一、软件工程全景 (ALM & SDLC)
ALM（应用生命周期管理）
- 三大活动：治理（Governance）、开发（Development）、运维/维护（Operations/Maintenance）。
- 关键事实：70%以上成本发生在维护阶段。
- 与 SDLC 关系：ALM > SDLC；一个 ALM 周期可包含多个 SDLC。
SDLC（软件开发生命周期）
- 经典 7 阶段：
- 规划（Planning）
- 需求分析（Requirements Analysis）
- 设计（Design & Prototyping）
- 开发（Coding）
- 测试（Testing）
- 部署（Deployment）
- 运维/维护（Maintenance）
- 设计产出：
- HLD（高阶设计）：模块、交互、架构图、技术栈。
- LLD（低阶设计）：函数逻辑、数据库表、接口细节、错误消息。
- 需求原则：必须可验证（例：“查询在 3 秒内返回”，而非“查询要快”）。
主流模型
- 敏捷（Agile）：当前最流行，快速迭代验证想法。
- 其他：瀑布、螺旋、V 模型、CMMI、统一过程（UML）。
UML
- 用途：可视化系统结构与行为（如序列图）。
- 标准化：由 OMG 制定，ISO 采纳。
二、软件构造基本原则
软件构造 = 将设计转化为可工作软件，核心是管理复杂性。
1. 最小化复杂性（Minimizing Complexity）
- 策略：
- 分解：拆分为小模块。
- 编码简洁：函数 <30 行，避免炫技代码。
- 提高可读性：清晰命名（
strFileName）、单一变量单一用途、充分注释。 - 采用成熟模型：OOP、关系数据库。
2. 优先使用组合而非继承（Composition over Inheritance）
- 组合优势：更灵活、易维护、行为定义清晰。
- 实现：类 A “has-a” 类 B，通过委托调用功能。
3. 为验证而构造（Construction for Verification）
- 实践：
- 遵循编码标准。
- 代码审查（Code Review）。
- 支持自动化测试（单元测试、集成测试、冒烟测试）。
- 谨慎使用递归等复杂结构。
4. 拥抱复用（Reuse）
- 资产：库、模块、API、COTS（商业现货）。
- AI 时代：AI 辅助生成 ≠ 替代复用；复用更可靠、一致。
5. 遵循标准（Following Standards）
- 外部：IEEE, ISO, OMG。
- 内部：团队/项目规范。
6. 其他编程原则
- KISS：Keep It Simple, Stupid。
- DRY：Don’t Repeat Yourself。
- YAGNI：You Aren’t Gonna Need It。
- 单一职责：一个类只做一件事。
- 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。
三、并发与并行计算
为何需要并行？
- 单 CPU 速度受光速物理极限制约，无法满足计算密集型需求。
PRAM 模型（并行随机存取机）
- 写冲突处理：
- EREW：独占读写。
- CREW：并发读，独占写。
- CRCW：并发读写（Common / Arbitrary / Priority）。
- 现实映射：多核 CPU ≈ CREW。
性能定律
- 阿姆达尔定律（Amdahl’s Law）：
- 固定问题规模。
Speedup ≤ 1 / (s + (1-s)/p)，s = 串行部分比例。- 上限明显（如 s=0.1 ⇒ Speedup < 10）。
- 古斯塔夫森定律（Gustafson’s Law）：
- 固定运行时间，扩大问题规模。
Speedup = p - s(p - 1)。- 更乐观，适合大规模并行。
多处理器架构
- UMA / SMP：统一内存访问，共享总线，CPU 数量受限。
- NUMA：非统一内存访问，本地内存快，远程慢，可扩展性强。
弗林分类法（Flynn’s Taxonomy）
- SISD：单指令单数据（传统 PC）。
- SIMD：单指令多数据（GPU、向量机）。
- MIMD：多指令多数据（多核、集群）。
关键结论
存在线程创建、同步、通信等开销，可能得不偿失。
四、软件开发工具
| 工具类别 | 核心功能与要点 |
| IDE | 集成编码、编译、调试、版本控制，提升效率与质量。 |
| 代码重构 | 不改变行为，改善内部结构（可读性、可维护性）。 |
| GUI 构建器 | WYSIWYG 设计（如 Dreamweaver），自动生成界面和事件处理代码。 |
| 单元测试工具 | 自动化验证模块功能；Copilot 等 AI 可辅助生成测试用例。 |
| 性能分析工具 | - 剖析（Profiling）：找性能瓶颈（hot spots）。<br>- 程序切片：定位影响变量的代码，用于调试。 |
| 其他关键工具 | - 版本控制：Git, SVN<br>- CI/CD：Jenkins<br>- 协作：Jira, Databricks<br>- 调试：VS Debugger |