软件构造的多维度视图&质量目标

软件构造的多维度视图与质量目标

View and Quality Objectives Software Construction

对应讲义第一节内容

软件构造的多维度视图与质量目标

软件构造的多维视图

三个维度：

按阶段划分：构造时/运行时视图
按动态性划分：时刻/阶段视图
按构造对象划分：代码/构件视图

整体来看的话：

Build-time, moment, code-level:
代码如何在逻辑上被组织为基本的程序块，例如函数、类、方法、接口等，以及其之间的依赖关系。
Build-time, period, code-level:
代码在时间尺度上的变化，例如代码行的增删改。
Build-time, moment, component-level:
源代码被组织为文件，文件被组织进目录；文件被包含在包中，在逻辑上也被包含在容器和子系统中；可复用的模块被组织为库。
Build-time, period, component-level:
软件系统中的文件、包、容器、库随时间如何变化，或称版本如何变化。
Run-time, moment, code-level:
快照图(snapshot diagram)[必须会画]、内存转储(memory dump)。即软件在运行时保有的数据及其在内存中的结构。
Run-time, period. code-level:
顺序图(sequence diagram)、运行时栈跟踪(execution stack trace)
Run-time, moment, component-level:
部署图（各个组件被部署在了哪些机器上）。
Run-time, period, component-level:
事件日志

按课件顺序展开说明

构造时视图 BuildTime

构造阶段(Build time)：想法->需求->设计->源码->可安装/可执行软件包

CodeLevel-代码的逻辑组织，函数、类、方法、接口等基础程序块的组织方式与它们之间的依赖关系

ComponentLevel-代码的物理组织，构件级别，源码以文件、目录、包、库等形式的物理组织方式与之间的相互依赖关系

Moment view-特定时刻的软件形态

Period view-软件形态随时间的变化

Build-time, moment, code-level view

三种相关形式：
- 词汇层面：面向词法半结构化语言-近乎自然语言风格+特定变成语法方便程序员与编译器
- 语法层面：面向语法的程序结构（如抽象语法树AST，彻底的结构化）
- 语义层面：面向语义的程序结构。源码与现实世界内容的联系映射，通常是图形化/形式化的，用于表达“需求”和“设计思想”再转化为代码
Build-time, period, code-level

见证代码的"改变"

Code churn(代码变化): Lines added, modified or deleted to a file from one version to another.
Build-time, moment, component-level

源代码被组织构成目录，文件被封装成包、组件和子系统，可复用模块形成类库。

库被存储在硬盘中，收集一系列可复用的函数，开发者像使用编程语言指令一样使用库中的功能（来源：操作系统/编程语言/第三方公司/个人积累）。

编程与编译时需要告诉IDE/JVM寻找库的位置，把库整合进入程序有两种方法：
- Static linking 静态链接：在构建程序的过程中，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，执行无需提供库文件。
- Dynamic linking 动态链接：不在build阶段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，根据标记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。
  
  优势：更容易更新库的内容，更容易为多个程序共享使用
在统一建模语言中，一个部件表（Component Diagram）描述了成分怎么被链接在一起去形成更大的组份或软件系统。
Build-time, period, component-level view

描述各项软件实体随时间的变化：软件配置项SCI、版本

运行时视图 RunTime

运行：程序被载入目标机器开始执行的时间段内

CodeLevel-逻辑实体在内存中的呈现，程序单元彼此之间的互动方式

ComponentLevel-物理实体（软件包）在物理硬件环境（操作系统，网络，硬件设备等）中的呈现方式与互动方式

Moment view-内存/硬件环境中特定时刻的程序形态（逻辑/物理实体）

Period view-内存/硬件环境中程序形态（逻辑/物理实体）随时间的变化

Run-time, moment, and code-level view

代码快照图(会画)：描述程序运行时内存里变量层面的状态

内存信息转储(Memory Dump):一个硬盘上的文件包括一个程序内存内容的复制品，当一个程序因为某种内部错误或者信号而异常退出时制造。

6.Run-time, period and code-level view

Execution trace 执行追踪:用日志的方法记录程序执行的调用次序

Procedure Call Graph, Message Graph (Sequence Diagram)
程序访问图，信息图，也叫顺序表（UML模型中有）

7.Run-time, moment, and component-level view

包，库，动态链接，设置，数据库，中间设备，网络，硬件，部署表

部署表示例：

8.Run-time, period, and component-level view

事件日志：在系统层面给系统管理员提供信息用来诊断和审计。

与执行追踪有区别，事件日志不能太过“noisy”，输出格式更为严格，日志信息相对“high level"，提供给系统管理员。

运行时软件的部分高级概念:

可执行程序：原生机器码（最快的代码执行方法，完全利用CPU特征）、程序完全解释执行（BASIC、UNIX shell）与解释型字节码（如JVM Python）

库与动态链接（见构件时视图）

配置与数据文件：具有一定规模的程序需要使用外部的数据内容，程序向操作系统发送请求将数据读入内存

分布式程序：运行态需要多个运行程序，分别编译和部署于多个计算机物理环境

软件构造：不同视图间的转换

从无到生成代码

编程编码(ADT&OOP)，之后检查，再静态分析。
从代码到代码组成

对代码进行设计(ADT/OOP 可复用性可维护性)
构建Build：编译，静态链接，打包，安装，清除。

构建阶段到运行阶段

实行安装，部署
调试，单元/集成测试（健壮性与正确性）。

从时刻到过程

版本控制
装载，动态链接，解释，执行。
并发线程

软件系统的质量

外部质量因素印象用户，内部质量因素影响软件本身与开发者，外部质量取决于内部质量。外部质量较为重要。

外部质量

正确性:软件设计中最重要的评价因素。软件的运行要按照spec规定的输入和输出来工作。
- 测试和调试：发现不正确消除不正确->健壮性
- 防御式编程：在写程序时确保正确性->健壮性
- 形式化方法：由形式化验证发现问题（check gurantee ensure）
健壮性:指软件运行时遇到一些异常输入时，能够处理异常并不影响正常运行。（对正确性的补充，正确性：正常情况健壮性：异常情况，这个正常异常由spec规约决定）
可扩展性:当设计的程序需要修改时，设计一个具有良好扩展性的程序可以使得修改的代价大大降低。（简约主义/分离主义设计）
可复用性:一个程序经过一次开发，可以被多次使用——当不同的ADT具有某些相同的功能时，就可以改造原有ADT以降低编程成本。
兼容性：设计的方法是否可以在其他环境下正常工作。不同软件系统之间的相互可容易的集成，保持设计的“同构性”，“标准化”。
可移植性：设计的方法是否可以在不同操作系统和硬件中工作。
效率性：软件运行时的时间和空间复杂度等，必须以确保程序的正确性为前提进行改进，与其他属性折中。
易用性：程序的代码要易懂，便于用户操作使用。可以给用户提供详细的指南。
功能性：增加功能不对程序的其他质量属性产生负面影响，各部分功能明确。不“臃肿”
其他属性：及时性、可验证性、完整性、可修复性、经济性等（较为望文生义，不再展开）