《軟件工程與C++編程》課件

軟件工程與C++編程融合軟件工程方法論與C++編程技術(shù)系統(tǒng)學(xué)習(xí)軟件開發(fā)全流程課程概述1課程目標(biāo)掌握軟件工程基本理論與C++編程技術(shù)2學(xué)習(xí)內(nèi)容軟件工程流程、C++基礎(chǔ)與高級特性、實戰(zhàn)項目考核方式第一部分：軟件工程基礎(chǔ)1基礎(chǔ)理論軟件生命周期與開發(fā)模型2工程方法需求分析、設(shè)計與測試3項目管理進度控制、風(fēng)險管理什么是軟件工程？定義應(yīng)用系統(tǒng)化方法開發(fā)和維護軟件的工程學(xué)科目標(biāo)高質(zhì)量、可靠、高效、可維護的軟件產(chǎn)品重要性降低成本、提高質(zhì)量、控制風(fēng)險軟件生命周期需求分析明確用戶需求1設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)與詳細(xì)設(shè)計2實現(xiàn)編碼與單元測試3測試集成與系統(tǒng)測試4維護修復(fù)與功能增強5軟件開發(fā)模型1瀑布模型線性順序開發(fā)，階段完成后才進入下一階段2迭代模型循環(huán)漸進開發(fā)，不斷完善軟件功能3敏捷開發(fā)快速迭代，重視變化，注重客戶協(xié)作需求分析功能需求系統(tǒng)應(yīng)提供的功能與服務(wù)非功能需求性能、安全性、可用性等質(zhì)量屬性需求獲取技術(shù)訪談、問卷、觀察、原型法軟件設(shè)計架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，模塊劃分詳細(xì)設(shè)計各模塊內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)UML圖用例圖、類圖、時序圖等可視化工具代碼實現(xiàn)編碼規(guī)范命名規(guī)則、格式約定、注釋要求版本控制代碼歷史管理，協(xié)作開發(fā)代碼審查發(fā)現(xiàn)問題，確保質(zhì)量軟件測試1驗收測試用戶確認(rèn)2系統(tǒng)測試完整功能驗證3集成測試模塊間接口測試4單元測試最小功能單元測試軟件維護1錯誤修復(fù)修復(fù)程序缺陷和系統(tǒng)錯誤2功能增強增加新功能，改進用戶體驗3性能優(yōu)化提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和資源利用率項目管理123進度管理任務(wù)分解，時間控制風(fēng)險管理識別風(fēng)險，制定應(yīng)對策略質(zhì)量管理質(zhì)量保證，持續(xù)改進第二部分：C++編程基礎(chǔ)語言基礎(chǔ)語法、數(shù)據(jù)類型、控制結(jié)構(gòu)面向?qū)ο箢惻c對象、繼承、多態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫STL容器、算法、工具C++語言簡介1歷史1979年BjarneStroustrup創(chuàng)建，C語言擴展2特點高效、面向?qū)ο?、通用性?應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)軟件、游戲開發(fā)、高性能計算C++開發(fā)環(huán)境搭建編譯器選擇GCC、MSVC、ClangIDE安裝VisualStudio、CLion、Code::Blocks第一個C++程序創(chuàng)建、編譯、運行HelloWorldC++基本語法數(shù)據(jù)類型整型、浮點型、字符型、布爾型變量與常量聲明、初始化、作用域、生命周期運算符算術(shù)、關(guān)系、邏輯、位運算控制結(jié)構(gòu)if-else語句條件判斷，選擇執(zhí)行switch語句多分支選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)語句for、while、do-while函數(shù)函數(shù)定義返回類型、函數(shù)名、參數(shù)列表、函數(shù)體函數(shù)調(diào)用傳遞實參，接收返回值參數(shù)傳遞值傳遞、引用傳遞、指針傳遞數(shù)組與指針一維數(shù)組：固定大小的同類元素集合多維數(shù)組：數(shù)組的數(shù)組，處理矩陣數(shù)據(jù)指針基礎(chǔ)：存儲內(nèi)存地址的變量字符串處理C風(fēng)格字符串字符數(shù)組，以'\0'結(jié)尾string類C++標(biāo)準(zhǔn)庫字符串，更安全便捷結(jié)構(gòu)體與類結(jié)構(gòu)體定義struct關(guān)鍵字，成員默認(rèn)公有類的基本概念class關(guān)鍵字，成員默認(rèn)私有對象創(chuàng)建實例化類，構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)面向?qū)ο缶幊蹋ㄒ唬┓庋b數(shù)據(jù)與方法組合，信息隱藏1繼承派生類復(fù)用基類功能2多態(tài)統(tǒng)一接口，不同實現(xiàn)3面向?qū)ο缶幊蹋ǘ?虛函數(shù)允許派生類重寫基類方法2抽象類含純虛函數(shù)的類，不能實例化3接口純虛函數(shù)集合，定義行為規(guī)范模板編程1函數(shù)模板創(chuàng)建類型無關(guān)的函數(shù)2類模板創(chuàng)建類型無關(guān)的類3模板特化為特定類型提供特殊實現(xiàn)異常處理try-catch語句嘗試執(zhí)行代碼，捕獲異常異常類標(biāo)準(zhǔn)異常層次結(jié)構(gòu)自定義異常創(chuàng)建特定于應(yīng)用的異常類STL容器vector動態(tài)數(shù)組，隨機訪問list雙向鏈表，快速插入刪除map鍵值對映射，自動排序STL算法排序算法sort、partial_sort、stable_sort查找算法find、binary_search、lower_bound其他常用算法for_each、transform、accumulate文件操作文本文件讀寫ifstream、ofstream流操作二進制文件讀寫read、write函數(shù)，隨機訪問第三部分：C++在軟件工程中的應(yīng)用1實踐應(yīng)用實際項目開發(fā)2工程技術(shù)測試、調(diào)試、優(yōu)化3設(shè)計模式常用模式與實現(xiàn)4代碼規(guī)范編碼標(biāo)準(zhǔn)與最佳實踐C++項目結(jié)構(gòu)頭文件聲明接口，類定義1源文件實現(xiàn)功能，定義方法2項目組織模塊劃分，目錄結(jié)構(gòu)3代碼規(guī)范1命名規(guī)范類、變量、函數(shù)命名約定2注釋規(guī)范文檔注釋，行內(nèi)注釋3格式規(guī)范縮進，括號，空格使用設(shè)計模式（一）單例模式確保類只有一個實例工廠模式創(chuàng)建對象而不暴露創(chuàng)建邏輯觀察者模式對象間一對多的依賴關(guān)系設(shè)計模式（二）策略模式：算法族，相互替換裝飾器模式：動態(tài)添加功能適配器模式：接口轉(zhuǎn)換，兼容性單元測試1GoogleTest框架測試套件，測試夾具，斷言2測試用例編寫邊界條件，異常情況，典型場景3測試覆蓋率語句覆蓋，分支覆蓋，路徑覆蓋性能優(yōu)化代碼優(yōu)化技巧減少復(fù)制，內(nèi)聯(lián)函數(shù)，算法改進內(nèi)存管理避免泄漏，減少碎片多線程編程并行計算，任務(wù)分解調(diào)試技巧斷點調(diào)試設(shè)置斷點，單步執(zhí)行，觀察變量內(nèi)存泄漏檢測Valgrind，AddressSanitizer日志記錄跟蹤程序執(zhí)行，記錄關(guān)鍵信息版本控制Git基礎(chǔ)倉庫創(chuàng)建，提交，推送分支管理創(chuàng)建分支，切換，合并代碼合并解決沖突，PullRequest持續(xù)集成JenkinsCI/CD平臺，構(gòu)建流水線自動化構(gòu)建編譯，鏈接，打包自動化測試單元測試，集成測試自動執(zhí)行代碼審查代碼審查流程提交，分配，反饋，修改1常見問題錯誤處理，命名，復(fù)雜度2最佳實踐小批量提交，及時反饋3第四部分：C++高級特性1C++20新特性現(xiàn)代C++新標(biāo)準(zhǔn)2現(xiàn)代C++特性C++11/14/17新功能3高級編程技術(shù)多線程，智能指針智能指針unique_ptr獨占所有權(quán)，不可復(fù)制shared_ptr共享所有權(quán)，引用計數(shù)weak_ptr弱引用，避免循環(huán)引用多線程編程thread類創(chuàng)建線程，傳遞參數(shù)，等待完成互斥鎖保護共享資源，避免競態(tài)條件條件變量線程同步，等待通知Lambda表達(dá)式基本語法：[](){}結(jié)構(gòu)，簡潔函數(shù)定義捕獲列表：按值捕獲，按引用捕獲應(yīng)用場景：STL算法，回調(diào)函數(shù)右值引用與移動語義左值與右值：持久對象與臨時對象移動構(gòu)造函數(shù)：資源轉(zhuǎn)移而非復(fù)制完美轉(zhuǎn)發(fā)：保持參數(shù)類型與值類別C++11新特性1auto關(guān)鍵字自動類型推導(dǎo)，簡化代碼2范圍for循環(huán)簡化容器遍歷寫法3nullptr替代NULL的類型安全的空指針C++14新特性1+支持auto參數(shù)類型2+參數(shù)化的變量3+更靈活的編譯期計算C++17新特性結(jié)構(gòu)化綁定解構(gòu)元組和結(jié)構(gòu)體到多個變量ifconstexpr編譯期條件判斷std::optional可能存在或不存在的值C++20新特性概念(Concepts)定義模板約束條件協(xié)程(Coroutines)可暫停和恢復(fù)的函數(shù)模塊(Modules)替代頭文件的新組織方式第五部分：C++實戰(zhàn)項目需求分析明確項目目標(biāo)與功能系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)設(shè)計與模塊劃分實現(xiàn)與測試編碼實現(xiàn)各功能模塊部署與維護項目發(fā)布與后續(xù)維護項目介紹項目背景解決的問題，市場需求1功能需求核心功能，用戶交互2技術(shù)選型C++17，SQLite，Qt框架3系統(tǒng)設(shè)計1架構(gòu)設(shè)計分層架構(gòu)，模塊間通信2模塊劃分UI層，業(yè)務(wù)層，數(shù)據(jù)層3類圖設(shè)計核心類及其關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計ER圖實體關(guān)系模型設(shè)計表結(jié)構(gòu)設(shè)計字段定義，索引設(shè)計SQL語句數(shù)據(jù)查詢，更新操作用戶界面設(shè)計Qt框架簡介跨平臺UI庫，信號槽機制界面布局窗口組織，控件擺放事件處理用戶交互響應(yīng)核心功能實現(xiàn)（一）用戶管理模塊登錄，注冊，權(quán)限控制數(shù)據(jù)存儲模塊數(shù)據(jù)持久化，緩存機制業(yè)務(wù)邏輯模塊核心算法，業(yè)務(wù)規(guī)則核心功能實現(xiàn)（二）算法實現(xiàn)核心算法設(shè)計與優(yōu)化多線程優(yōu)化并行處理提高響應(yīng)速度異常處理錯誤捕獲與恢復(fù)機制單元測試與集成測試測試計劃測試范圍，進度安排1測試用例設(shè)計輸入，預(yù)期輸出，執(zhí)行條件2測試執(zhí)行與報告執(zhí)行測試，記錄結(jié)果3性能優(yōu)化與調(diào)優(yōu)1性能瓶頸分析分析工具，熱點識別2內(nèi)存優(yōu)化減少內(nèi)存占用，避免泄漏3算法優(yōu)化改進時間復(fù)雜度，空間復(fù)雜度項目部署與維護打包與發(fā)布創(chuàng)建安裝包，版本管理安裝與