zhí)行測試。單元測試是軟件開發(fā)中不可或缺的一部分，它可以幫助開發(fā)人員盡早發(fā)現并修復代碼中的錯誤，提高代碼質量。11.集成測試1系統(tǒng)測試驗證整個系統(tǒng)是否滿足需求2集成測試驗證模塊之間的交互是否正確3單元測試驗證單個模塊是否按預期工作集成測試是軟件測試過程中一個重要步驟，它旨在驗證各個模塊之間的交互是否正確。通過集成測試，確保各個模塊能夠協(xié)同工作并實現預期的功能。12.系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試是在軟件開發(fā)的最后階段進行的測試，旨在驗證軟件是否滿足用戶需求。1功能測試驗證軟件功能是否符合需求。2性能測試評估軟件性能指標。3安全測試評估軟件安全漏洞。4兼容性測試驗證軟件在不同平臺上的兼容性。系統(tǒng)測試通常由專門的測試團隊負責，并使用各種測試工具和技術來執(zhí)行。13.驗收測試1定義范圍驗收測試是軟件開發(fā)過程的最后階段，確保軟件滿足用戶需求和預期的功能。2測試計劃基于軟件需求和規(guī)格說明書制定測試計劃，包括測試用例、測試環(huán)境和時間表。3執(zhí)行測試按照測試計劃執(zhí)行測試，記錄測試結果，并分析測試結果以確保軟件質量。4測試報告根據測試結果撰寫測試報告，總結測試過程和結果，并提出改進建議。14.軟件維護糾正性維護修復軟件缺陷或錯誤，保證軟件的正常運行。適應性維護根據環(huán)境的變化，修改軟件以適應新的需求。完善性維護改進軟件的功能或性能，滿足用戶新的需求。預防性維護改進軟件的結構或設計，提高軟件的可靠性和可維護性，預防潛在的問題。15.軟件質量保證質量保證目標保證軟件產品滿足用戶需求，并符合相關標準和規(guī)范。例如，可靠性、性能、安全性等指標。質量保證方法采用各種方法確保軟件質量，包括代碼審查、測試、靜態(tài)分析等。此外，還需要重視軟件過程的質量控制，例如需求管理、設計評審等。16.軟件項目管理團隊合作項目管理需要有效的團隊合作，確保所有成員共同努力，實現項目目標。時間安排制定合理的時間安排，確保項目按計劃進行，并控制項目進度。預算控制管理項目預算，確保項目在預算范圍內完成，并進行成本控制。風險管理識別和評估項目風險，制定風險應對策略，降低項目風險。18.軟件過程模型瀑布模型瀑布模型是一種線性、順序的軟件開發(fā)模型，它將軟件開發(fā)過程劃分為多個階段，每個階段都必須完成才能進入下一個階段。敏捷開發(fā)模型敏捷開發(fā)模型是一種迭代、增量式的軟件開發(fā)模型，它強調快速迭代、靈活調整和客戶反饋。螺旋模型螺旋模型是一種風險驅動的軟件開發(fā)模型，它將瀑布模型與原型模型結合起來，并在每個階段都進行風險評估和控制。18.軟件工程工具版本控制工具例如Git、SVN等，用于管理代碼版本，跟蹤代碼變更，協(xié)作開發(fā)。項目管理工具例如Jira、Trello等，用于規(guī)劃項目，跟蹤進度，協(xié)作工作。代碼編輯器例如VSCode、SublimeText等，用于編寫代碼，提供代碼提示，調試等功能。集成開發(fā)環(huán)境例如Eclipse、IntelliJIDEA等，提供完整的開發(fā)工具鏈，包括代碼編輯，調試，測試，部署等功能。19.軟件開發(fā)方法論瀑布模型瀑布模型是一種傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過程劃分為多個階段，每個階段都有明確的輸出和輸入，且每個階段都必須完成才能進入下一個階段。敏捷開發(fā)敏捷開發(fā)是一種以人為本的軟件開發(fā)方法論，強調快速迭代、持續(xù)反饋和靈活應變，并鼓勵團隊合作和溝通。螺旋模型螺旋模型是一種將瀑布模型和原型模型結合起來的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過程劃分為多個循環(huán)，每個循環(huán)都包含需求分析、設計、開發(fā)、測試和評估等階段。迭代模型迭代模型是一種逐步細化和完善軟件系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法論，它將軟件開發(fā)過程劃分為多個迭代，每個迭代都包含需求分析、設計、開發(fā)、測試和部署等階段。20.面向對象分析與設計面向對象分析面向對象分析(OOA)側重于從現實世界中識別對象和類。它將問題域分解為一系列相互關聯(lián)的對象，每個對象都具有特定的屬性和行為。識別對象和類定義對象和類之間的關系構建系統(tǒng)模型面向對象設計面向對象設計(OOD)側重于將分析階段確定的對象和類轉化為軟件系統(tǒng)的設計方案。它強調系統(tǒng)架構、模塊化設計和可重用性。設計系統(tǒng)架構定義類和對象之間的交互實現軟件系統(tǒng)設計模式可重用解決方案設計模式提供可重用解決方案，解決軟件開發(fā)中的常見問題。協(xié)作與溝通設計模式促進團隊成員之間更好地溝通，協(xié)作開發(fā)更一致、可維護的代碼。系統(tǒng)架構設計模式幫助構建靈活、可擴展的軟件系統(tǒng)架構，適應未來需求變化。22.軟件重構11.代碼優(yōu)化改善代碼結構，提高可讀性、可維護性，降低復雜度。22.性能提升通過代碼重構，優(yōu)化算法，減少資源消耗，提升軟件性能。33.擴展性增強改進代碼設計，使軟件更容易擴展，適應未來的需求變化。44.錯誤修復重構可以幫助定位并修復代碼中的潛在問題，提高軟件可靠性。持續(xù)集成和持續(xù)交付持續(xù)集成代碼更改頻繁集成到主分支，并運行自動測試，確保代碼質量。持續(xù)交付將軟件構建并自動部署到生產環(huán)境，實現快速迭代發(fā)布。自動化流程構建、測試、部署等流程自動化，提高效率，降低錯誤率。24.敏捷軟件開發(fā)敏捷開發(fā)方法論以迭代和增量的方式交付軟件。強調客戶參與、快速反饋、持續(xù)改進。ScrumKanban極限編程(XP)敏捷開發(fā)原則個人和互動高于流程和工具可工作的軟件高于詳盡的文檔客戶合作高于合同談判響應變化高于遵循計劃26.DevOps自動化DevOps強調自動化流程，以提高效率，降低出錯率。協(xié)作DevOps將開發(fā)、運維和安全團隊緊密合作，實現快速迭代和持續(xù)交付。持續(xù)交付DevOps通過持續(xù)集成和持續(xù)交付，確保軟件快速、可靠地交付給用戶。監(jiān)控DevOps利用監(jiān)控工具收集數據，幫助識別潛在問題，提高軟件穩(wěn)定性。軟件工程前沿技術11.云原生軟件工程利用云計算平臺，實現軟件的開發(fā)、部署和運維。22.人工智能軟件工程將人工智能技術應用于軟件開發(fā)過程中，提高效率和質量。33.區(qū)塊鏈軟件工程利用區(qū)塊鏈技術，構建可信、安全和透明的軟件系統(tǒng)。44.軟件工程倫理探討軟件開發(fā)過程中涉及的倫理問題，確保軟件的社會責任。27.實踐教學團隊合作學生們組成團隊，共同完成軟件項目，培養(yǎng)協(xié)作能力。課堂實踐教師引導學生進行實際操作，將理論知識應用到實踐中。編程練習學生們進行大量的編程練習，掌握軟件開發(fā)技能。項目展示學生們將完成的軟件項目進行展示，分享經驗和成果。課程總結知識體系軟件工程涵蓋軟件開發(fā)生命周期的各個階段，從需求分析到系統(tǒng)設計、代碼實現、測試和維護。實踐能力本課程注重實踐，通過項目案例鍛煉學生的實際動手能力，掌握軟件開發(fā)的流程和方法。團隊合作軟件工程是一個團隊協(xié)作的學科，課程中包含團隊合作項目，培養(yǎng)學生的溝通和協(xié)作能力。