Основные характеристики программного модуля. - Лекция, раздел Программирование, НАДЕЖНОЕ ПРОГРАММНОЕ СРЕДСТВО КАК ПРОДУКТ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. ИСТОРИЧЕСКИЙ И СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. ИСТОЧНИКИ ОШИБОК В ПРОГРАММНОМ СРЕДСТВЕ Не Всякий Программный Модуль Способствует Упрощению Программы [7.2]. Выделить...
Не всякий программный модуль способствует упрощению программы [7.2]. Выделить хороший с этой точки зрения модуль является серьезной творческой задачей. Для оценки приемлемости выделенного модуля используются некоторые критерии. Так, Хольт [7.4] предложил следующие два общих таких критерия:
· хороший модуль снаружи проще, чем внутри;
· хороший модуль проще использовать, чем построить.
Майерс [7.5] предлагает использовать более конструктивные характеристики программного модуля для оценки его приемлемости: размер модуля; прочность модуля; сцепление с другими модулями; рутинность модуля (независимость от предыстории обращений к нему).
Размер модуля измеряется числом содержащихся в нем операторов (строк). Модуль не должен быть слишком маленьким или слишком большим. Маленькие модули приводят к громоздкой модульной структуре программы и могут не окупать накладных расходов, связанных с их оформлением. Большие модули неудобны для изучения и изменений, они могут существенно увеличить суммарное время повторных трансляций программы при отладке программы. Обычно рекомендуются программные модули размером от нескольких десятков до нескольких сотен операторов.
Прочность модуля - это мера его внутренних связей. Чем выше прочность модуля, тем больше связей он может спрятать от внешней по отношению к нему части программы и, следовательно, тем больший вклад в упрощение программы он может внести. Для оценки степени прочности модуля Майерс [7.5] предлагает упорядоченный по степени прочности набор из семи классов модулей. Самой слабой степенью прочности обладает модуль, прочный по совпадению. Это такой модуль, между элементами которого нет осмысленных связей. Такой модуль может быть выделен, например, при обнаружении в разных местах программы повторения одной и той же последовательности операторов, которая и оформляется в отдельный модуль. Необходимость изменения этой последовательности в одном из контекстов может привести к изменению этого модуля, что может сделать его использование в других контекстах ошибочным. Такой класс программных модулей не рекомендуется для использования. Вообще говоря, предложенная Майерсом упорядоченность по степени прочности классов модулей не бесспорна. Однако, это не очень существенно, так как только два высших по прочности класса модулей рекомендуются для использования. Эти классы мы и рассмотрим подробнее.
Функционально прочный модуль - это модуль, выполняющий (реализующий) одну какую-либо определенную функцию. При реализации этой функции такой модуль может использовать и другие модули. Такой класс программных модулей рекомендуется для использования.
Информационно прочный модуль - это модуль, выполняющий (реализующий) несколько операций (функций) над одной и той же структурой данных (информационным объектом), которая считается неизвестной вне этого модуля. Для каждой из этих операций в таком модуле имеется свой вход со своей формой обращения к нему. Такой класс следует рассматривать как класс программных модулей с высшей степенью прочности. Информационно-прочный модуль может реализовывать, например, абстрактный тип данных.
В модульных языках программирования как минимум имеются средства для задания функционально прочных модулей (например, модуль типа FUNCTION в языке ФОРТРАН). Средства же для задания информационно прочных модулей в ранних языках программирования отсутствовали - они появились только в более поздних языках. Так в языке программирования Ада средством задания информационно прочного модуля является пакет [7.6].
Сцепление модуля - это мера его зависимости по данным от других модулей. Характеризуется способом передачи данных. Чем слабее сцепление модуля с другими модулями, тем сильнее его независимость от других модулей. Для оценки степени сцепления Майерс предлагает [7.5] упорядоченный набор из шести видов сцепления модулей. Худшим видом сцепления модулей является сцепление по содержимому. Таким является сцепление двух модулей, когда один из них имеет прямые ссылки на содержимое другого модуля (например, на константу, содержащуюся в другом модуле). Такое сцепление модулей недопустимо. Не рекомендуется использовать также сцепление по общей области - это такое сцепление модулей, когда несколько модулей используют одну и ту же область памяти. Такой вид сцепления модулей реализуется, например, при программировании на языке ФОРТРАН с использованием блоков COMMON. Единственным видом сцепления модулей, который рекомендуется для использования современной технологией программирования, является параметрическое сцепление (сцепление по данным по Майерсу [7.5]) - это случай, когда данные передаются модулю либо при обращении к нему как значения его параметров, либо как результат его обращения к другому модулю для вычисления некоторой функции. Такой вид сцепления модулей реализуется на языках программирования при использовании обращений к процедурам (функциям).
Рутинность модуля - это его независимость от предыстории обращений к нему. Модуль будем называть рутинным, если результат (эффект) обращения к нему зависит только от значений его параметров (и не зависит от предыстории обращений к нему). Модуль будем называть зависящим от предыстории, если результат (эффект) обращения к нему зависит от внутреннего состояния этого модуля, храняшего следы предыдущих обращений к нему. Майерс [7.5] не рекомендует использовать зависящие от предыстории (непредсказуемые) модули, так как они провоцируют появление в программах хитрых (неуловимых) ошибок. Однако такая рекомендация является неконструктивной, так как во многих случаях именно зависящий от предыстории модуль является лучшей реализаций информационно прочного модуля. Поэтому более приемлема следующая (более осторожная) рекомендация:
· всегда следует использовать рутинный модуль, если это не приводит к плохим (не рекомендуемым) сцеплениям модулей;
· зависящие от предыстории модули следует использовать только в случае, когда это необходимо для обеспечения параметрического сцепления;
· в спецификации зависящего от предыстории модуля должна быть четко сформулирована эта зависимость таким образом, чтобы было возможно прогнозировать поведение (эффект выполнения) данного модуля при разных последующих обращениях к нему.
В связи с последней рекомендацией может быть полезным определение внешнего представления (ориентированного на информирование человека) состояний зависящего от предыстории модуля. В этом случае эффект выполнения каждой функции (операции), реализуемой этим модулем, следует описывать в терминах этого внешнего представления, что существенно упростит прогнозирование поведения данного модуля.
Все темы данного раздела:
Программа как формализованное описание процесса обработки данных. Программное средство.
Целью программирования является описание процессов обработки данных (в дальнейшем - просто процессов). Согласно ИФИПа [1.1]: данные - это представление фактов и идей в формализованном
Неконструктивность понятия правильной программы.
Таким образом, можно считать, что продуктом технологии программирования является ПС, содержащее программы, выполняющие требуемые функции. Здесь под "программой" часто понимают правильную
Надежность программного средства.
Альтернативой правильного ПС является надежное ПС. Надежность ПС - это его способность безотказно выполнять определенные функции при заданных условиях в течение заданного периода врем
Технология программирования как технология разработки надежных программных средств.
В соответствии с обычным значением слова "технология" [1.6] под технологией программирования будем понимать совокупность производственных процессов, приводящую к созданию требуемог
Технология программирования и информатизация общества.
Технологии программирования играло разную роль на разных этапах развития программирования. По мере повышения мощности компьютеров и развития средств и методологии программирования росла и сложность
Интеллектуальные возможности человека.
Дейкстра [2.1] выделяет три интеллектуальные возможности человека, используемые при разработке ПС:
· способность к перебору,
· способность к абстракции,
· способность к м
Неправильный перевод как причина ошибок в программных средствах.
При разработке и использовании ПС мы многократно имеем дело [2.3] с преобразованием (переводом) информации из одной формы в другую (см.рис.2.1). Заказчик формулирует свои потребности в ПС в виде не
Модель перевода.
Чтобы понять природу ошибок при переводе рассмотрим модель [2.3], изображенную на рис.2.2. На ней человек осуществляет перевод информации из представления A в представление B. При этом он совершает
Специфика разработки программных средств.
Разработке программных средств присущ ряд специфических особенностей [3.1].
· Прежде всего, следует отметить некоторое противостояние: неформальный характер требований к ПС (постано
Жизненный цикл программного средства.
Под жизненным циклом ПС понимают весь период его разработки и эксплуатации (использования), начиная от момента возникновения замысла ПС и кончая прекращением всех видов его использования [3.
Понятие качества программного средства.
Каждое ПС должно выполнять определенные функции, т.е. делать то, что задумано. Хорошее ПС должно обладать еще целым рядом свойств, позволяющим успешно его использовать в течении длительного периода
Обеспечение надежности - основной мотив разработки программных средств.
Рассмотрим теперь общие принципы обеспечения надежности ПС, что, как мы уже подчеркивали, является основным мотивом разработки ПС, задающим специфическую окраску всем технологическим процессам разр
Методы борьбы со сложностью.
Мы уже обсуждали в лекции 2 сущность вопроса борьбы со сложностью при разработке ПС. Известны два общих метода борьбы со сложностью систем:
· обеспечения независимости компонент системы;
Обеспечение точности перевода.
Обеспечение точности перевода направлено на достижение однозначности интерпретации документов различными разработчиками, а также пользователями ПС. Это требует придерживаться при переводе определен
Контроль принимаемых решений.
Обязательным шагом в каждом процессе (этапе) разработки ПС должна быть проверка правильности принятых решений. Это позволит обнаруживать и исправлять ошибки на самой ранней стадии после ее возникно
Назначение внешнего описания программного средства и его роль в обеспечении качества программного средства.
Разработчикам больших программных средств приходится решать весьма специфические и трудные проблемы, особенно, если это ПС должно представлять собой программную систему нового типа, в плохо компьют
Определение требований к программному средству.
Определение требования к ПС являются исходным документом разработки ПС - заданием, выражающем в абстрактной форме потребности пользователя. Они в общих чертах определяют замысел ПС, характеризуют у
Спецификация качества программного средства.
Разработка спецификации качества сводится, по-существу, к построению своеобразной модели качества разрабатываемой ПС [4.2, 4.3]. В этой модели должен быть перечень всех тех достаточно элементарных
Функциональная спецификация программного средства.
С учетом назначения функциональной спецификации ПС и тяжелых последствий неточностей и ошибок в этом документе, функциональная спецификация должна быть математически точной. Это не означает, что он
Методы контроля внешнего описания программного средства.
Разработка внешнего описания обязательно должна завершаться проведением тщательного и разнообразного контроля правильности внешнего описания. Целью этого процесса является найти как можно больше ош
Основные подходы к спецификации семантики функций.
Для спецификации семантики функций используются следующие подходы: табличный, алгебраический и логический [5.1], а также графический [5.2].
Табличный подход для определения функций хорошо
Метод таблиц решений.
0
Операционная семантика.
В операционной семантике алгебраического подхода к описанию семантики функций рассматривается следующий частный случай системы равенств (5.1):
f1(x1, x2, ... , xk)= E1,
f2(x1, x2,
Денотационная семантика.
В денотационной семантике алгебраического подхода рассматривается также система равенств вида (5.3), которая интерпретируется как система функциональных уравнений, а определяемые функции являются н
Аксиоматическая семантика.
В аксиоматической семантике алгебраического подхода система (5.1) интерпретируется как набор аксиом в рамках некоторой формальной логической системы, в которой есть правила вывода и/или интерпретац
Языки спецификаций.
Как уже отмечалось, функциональная спецификация представляет собой математически точное, но, как правило, не формальное описание поведения ПС. Однако, формализованное представление функциональной с
Понятие архитектуры программного средства.
Архитектура ПС - это его строение как оно видно (или должно быть видно) из-вне его, т.е. представление ПС как системы, состоящей из некоторой совокупности взаимодействующих подсистем. В каче
Архитектурные функции.
Для обеспечения взаимодействия между подсистемами в ряде случаев не требуется создавать какие-либо дополнительные программные компоненты (помимо реализации внешних функций) - для этого может быть д
Контроль архитектуры программных средств.
Для контроля архитектуры ПС используется смежный контроль иручная имитация.
Смежный контроль архитектуры ПС сверху - это ее контроль разработчиками внешнего описания: разработчиками специф
Цель модульного программирования.
Приступая к разработке каждой программы ПС, следует иметь в виду, что она, как правило, является большой системой, поэтому мы должны принять меры для ее упрощения. Для этого такую программу разраба
Методы разработки структуры программы.
Как уже отмечалось выше, в качестве модульной структуры программы принято использовать древовидную структуру, включая деревья со сросшимися ветвями. В узлах такого дерева размещаются программные мо
Контроль структуры программы.
Для контроля структуры программы можно использовать три метода [7.5]:
· статический контроль,
· смежный контроль,
· сквозной контроль.
Статический контроль состо
Порядок разработки программного модуля.
При разработке программного модуля целесообразно придерживаться следующего порядка [8.1]:
· изучение и проверка спецификации модуля, выбор языка
программирования;
· выбор
Структурное программирование.
При программировании модуля следует иметь ввиду, что программа должна быть понятной не только компьютеру, но и человеку: и разработчик модуля, и лица, проверяющие модуль, и тестовики, готовящие тес
Пошаговая детализация и понятие о псевдокоде.
Структурное программирование дает рекомендации о том, каким должен быть текст модуля. Возникает вопрос, как должен действовать программист, чтобы построить такой текст. Иногда программирование моду
Контроль программного модуля.
Применяются следующие методы контроля программного модуля:
· статическая проверка текста модуля;
· сквозное прослеживание;
· доказательство свойств программного модуля.
Обоснования программ. Формализация свойств программ.
Для повышения надежности программных средств весьма полезно снабжать программы дополнительной информацией, с использованием которой можно существенно повысить уровень контроля ПС. Такую информацию
Свойства основных конструкций структурного программирования.
Рассмотрим теперь свойства основных конструкций структурного программирования: следования, разветвления и повторения.
Свойства следования выражает следующая
Теорема 9.3. Пусть
Завершимость выполнения программы.
Одно из свойств программы, которое нас может интересовать, чтобы избежать возможных ошибок в ПС, является ее завершимость, т.е. отсутствие в ней зацикливания при тех или иных исходных данных
Принципы и виды отладки.
Успех отладки в значительной степени предопределяет рациональная организация тестирования. При отладке отыскиваются и устраняются, в основном, те ошибки, наличие которых в ПС устанавливается при те
Заповеди отладки.
В данном разделе даются общие рекомендации по организации
отладки. Но сначала следует отметить некоторый феномен [10.1], который подтверждает важность предупреждения ошибок на предыдущих э
Автономная отладка модуля.
При автономной отладке каждый модуль на самом деле тестируется в некотором программном окружении, кроме случая, когда отлаживаемая программа состоит только из одного модуля. Это окружение состоит [
Комплексная отладка программного средства.
Как уже было сказано выше, при комплексной отладке тестируется ПС в целом, причем тесты готовятся по каждому из документов ПС [10.8]. Тестирование этих документов производится, как правило, в поряд
Функциональность и надежность как обязательные критерии качества программного средства.
На предыдущих лекция мы рассмотрели все этапы разработки ПС, кроме его аттестации. При этом мы не касались вопросов обеспечения качества ПС в соответствии с его спецификацией качества (см. лекцию 4
Обеспечение завершенности программного средства.
Завершенность ПС является общим примитивом качества ПС для выражения и функциональности и надежности ПС, причем для функциональности она является единственным примитивом (см. лекцию 4).
Фу
Обеспечение точности программного средства.
Обеспечение этого примитива связано с действиями над значениями вещественных типов (точнее говоря, со значениями, представляемыми с некоторой погрешностью). Обеспечить требуемую точность при вычисл
Обеспечение автономности программного средства.
Этот примитив качества обеспечивается на этапе спецификации качества принятием решения об использовании в разрабатываемом ПС какого-либо подходящего базового программного обеспечения или не использ
Обеспечение устойчивости программного средства.
Этот примитив качества обеспечивается с помощью так называемого защитного программирования. Вообще говоря, защитное программирование применяется для повышения надежности ПС при программировании мод
Обеспечение защищенности программных средств.
Различают следующие виды защиты ПС от искажения информации:
· защита от сбоев аппаратуры;
· защита от влияния "чужой" программы;
· защита от отказов "своей
Общая характеристика процесса обеспечения качества программного средства.
Как уже отмечалось в лекции 4, спецификация качества определяет основные ориентиры (цели), которые на всех этапах разработки ПС так или иначе влияют при принятии различных решений на выбор подходящ
Обеспечение легкости применения программного средства.
П-документированость ПС определяет состав пользовательской документации
В предыдущей лекции было уже рассмотрено обеспечение двух из пяти примитивов качества (устойчивость и защищен
Обеспечение эффективности программного средства.
Эффективность ПС обеспечивается принятием подходящих решений на разных этапах его разработки, начиная с разработки его архитектуры. Особенно сильно на эффективность ПС (особенно по памяти) влияет в
Обеспечение сопровождаемости.
С-документированность, информативность и понятность определяют состав и качество документации по сопровождению (см. следующую лекцию). Кроме того, относительно текстов программ (модулей) можно сдел
Документация, создаваемая в процессе разработки программных средств.
При разработке ПС создается большой объем разнообразной документации. Она необходима как средство передачи информации между разработчиками ПС, как средство управления разработкой ПС и как средство
Пользовательская документация программных средств.
Пользовательская документация ПС (user documentation) объясняет пользователям, как они должны действовать, чтобы применить данное ПС. Она необходима, если ПС предполагает какое-либо взаимоде
Документация по сопровождению программных средств.
Документация по сопровождению ПС (system documentation) описывает ПС с точки зрения ее разработки. Эта документация необходима, если ПС предполагает изучение того, как оно устроена (сконстру
Назначение аттестации программного средства.
Аттестация ПС - это авторитетное подтверждение качества ПС [14.1]. Обычно для аттестации ПС создается представительная (аттестационная) комиссия из экспертов, представителей заказчика и пред
Виды испытаний программного средства.
Известны следующие виды испытаний ПС [14.2,14.3], проводимых с целью аттестации ПС:
· испытания компонент ПС;
· системные испытания;
· приемо-сдаточные испытания;
Методы оценки качества программного средства.
Оценка качества ПС по каждому из критериев сводится к оценке каждого из примитивов, связанных с этим критерием качества ПС, в соответствии с их конкретизацией, произведенной в спецификации качества
Объекты и отношения в программировании. Сущность объектного подхода к разработке программных средств.
Окружающий нас мир состоит из объектов и отношений между ними [15.1]. Согласно В. Далю [15.2] объект (предмет) это все, что представляется чувствам (объект вещественный) или уму (объект ум
Особенности объектного подхода к разработке внешнего описания программного средства.
При объектном подходе этап внешнего описания ПС оказывается существенно более емким и содержательным по сравнению с реляционным подходом [15.3, 15.4, 15.5, 15.6].
Определение требований за
Особенности объектного подхода на этапе конструирования программного средства.
На этапе конструирования при объектном подходе продолжается процесс объектного моделирования: уточняются модели, построенные на этапе внешнего описания, в терминах описания программных систем и про
Особенности объектного подхода на этапе кодирования программного средства.
На этапе кодирования при объектном подходе используются языки программирования уже другого типа – объектно-ориентированные [15.7, 15.8]. Считается, что язык программирования поддерживает объ
Инструменты разработки программных средств.
В процессе разработки программных средств в той или иной мере используется компьютерная поддержка процессов разработки ПС. Это достигается путем представления хотя бы некоторых программных документ
Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств.
В настоящее время с каждой системой программирования связываются не отдельные инструменты (например, компилятор), а некоторая логически связанная совокупность программных и аппаратных инструментов
Инструментальные среды программирования.
Инструментальные среды программирования содержат прежде всего текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, инструменты, позволяющие компилировать или
Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места.
Имеются некоторые трудности в выработке строгого определения CASE-технологии (компьютерной технологии разработки ПС). CASE - это абревиатура от английского Computer-Aided Software Engineering (Комп
Инструментальные системы технологии программирования.
Для компьютерной поддержки разработки и сопровождения больших ПС с продолжительным жизненным циклом используются инструментальные системы технологии программирования. Инструментальная система те
Новости и инфо для студентов