一、课程简介
1.软件构造课程的目标
①程序设计与实现能力
②系统设计与实现能力
③系统分析与评价能力
④利用现代软件构造工具的能力
2.传统软件设计步骤
①讨论需要写的软件并实现②测试代码并改错③重复②。图示如下
3.更好的软件设计
①未雨绸缪②考虑非功能质量属性③考虑多种设计选择④把设计决策明确写下来
4.设计的目标、原则和模式
设计目标：编程的视野
设计原则：编程的标尺
设计模式：编程的经验
二、软件构造多维视图
1.什么是软件
(1)构成：
·程序Program：UI, Algorithms, Utilities, APIs, test cases, etc
·数据Data：files, databases, etc
·文档Documents：SRS需求规格说明, SDD设计规格说明, user manuals, etc
(2)考虑因素
·用户：谁来使用
·商业目标：为何有用
·社会环境：应遵循何种法则
·技术环境：如何实施
·硬件/网络：在何处运行
2.软件构造的多维视图
（1)Build-time Views
概述：Build-time:idea->requirement->design->code->installable/executable package (软件构造的核心过程和环节）
Code-level view：源代码：在逻辑上源代码是如何由基本程序块（比如函数，类，方法，接口等等）构成的
Component-level view：组件：源代码是如何通过文件，目录，包，库之间的依赖关键进行物理上的组织
Moment view：时刻：在某一时刻，源代码和组件的情况
Period view：时期：程序如何随时间改善
①Build-time，moment，and code-level view
三种内部相互关联的形式：面向此法的源代码、面向语法的程序结构（AST(抽象语法树))、面向语义的程序结构(Class Diagram)
②Build-time，period，and code-level view
代码随着时间变化：添加，修改或者删除文件，使其从一个版本到另一个版本
③Build-time, moment, and component-level view
源代码物理地组织成文件，其进一步按目录组织
文件被封装成包、组件和子系统
可复用模块形成类库
库：库存储在自己的磁盘文件中，收集一组代码函数，可以在各种程序中重用。
来源：OS预装，语言自带，第三方，自行开发
与库链接：步骤：用到的类库列表->复制类库到可执行程序中
静态链接：库是单个目标文件的集合，在编译过程中，将类库文件复制到可执行文件中，称为可执行文件的一部分
UML图
④Build-time, period, and component-level view
文件，包，组件和库如何随着时间变化
软件配置项（SCI）
版本控制系统（VCS）
版本控制是给计算机软件的不同 状态分配唯一的名字或者编号的过程
软件演化是指软件产生之 后，由于不同的原因对其进行持续地升级过程。
（2)Runtime Views
Code-level : 可执行程序的内存状态，程序之间的互动、调用
Component-level：软件包部署到物理环境（OS、network、硬件等），及其互动
Moment view：特定时刻的程序行为
Period view：随着时间的行为
可执行程序：CPU执行的机器可读指令序列以及相关的数据值
库：可以由不同程序重用的常用对象代码的集合，大多数系统包含一系列库，不能直接在目标机器上加载和执行，必须首先与一个可执行程序链接。
本地机器代码：
源代码被加载入内存进行解释执行，转化为CPU能识别的机器码
程序被编译成字节码形式(如 java的class文件) ，运行时需要由解析器转换成机器码或者解释执行
解释字节码：在执行时编译为字节码解释执行
动态链接：
不将目标文件复制到可执行程序 中，而是会标注用到的类库
在运行时，加载用到的库到内存中，然后同主程序链接
部署时需要将用到的类库同程序一起部署
优点：类库 变化时，不需要重新生成可自行程序 、多个运行中程序可共享同一类 库，优化内存使用
⑤ Run-time, moment, and code-level view
快照图：刻画内存中某时刻变量的状态
内存转储：包含进程内存副本的硬盘上的文件，当进程被某些内部错误或信号中止时生成
⑥Run-time, period and code-level view
UML：程序单元之间的交互
⑦Run-time, moment, and component-level view
uml中的部署：
⑧Run-time, period, and component-level view
| 事件记录 | 软件追踪 |
| 由系统管理员使用 | 开发人员使用 |
| 记录高级信息 | 记录低级信息 |
| 不包含太多重复事件或者无用信息 | 可以包含重复事件或者无用信息 |
| 需要标准的输出格式 | 输出格式没有限制 |
| 事件日志需要本地化 | 很少考虑本地化 |
| 对于添加新类型的事件或消息不灵活 | 对于添加新的追踪消息必须灵活 |
三、软件构造的质量目标
外部质量：外部质量是用户能够感受到的，影响用户的使用
内部质量：影响使用代码的相关人员，影响软件本身和开发者
1.外部质量
1）正确性（主要质量）：正确性是软件产品执行其规范所定义的确切任务的能力。每层都要确保自己是正确的，同时假定其调用的低层也是正确的。
检查和调试、防守编程、标准化编程
2）健壮性：健壮性是软件系统对异常情况作出适当反应的能力。
健壮性同异常情况相关，异常或非异常取决于程序的规 格说明
判断是否是异常的标准，不取决于客观的正确标准，而取决于程序的规格说明
3）可扩展性：可扩展性是指软件易于调整以适应变化的能力。
提升可扩展性的两个原则：简约主义设计，分离主义设计
4）复用性：可重用性是软件元素用于构建许多不同应用程序的能力。
软件经常遇到相似的模式，利用共性，避 免重复实现。
难点：不同软件 有不同的设定/规定
5）兼容性：不同软件系统之间相互可容的集成
难点：不同软件 有不同的设定/规定
标准化是解决兼容性的关键：标准化文件格式，标准化数据结构，标准化用户接口
通过协议来实现更通用的兼容性
6）效率：效率是软件系统对硬件资源尽可能 少的需求的能力
正确性是效率的前提
7）可移植性：可移植性是指便于将软件产品 转移到各种硬件和软件环境。
8）易用性：用户可以轻松掌握软件的使用，也包括安 装、运行和监控的容易度
结构清晰、 理解用 户，换位思考，站在用户的角度设计软件
9）功能性：系统提供的可能性范围
过多的新功能容易带来一 致性的缺失，影响易用性
更难的问题是避免如此专注于功能而忘记其他品质
在质量提升技术的帮助下，可以在整个项目中保持质量水平不变，而不仅仅 是功能性。
10）及时性：及时性是软件系统在用户需要时或之前发布的能力。
11）其他品质：
可验证性：是否易于验证
完整性：软件系统保护其各种组件（程序和数据）免受未经授权的 访问和修改的能力。
可修复性：可修复性是促进缺陷修复的能力。
经济性：同及时性相伴，是系统能 够按照其分配的预算或低于预算完成的能力。
2.内部品质
代码：LOC（圈复杂度, 用来衡量一个模块判定结构的复杂程度 ）
结构：耦合度，内聚度，设计中追求高内聚和低耦合
可读性、可理解性、大小，复杂性，整洁性
内部质量因素通常用作外部质量因素的部分度量
3.质量属性间的权衡
完整性和易用性
经济性和功能性、可重用性
效率与可移植性、可重用性
及时性和可拓展性
正确性放在首要地位
4.软件构建的关键问题
系统的软件构建方法
形式化的软件规格说明
在开发过程中自动检查
更好的语言机制
一致性检查工具
5.软件构造的五个关键目标
1.可理解性：
代码的可理解性（变量/子程序/ 语句的命名与构 造标准、代码布 局与风格、注释、 复杂度）
构建-组件-时刻：构件/项目的可理解 性（包的组织、文 件的组织、命名空 间）
·构建-代码-周期：重构
·运行-代码-时刻：日志跟踪
2.可复用性
构建-代码：ADT/OOP; 接口与实现分离; 重载; 继承/重载/重写; 组合/代理; 多态; 子类型与泛型编 程; OO设计模式
构建-组件：API设计，库，可重用的框架
3.可维护性和适应性：
构建-代码：模块化设计; 聚合度/耦合度; SOLID; OO设计模式；格式化、规范化、语法化编程
构建-组件：SOLID GRASP、软件版本控制
4.健壮性
·构建-代码：异常处理、防御编程、先验程序
·构建-组件：单元测试、集成测试
·构建-周期：回归测试
运行-时刻：调试转储
运行-周期：日志跟踪
5.性能
构建-代码：设计模式
运行-代码：空间复杂性（内 存管理）; 时间复杂性（算 法性能）; 代码调优
运行-组件：分布式系统
运行-代码-时期：性能分析和调整、
运行-组件-时期：并行/多线程程序