Типизация - раздел Образование, Объектно-ориентированный анализ и проектирование Что Такое Типизация? Понятие Типа Взято Из Теории Абс...
Что такое типизация? Понятие типа взято из теории абстрактных типов данных. Дойч определяет тип, как "точную характеристику свойств, включая структуру и поведение, относящуюся к некоторой совокупности объектов" [68]. Для наших целей достаточно считать, что термины тип и класс взаимозаменяемы [Тип и класс не вполне одно и то же; в некоторых языках их различают. Например, ранние версии языка Trellis/Owl разрешали объекту иметь и класс, и тип. Даже в Smalltalk объекты классов SmallInteger, LargeNegativeInteger, LargePositiveInteger относятся к одному типу Integer, хотя и к разным классам [69]. Большинству смертных различать типы и классы просто противно и бесполезно. Достаточно сказать, что класс реализует понятие типа]. Тем не менее, типы стоит обсудить отдельно, поскольку они выставляют смысл абстрагирования в совершенно другом свете. В частности, мы утверждаем, что:
Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.
Типизация заставляет нас выражать наши абстракции так, чтобы язык программирования, используемый в реализации, поддерживал соблюдение принятых проектных решений. Вегнер замечает, что такой способ контроля существенен для программирования "в большом" [70].
Идея согласования типов занимает в понятии типизации центральное место. Например, возьмем физические единицы измерения [71]. Деля расстояние на время, мы ожидаем получить скорость, а не вес. В умножении температуры на силу смысла нет, а в умножении расстояния на силу - есть. Все это примеры сильной типизации, когда прикладная область накладывает правила и ограничения на использование и сочетание абстракций.
Примеры сильной и слабой типизации. Конкретный язык программирования может иметь сильный или слабый механизм типизации, и даже не иметь вообще никакого, оставаясь объектно-ориентированным. Например, в Eiffel соблюдение правил использования типов контролируется непреклонно, - операция не может быть применена к объекту, если она не зарегистрирована в его классе или суперклассе. В сильно типизированных языках нарушение согласования типов может быть обнаружено во время трансляции программы. С другой стороны, в Smalltalk типов нет: во время исполнения любое сообщение можно послать любому объекту, и если класс объекта (или его надкласс) не понимает сообщение, то генерируется сообщение об ошибке. Нарушение согласования типов может не обнаружиться во время трансляции и обычно проявляется как ошибка исполнения. C++ тяготеет к сильной типизации, но в этом языке правила типизации можно игнорировать или подавить полностью.
Рассмотрим абстракцию различных типов емкостей, которые могут использоваться в нашей теплице. Вероятно, в ней есть емкости для воды и для минеральных удобрений; хотя первые предназначены для жидкостей, а вторые для сыпучих веществ, они имеют достаточно много общего, чтобы устроить иерархию классов. Начнем с типов.
// Число, обозначающее уровень от 0 до 100 процентов
typedef float Level;
Операторы typedef в C++ не вводят новых типов. В частности, и Level и Concentration - на самом деле другие названия для float, и их можно свободно смешивать в вычислениях. В этом смысле C++ имеет слабую типизацию: значения примитивных типов, таких, как int или float неразличимы в пределах данного типа. Напротив, Ada и Object Pascal предоставляют сильную типизацию для примитивных типов. В Ada можно объявить самостоятельным типом интервал значений или подмножество с ограниченной точностью.
Строгая типизация предотвращает смешивание абстракций.
Построим теперь иерархию классов для емкостей:
class StorageTank {
public:
StorageTank();
virtual ~StorageTank();
virtual void fill();
virtual void startDraining();
virtual void stopDraining();
Boolean isEmpty() const;
Level level() const;
protected:
...
};
class WaterTank : public StorageTank{
public:
WaterTank();
virtual ~WaterTank();
virtual void fill();
virtual void startDraining();
virtual void stopDraining();
void startHeating();
void stopHeating();
Temperature currentTemperature() const;
protected:
...
};
class NutrientTank : public StorageTank {
public:
NutrientTank();
virtual ~NutrientTank();
virtual void startDrainingt();
virtual void stopDraining();
protected:
...
};
Класс StorageTank - это базовый класс иерархии. Он обеспечивает структуру и поведение общие для всех емкостей: возможность их наполнять или опустошать. Классы WaterTank (емкость для воды) и NutrientTank (для удобрений) наследуют свойства StorageTank, частично переопределяют их и добавляют кое-что свое: например, класс WaterTank вводит новое поведение, связанное с температурой.
Предположим, что мы имеем следующие описания:
StorageTank s1, s2;
WaterTank w;
NutrientTank n;
Заметьте, переменные такие как s1, s2, w или n - это не экземпляры соответствующих классов. На самом деле, это просто имена, которыми мы обозначаем объекты соответствующих классов: когда мы говорим "объект s1" мы на самом деле имеем ввиду экземпляр StorageTank, обозначаемый переменной s1. Мы вернемся к этому тонкому вопросу в следующей главе.
При проверке типов у классов, C++ типизирован гораздо строже. Под этим понимается, что выражения, содержащие вызовы операций, проверяются на согласование типов во время компиляции. Например, следующее правильно:
Level l = s1.level();
w.startDrainingt();
n.stopDraining();
Действительно, такие селекторы есть в классах, к которым принадлежат соответствующие переменные. Напротив, следующее неправильно и вызовет ошибку компиляции:
s1.startHeating(); // Неправильно
n.stopHeating(); // Неправильно
Таких функций нет ни в самих классах, ни в их суперклассах. Но следующее
n.fill();
совершенно правильно: функции fill нет в определении NutrientTank, но она есть в вышестоящем классе.
Итак, сильная типизация заставляет нас соблюдать правила использования абстракций, поэтому она тем полезнее, чем больше проект. Однако у нее есть и теневая сторона. А именно, даже небольшие изменения в интерфейсе класса требуют перекомпиляции всех его подклассов. Кроме того, не имея параметризованных классов, о которых речь пойдет в главах 3 и 9, трудно представить себе, как можно было бы создать собрание разнородных объектов. Предположим, что мы хотим ввести абстракцию инвентарного списка, в котором собирается все имущество, связанное с теплицей. Обычная для С идиома применима и в C++: нужно использовать класс-контейнер, содержащий указатели на void, то есть на объекты произвольного типа.
class Inventory {
public:
Inventory();
~Inventory();
void add(void*);
void remove(void*);
void* mostRecent() const;
void apply(Boolean (*)(void*));
private:
...
};
Операция apply - это так называемый итератор, который позволяет применить какую-либо операцию ко всем объектам в списке. Подробнее об итераторах см. в следующей главе.
Имея экземпляр класса Inventory, мы можем добавлять и уничтожать указатели на объекты любых классов. Но эти действия не безопасны с точки зрения типов - в списке могут оказаться как осязаемые объекты (емкости), так и неосязаемые (температура или план выращивания), что нарушает нашу абстракцию материального учета. Более того, мы могли бы внести в список объекты классов WaterTank и TemperatureSensor, и по неосторожности ожидая от функции mostRecent объекта класса WaterTank получить StorageTank.
Вообще говоря, у этой проблемы есть два общих решения. Во-первых, можно сделать контейнерный класс, безопасный с точки зрения типов. Чтобы не манипулировать с нетипизированными указателями void, мы могли бы определить инвентаризационный класс, который манипулирует только с объектами класса TangibleAsset (осязаемого имущества), а этот класс будет подмешиваться ко всем классам, такое имущество представляющим, например, к WaterTank, но не к GrowingPlan. Тем самым можно отсечь проблему первого рода, когда неправомочно смешиваются объекты разных типов. Во-вторых, можно ввести проверку типов в ходе выполнения, для того, чтобы знать, с объектом какого типа мы имеем дело в данный момент. Например, в Smalltalk можно запрашивать у объектов их класс. В C++ такая возможность не входила в стандарт до недавнего времени, хотя на практике, конечно, можно ввести в базовый класс операцию, возвращающую код класса (строку или значение перечислимого типа). Однако для этого надо иметь очень серьезные причины, поскольку проверка типа в ходе выполнения ослабляет инкапсуляцию. Как будет показано в следующем разделе, необходимость проверки типа можно смягчить, используя полиморфные операции.
В языках с сильной типизацией гарантируется, что все выражения будут согласованы по типу. Что это значит, лучше пояснить на примере. Следующие присваивания допустимы:
s1 = s2;
s1 = w;
Первое присваивание допустимо, поскольку переменные имеют один и тот же класс, а второе - поскольку присваивание идет снизу вверх по типам. Однако во втором случае происходит потеря информации (известная в C++ как "проблема срезки"), так как класс переменной w, WaterTank, семантически богаче, чем класс переменной s1, то есть StorageTank.
Следующие присваивания неправильны:
w = s1; // Неправильно
w = n; // Неправильно
В первом случае неправильность в том, что присваивание идет сверху вниз по иерархии, а во втором классы даже не находятся в состоянии подчиненности.
Иногда необходимо преобразовать типы. Например, посмотрите на следующую функцию:
void checkLevel(const StorageTank& s);
Мы можем привести значение вышестоящего класса к подклассу в том и только в том случае, если фактическим параметром при вызове оказался объект класса WaterTank. Или вот еще случай:
if (((WaterTank&)s).currentTemperature() < 32.0) ...
Это выражение согласовано по типам, но не безопасно. Если при выполнении программы вдруг окажется, что переменная s обозначала объект класса NutrientTank, приведение типа даст непредсказуемый результат во время исполнения. Вообще говоря, преобразований типа надо избегать, поскольку они часто представляют собой нарушение принятой системы абстракций.
Теслер отметил следующие важные преимущества строго типизированных языков:
- "Отсутствие контроля типов может приводить к загадочным сбоям в программах во время их выполнения.
- В большинстве систем процесс редактирование-компиляция-отладка утомителен, и раннее обнаружение ошибок просто незаменимо.
- Объявление типов улучшает документирование программ.
- Многие компиляторы генерируют более эффективный объектный код, если им явно известны типы" [72].
Языки, в которых типизация отсутствует, обладают большей гибкостью, но даже в таких языках, по мнению Борнинга и Ингалса: "Программисты обычно знают, какие объекты ожидаются в качестве аргументов и какие будут возвращаться" [73]. На практике, особенно при программировании "в большом", надежность языков со строгой типизацией с лихвой компенсирует некоторую потерю в гибкости по сравнению с нетипизированными языками.
Примеры типизации: статическое и динамическое связывание. Сильная и статическая типизация - разные вещи. Строгая типизация следит за соответствием типов, а статическая типизация (иначе называемая статическим или ранним связыванием) определяет время, когда имена связываются с типами. Статическая связь означает, что типы всех переменных и выражений известны во время компиляции; динамическое связывание (называемое также поздним связыванием) означает, что типы неизвестны до момента выполнения программы. Концепции типизации и связывания являются независимыми, поэтому в языке программирования может быть: типизация - сильная, связывание - статическое (Ada), типизация - сильная, связывание - динамическое (C++, Object Pascal), или и типов нет, и связывание динамическое (Smalltalk). Язык CLOS занимает промежуточное положение между C++ и Smalltalk: определения типов, сделанные программистом, могут быть либо приняты во внимание, либо не приняты.
Прокомментируем это понятие снова примером на C++. Вот "свободная", то есть не входящая в определение какого-либо класса, функция [Свободная функция - функция, не входящая ни в какой класс. В чисто объектно-ориентированных языках, типа Smalltalk, свободных процедур не бывает, каждая операция связана с каким-нибудь классом]:
void balanceLevels(StorageTank& s1, StorageTank& s2);
Вызов этой функции с экземплярами класса StorageTank или любых его подклассов в качестве параметров будет согласован по типам, поскольку тип каждого фактического параметра происходит в иерархии наследования от базового класса StorageTank.
При реализации этой функции мы можем иметь что-нибудь вроде:
if (s1.level()> s2.level()) s2.fill();
В чем особенность семантики при использовании селектора level? Он определен только в классе StorageTank, поэтому, независимо от классов объектов, обозначаемых переменными в момент выполнения, будет использована одна и та же унаследованная ими функция. Вызов этой функции статически связан при компиляции - мы точно знаем, какая операция будет запущена.
Иное дело fill. Этот селектор определен в StorageTank и переопределен в WaterTank, поэтому его придется связывать динамически. Если при выполнении переменная s2 будет класса WaterTank, то функция будет взята из этого класса, а если - NutrientTank, то из StorageTank. В C++ есть специальный синтаксис для явного указания источника; в нашем примере вызов fill будет разрешен, соответственно, как WaterTank::fill или StorageTank::fill [Так синтаксис C++ определяет явную квалификацию имени].
Это особенность называется полиморфизмом: одно и то же имя может означать объекты разных типов, но, имея общего предка, все они имеют и общее подмножество операций, которые можно над ними выполнять [74]. Противоположность полиморфизму называется мономорфизмом; он характерен для языков с сильной типизацией и статическим связыванием (Ada).
Полиморфизм возникает там, где взаимодействуют наследование и динамическое связывание. Это одно из самых привлекательных свойств объектно-ориентированных языков (после поддержки абстракции), отличающее их от традиционных языков с абстрактными типами данных. И, как мы увидим в следующих главах, полиморфизм играет очень важную роль в объектно-ориентированном проектировании.
Все темы данного раздела:
Об авторе
Гради Буч (Grady Booch), главный исследователь корпорации Rational Software, признан всем международным сообществом разработчиков программного обеспечения благодаря его основополагающим работам в о
Концепции
Первая часть посвящена анализу сложности, присущей программным системам, в частности анализу того, как эта сложность проявляется. Мы вводим объектную модель как средство борьбы со сложностью. Мы ра
Дополнительный материал
В текст книги вплетен значительный дополнительный материал. В большинстве глав имеются специальные вставки (врезки), в которых содержится информация по отдельным важным темам, например, о механизма
Сложность
Врач, строитель и программистка спорили о том, чья профессия древнее. Врач заметил: "В Библии сказано, что Бог сотворил Еву из ребра Адама. Такая операция может быть проведена только хирургом,
Простые и сложные программные системы
Звезда в преддверии коллапса; ребенок, который учится читать; клетки крови, атакующие вирус, - это только некоторые из потрясающе сложных объектов физического мира. Компьютерные программы тоже быва
Почему программному обеспечению присуща сложность?
Как говорит Брукс, "сложность программного обеспечения - отнюдь не случайное его свойство" [3]. Сложность вызывается четырьмя основными причинами:
сложностью реальной предм
Последствия неограниченной сложности
"Чем сложнее система, тем легче ее полностью развалить" [5]. Строитель едва ли согласится расширить фундамент уже построенного 100-этажного здания. Это не просто дорого: делать такие вещи
Пять признаков сложной системы
Исходя из такого способа изучения, можно вывести пять общих признаков любой сложной системы. Основываясь на работе Саймона и Эндо, Куртуа предлагает следующее наблюдение [7]:
1. "С
Организованная и неорганизованная сложность
Каноническая форма сложной системы. Обнаружение общих абстракций и механизмов значительно облегчает понимание сложных систем. Например, опытный пилот, сориентировавшись всего за не
Роль декомпозиции
Как отмечает Дейкстра, "Способ управления сложными системами был известен еще в древности - divide et impera (разделяй и властвуй)" [16]. При проектировании сложной программной сис
Роль абстракции
Выше мы ссылались на эксперименты Миллера, в которых было установлено, что обычно человек может одновременно воспринять лишь 7±2 единицы информации. Это число, по-видимому, не зависит от содержания
Роль иерархии
Другим способом, расширяющим информационные единицы, является организация внутри системы иерархий классов и объектов. Объектная структура важна, так как она иллюстрирует схему взаимодействия объект
Инженерное дело как наука и искусство
На практике любая инженерная дисциплина, будь то строительство, механика, химия, электроника или программирование, содержит в себе элементы и науки, и искусства. Петроски красноречиво утверждает: &
Смысл проектирования
В любой инженерной дисциплине под проектированием обычно понимается некий унифицированный подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной
Объектная модель
Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными ее принципами являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, п
Тенденции в проектировании
Поколения языков программирования. Оглядываясь на короткую, но колоритную историю развития программирования, нельзя не заметить две сменяющих друг друга тенденции:
с
Основные положения объектной модели
Методы структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков. Аналогично, методы объектно-ориентированног
OOP, OOD и ООА
Унаследовав от многих предшественников, объектный подход, к сожалению, перенял и запутанную терминологию. Программист в Smalltalk пользуется термином метод, в C++ - термином виртуальная ф
Парадигмы программирования
Дженкинс и Глазго считают, что "в большинстве своем программисты используют в работе один язык программирования и следуют одному стилю. Они программируют в парадигме, навязанной используемым и
Абстрагирование
Смысл абстрагирования. Абстрагирование является одним из основных методов, используемых для решения сложных задач. Хоар считает, что "абстрагирование проявляется в нахождении
Инкапсуляция
Что это значит? Хотя мы описывали нашу абстракцию GrowingPlan как сопоставление действий моментам времени, она не обязательно должна быть реализована буквально как
Модульность
Понятие модульности. По мнению Майерса "Разделение программы на модули до некоторой степени позволяет уменьшить ее сложность... Однако гораздо важнее тот факт, что внутри моду
Иерархия
Что такое иерархия? Абстракция - вещь полезная, но всегда, кроме самых простых ситуаций, число абстракций в системе намного превышает наши умственные возможности. Инкапсуляция позв
Параллелизм
Что такое параллелизм? Есть задачи, в которых автоматические системы должны обрабатывать много событий одновременно. В других случаях потребность в вычислительной мощности превышае
Сохраняемость
Любой программный объект существует в памяти и живет во времени. Аткинсон и др. предположили, что есть непрерывное множество продолжительности существования объектов: существуют объекты, которые пр
Преимущества объектной модели
Как уже говорилось выше, объектная модель принципиально отличается от моделей, которые связаны с более традиционными методами структурного анализа, проектирования и программирования. Это не означае
Использование объектного подхода
Возможность применения объектного подхода доказана для задач самого разного характера. На рис. 2-6 приведен перечень областей, для которых реализованы объектно-ориентированные системы. Более подроб
Открытые вопросы
Чтобы успешно использовать объектный подход, нам предстоит ответить на следующие вопросы:
Что такое классы и объекты? Как идентифицировать классы и объекты в конкретных при
Что является и что не является объектом?
Способностью к распознанию объектов физического мира человек обладает с самого раннего возраста. Ярко окрашенный мяч привлекает внимание младенца, но, если спрятать мяч, младенец, как правило, не п
Состояние
Семантика. Рассмотрим торговый автомат, продающий напитки. Поведение такого объекта состоит в том, что после опускания в него монеты и нажатия кнопки автомат выдает выбранный напит
Поведение
Что такое поведение. Объекты не существуют изолированно, а подвергаются воздействию или сами воздействуют на другие объекты.
Поведение - это то, как объект действует и
Идентичность
Семантика. Хошафян и Коуплэнд предложили следующее определение:
"Идентичность - это такое свойство объекта, которое отличает его от всех других объектов" [12]
Типы отношений
Сами по себе объекты не представляют никакого интереса: только в процессе взаимодействия объектов реализуется система. По выражению Ингалса: "Вместо процессора, беззастенчиво перемалывающего с
Агрегация
Семантика. В то время, как связи обозначают равноправные или "клиент-серверные" отношения между объектами, агрегация описывает отношения целого и части, приводящие к соот
Интерфейс и реализация
Мейер [19] и Снайдерс [20] высказали идею контрактного программирования:
большие задачи надо разделить на много маленьких и перепоручить их мелким субподрядчикам. Нигде эта идея не проявля
Типы отношений
Рассмотрим сходства и различия между следующими классами: цветы, маргаритки, красные розы, желтые розы, лепестки и божьи коровки. Мы можем заметить следующее:
Маргаритка - цветок.
Ассоциация
Пример. Желая автоматизировать розничную торговую точку, мы обнаруживаем две абстракции - товары и продажи. На рис. 3-4 показана ассоциация, которую мы при этом усматриваем. Класс
Наследование
Примеры. Находящиеся в полете космические зонды посылают на наземные станции информацию о состоянии своих основных систем (например, источников энергоснабжения и двигателей) и изме
Агрегация
Пример. Отношение агрегации между классами имеет непосредственное отношение к агрегации между их экземплярами. Рассмотрим вновь класс TemperatureController:
Использование
Пример. В недавнем примере объекты rampController и growingRamp иллюстрировали связь между объектами, которую мы представляли в виде отношения исп
Инстанцирование
Примеры. Наша первая попытка сконструировать класс Queue (очередь) была не особенно успешной, поскольку нам не удалось сделать его безопасным в отношении типов. Мы
Измерение качества абстракции
По мнению Ингалса "для построения системы должен использоваться минимальный набор неизменяемых компонент; сами компоненты должны быть по возможности стандартизованы и рассматриваться в рамках
Как выбирать отношения
Сотрудничество. Отношения между классами и объектами связаны с конкретными действиями. Если мы хотим, чтобы объект X послал объекту Y сообщение M, то прямо или косвенно класс X дол
Выбор реализации
Внутреннее строение (реализация) классов и объектов разрабатывается только после завершения проектирования их внешнего поведения. При этом необходимо принять два проектных решения: выбрать способ п
Объектно-ориентированный анализ
Границы между стадиями анализа и проектирования размыты, но решаемые ими задачи определяются достаточно четко. В процессе анализа мы моделируем проблему, обнаруживая классы и объекты, которы
Ключевые абстракции
Поиск и выбор ключевых абстракций. Ключевая абстракция - это класс или объект, который входит в словарь проблемной области. Самая главная ценность ключевых абстракций заключена в т
Идентификация механизмов
Как найти механизмы? В предыдущем обсуждении мы называли механизмами структуры, посредством которых объекты взаимодействуют друг с другом и ведут себя так, как требуется. Так же ка
Обозначения
Составление диаграмм - это еще не анализ и не проектирование. Диаграммы позволяют описать поведение системы (для анализа) или показать детали архитектуры (для проектирования). Если вы понаблюдаете
Необходимость разных точек зрения
Невозможно охватить все тонкие детали сложной программной системы одним взглядом. Как отмечают Клейн и Джингрич: "Необходимо понять как функциональные, так и структурные свойства объектов. Сле
Модели и ракурсы
В главе 3 мы объяснили, что такое классы и объекты, а также какова связь между ними. Как показано на рис. 5-1, при принятии решений в анализе и проектировании полезно рассмотреть взаимодействие кла
Логическая и физическая модели
Логическое представление описывает перечень и смысл ключевых абстракций и механизмов, которые формируют предметную область или определяют архитектуру системы. Физическая модель определяет конкретну
Статическая и динамическая модели
Четыре введенные нами типа диаграмм являются по большей части статическими. Но практически во всех системах происходят события: объекты рождаются и уничтожаются, посылают друг другу сообщения, прич
Инструменты проектирования
Плохой разработчик, имея систему автоматического проектирования, сможет создать своего программного монстра за более короткий срок чем раньше. Великие проекты создаются великими проектировщиками, а
Дополнительные обозначения
До сих пор мы занимались существенной частью нашей системы обозначений [Все существенные элементы в совокупности как раз и образуют нотацию Booch Lite]. Однако, чтобы передать некоторые часто встре
Спецификации
Спецификация - это неграфическая форма, используемая для полного описания элемента системы обозначений: класса, ассоциации, отдельной операции или целой диаграммы. Просматривая диаграммы, можно отн
Существенное: состояния и переходы
Диаграмма состоянии и переходов показывает: пространство состояний данного класса; события, которые влекут переход из одного состояния в другое; действия, которые происходят при изменении состояния
Дополнительные понятия
Элементы диаграмм состояний и переходов, которые мы только что описали, недостаточны для многих случаев сложных систем. По этой причине мы расширим наши обозначения, включив семантику карт состояни
Существенное: объекты и их отношения
Диаграмма объектов показывает существующие объекты и их связи в логическом проекте системы. Иначе говоря, диаграмма объектов представляет собой мгновенный снимок потока событий в некоторой к
Дополнительные понятия
То, что мы описали, составляет существенные элементы диаграммы объектов. Однако многие запутанные вопросы разработки требуют некоторого расширения используемых обозначений. Мы предупреждали при опи
Спецификации
Как и для диаграмм классов, за каждым элементом диаграммы объектов могут стоять спецификации. Спецификации объектов и их связей не несут никакой иной информации, кроме уже описанной. С другой сторо
Существенное: объекты и их взаимодействия
Диаграмма взаимодействии используется, чтобы проследить выполнение сценария в том же контексте, что и диаграмма объектов [Эти диаграммы обобщают диаграммы трассировки событий Румбаха и диагр
Дополнительные понятия
Диаграммы взаимодействия концептуально очень просты, но есть два поясняющих элемента, которые позволяют сделать их более выразительными при наличии сложных шаблонов взаимодействия.
Существенное: модули и их зависимость
Диаграмма модулей показывает распределение классов и объектов по модулям в физическом проектировании системы. Каждая отдельная диаграмма модулей представляет некоторый ракурс структуры модулей сист
Процесс
Программисты-любители все время ищут какой-то волшебный инструмент, который мог бы сделать процесс разработки программ тривиальным. Признак профессионализма - понимание того, что такой панацеи не с
Характерные черты удачных проектов
Удачным проектом мы назовем тот, который удовлетворил (по возможности, превзошел) ожидания заказчика, уложился во временные и финансовые рамки, легко поддается изменению и адаптации. Пользуясь этим
Рациональный процесс проектирования
Однако мы не можем обойтись без рецептов, описывая обещанную выше зрелую, воспроизводимую в любой организации технологию разработки. Поэтому мы и характеризовали ее, как управляемый итеративно разв
Концептуализация
Цель. Концептуализация должна установить основные требования к системе. Для каждой принципиально новой части программы или даже для нового применения существующей системы найдется
Проектирование
Цель. Цель проектирования - создать архитектуру развивающейся реализации и выработать единые тактические приемы, которыми должны пользоваться различные элементы системы. Мы начинае
Эволюция
Цель. Цель эволюции - наращивать и изменять реализацию, последовательно совершенствуя ее, чтобы в конечном счете создать готовую систему.
Эволюция архитектуры в значительн
Сопровождение
Цель. Сопровождение - это деятельность по управлению эволюцией продукта в ходе его эксплуатации. Она в значительной степени продолжает предыдущие фазы, за исключением того, что вно
Практические вопросы
Разработка программ пока остается чрезвычайно трудоемким делом, в значительной степени она по-прежнему больше напоминает строительство коттеджей, чем промышленное возведение зданий [1]. Доклад Киши
Управление риском
В конечном счете, главная обязанность менеджера программного продукта - управление как техническим, так и нетехническим риском. Технический риск для объектно-ориентированной системы содержится в ре
Планирование задач
Независимо от размера проекта, которым вы заняты, полезно раз в неделю проводить встречу всех разработчиков для обсуждения выполненной работы и действий на следующую неделю. Некоторая минимальная ч
Просмотр
Просмотр (walkthroughs) - общепринятая практика, которую нужно использовать каждой команде разработчиков. Как и планирование задач, просмотр программного обеспечения был введен независимо от объект
Роли разработчиков
Полезно помнить, что разработка программного продукта в конечном счете производится людьми. Разработчики - не взаимозаменяемые части, и успешное создание любой сложной системы требует уникальных и
Система сбора данных: метеорологическая станция
Теория теорией, но сточки зрения инженера-практика никакая, даже самая элегантная методология, предлагаемая учеными, не стоит и ломаного гроша, если она не помогает в построении реальных, работающи
Определение границ рассматриваемой задачи
Врезка ознакомила вас с требованиями к системе мониторинга погоды. Это довольно простая задача, решение которой позволяет обойтись всего несколькими классами. Инженер, не вполне искушенный во всех
TimeDate
Ответственность:
Поддержание информации о текущем времени и о текущей дате.
Операции:
CurrentTime - текущее время currentDate - текущая дата setFormat - установ
TemperatureSensor
Ответственность:
Поддержание информации о текущей температуре.
Операции:
currentTemperature - текущая температура setLowTemperature - установка минимальной температу
PressureSensor
Отвественность:
Поддержание информации о текущем барометрическом давлении.
Операции:
currentPressure - текущее давление setLowPressure - установка минимального давле
HumiditySensor
Ответственность:
Поддержание информации о текущей влажности, выраженной в процентах от 0% до 100%.
Операции:
currentHumidity - текущая влажность setLowHumidity - уст
WindSpeedSensor
Ответственность:
Поддержание информации о текущей скорости ветра.
Операции:
currentSpeed - текущая скорость setLowSpeed - установка минимальной скорости setHigh
WindDirectionSensor
Ответственность:
Поддержание информации о текущем направлении ветра, указываемом как точка на розе ветров.
Операции:
currentDirection - текущее направление
Атриб
LCDDevice
Ответственность:
Управление выводом на экран графических элементов.
Операции:
drawText - рисовать текст drawLine - рисовать линию drawCircle - рисовать окружнос
DisplayManager
Ответственность:
Организация отображения параметров на экране дисплея.
Операции:
drawStaticItems - рисование статических элементов displayTime - вывод времени d
Вывод на экран максимальных и минимальных значений выбранного параметра.
1. Пользователь нажимает клавишу SELECT. 2. Система выводит на экран сообщение SELECTING. 3. Пользователь нажимает одну из следующих клавиш: WIND SPEED, TEMPERATURE, PRESSURE или HUMIDITY
Установка времени и даты.
1. Пользователь нажимает клавишу SELECT. 2. Система выводит на экран сообщение SELECTING. 3. Пользователь нажимает одну из следующих клавиш: TIME или DATE; нажатия всех остальных клавиш (
Калибровка датчика.
1. Пользователь нажимает клавишу CALIBRATE. 2. Система выводит на экран сообщение CALIBRATING. 3. Пользователь нажимает одну из следующих клавиш: WIND SPEED, TEMPERATURE, PRESSURE или HUM
Установка единиц измерений температуры и скорости ветра.
1. Пользователь нажимает клавишу MODE. 2. Система выводит на экран сообщение MODE . 3. Пользователь нажимает одну из клавиш WIND SPEED или TEMPERATURE; нажатия всех остальных клавиш (кром
InputManager
Ответственность:
Диспетчеризация команд пользователя.
Операции:
processKeyPress обработка сигналов с клавиатуры
Единственная операция processKeyPress приводит в
Включение системы.
1. Включение питания. 2. Создание датчиков; датчики с историей очищают "исторические" данные; датчики с трендом инициализируют алгоритм вычисления тренда. 3. Инициализация буфер
Архитектурный каркас
Каждая программная система должна иметь простую и в то же время всеобъемлющую организационную философию. Система мониторинга погоды не является в этом смысле исключением. На следующем этапе нашей р
Механизм покадровой обработки
Поведение нашей системы в основном определяется взаимодействием классов Sampler и Timer, поэтому, чтобы оправдать нашу модель, следует быть особенно внимательным п
Планирование релизов
Рассмотрев несколько сценариев работы системы и убедившись в правильности стратегических решений, можно начинать планирование процесса разработки. Разобьем работу на ряд этапов, результат каждого и
Механизм датчиков
Мы уже видели, как при разработке архитектуры системы постепенно наполнялись содержанием и приобретали устойчивые формы ее ключевые абстракции, в том числе классы датчиков. Руководствуясь эволюцион
Механизм вывода информации на экран
Подготовка следующего релиза, где должны быть окончательно определены классы DisplayManager и LCDDevice, не требует от нас новых проектных решений. Осталось лишь н
Механизм пользовательского интерфейса
Последним основным элементом нашей системы является механизм пользовательского интерфейса, который должен быть реализован с помощью классов Keypad и InputManager.
Определение границ проблемной области
На врезке представлены детально сформулированные требования к библиотеке базовых классов. К сожалению, эти требования навряд ли практически выполнимы: библиотека, содержащая абстракции, необходимые
Модели взаимодействий
Итак, мы определили основные функциональные элементы нашей библиотеки; однако изолированные абстракции сами по себе - еще не среда разработки. Как отметил Вирфс-Брок: "Среда разработки предост
Тактические вопросы
В соответствии с законом разработки программ Коггинса "прагматизм всегда должен быть предпочтительней элегантности, ведь Природу все равно ничем не удивить". Следствие: проектирование ник
Макроорганизация
Как уже отмечалось в предыдущих главах, классы есть необходимое, но не достаточное средство декомпозиции системы. Это замечание в полной мере касается и библиотеки классов. Неупорядоченный набор кл
Семантика времени и памяти
Из пяти основных принципов строения библиотеки базовых классов, возможно, наиболее важен механизм, обеспечивающий клиента альтернативной простанственно-временной семантикой внутри каждого семейства
Управление памятью
Задача управления памятью возникает для неограниченных форм реализации. В этом случае разработчик библиотеки должен определить политику выделения и освобождения памяти из кучи при осуществлении опе
Итерация
Итерация - это еще один архитектурный шаблон нашей библиотеки. В главе 3 уже отмечалось, что итератор представляет собой операцию, обеспечивающую последовательный доступ ко всем частям объекта. Ока
Синхронизация
При разработке любого универсального инструментального средства должны учитываться проблемы, связанные с организацией параллельных процессов. В операционных системах типа UNIX, OS/2 и Windows NT пр
Инструменты
Для нашей библиотеки основная роль шаблонов заключается в параметризации структур типами элементов, которые будут в них содержаться; поэтому такие структуры называют классами-контейнерами. Но, как
Архитектура клиент-сервер: складской учет
Создание большинства бизнес-приложений требует решения целого комплекса задач по хранению данных, обеспечению параллельного доступа к ним, их целостности и защиты. Для этой цели обычно используются
Определение границ задачи
Требования к системе складского учета показаны на врезке. Это достаточно сложная программная система, затрагивающая все аспекты, связанные с движением товара на склад и со склада. Для хранения прод
Архитектура клиент-сервер
Хотя данный раздел и не является подробным обзором архитектуры клиент-сервер, некоторые замечания по этой теме необходимо сделать, так как они напрямую относятся к выбору архитектурных решений для
Сценарии работы
Сейчас, когда мы представили себе систему в целом, продолжим наш анализ и изучим несколько сценариев ее работы. Сначала перечислим ряд основных режимов использования:
Клиент звонит п
Модели баз данных
Дэйт рассматривает базу данных как "вместилище хранимой информации. Она, как правило, одновременно является и интегрированной, и общедоступной. Под "интегрированностью" имеется в вид
Анализ схем данных
Дэйт задается следующим вопросом: "Пусть дан набор данных, которые надо расположить в базе данных. Как определить подходящую логическую структуру для этих данных? Другими словами, как определи
Архитектура клиент/сервер
Наиболее важным вопросом реализации архитектуры клиент/сервер является не столько вопрос о том, где будет проведена граница между этими двумя частями, сколько о том, как разумно произвести это разд
Механизм транзакций
Архитектура клиент/сервер построена на взаимодействии клиентской и серверной частей приложения, для реализации которого необходим определенный механизм. Берсон указал, что "существует три базо
Управление релизами
Теперь, полностью определив архитектурный каркас системы складского учета, мы можем приступить к последовательному развитию. Выберем сначала наиболее важные транзакции в нашей системе (ее вертикаль
Генераторы приложений
При создании приложений типа системы складского учета необходимо произвести множество экранных форм и отчетов. Для больших систем эта работа не столько сложна, сколько велика по объему и однообразн
Искусственный интеллект: криптоанализ
Мыслящие существа способны проявлять очень сложные формы поведения, обладая сознанием, механизмы которого мы понимаем очень смутно. Подумайте, например, как вы планируете маршрут поездки по городу,
Определение границ предметной области
Как сказано во врезке, мы намерены заняться криптоанализом - процессом преобразования зашифрованного текста в обычный. В общем случае процесс дешифровки является чрезвычайно сложным и не поддается
Архитектура метафоры информационной доски
Энглемор и Морган для пояснения модели информационной доски использовали следующую аналогию с группой людей, собирающей фрагменты головоломки в нужную фигуру:
Вообразим себе комнату с боль
Архитектура информационной доски
Теперь у нас есть все, чтобы приступить к решению поставленной задачи с использованием метафоры информационной доски. Это классический пример повторного использования "в большом": мы повт
Интеграция
Теперь, когда ключевые абстракции предметной области выявлены, можно приступить к их соединению в действующее приложение. Мы будем реализовывать и проверять вертикальные срезы системы, а затем посл
Добавление источников знаний
Теперь, когда определены ключевые абстракции информационной доски и механизмы выдвижения и проверки предположений, необходимо реализовать механизм вывода (класс InferenceEngine), с
Расширение функциональных возможностей
В этом разделе мы попытаемся улучшить возможности проектируемой системы и оценить ее гибкость.
В интеллектуальных системах очень важно наряду с решением задачи получить информацию о самом
Изменение технических требований
Если принятые проектные решения были реализованы правильно, то новые технические требования к системе могут быть удовлетворены при минимальных изменениях проекта. Допустим, что предъявлены три новы
Управление: контроль за движением поездов
Программная индустрия развилась настолько, что охватывает многие новые области приложений: от встроенных микрокомпьютеров для управления двигателем автомобиля до выполнения рутинной работы при изго
Определение границ проблемной области
Для большинства люден, живущих в США, поезда являются символом давно ушедшей эпохи. В Европе и странах Востока ситуация совершенно противоположная. В отличие от США, в Европе мало национальных и ме
Системные и программные требования: хрупкий компромисс
Крупные проекты, подобные рассматриваемому, обычно организуются вокруг небольшой центральной группы, ответственной за глобальную архитектуру системы, а сама разработка передается сторонним субподря
Ключевые абстракции и механизмы
В результате изучения требований к системе управления движением становится очевидно, что мы должны решить четыре основные подзадачи:
сеть база данных интерфейс &q
Механизм передачи сообщений
Под сообщением здесь мы не имеем в виду активизацию методов, как это принято в объектно-ориентированных языках программирования. В данном случае понятие взято из словаря предметной области, из само
Планирование расписания поездов
Мы уже говорили, что концепция плана движения поезда является центральной для функционирования системы управления движением. Каждый поезд имеет один активный план, а каждый план предназначен только
Отображение информации
Использование готовых технологических решений для базы данных позволяет нам сосредоточиться на специфике задачи. Такого же результата можно добиться и в механизмах отображения информации, если испо
Механизм опроса датчиков
Выше мы говорили, что система управления движением должна включать в себя большое количество разнообразных датчиков. Например, на каждом поезде датчики следят за температурой масла, количеством топ
Модульная архитектура
Мы уже говорили о том, что модульность для больших систем необходима, но не достаточна; для задач такого масштаба, как система управления движением, нужно сосредоточиться на декомпозиции по подсист
Спецификация подсистем
Если мы рассмотрим внешнее представление любой из подсистем, то обнаружим, что она обладает всеми характеристиками объекта. Каждая подсистема имеет уникальную, хотя и статичную, идентичность и боль
Добавление новых функций
Программное обеспечение сопровождается и постоянно дорабатывается, что особенно справедливо для таких больших систем, как наша. Действительно, до сих пор можно встретить программы, разработанные ле
Изменение аппаратных средств
Мы уже говорили, что аппаратные средства развиваются быстрее, чем программное обеспечение. Более того, всегда будут причины, вынуждающие нас выбрать в ходе проектирования такие аппаратные решения,
Послесловие
Объектно-ориентированное проектирование - проверенная технология. Наш метод успешно использовался для создания множества сложных систем в самых разных областях.
Потребность в сложных прогр
Объектно-ориентированные языки программирования
Использование объектно-ориентированной методологии не ограничено каким-либо одним языком программирования - она применима к широкому спектру объектных и объектно-ориентированных языков. Наряду с ан
Происхождение
Язык Smalltalk был разработан командой Xerox Palo Alto Research Center Learning Research Group (Xerox, Пало Альто, Исследовательский центр, группа исследования обучения), как программная часть Dyna
Происхождение
Object Pascal создавался сотрудниками компании Apple Computer (некоторые из которых были участниками проекта Smalltalk) совместно с Никлаусом Виртом (Niklaus Wirth), создателем языка Pascal. Непоср
Происхождение
Язык программирования C++ был разработан Бьерном Страуструпом, сотрудником AT&T Bell Laboratories. Непосредственным предшественником C++ является С with Classes, созданный тем же автором в 1980
Происхождение
Существуют буквально десятки диалектов языка Lisp, включая MacLisp, Standard Lisp, SpiceLisp, S-1 Lisp, ZetaLisp, Nil, InterLisp и Scheme. В начале 80-х годов под воздействием идей объектно-ориенти
Происхождение
Министерство обороны США, возможно, самый крупный в мире пользователь компьютеров. В середине 70-х годов программные разработки этого департамента достигли критической точки: проекты выходили из вр
Происхождение
Автор Eiffel Бертран Мейер (Bertrand Meyer) создавал не только язык объектно-ориентированного программирование, но и инструмент проектирования программ.
Несмотря на сильное влияние Simula,
Словарь терминов
CRC-карточки, CRC cards. CRC - Class/Responsibilities/Collaborators, Класс/Ответственности/Сотрудники; простое, но достаточно эффективное средство мозгового штурма при выявлении кл
Новости и инфо для студентов