Особенности объектного подхода к разработке внешнего описания программного средства. - Лекция, раздел Программирование, НАДЕЖНОЕ ПРОГРАММНОЕ СРЕДСТВО КАК ПРОДУКТ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. ИСТОРИЧЕСКИЙ И СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ ПРОГРАММИРОВАНИЯ. ИСТОЧНИКИ ОШИБОК В ПРОГРАММНОМ СРЕДСТВЕ При Объектном Подходе Этап Внешнего Описания Пс Оказывается Существенно Более...
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 заключается в неформальном описании модельного мира, который пользователь собирается изучать или просто использовать с помощью требуемого ПС. При этом повышается роль прототипирования, которое при этом подходе часто окупается уменьшением объема работы на последующих этапах разработки ПС. Часто определение требование завершается разработкой диаграммы вариантов использования, в которой фиксируются, в каких случаях будет использоваться ПС. Это позволяет при разработке ПС ограничиться только такими ее функциональными возможностями, которые поддерживают эти случаи (варианты) использования. По существу, диаграмма вариантов использования представляет собой описание некоторого контекста использования (см. лекцию 4). На рис. 15.1. приведен пример диаграммы вариантов использования [15.6].
Существенно изменяется содержание процесса спецификации требований: вместо разработки функциональной спецификации ПС создается формальное описание модельного мира, состоящее из трех частей:
· объектной модели,
· динамической модели,
· функциональной модели.
Назначение этих частей можно образно определить следующим образом [15.3]: объектная модель определяет то, с чем что-то случается; динамическая модель определяет, когда это случается; функциональная модель определяет то, что случается.
Рис. 15.1. Диаграмма вариантов использования для банкомата.
Объектная модель показывает статическую объектную структуру модельного мира, который должно представлять разрабатываемое ПС (программная система). Она включает определения используемых классов объектов и отношений между этими классами, а также определение используемых объектов этих классов и отношения между этими объектами.
Обычно класс объектов в объектной модели представляется в виде тройки
(Имя класса, Список атрибутов, Список операций).
Каждый атрибут представляется некоторым именем и может принимать значения определенного типа. По существу, атрибут класса выражает некоторое простое свойство объектов этого класса. Представление некоторых простых свойств объектов атрибутами весьма удобно, особенно когда по значениям этих атрибутов осуществляется классификация объектов. Операции, указываемые в представлении класса, отражают другие свойства объектов этого класса (как простые, так и ассоциативные). Они показывают, что можно делать с объектами этого класса (или что могут делать сами эти объекты).
В объектной модели отношение между объектами некоторых классов обобщаются в отношения между этими классами. При этом используются, как правило, только одноместные и двуместные отношения между объектами. Более сложные отношения приводит к неоправданному усложнению объектных моделей, а с другой стороны, такие отношения всегда могут быть сведены к двуместным за счет определения дополнительных классов. Одноместные отношения называют атрибутами, причем некоторые атрибуты объекта получаются из атрибутов класса присвоением им конкретных значений. Отношение между двумя (и более) объектами называют связями, а их обобщение (отношение между классами) обычно называют ассоциациями. Ассоциации определяют допустимые связи между объектами. Различают следующие виды ассоциаций:
· взаимодействия состояний объектов,
· агрегирования (структурирования) объектов,
· абстрагирования (порождения) классов.
Ассоциация «взаимодействие», по существу, означает, что объекты классов, находящихся в таком отношении, могут быть параметрами некоторых операций. Ассоциация «агрегирование» означает, что объект одного из классов, находящихся в таком отношении, включает (или может включать) в себя (как часть) объекты другого из этих классов. Ассоциация «абстрагирование» означает, что один из классов, находящихся в таком отношении, наследует свойства другого из этих классов и может обладать также и другими (дополнительными) свойствами.
Рис. 15.2. Пример отношения между классами объектов.
Для представления объектной модели часто используются графические языки спецификации объектов (например, язык UML [15.5]). На таких языках классы и объекты задаются прямоугольниками, которых указывается специфицирующая их информация. Для задания отношений между двумя классами соответствующие им прямоугольники связываются линией, снабженной различными графическими значками и некоторыми надписями. Графические значки специфицируют характер (вид) отношения между этими классами, а надписи обеспечивают полную идентификацию этого отношения (делают его конкретным). Например, на рис. 15.2 заданное отношение между классами Страна и Город имеет характер «один к одному». Более конкретно это отношение означает, что каждый объект класса Страна обязательно связан отношением «имеет столицей» с одним и только одним объектом класса Город, и этот объект класса Город не связан таким отношением ни с каким другим объектом класса Страна.
Для описания декомпозиции объектов используется отношение вида агрегирования. Например, отношение «программа состоит из одного или нескольких модулей» представлено на рис. 15.3.
Рис. 15.3. Пример отношения агрегирования между классами объектов.
Следует заметить, что объектная модель полностью включает описание внешней информационной среды при реляционном подходе.
Динамическая модель показывает допустимые последовательности изменений состояний объектов из объектной модели модельного мира, который должно представлять разрабатываемое ПС (программная система). Она описывает последовательности операций в ответ на внешние сигналы (взаимодействия) без рассмотрения того, что эти операции делают. Динамическая модель необходима, если в соответствующей объектной модели имеются активные объекты.
Основные понятия динамической модели: события и состояния объектов. Под событием здесь понимается элементарное воздействие одного объекта на другой, происходящее в определенный момент времени. Одно событие может логически предшествовать другому или быть не связанным с другим. Другими словами, события в динамической модели частично упорядочены. Под состоянием объекта здесь понимается совокупность значений атрибутов объекта и представления текущих связей этого объекта с другими объектами. Состояние объекта связывается с интервалом времени между некоторыми двумя событиями, на которые реагирует этот объект. Объект переходит из одного состояния в другое в результате реакции на некоторое событие (в конце интервала, связанного с этим состоянием).
Рис. 15.4. Диаграмма состояний телефонной линии.
В связи с этим в динамической модели для каждого класса активных объектов строится своя диаграмма состояний. Она представляет собой граф, вершинами которого являются состояния, а дугами – переходы между этими состояниями (переходы часто обозначаются именами событий). Некоторые переходы могут быть связаны с условиями, разрешающими эти переходы. Условие – это предикат, зависящий от значений некоторых атрибутов объекта. Каждое условие указывается на дуге, переходом по которой управляет это условие. Существенно, что в диаграмме состояний с некоторыми состояниями или событиями связываются определенные операции. Операция, связываемая с событием, обозначает реакцию объекта на это событие и считается, что она выполняется мгновенно (в точке некоторого временного интервала). Такая операция называется действием. Операция, связываемая с состоянием, выполняется в рамках временного интервала, с которым связано это состояние (т.е. имеет продолжительность, ограниченную этим интервалом). Такая операция называется деятельностью. Диаграмма состояний определяет управление активизацией указанных операций. Таким образом, диаграмма состояний описывает поведение одного класса объектов. Пример диаграммы состояний класса приведен на рис. 15.4.
Динамическая модель в целом объединяет все диаграммы состояний с помощью событий между классами.
Функциональная модель показывает, как вычисляются выходные значения из входных без указания порядка, в котором эти значения вычисляются. Она определяет все операции, условия и ограничения, используемые в объектной и динамической моделях (внешние операции). Функциональная модель соответствует определению внешних функций при реляционном подходе к разработке ПС.
Для определения крупных операций в функциональной модели используются потоковые диаграммы (диаграммы потоков данных), позволяющие выразить эти операции через более простые операции. Основными понятиями потоковых диаграмм являются процессы, объекты и потоки данных. Потоковая диаграмма – это граф, вершинами которого являются объекты или процессы, а дугами – потоки данных. Процессы преобразуют данные, поступающие от одних объектов и направляемые для хранения в другие объекты. Эти процессы представляют внутренние операции, через которые выражается операция, представляемая данной потоковой диаграммой. Объекты могут быть пассивными (хранилищами данных) и активными (агентами). Пассивные объекты используются только для хранения данных, а активные объекты используются как для хранения, так и для преобразования данных. Потоки данных определяют допустимые направления перемещения данных и типы перемещаемых данных.
Процессы могут выражаться терминальными операциями (определяемые непосредственно) или с помощью других потоковых диаграмм. Таким образом, потоковые диаграммы являются иерархическими.
Терминальные операции определяются так же, как и при реляционном подходе (см. лекции 4 и 5). Впрочем, и диаграммы потоков данных используются при реляционном подходе.
Таким образом, основным содержанием этапа внешнего описания при объектном подходе является объектное моделирование. При этом широко используются формальные языки спецификаций, в том числе и графические. Одним из наиболее употребительных в настоящее время таких языков является язык UML [15.5].
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
Основные характеристики программного модуля.
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 ис
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 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