《软件工程与C++编程》课件

软件工程与C++编程融合软件工程方法论与C++编程技术系统学习软件开发全流程课程概述1课程目标掌握软件工程基本理论与C++编程技术2学习内容软件工程流程、C++基础与高级特性、实战项目考核方式第一部分：软件工程基础1基础理论软件生命周期与开发模型2工程方法需求分析、设计与测试3项目管理进度控制、风险管理什么是软件工程？定义应用系统化方法开发和维护软件的工程学科目标高质量、可靠、高效、可维护的软件产品重要性降低成本、提高质量、控制风险软件生命周期需求分析明确用户需求1设计系统架构与详细设计2实现编码与单元测试3测试集成与系统测试4维护修复与功能增强5软件开发模型1瀑布模型线性顺序开发，阶段完成后才进入下一阶段2迭代模型循环渐进开发，不断完善软件功能3敏捷开发快速迭代，重视变化，注重客户协作需求分析功能需求系统应提供的功能与服务非功能需求性能、安全性、可用性等质量属性需求获取技术访谈、问卷、观察、原型法软件设计架构设计系统整体结构，模块划分详细设计各模块内部实现细节UML图用例图、类图、时序图等可视化工具代码实现编码规范命名规则、格式约定、注释要求版本控制代码历史管理，协作开发代码审查发现问题，确保质量软件测试1验收测试用户确认2系统测试完整功能验证3集成测试模块间接口测试4单元测试最小功能单元测试软件维护1错误修复修复程序缺陷和系统错误2功能增强增加新功能，改进用户体验3性能优化提高系统响应速度和资源利用率项目管理123进度管理任务分解，时间控制风险管理识别风险，制定应对策略质量管理质量保证，持续改进第二部分：C++编程基础语言基础语法、数据类型、控制结构面向对象类与对象、继承、多态标准库STL容器、算法、工具C++语言简介1历史1979年BjarneStroustrup创建，C语言扩展2特点高效、面向对象、通用性强3应用领域系统软件、游戏开发、高性能计算C++开发环境搭建编译器选择GCC、MSVC、ClangIDE安装VisualStudio、CLion、Code::Blocks第一个C++程序创建、编译、运行HelloWorldC++基本语法数据类型整型、浮点型、字符型、布尔型变量与常量声明、初始化、作用域、生命周期运算符算术、关系、逻辑、位运算控制结构if-else语句条件判断，选择执行switch语句多分支选择结构循环语句for、while、do-while函数函数定义返回类型、函数名、参数列表、函数体函数调用传递实参，接收返回值参数传递值传递、引用传递、指针传递数组与指针一维数组：固定大小的同类元素集合多维数组：数组的数组，处理矩阵数据指针基础：存储内存地址的变量字符串处理C风格字符串字符数组，以'\0'结尾string类C++标准库字符串，更安全便捷结构体与类结构体定义struct关键字，成员默认公有类的基本概念class关键字，成员默认私有对象创建实例化类，构造函数，析构函数面向对象编程（一）封装数据与方法组合，信息隐藏1继承派生类复用基类功能2多态统一接口，不同实现3面向对象编程（二）1虚函数允许派生类重写基类方法2抽象类含纯虚函数的类，不能实例化3接口纯虚函数集合，定义行为规范模板编程1函数模板创建类型无关的函数2类模板创建类型无关的类3模板特化为特定类型提供特殊实现异常处理try-catch语句尝试执行代码，捕获异常异常类标准异常层次结构自定义异常创建特定于应用的异常类STL容器vector动态数组，随机访问list双向链表，快速插入删除map键值对映射，自动排序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文件操作文本文件读写ifstream、ofstream流操作二进制文件读写read、write函数，随机访问第三部分：C++在软件工程中的应用1实践应用实际项目开发2工程技术测试、调试、优化3设计模式常用模式与实现4代码规范编码标准与最佳实践C++项目结构头文件声明接口，类定义1源文件实现功能，定义方法2项目组织模块划分，目录结构3代码规范1命名规范类、变量、函数命名约定2注释规范文档注释，行内注释3格式规范缩进，括号，空格使用设计模式（一）单例模式确保类只有一个实例工厂模式创建对象而不暴露创建逻辑观察者模式对象间一对多的依赖关系设计模式（二）策略模式：算法族，相互替换装饰器模式：动态添加功能适配器模式：接口转换，兼容性单元测试1GoogleTest框架测试套件，测试夹具，断言2测试用例编写边界条件，异常情况，典型场景3测试覆盖率语句覆盖，分支覆盖，路径覆盖性能优化代码优化技巧减少复制，内联函数，算法改进内存管理避免泄漏，减少碎片多线程编程并行计算，任务分解调试技巧断点调试设置断点，单步执行，观察变量内存泄漏检测Valgrind，AddressSanitizer日志记录跟踪程序执行，记录关键信息版本控制Git基础仓库创建，提交，推送分支管理创建分支，切换，合并代码合并解决冲突，PullRequest持续集成JenkinsCI/CD平台，构建流水线自动化构建编译，链接，打包自动化测试单元测试，集成测试自动执行代码审查代码审查流程提交，分配，反馈，修改1常见问题错误处理，命名，复杂度2最佳实践小批量提交，及时反馈3第四部分：C++高级特性1C++20新特性现代C++新标准2现代C++特性C++11/14/17新功能3高级编程技术多线程，智能指针智能指针unique_ptr独占所有权，不可复制shared_ptr共享所有权，引用计数weak_ptr弱引用，避免循环引用多线程编程thread类创建线程，传递参数，等待完成互斥锁保护共享资源，避免竞态条件条件变量线程同步，等待通知Lambda表达式基本语法：[](){}结构，简洁函数定义捕获列表：按值捕获，按引用捕获应用场景：STL算法，回调函数右值引用与移动语义左值与右值：持久对象与临时对象移动构造函数：资源转移而非复制完美转发：保持参数类型与值类别C++11新特性1auto关键字自动类型推导，简化代码2范围for循环简化容器遍历写法3nullptr替代NULL的类型安全的空指针C++14新特性1+支持auto参数类型2+参数化的变量3+更灵活的编译期计算C++17新特性结构化绑定解构元组和结构体到多个变量ifconstexpr编译期条件判断std::optional可能存在或不存在的值C++20新特性概念(Concepts)定义模板约束条件协程(Coroutines)可暂停和恢复的函数模块(Modules)替代头文件的新组织方式第五部分：C++实战项目需求分析明确项目目标与功能系统设计架构设计与模块划分实现与测试编码实现各功能模块部署与维护项目发布与后续维护项目介绍项目背景解决的问题，市场需求1功能需求核心功能，用户交互2技术选型C++17，SQLite，Qt框架3系统设计1架构设计分层架构，模块间通信2模块划分UI层，业务层，数据层3类图设计核心类及其关系数据库设计ER图实体关系模型设计表结构设计字段定义，索引设计SQL语句数据查询，更新操作用户界面设计Qt框架简介跨平台UI库，信号槽机制界面布局窗口组织，控件摆放事件处理用户交互响应核心功能实现（一）用户管理模块登录，注册，权限控制数据存储模块数据持久化，缓存机制业务逻辑模块核心算法，业务规则核心功能实现（二）算法实现核心算法设计与优化多线程优化并行处理提高响应速度异常处理错误捕获与恢复机制单元测试与集成测试测试计划测试范围，进度安排1测试用例设计输入，预期输出，执行条件2测试执行与报告执行测试，记录结果3性能优化与调优1性能瓶颈分析分析工具，热点识别2内存优化减少内存占用，避免泄漏3算法优化改进时间复杂度，空间复杂度项目部署与维护打包与发布创建安装包，版本管理安装与