# 软件开发

20 世纪，计算机软件变得越来越复杂，因此人们总结了关于软件的各种技术、方法论，形成一门新的学科，软件工程（Software Engineering，SE）。
- 研究软件工程的主要目的是：优化软件的开发过程，使得开发速度快、成本低、软件质量好。
- 个人开发软件时，可能比较随意，不考虑软件工程。
- 企业开发软件时，需要考虑多人协作、工程排期等问题，有必要考虑软件工程。
- 在企业中，参与软件工程的工作人员，通常称为软件工程师（Software Engineer），俗称为程序员（Programmer）。
软件工程涉及到多种学科：
- 管理学：人们将土木工程、车辆工程等传统的管理学经验，沿用到了软件工程。
- 计算机科学（Computer Science，CS）：泛指对计算机的科学研究，比如计算机组成、计算机网络、操作系统、编程语言、数据结构、算法、人工智能。
- 互联网技术（Internet Technology，IT）：泛指基于计算机互联网的技术，比如 Web 网站。

# 软件开发流程

假设一个企业，想售卖软件来营利，则总体流程如下：
- 分析需求
- 设计软件
- 开发软件
- 售卖软件
- 售后（包括运维、技术支持）
企业开发软件时，标准流程如下：
- 开发（develop）
  - 该环节，主要是修改软件的源代码。
- 构建（build）
  - 很多软件是用 C、Java 等编译型语言开发的，源代码不能直接被人类使用，需要编译成二进制文件，才能被人类使用。
  - 很多软件比较复杂，除了编译，还需要进行一些加工操作，这些操作统称为构建。
- 测试（test）
  - 每次修改软件之后，可能引入 bug 等问题，因此需要经过测试，检查没有问题之后，才能交给用户使用。
- 发版（release）
  - 如果测试环节发现了软件的问题，就需要修改软件，重新开始流程：开发 -> 构建 -> 测试
  - 软件测试环节没发现问题，则需要将软件的当前状态记录下来，作为一个版本。
    - 例如记录：v1 版本的软件，源代码是什么内容，配置文件是什么内容。
    - 早期的软件工程师，需要手动记录每个版本的内容，很麻烦。后来发明了 Git 等版本管理工具，可以自动记录版本。
  - 开发一个软件时，可能先后发布多个版本，每个版本都应该记录下来。
    - 这样能看出软件的修改历史，每个版本改了哪些内容。
    - 客户默认会使用软件的最新版本，但有的客户希望使用旧版本，比如客户没时间升级新版本、不习惯新版本。
- 部署（deploy）
  - 该环节，是将软件拷贝到一个计算机中，正式运行。
  - 在测试环节，为了节省成本，通常将软件放在一个性能较差的计算机中运行。等到正式部署时，才将软件放到正式的计算机中。
- 交付（delivery）
  - 该环节，是通知客户，将软件交给客户使用。

# 加快流程

开发一个软件时，可能先后发布多个版本，因此需要多次执行 分析需求 -> 设计软件 -> 开发软件 的流程。
- 但每次修改软件，都重新走一遍整个流程，耗时较久。
- 为了加快流程，人们提出了以下几种方法。
瀑布开发（waterfall development）
- ：遵守标准的软件开发流程，一步一步执行。完成一个环节之后，再专心执行下一环节。
- 优点：
  - 对于管理者比较简单，同时只需要专心考虑一个环节。
- 缺点：
  - 开发软件的速度慢。比如开发环节结束之后，工程师们才开会讨论测试方案。
  - 交付周期长。每次客户的需求变化时，需要重新走一遍整个流程，增加时间成本、人力成本。
- 瀑布开发是一种传统的软件开发模式，被 20 世纪的企业广泛采用，但缺点明显。
迭代开发（iterative development）
- ：每几周发布一个新版本（称为一次迭代），每次只开发软件 n% 的功能，并且让客户试用这部分功能，接收客户的反馈。等软件 100% 的功能开发完毕之后，才正式交付。
- 优点：
  - 一边开发软件，一边根据客户的反馈来修正软件，这样能保证软件一直让客户差不多满意。
    - 否则，如果软件让客户很不满意，客户会要求对软件作出大幅修改，增加很多时间成本、人力成本。甚至，客户可能放弃购买该软件。
敏捷开发（agile development）
- 2001 年，一些程序员开始宣扬敏捷开发的思想，提倡以下职业行为：
  - 同事之间及时沟通、快速协作。
    - 传统的工作模式是，同事之间通过企业行政流程进行协作，速度慢、效率低。
  - 在开发软件的初期，就与客户沟通、让客户试用，从而及时了解客户的需求，避免开发软件的方向走偏。
  - 与其给客户编写文档说明，不如直接展示可用的软件，即使只有部分功能可用。
  - 每次收到客户的新需求时，能快速迭代出一个新版本。
- 缺点：
  - 敏捷开发需要企业有高效的管理能力，但很多传统企业只有能力实施瀑布开发。
- 后来，敏捷开发衍生出几种方案：
  - Scrum
    - 要求同事们每天早上开一个几分钟的站会，交流昨天的工作进度、今天的工作安排。
    - 要求每两周完成一次迭代。
  - 极限编程
    - 它认为，如果一项措施的效果是好的，则将它做到极致。
    - 它提倡自动化测试、代码评审、快速迭代等措施。
测试驱动的开发
- ：先按照需求，编写测试用例，然后开发能通过这些测试用例的代码。
- 例如客户希望软件提供某一功能，则编写测试用例，检查软件能否实现该功能。然后开发代码，直到通过测试用例。
- 优点：
  - 开发代码时，目标更明确，只要通过测试用例即可。
- 缺点：
  - 客户的一个需求，可能需要用大量测试用例来描述，而且不一定能准确描述。

# 相关经验

分析需求时
- 需要确定这个软件，希望实现什么功能、达到什么效果。
- 评价一个软件好不好，需要衡量多个因素，做出取舍：
  - 成本
  - 功能（是否满足用户的需求）
  - 性能
  - 安全性（例如银行的软件系统最看重安全性）
- 难点：程序员按照自己的想法开发软件，但不满足客户的需求，就赚不到钱
- 难点：客户的需求不清晰
  - 客户通常不确定自己想要什么效果，只有个粗略想法。
  - 客户通常不了解计算机软件的原理，可能提出一些很难实现的需求，或者需要很大成本才能实现。
- 难点：客户的需求会变化，导致软件开发成本增加
  - 例如客户突发奇想提了一个需求，过了一段时间却不想要这个需求了。
  - 例如客户方存在多人，提出不同的需求。
设计软件时
- 实现常见的功能时，应该先到网上找找，有没有现成的方案。也许别人已经提出了良好的方案，可以供你借鉴，或者被你复用，避免重复造轮子。
编写代码时
- 应该先规划，再行动。继续规划，继续行动。
  - 先想象出代码是什么样子，再把它编写出来，这样效率高。而不是先写一行代码，再构思下一行代码怎么写。
  - 为了避免努力的方向错误，埋头苦干几个小时之后，就暂停一下，检查工作效果。
- 为了方便以后新增需求，编写的代码，应该具有良好的可扩展性。
- 为了多年之后，这段代码还能被人看懂，应该将代码写得尽量容易理解，并加上注释。
- 不要随便重构代码，这要花费很大代价，甚至代价可能超过重新开发整个软件。
- 编写软件时，首先实现功能，然后才考虑性能。
  - 甚至，可以不考虑性能，只留下可扩展的代码，以后有需要时再花时间优化性能。
  - 在一个软件的开发初期，需求可能变化，代码架构可能大改，此时优化性能，可能做无用功。
- 为了编写健壮的软件，
  - 将一个复合功能，分解成多个基础功能，便于单独修改、单元测试。
  - 一个软件被第三方调用时，应该不信任外部的输入值，总是加一段代码来检查输入值是否合理。毕竟第三方可能恶意攻击。
  - 一个软件调用第三方时，应该不信任第三方的输出值，总是加一段代码来检查输出值是否合理。
  - 严谨的情况下，假设每个环节都可能出现异常，然后编写一些代码来处理这些异常。例如调用一个函数的耗时太久怎么办？
测试时
- 建议给软件编写很多自动化测试脚本。这样每次修改软件，都可以立即测试，检查软件能否正常工作，更放心。

# 软件版本

每次给软件发布一个版本时，版本名称应该采用什么格式？
- 简单的软件，可以采用当前日期，作为版本名称。例如 20220101
  - 优点：容易看出这个版本是什么时候发布的。
- 复杂的软件，建议采用语义化版本，让人大致看出这个版本的改动幅度有多大。格式如下：
```
主版本号.子版本号[.修订版本号[.编译版本号]]
```
  - 如果新版本，不再兼容某些旧 API ，则将主版本号递增。（递增的同时，将右侧的各个版本号复位为 0 ）
  - 如果新版本，新增了功能、特性，但依然兼容所有旧 API ，则主版本号不变，子版本号递增。
  - 如果新版本，没有新增功能、特性，只是修改了一些代码（通常是为了修复一些 bug ），则将修订版本号递增。
  - 如果同一版本的代码，进行了多次编译（比如针对 Linux、Window 平台分别编译一次），则使用不同的编译版本号。

在软件的开发流程中，可以使用几种版本代号：

α, alpha              # 表示该版本只是一个初步完成品，通常有很多 bug 。因此该版本只用于内部测试，不建议客户使用
β, beta               # 消除了严重错误，可以提供给部分用户试用，即公开测试
RC, Release Candidate # 候选发布版，公开测试一段时间，如果没有发现问题，就晋升为 release 版本
release               # 正式发布的版本

企业在售卖软件时，可以提供多种版本，售价不同：

standard              # 标准版，提供了软件的基本功能，满足普通用户的需求
professional          # 专业版，在标准版的基础上增加了一些高级功能，满足专业用户的需求
enterprise            # 企业版，提供该软件的所有功能。可能按该企业的用户数量收费