Конспект лекций междисциплинарного курса мдк. 03. 01 Технология разработки программного обеспечения
|
Скачать 1.18 Mb.
|
|
Оценка качества процессов создания программного обеспечения Переход от штучной разработки программных продуктов к промышленному программированию обусловил повышение требований к качеству создаваемого ПО. В настоящее время существует несколько стандартов, связанных с оценкой качества этих процессов, которое обеспечивает компания-разработчик. К наиболее интересным для рассмотрения относятся:
Серия стандартов ISO 9000 Одной из важнейших проблем обеспечения качества программных средств является формализация характеристик качества и методология их оценки. Для определения адекватности качества функционирования» наличия технических возможностей программных средств к взаимодействию, совершенствованию и развитию необходимо использовать стандарты в области оценки характеристик их качества. Основой регламентирования показателей качества программных средств ранее являлся международный стандарт ISO 9126:1991 (ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126—93) «Информационная технология. Оценка программного продукта. Характеристики качества и руководство по их применению». Завершается разработка и формализован последний проект состоящего из четырех частей стандарта ISO 9I26-1—ISO 9126-4 для замены небольшой редакции 1991 г. Проект состоит из следующих частей пол общим заголовком «Информационная технология — характеристики и метрики качества программного обеспечения»: «Часть 1. Характеристики и субхарактеристики качества; Часть 2. Внешние метрики качества»; «Часть 3. Внутренние метрики качества»; «Часть 4. Метрики качества в использовании». В России в области обеспечения жизненного цикла и качества сложных комплексов программ в основном применяется группа устаревших ГОСТов, которые отстают от мирового уровня на 5—10 лет. 2.3 Жизненный цикл программы Понятие технологии разработки программы В современном мире всеобщей компьютеризации и информатизации требования, предъявляемые к программному обеспечению (ПО) вообще и к программным продуктам (ПП), программным средствам (ПС) и программам в частности, весьма высоки. В связи с этим обеспечение удовлетворяющих пользователя потребительских качеств программы, таких как надежность, быстродействие, соответствие заявленным возможностям, полнота документации, возможности расширения, развития и т. д., без строгого соблюдения определенной технологии практически невозможно. Рассмотрим сначала основные термины и определения. Политехнический словарь оперирует словом «технология» (от грен, techno — искусство, мастерство, умение и логия) в широком смысле как совокупностью «методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабрикатов, применимых в процессе производства, для получения готовой продукции»; как наукой «о способах воздействия на сырье, материалы и полуфабрикаты соответствующими орудиями производства. Разработка технологии осуществляется по отраслям производства». В Энциклопедическом словаре определение примерно то же, более того, задача науки технологии заключается в выявлении «физических, химических, механических и др. закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов». В Толковом словаре технология — это «совокупность производственных процессов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства». Итак, на основании анализа вышеприведенных определений под технологией программирования в широком смысле следует понимать технологию разработки программного средства, как совокупность абсолютно всех технологических процессов его создания — от момента зарождения идеи о данном ПС до составления необходимой программной документации. Каждый процесс указанной совокупности базируется на использовании неких методов и средств, например компьютерных (в этом случае будем говорить о компьютерной технологии программирования). В литературе имеются и другие, отличные от приведенного понятия технологии программирования. Используется также близкое обсуждаемому понятие программной инженерии, определяемой как систематический подход к разработке, эксплуатации, сопровождению и изъятию из обращения программных средств. Главное различие между технологией программирования и программной инженерией в качестве учебных дисциплин заключается в способах рассмотрения и систематизации материала. В технологии программирования акцент делается на изучении процессов разработки ПС (технологических процессов) и порядке их прохождения — в этих процессах используются определенные методы и инструментальные средства разработки ПС (их применение и образует технологический процесс), тогда как в программной инженерии изучаются прежде всего методы и инструментальные средства разработки ПС с точки зрения достижения определенных целей — они могут использоваться в разных технологических процессах (и в разных технологиях программирования). Вопросом о том, каким образом эти методы и средства создают технологический процесс, в этом случае никто не задается. Не следует также пугать технологию программирования с методологией программирования, несмотря на то, что в обоих случаях изучаются соответствующие методы. Дело в том, что в технологии программирования методы рассматриваются «сверху», т. е. с точки зрения организации технологических процессов, а в методологии программирования — «снизу», т. е. с точки зрения основ их построения. Имея в виду, что надежность является неотъемлемым атрибутом ПС, технологию программирования здесь будем рассматривать как технологию разработки надежных ПС. Это значит, во-первых, обсуждение всех процессов разработки ПС (от идеи создания до «утилизации»), а во-вторых, вопросов построения программных конструкций, описания функций и принимаемых решений с точки зрения их человеческого восприятия. И наконец, в качестве продукта технологии появится надежное программное средство. Все вышеперечисленное будет существенно влиять на выбор методов и инструментальных средств при разработке ПС. Кратко резюмируем сказанное. Целью программирования является выполнение систематической последовательности действий для достижения автоматической обработки данных, таким образом, технология разработки программного обеспечения или, проще, технология программирования терминологически обозначает совокупность процессов для создания программного продукта требуемой функциональности. Результатом таких процессов является программное средство — совокупность логически связанных программ на носителях данных, снабженных программной документацией и предназначенных для людей, не участвовавших в процессе разработки. Поскольку технологический процесс разработки программного обеспечения вообще аналогичен процессу разработки программного средства (в частности), далее будем рассматривать специфику технологии программирования именно по отношению к ПО. Основа разработки программного обеспечения В основе разработки и дальнейшего применения программного обеспечения пользователем лежит понятие жизненного цикла, который, в сущности, является моделью его создания и использования, отражающей различные состояния, начиная с момента осознания необходимости появления данного ПО и заканчивая моментом его полного выхода из употребления. Существует несколько моделей жизненного цикла (ЖЦ), каждая из которых определяет различную методологию создания систем, тем не менее все без исключения модели ЖЦ включают в себя пять этапов и связей между ними с детальным описанием действий, моделей и результатов каждого этапа. Приведем названия и краткое содержание каждого этапа в соответствии с ГОСТ 19.102-77. 1. Техническое задание:
2. Эскизный проект:
3. Технический проект:
4. Рабочий проект:
5. Внедрение:
Модели жизненного цикла В процессе развития технологий разработки программного обеспечения сложились следующие модели жизненного цикла программного обеспечения:
2.4 Обзор средств проектирования программных продуктов Различие в порядке построения моделей трактуется следующим образом. Традиционный процедурно-ориентированный подход регламентирует первичность проектирования функциональных компонентов по отношению к проектированию структур данных. При подходе, ориентированном на данные, вход и выход являются наиболее важными — структуры данных определяются первыми, а процедурные компоненты являются производными от данных. Информационно-ориентированный подход позволяет работать с неиерархическими структурами данных. Ниже приводится деление CASE-средств по функциональным характеристикам. Анализ и проектирование Данные средства применяются для проектирования и создания спецификации программной системы, поддерживают SE (Software Engineering) и IЕ (Information Engineering):
Проектирование баз данных и файлов Технологии данной группы служат для логического моделирования данных, автоматического преобразования моделей в третью нормальную форму, автоматическую генерацию схем баз данных и описаний форматов файлов на уровне программного кода:
Программирование Данные средства позволяют получать из спецификаций полностью документированную выполняемую программу, поддерживают кодогенерацию и тестирование:
Сопровождение и реинжиниринг К этим средствам относятся документаторы, анализаторы программ, средства реструктурирования:
Контрольные вопросы
3 Проектирование программного обеспечения при объектном подходе 3.1 Основные понятия и определения. Классы, интерфейсы, наследование, объекты Объектно-ориентированное программирование (ООП) – парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов. В случае языков с прототипированием вместо классов используются объекты-прототипы. ООП возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Для дальнейшего развития объектно-ориентированного программирования часто большое значение имеют понятия события (так называемое событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование, КОП). Взаимодействие объектов происходит посредством сообщений. Результатом дальнейшего развития ООП, по-видимому, будет агентно-ориентированое программирование, где агенты – независимые части кода на уровне выполнения. Взаимодействие агентов происходит посредством изменения среды, в которой они находятся. Языковые конструкции, конструктивно не относящиеся непосредственно к объектам, но сопутствующие им для их безопасной (исключительные ситуации, проверки) и эффективной работы, инкапсулируются от них в аспекты (в аспектно-ориентированном программировании). Субъектно-ориентированное программирование расширяет понятие объекта посредством обеспечения более унифицированного и независимого взаимодействия объектов. Может являться переходной стадией между ООП и агентным программированием в части самостоятельного их взаимодействия. Первым языком программирования, в котором были предложены принципы объектной ориентированности, была Simula. В момент его появления в 1967 году в нём были предложены революционные идеи: объекты, классы, виртуальные методы и др., однако это всё не было воспринято современниками как нечто грандиозное. Тем не менее, большинство концепций были развиты Аланом Кэем и Дэном Ингаллсом в языке Smalltalk. Именно он стал первым широко распространённым объектно-ориентированным языком программирования. В настоящее время количество прикладных языков программирования , реализующих объектно-ориентированную парадигму, является наибольшим по отношению к другим парадигмам. В области системного программирования до сих пор применяется парадигма процедурного программирования, и общепринятым языком программирования является Cи. При взаимодействии системного и прикладного уровней операционных систем заметное влияние стали оказывать языки объектно-ориентированного программирования. Например, одной из наиболее распространённых библиотек мультиплатформенного программирования является объектно-ориентированная библиотека Qt, написанная на языке C++. Основные понятия Абстрагирование – это способ выделить набор значимых характеристик объекта, исключая из рассмотрения незначимые. Соответственно, абстракция – это набор всех таких характеристик. Инкапсуляция – это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе, и скрыть детали реализации от пользователя. Наследование – это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. Класс, от которого производится наследование, называется базовым, родительским или суперклассом. Новый класс – потомком, наследником, дочерним или производным классом. Полиморфизм– это свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. При использовании термина «полиморфизм» в сообществе ООП подразумевается полиморфизм подтипов; а использование параметрического полиморфизма называют обобщённым программированием. Класс является описываемой на языке терминологии исходного кода моделью ещё не существующей сущности (объекта). Фактически он описывает устройство объекта, являясь своего рода чертежом. Говорят, что объект – это экземпляр класса. При этом в некоторых исполняющих системах класс также может представляться некоторым объектом при выполнении программы посредством динамической идентификации типа данных. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области. Объект Сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса или копирования прототипа (например, после запуска результатов компиляции и связывания исходного кода на выполнение). Прототип – это объект-образец, по образу и подобию которого создаются другие объекты. Объекты-копии могут сохранять связь с родительским объектом, автоматически наследуя изменения в прототипе; эта особенность определяется в рамках конкретного языка. Определение ООП и его основные концепции В центре ООП находится понятие объекта. Объект – это сущность, которой можно посылать сообщения и которая может на них реагировать, используя свои данные. Объект – это экземпляр класса. Данные объекта скрыты от остальной программы. Сокрытие данных называется инкапсуляцией. Наличие инкапсуляции достаточно для объектности языка программирования, но ещё не означает его объектной ориентированности – для этого требуется наличие наследования. Но даже наличие инкапсуляции и наследования не делает язык программирования в полной мере объектным с точки зрения ООП. Основные преимущества ООП проявляются только в том случае, когда в языке программирования реализован полиморфизм подтипов – возможность единообразно обрабатывать объекты с различной реализацией при условии наличия общего интерфейса. Сложности определения По мнению Алана Кея, создателя языка Smalltalk, которого считают одним из «отцов-основателей» ООП, объектно-ориентированный подход заключается в следующем наборе основных принципов (цитируется по вышеупомянутой книге Т. Бадда).
Таким образом, программа представляет собой набор объектов, имеющих состояние и поведение. Объекты взаимодействуют посредством сообщений. Естественным образом выстраивается иерархия объектов: программа в целом – это объект, для выполнения своих функций она обращается к входящим в неё объектам, которые, в свою очередь, выполняют запрошенное путём обращения к другим объектам программы. Естественно, чтобы избежать бесконечной рекурсии в обращениях, на каком-то этапе объект трансформирует обращённое к нему сообщение в сообщения к стандартным системным объектам, предоставляемым языком и средой программирования. Устойчивость и управляемость системы обеспечивается за счёт чёткого разделения ответственности объектов (за каждое действие отвечает определённый объект), однозначного определения интерфейсов межобъектного взаимодействия и полной изолированности внутренней структуры объекта от внешней среды (инкапсуляции). Определить ООП можно и многими другими способами. Концепции Появление в ООП отдельного понятия класса закономерно вытекает из желания иметь множество объектов со сходным поведением. Класс в ООП – это в чистом виде абстрактный тип данных, создаваемый программистом. С этой точки зрения объекты являются значениями данного абстрактного типа, а определение класса задаёт внутреннюю структуру значений и набор операций, которые над этими значениями могут быть выполнены. Желательность иерархии классов (а значит, наследования) вытекает из требований к повторному использованию кода – если несколько классов имеют сходное поведение, нет смысла дублировать их описание, лучше выделить общую часть в общий родительский класс, а в описании самих этих классов оставить только различающиеся элементы. Необходимость совместного использования объектов разных классов, способных обрабатывать однотипные сообщения, требует поддержки полиморфизма – возможности записывать разные объекты в переменные одного и того же типа. В таких условиях объект, отправляя сообщение, может не знать в точности, к какому классу относится адресат, и одни и те же сообщения, отправленные переменным одного типа, содержащим объекты разных классов, вызовут различную реакцию. Отдельного пояснения требует понятие обмена сообщениями. Первоначально (например, в том же Smalltalk) взаимодействие объектов представлялось как «настоящий» обмен сообщениями, то есть пересылка от одного объекта другому специального объекта-сообщения. Такая модель является чрезвычайно общей. Она прекрасно подходит, например, для описания параллельных вычислений с помощью активных объектов, каждый из которых имеет собственный поток исполнения и работает одновременно с прочими. Такие объекты могут вести себя как отдельные, абсолютно автономные вычислительные единицы. Посылка сообщений естественным образом решает вопрос обработки сообщений объектами, присвоенными полиморфным переменным – независимо от того, как объявляется переменная, сообщение обрабатывает код класса, к которому относится присвоенный переменной объект. Данный подход реализован в языках программирования Smalltalk, Ruby, Objective-C, Python. Однако общность механизма обмена сообщениями имеет и другую сторону – «полноценная» передача сообщений требует дополнительных накладных расходов, что не всегда приемлемо. Поэтому во многих современных объектно-ориентированных языках программирования используется концепция «отправка сообщения как вызов метода» – объекты имеют доступные извне методы, вызовами которых и обеспечивается взаимодействие объектов. Данный подход реализован в огромном количестве языков программирования, в том числе C++, Object Pascal, Java, Oberon-2. Однако, это приводит к тому, что сообщения уже не являются самостоятельными объектами, и, как следствие, не имеют атрибутов, что сужает возможности программирования. Некоторые языки используют гибридное представление, демонстрируя преимущества одновременно обоих подходов – например, CLOS, Python. Концепция виртуальных методов, поддерживаемая этими и другими современными языками, появилась как средство обеспечить выполнение нужных методов при использовании полиморфных переменных, то есть, по сути, как попытка расширить возможности вызова методов для реализации части функциональности, обеспечиваемой механизмом обработки сообщений. Особенности реализации Как уже говорилось выше, в современных объектно-ориентированных языках программирования каждый объект является значением, относящимся к определённому классу. Класс представляет собой объявленный программистом составной тип данных, имеющий в составе: Поля данных Параметры объекта (конечно, не все, а только необходимые в программе), задающие его состояние (свойства объекта предметной области). Иногда поля данных объекта называют свойствами объекта, из-за чего возможна путаница. Физически поля представляют собой значения (переменные, константы), объявленные как принадлежащие классу. Методы Процедуры и функции, связанные с классом. Они определяют действия, которые можно выполнять над объектом такого типа, и которые сам объект может выполнять. Классы могут наследоваться друг от друга. Класс-потомок получает все поля и методы класса-родителя, но может дополнять их собственными либо переопределять уже имеющиеся. Большинство языков программирования поддерживает только единичное наследование (класс может иметь только один класс-родитель), лишь в некоторых допускается множественное наследование – порождение класса от двух или более классов-родителей. Множественное наследование создаёт целый ряд проблем, как логических, так и чисто реализационных, поэтому в полном объёме его поддержка не распространена. Вместо этого в 1990-е годы появилось и стало активно вводиться в объектно-ориентированные языки понятие интерфейса. Интерфейс – это класс без полей и без реализации, включающий только заголовки методов. Если некий класс наследует (или, как говорят, реализует) интерфейс, он должен реализовать все входящие в него методы. Использование интерфейсов предоставляет относительно дешёвую альтернативу множественному наследованию. Взаимодействие объектов в абсолютном большинстве случаев обеспечивается вызовом ими методов друг друга. Инкапсуляция обеспечивается следующими средствами Контроль доступа Поскольку методы класса могут быть как чисто внутренними, обеспечивающими логику функционирования объекта, так и внешними, с помощью которых взаимодействуют объекты, необходимо обеспечить скрытость первых при доступности извне вторых. Для этого в языки вводятся специальные синтаксические конструкции, явно задающие область видимости каждого члена класса. Традиционно это модификаторы public, protected и private, обозначающие, соответственно, открытые члены класса, члены класса, доступные только из классов-потомков, и скрытые, доступные только внутри класса. Конкретная номенклатура модификаторов и их точный смысл различаются в разных языках. Методы доступа Поля класса в общем случае не должны быть доступны извне, поскольку такой доступ позволил бы произвольным образом менять внутреннее состояние объектов. Поэтому поля обычно объявляются скрытыми (либо язык в принципе не позволяет обращаться к полям класса извне), а для доступа к находящимся в полях данным используются специальные методы, называемые методами доступа. Такие методы либо возвращают значение того или иного поля, либо производят запись в это поле нового значения. При записи метод доступа может проконтролировать допустимость записываемого значения и, при необходимости, произвести другие манипуляции с данными объекта, чтобы они остались корректными (внутренне согласованными). Методы доступа называют ещё аксессорами (от англ. access – доступ), а по отдельности – геттерами (англ. get – чтение) и сеттерами (англ. set – запись). Свойства объекта Псевдополя, доступные для чтения и/или записи. Свойства внешне выглядят как поля и используются аналогично доступным полям (с некоторыми исключениями), однако фактически при обращении к ним происходит вызов методов доступа. Таким образом, свойства можно рассматривать как «умные» поля данных, сопровождающие доступ к внутренним данным объекта какими-либо дополнительными действиями (например, когда изменение координаты объекта сопровождается его перерисовкой на новом месте). Свойства, по сути, не более чем синтаксический сахар, поскольку никаких новых возможностей они не добавляют, а лишь скрывают вызов методов доступа. Конкретная языковая реализация свойств может быть разной. Например, в C# объявление свойства непосредственно содержит код методов доступа, который вызывается только при работе со свойствами, то есть не требует отдельных методов доступа, доступных для непосредственного вызова. В Delphi объявление свойства содержит лишь имена методов доступа, которые должны вызываться при обращении к полю. Сами методы доступа представляют собой обычные методы с некоторыми дополнительными требованиями к сигнатуре. Полиморфизм реализуется путём введения в язык правил, согласно которым переменной типа «класс» может быть присвоен объект любого класса-потомка её класса. |
Похожие:
 |
Конспект лекций междисциплинарного курса мдк. 03. 01 Технология разработки... Исследовать процессы создания новых технологий и определять их основные тенденции целесообразно, сопоставляя эти технологии с уровнем... |
|
Конспект лекций междисциплинарного курса мдк 01. 02 Прикладное программирование ПМ. 01 Разработка программных модулей программного обеспечения для компьютерных систем |
|
Учебно-методическое пособие "Управление качеством разработки программного... Отображены специфика в подходах к организации, базовым принципам и выполнению тестирования в зависимости от применяемой модели жизненного... |
|
Конспект лекций Ш 39 Метрология, стандартизация, сертификация: Конспект лекций / О. А. Шейфель; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.... |
|
Конспект лекций по курсу “Технология лекаственных форм и галеновых... Конспект лекций по курсу “Технология лекаственных форм и галеновых препаратов” для студентов специальности «Технология фармацевтических... |
|
Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 080110... Налоги и налогообложение: Конспект лекций / Составитель Н. А. Леончик. – Кемерово, 2006. – 80 с |
 |
Конспект лекций по дисциплине «Научные основы производства продуктов питания» Конспект лекций по дисциплине «Научные основы производства продуктов питания» для студентов кафедры «Технология и организация общественного... |
|
Календарно-тематический план учебной дисциплины преподаватель Алексеев Александр Игоревич Наименование междисциплинарного курса мдк. 01. 01 Электрические машины и аппараты |
|
Технические средства автоматизации конспект лекций Конспект лекций предназначен для студентов дневной, вечерней, заочной и дистанционной форм обучения по специальности 220301 «Автоматизация... |
|
Конспект лекций мдк 02. 02. Электронные средства и методы геодезических измерений ПМ. 02. Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
|
Сборник лекций для студентов медицинского колледжа по пм 04/05/07... Сборник лекций для самоподготовки студентов медицинского колледжа по пм 04/05/07 «Выполнение работ по профессии младшая медицинская... |
|
Конспект лекций Владимир 2010 Министерство образования Российской... Автоматизированные системы бухгалтерского и управленческого учета. Часть 1: Конспект лекций / Владим гос ун-т; Сост.: Д. Н. Васильев... |
|
Конспект лекций лаконично раскрывает содержание и структуру учебной... Безопасность жизнедеятельности : конспект лекций для студентов очной и заочной форм обучения / сост. В. М. Домашко; Южный федеральный... |
|
Конспект лекций содержание тема Предмет и задачи курса Внутренняя и внешняя среда организации (фирмы) и их взаимосвязь. Мировой рынок и его развитие |
|
Конспект лекций профессионального модуля пм. 02 Разработка и администрирование баз данных Тема 3 Основы разработки клиент-серверных приложений для работы в компьютерной сети |
|
Конспект лекций для студентов специальности 271200 «Технология продуктов общественного питания» Печатается по решению редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности |