软件工程与计算II-17-软件构造

本文主要内容来自 SpriCoder的博客，更换了更清晰的图片并对原文的疏漏做了补充和修正。

部分名词解释

1. 测试驱动开发：测试驱动开发要求程序员在编写一段代码之前，优先完成该段代码的测试代码。并在编程中重复执行测试代码，以验证程序的正确性。
2. 结对编程：两个程序员挨着坐在一起，共同协作进行软件构造活动。

什么是软件构造?

SWEBOK2004

1. 通过编码、验证、单元测试、集成测试和调试等工作的集合，生产可工作的、有意义的软件的详细创建过程。

McConnell2004

1. 软件构造除了核心的编程任务之外，还涉及详细设计（数据结构与算法设计）、单元测试、集成与集成测试、以及其他活动。

Reeves 1992:软件构造是设计的延续

1. 设计是规划软件构造方法的过程，实现是依据规划的软件构造方案建造真正产品的过程
2. 源程序是软件构建方案的最后一个规划，不是产品本身，真正的产品是运行于计算机上的由二进制代码组成的可执行程序。
3. 源程序的生产过程-编程，属于设计活动，编译器完成的编译和链接才是依据规划建造软件产品的实现活动。
4. 编程不是一个简单的活动，核心是编码的设计。

软件构造活动重要

包含详细设计、编程、测试、调试、代码评审、集成与构建、构造与管理。

详细设计

1. 有些项目会将主要的详细设计工作分配在软件构造阶段完成。
2. 无论是哪种项目，在软件构造阶段都不可避免的会设计到详细设计的调整工作。因为编程语言是软件设计的一个重要约束，随着编程工作的进行和约束，人们可能会发现与预想不一致的情况和更多的约束，这个时候就需要在软件构造阶段修改详细设计方案。
3. 软件构造阶段详细设计使用的方法与技术与软件设计阶段是一样的，只是应用在更小的规模上。
4. 详细设计已经包含实际的代码实现了，不同编程语言的代码行数不同。

编程

程序代码的典型质量

1. 易读性:让软件更容易开发，尤其是易于调试；可以使的程序更加容易维护，减少理解代码的难度和成本：降低交流的成本，自己写完之后要修正代码使其易读。
2. 易维护性:
   1. 要求代码易读、易修改，增量开发。
   2. 关键业务流程应该是易于扩展的。
3. 可靠性:执行正确，并能妥善处理故障。
4. 性能:高性能，包括时间性能和空间性能，需要设计数据结构和算法设计。
   1. 快排在实际上应用的更多。
   2. 如果利用多核的操作。
5. 安全性:不留系统漏洞，不出现重要信息的泄露（内存数据区泄露），别的程序可以嗅探到。
6. 上面的五个要求，是有顺序的，做好前面才可以去做下面的。

编程的主要技术

• 什么才是好的代码?
• for 循环带来运行代价（谨慎使用控制结构）:串行代码无法并行
• Java 的异常处理：try...catch 的使用
• 代码级的安全泄露:C 和 C++中会出现
• 进程线程和数据库锁:互斥机制会带来性能消耗
• 代码文档:进行一些 DOC 和注释

测试

• 保证写的程序是正确的
• 写完一次就进行一次单元测试
• 写的时候就要进行单元测试进行检测
• 集成测试是在单元测试之后才进行的操作。

调试

• 测试发现了问题之后我们要进行调试，通过重现和调试来完成。

重现问题的方法

• 控制输入:缺陷和控制相关等
• 控制环境:和具体的机器、操作系统、数据库管理系统等，关机重启，内存问题减少。（和队友看看）

寻找和定位缺陷的方法

• 路径 debug，检查刚刚写了的部分的代码

常见错误

• Java 对象如果用不到了就重置为 NULL，然后把对象交给 GC 处理
• 降低控制的复杂程度
• 多线程的错误（同步的问题）
• 多线程的定时问题
• 存储错误（磁盘已经满了）
• 字符集编码问题
• 版本缺陷，对以前不兼容。

修复缺陷的注意点

代码评审

1. 重新回到软件构造的过程中去
2. 让别人发现你的问题，更多使用轻量级的代码评审

实践经验

CheckList

课本 287 页

集成与构建

构造管理

1. 独狼和配置管理的详细描述见课本 288 页

实践方法

重构、测试驱动开发和结对编程

重构

1. 保留业务功能，避免出现问题

代码的坏味道

• 太长的方法:一个方法里面有太多的行为。
• 太大的类:一个类不是单一职责的

• 上图中（课本 17-3）:name 和 point 不要分开

• 使用 PO 来传递参数，而不是通过过多的参数。

注意事项

1. 详见课本 290 页。
2. 重构是基于已有代码的设计改进，不是开发新代码的方法。
3. 重构要防止副作用。
4. 重构的重点是改进详细设计结构。

测试驱动开发

测试驱动开发的过程

• 常见的过程

测试启动开发示例

• 详见课本 292 页

结对编程概念

1. 两位程序员并排工作，在相同的设计，算法，代码或测试上进行协作
2. 一个程序员（驱动程序）可以控制键盘/鼠标并主动执行程序
3. 另一个程序员（观察员）不断观察驾驶员的工作，以发现战术上的（语法上的，拼写的等）缺陷，并从战略上考虑工作的方向
4. 根据需要，两位程序员可以集思广益解决任何难题
5. 两位程序员定期切换角色，他们平等地合作开发软件

为什么结对编程有效？

1. 双压力：彼此保持专注并专注于任务
2. 配对思考：为任务带来不同的先前经验
3. 配对中继：每个人依次为自己的知识和能力做出最大贡献，然后坐下来思考，而他们的伴侣继续奋斗
4. 配对审查
   1. 持续的设计和代码审查
   2. 极高的缺陷去除效率
   3. 消除程序员对评论的厌恶
   4. 在所有（单独）程序员中，有 80% 都不定期或根本不这样做
   5. 预防缺陷总是比消除缺陷更有效
5. 配对调试：成对谈论问题可能会导致解决方案变得显而易见
6. 配对学习：持续审核->向合作伙伴学习技术，语言知识，领域等。

工作区域层

配对选择

1. 简化员工培训和过渡
2. 知识管理/降低产品风险
3. 加强团队建设

有建设性的想法

1. 十年的软件建设进展
2. 现代软件建设的十个实践
3. 1990 年代和 2000 年代最糟糕的建筑思想

十年的软件建设进展

设计已提高到一个水平

1. 编程通过创建更大的代码聚合而变得先进
   1. 语句
   2. 过程
   3. 类
   4. 包
2. OO 的真正意义可能是更大的聚合

每日构建和冒烟测试

1. 将增量集成制度化
2. 最小化以前很常见的严重集成问题
3. 还有很多其他好处
4. 冒烟测试:将比较重要的部分进行测试,大规模的如果每次都测试问题太大

标准库

1. 优秀的程序员一直使用库
2. 现在提供了语言（Java，C ++ 、. NET)

Visual Basic

1. 视觉编程创新
2. 第一个广泛使用 COTS 组件的开发环境
3. 唯一可以学习 Ada 语法课程的语言（case 语句，control 语句等）
4. 高度集成的环境
5. 集成大量的商业组件。

开源软件

1. 在开发过程中对程序员的极大帮助
2. 减少提供代码的障碍
3. 从可用代码中学习的机会
4. 提高了读取代码的能力
5. 好的程序员“社区”
6. 开源不等于免费，鲲鹏社区，Github 上 Star 比较高的项目

网络，用于研究

1. FAQs
2. 讨论小组
3. 一般的可搜索性

增量开发的广泛应用

1. 概念在 1990 年代众所周知
2. 实践在 2000 年代已确立

测试优先开发

1. 缩短缺陷检测时间
2. 增加个人纪律
3. 补充日常构建和烟雾测试

重构为学科

1. 提供进行变更的纪律
2. 不如整体设计策略
3. 增量主义的好例子

更快的计算机

1. 优化的意义
2. 对编程语言的影响
3. 对发展的影响

现代软件建设的十个现实

-1-“构造”是正当的话题

1. 软件“构造” -现在看起来像这样

-2-个人差异很大

1. 变化在哪里存在？
2. 研究人员发现以下方面的变化范围是 10 倍至 28 倍：
   1. 编码速度
   2. 调试速度
   3. 发现缺陷的速度
   4. 发现缺陷的百分比
   5. 发现缺陷的百分比...
   6. 设计品质
   7. 设计生成的代码量

-3-个人纪律事项

1. 为什么个人纪律很重要
   1. 在预测未来时要现实
   2. 纪律很重要的领域
      1. 重构
      2. 原型制作
      3. 优化
      4. 最小复杂度的设计
      5. 一般管理复杂性
   3. 端点—纪律和勇气
      1. 汉弗莱（PSP)
      2. 贝克谈极限编程

-4-专注于简单比专注于复杂性更好

1. 专注于读取时间的方便，而不是写入时间的方便
2. 让别人更加任意的理解

-5-缺陷成本增长依然有效

1. 指数增长的修复代价

-6-设计的重要性

1. “无设计” —“所有设计”连续体上有很多有效的观点
2. 要点：极端情况通常没有生产力
   1. 全部预先设计与没有预先设计
   2. 完全计划与完全即兴（迭代/增量）
   3. 纯迭代与直序列
   4. 所有结构与所有创意
   5. 记录一切，什么都不记录

-7-技术浪潮影响施工实践

1. 技术浪潮对施工的影响
   1. “技术浪潮”的定义
      1. 初潮特征
      2. 成熟波特征
      3. 后波特性
   2. 施工受技术的影响-比我想象的要多（哦！）
   3. 可以根据一般原则解决技术

-8 增量方法效果最佳

1. 增量主义观点
   1. 纯瀑布模型完全不是增量模型或迭代模型，这就是为什么它不能很好地工作的原因
   2. 螺旋发展具有高度的增量性和迭代性，这就是其运作良好的部分原因
   3. 所有项目在某个时候都会经历迭代
   4. 想一想在项目中何时何地获得增量主义—便宜还是昂贵？

-9-工具箱的隐喻继续发亮

1. 工具箱隐喻
   1. 什么才好敏捷？ XP？ Scrum？ CMM？
   2. 工具箱说明没有一项适合每一项工作的工具
   3. 不同的行业部门将具有不同的工具，甚至会有不同的工具箱
   4. 软件工程工具箱中有什么？
      1. 最佳实践
      2. 生命周期模型
      3. 模板，清单，模式，示例
      4. 软件工具

-10-软件的基本张力

1. 多年来，软件的主要矛盾一直没有改变：
   1. 刚性计划与即兴创作
   2. 规划与算命
   3. 创意与结构
   4. 纪律与灵活性
   5. 定量与定性
   6. 工艺与产品
   7. 优化与满意
2. 平衡摇杆，但基本张力是恒定的

1990 年代和 2000 年代最糟糕的建筑思想