ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ
ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Информатика»
на тему «Инструментарий
технологии программирования»
Вариант № 9
Исполнитель:
Ефимова Наталья Олеговна
специальность 06.05.
курс 2 (ФНО)
№
зачетной книжки 06убд43623
Руководитель:
к.т.н.,доц.Волчанский
В.И.
Краснодар-2006
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
|
стр.3
|
1.Методология проектирования программных
продуктов
1.1.Классификация методов проектирования
программных продуктов
1.2.Этапы создания программных продуктов
1.3.Структура программных продуктов
1.4.Проектирование интерфейса пользователя
|
стр.4
стр.11
стр.14
стр.17
|
2.Структурное проектирование и программирование
2.1.Нисходящее проектирование
2.2.Модульное программирова- ние
2.3.Структурное программирова-ние
|
стр.21
стр.23
стр.26
|
3.Объектно-ориентированное проектирование
3.1.Основные понятия объектно-ориентированного проектирования
3.2.Методика объектно-ориентированного проектирования
|
стр.27
стр.30
|
Заключение
|
стр.32
|
Список использованной литературы
|
стр.34
|
Приложения
|
стр.35
|
|
|
|
Введение.
Любой
персональный компьютер, не имеющий программного обеспечения, является
бесполезной вещью. В таком состоянии компьютер не может выполнить ни одной
простейшей операции. Программное обеспечение – набор программ, которые
обеспечивают выполнение задач, решаемых на компьютере.
Создание
программных продуктов - трудоемкий процесс, основанный на определенной
технологии и инструментарии его разработки. В главе рассматриваются подходы к
проектированию внутренней структуры и логики обработки данных (алгоритмов),
этапы и содержание работ по созданию программных продуктов, используемый набор
инструментальных средств и технологий проектирования и программирования.
Инструментарий
технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает
специализированные программные продукты, которые являются инструментальными
средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все
технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования),
отладки и тестирования создаваемых программ. Инструментарий технологии
программирования - совокупность программ и программных комплексов,
обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых
программных продуктов.
Цель
настоящей работы- сформировать представления о методологии создания
программного продукта, используемых технологиях проектирования и
программирования.
1. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
1.1.КЛАССИФИКАЦИЯ
МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
Проектирование алгоритмов
и программ - наиболее ответственный этап жизненного цикла программных продуктов,
определяющий, насколько создаваемая программа соответствует спецификациям и
требованиям со стороны конечных пользователей. Затраты на создание,
сопровождение и эксплуатацию программных продуктов, научно-технический уровень
разработки, время морального устаревания и многое другое- все это также зависит
от проектных решений.
Методы проектирования
алгоритмов и программ очень разнообразны, их можно классифицировать по
различным признакам, важнейшими из которых являются:
-степень автоматизации проектных работ; -принятая
методология процесса разработки.
По степени автоматизации проектирования алгоритмов и программ
можно выделить:
-методы традиционного (неавтоматизированного)
проектирования; -методы автоматизированного проектирования (CASE-технология и
ее элементы).
Неавтоматизированное проектирование
алгоритмов и программ
преимущественно используется при разработке небольших по трудоемкости и
структурной сложности программных продуктов, не требующих участия большого
числа разработчиков. Трудоемкость разрабатываемых программных продуктов, как
правило, небольшая, а сами программные продукты имеют преимущественно
прикладной характер. При нарушении этих ограничений заметно снижается
производительность труда разработчиков, падает качество разработки, и, как ни
парадоксально, увеличиваются
трудозатраты и стоимость программного продукта в целом. Автоматизированное
проектирование алгоритмов и программ возникло с необходимостью уменьшить
затраты на проектные работы, сократить сроки их выполнения, создать типовые
"заготовки" алгоритмов и программ, многократно тиражируемых для
различных разработок, координации работ большого коллектива разработчиков,
стандартизации алгоритмов и программ.
Автоматизация проектирования может
охватывать все или отдельные лапы жизненного цикла программного продукта, при
этом работы этапов могут быть изолированы друг от друга либо составлять единый
комплекс, выполняемый последовательно во времени. Как правило,
автоматизированный подход требует технического и программного
"перевооружения" труда самих разработчиков (мощных компьютеров,
дорогостоящего программного инструментария, а также повышения квалификации
разработчиков и т.п.).Автоматизированное проектирование алгоритмов и программ
под силу лишь крупным фирмам, специализирующимся на разработке определенного
класса программных продуктов, занимающих устойчивое положение на рынке
программных средств. Проектирование алгоритмов и программ может основываться на
различных подходах, среди которых наиболее распространены:
-структурное проектирование программных продуктов; -информационное моделирование
предметной области и связан-ных с ней приложений; -объектно-ориентированное
проектирование программных продуктов.
В основе структурного
проектирования лежит последовательная декомпозиция, целенаправленное
структурирование на отдельные составляющие. Начало развития структурного
проектирования алгоритмов и программ падает на 60-е гг. Методы структурного
проектирования представляют собой комплекс технических и организационных
принципов системного проектирования.
Типичными методами структурного
проектирования являются:
-нисходящее проектирование, кодирование и тестирование программ; -модульное
программирование; -структурное
проектирование (программирование) и др.
В зависимости от объекта
структурирования различают:
-функционально-ориентированные методы - последовательное разложение задачи
или целостной проблемы на отдельные, достаточно простые составляющие,
обладающие функциональной определенностью; -методы
структурирования данных.
Для функционально-ориентированных
методов в первую очередь учитываются заданные функции обработки данных, в
соответствии с которыми определяется состав и логика работы (алгоритмы)
отдельных компонентов программного продукта. С изменением содержания функций
обработки, их состава, соответствующего им информационного входа и выхода
требуется перепроектирование программного продукта.
Основной упор в структурном подходе делается на моделирование процессов
обработки данных.
Для методов структурирования данных
осуществляется анализ, структурирование и создание моделей данных,
применительно к которым устанавливается необходимый состав функций и процедур
обработки. Программные продукты тесно связаны со структурой обрабатываемых
данных, изменение которой отражается на логике обработки (алгоритмах) и
обязательно требует перепроектирования программного продукта.
Структурный подход использует:
-диаграммы потоков данных (информационно-технологические схемы) -
показывают процессы и информационные потоки между ними с учетом
"событий", инициирующих процессы обработки; -интегрированную структуру данных
предметной области (инфологическая модель, ER- диаграммы); -диаграммы
декомпозиции - структура и декомпозиция целей, функций управления, приложений; -структурные
схемы - архитектура программного продукта в виде иерархии взаимосвязанных
программных модулей с идентификацией связей между ними, детальная логика
обработки данных программных модулей (блок-схемы).
Для полного представления о
программном продукте необходима также текстовая информация описательного
характера.
Еще большую значимость информационные
модели и структуры данных имеют для информационного
моделирования предметной области, в основе которого положение об
определяющей роли данных при проектировании алгоритмов и программ. Подход
появился в условиях развития программных средств организации хранения и обработки
данных - СУБД.
Один из основоположников информационной
инженерии - Дж. Мартин - выделяет следующие составляющие данного
подхода:
-информационный анализ предметных областей (бизнес
- областей); -информационное
моделирование - построение комплекса взаимосвязанных моделей данных;
-системное проектирование функций обработки данных; -детальное конструирование
процедур обработки данных.
Первоначально строятся информационные
модели различных уровней представления:
-информационно-логическая модель, не зависящая от
средств программной реализации хранения и обработки данных, отражающая
интегрированные структуры данных предметной области; -даталогические
модели, ориентированные на среду хранения и обработки данных.
Даталогические модели имеют логический и физический
уровни представления. Физический уровень соответствует организации
хранения данных в памяти компьютера. Логический уровень данных
применительно к СУБД реализован в виде:
-концептуальной модели базы данных - интегрированные
структуры данных под управлением СУБД; -внешних
моделей данных - подмножество структур данных для реализации приложений.
Средствами структур данных
моделируются функции предметной области, прослеживается взаимосвязь функций
обработки, уточняется состав входной и выходной информации, логика
преобразования входных структур данных в выходные. Алгоритм обработки данных
можно представить как совокупность процедур преобразований структур данных в
соответствии с внешними моделями данных.
Выбор средств реализации базы данных
определяет вид даталогические моделей и,
следовательно, алгоритмы преобразования данных. В большинстве случаев
используется реляционное представление данных базы данных и соответствующие
реляционные языки для программирования (манипулирования) обработки данных СУБД
и реализации алгоритмов обработки. Данный подход использован во многих
CASE-технологиях.
Объектно-ориентированный подход к проектированию программных
продуктов основан на:
-выделении классов объектов; -установлении
характерных свойств объектов и методов их обработки; -создании иерархии классов,
наследовании свойств объектов и методов их обработки.
Каждый объект объединяет как данные,
так и программу обработки этих данных и относится к определенному классу. С
помощью класса один и тот же программный код можно использовать для относящихся
к нему различных объектов.
Объектный подход при разработке
алгоритмов и программ предполагает:
-объектно-ориентированный анализ предметной области; -объектно-ориентированное
проектирование.
Объектно-ориентированный анализ
- анализ предметной области и выделение объектов, определение свойств и методов
обработки объектов, установление их взаимосвязей.
Объектно-ориентированное
проектирование соединяет процесс объектной
декомпозиции и представления с использованием моделей данных проектируемой
системы на логическом и физическом уровнях, в статике и динамике.
Для проектирования программных
продуктов разработаны объектно-ориентированные технологии, которые включают в
себя специализированные языки программирования и инструментальные средства
разработки пользовательского интерфейса.
Традиционные подходы к разработке
программных продуктов всегда подчеркивали различия между данными и процессами
их обработки. Так, технологии, ориентированные на информационное моделирование,
сначала специфицируют данные, а затем описывают процессы, использующие эти
данные. Технологии структурного подхода ориентированы, в первую очередь, на
процессы обработки данных с последующим установлением необходимых для этого
данных и организации информационных потоков между связанными процессами.
Объектно-ориентированная технология
разработки программных продуктов объединяет данные и процессы в логические
сущности - объекты, которые имеют способность наследовать характеристики
(методы и данные) одного или более объектов, обеспечивая тем самым повторное
использование программного кода. Это приводит к значительному уменьшению затрат
на создание программных продуктов, повышает эффективность жизненного цикла
программных продуктов (сокращается длительность фазы разработки).При выполнении
программы объекту посылается сообщение, которое инициирует обработку данных
объекта.
1.2.ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
При традиционной неавтоматизированной
разработке программ независимо от принятого метода проектирования и
используемого инструментария выполняют следующие работы. 1. Составление технического задания на программирование
Данная работа соответствует этапу анализа и спецификации программ
жизненного цикла программных продуктов.
При составлений технического задания требуется:
-определить платформу разрабатываемой программы - тип операционной
системы (например, для IBM PC-совместимых машин делается выбор операционной
среды: MS DOS, Windows, Windows
NT либо Unix, OS/2);
-оценить необходимость сетевого варианта
работы программы (определяется программное обеспечение (ПО) вычислительной сети
- Windows NT, допустимая номенклатура программного
обеспечения сетевой обработки); -определить
необходимость разработки программы, которую можно переносить на различные
платформы; -обосновать целесообразность работы
с базами данных под управлением СУБД.
На этом же этапе выбирают методы решения задачи;
разрабатывают обобщенный алгоритм решения комплекса задач, функциональную
структуру алгоритма или состав объектов, определяют требования к комплексу
технических средств системы обработки информации, интерфейсу конечного
пользователя.
2. Технический проект
На данном этапе выполняется комплекс
наиболее важных работ, а именно:
-с учетом принятого подхода к проектированию программного продукта
разрабатывается детальный алгоритм обработки данных или уточняется состав
объектов и их свойств, методов обработки, событий, запускающих методы
обработки; -определяется
состав общесистемного программного обеспечения, включающий базовые средства
(операционную систему, модель СУБД, электронные таблицы, методо-
ориентированные и функциональные ППП промышленного назначения и т.п.); -разрабатывается внутренняя
структура программного продукта, образованная отдельными программными модулями; -осуществляется выбор
инструментальных средств разработки программных модулей.
Работы данного этапа в существенной
степени зависят от принятых решений по технической части системы обработки
данных и операционной среде, от выбранных
инструментальных средств проектирования алгоритмов и программ,
технологии работ. 3. Рабочая документация (рабочий
проект)
На данном этапе осуществляется адаптация
базовых средств программного обеспечения (операционной системы, СУБД, методо-ориентированных ППП, инструментальных сред конечного
пользователя - текстовых редакторов, электронных таблиц и т.п.). Выполняется
разработка программных модулей или методов обработки объектов - собственно программирование
или создание программного кода. Проводятся автономная и комплексная отладка
программного продукта, испытание работоспособности программных модулей и
базовых программных средств. Для комплексной отладки готовится контрольный
пример, который позволяет проверить соответствие возможностей программного
продукта заданным спецификациям. Основной результат работ этого этапа - также
создание эксплуатационной документации на программный продукт:
-описание применения - дает общую характеристику программного изделия с указанием
сферы его применения, требований к базовому программному обеспечению, комплексу
технических средств;
-руководство пользователя - включает детальное описание функциональных
возможностей и технологии работы с программным продуктом. Данный вид
документации ориентирован на конечного пользователя и содержит
необходимую информацию для самостоятельного освоения и нормальной работы
пользователя (с учетом требуемой квалификации пользователя); -руководство
программиста (оператора) - указывает особенности установки (инсталляции)
программного продукта и его внутренней структуры - состав и назначение модулей,
правила эксплуатации и обеспечения надежной и качественной работы программного
продукта.
В ряде случаев на данном этапе для программных продуктов
массового применения создаются обучающие системы, демоверсии. гипертекстовые
системы помощи. 4.
Ввод в действие
Готовый программный продукт сначала
проходит опытную эксплуатацию (пробный рынок продаж), а затем сдается в промышленную
эксплуатацию (тиражирование и распространение программного продукта).
1.3.СТРУКТУРА ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ
В большей степени программные продукты не являются монолитом
и имеют конструкцию (архитектуру) построения - состав и взаимосвязь
программных модулей.
Модуль - это
самостоятельная часть программы, имеющая определенное назначение и
обеспечивающая заданные функции обработки автономно от других программных
модулей.
Таким образом, программный продукт
обладает внутренней организацией, или внутренней структурой,
образованной взаимосвязанными программными модулями. Это справедливо для
сложных и многофункциональных программных продуктов, которые часто называются программными
системами.
Структуризация программ выполняется в
первую очередь для удобства разработки, программирования, отладки и внесения
изменений в программный продукт. Как правило, программные комплексы большой
алгоритмической сложности разрабатываются коллективом разработчиков (2 - 15 и
более человек). Управлять разработкой программ в условиях применения
промышленных технологий изготовления программ можно лишь на научной основе. Таким образом,
структуризация программных продуктов преследует основные цели: -распределить
работы по исполнителям, обеспечив приемлемую их загрузку и требуемые сроки
разработки программных продуктов; -построить
календарные графики проектных работ и осуществлять их координацию в процессе
создания программных изделий; -контролировать трудозатраты и стоимость
проектных работ и др.
Структурное "разбиение"
программ на отдельные составляющие служит основой и для выбора инструментальных
средств их создания, хотя имеет место и обратное влияние - выбор
инструментальных средств разработчика программного обеспечения определяет типы
программных модулей. При создании программных продуктов выделяются многократно
используемые модули, проводится их типизация и унификация, за
счет чего сокращаются сроки и трудозатраты на разработку программного продукта
в целом.
Некоторые программные продукты используют модули из готовых библиотек
стандартных подпрограмм, процедур, функций, объектов, методов обработки данных.
На рис.1 приведена типовая структура
программного продукта, состоящего из отдельных программных модулей и библиотек
процедур, встроенных функций, объектов и т.п.
Рис 1. Структура программного продукта
Среди множества модулей различают:
-головной модуль - управляет запуском программного продукта (существует в единственном
числе);
-управляющий модуль -
обеспечивает вызов других модулей на обработку;
-рабочие модули - выполняют функции
обработки; -сервисные модули и библиотеки, утилиты - осуществляют
обслуживающие функции.
В работе программного продукта
активизируются необходимые программные модули. Управляющие модули задают
последовательность вызова на выполнение очередною модуля. Информационная связь
модулей обеспечивается за счет использования общей базы данных либо
межмодульной передачи данных через переменные обмена. Каждый модуль может оформляться
как самостоятельно хранимый файл; для функционирования программного продукта
необходимо наличие программных модулей в полном составе.
Структурно-сложные программные
продукты разрабатываются как пакеты программ, и чаще всего они имеют
прикладной характер - пакеты прикладных программ, или ППП.
ППП (application program
package) - это система программ,
предназначенных для решения задач определенного класса.
Компоненты ППП объединены общими данными (базой
данных), информационно и функционально связаны между собой и обладают свойством
системности, т.е. объединению программ присуще новое качество, которое
отсутствует для отдельного компонента ППП. Структура ППП, как правило,
многомодульная.
1.4.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Диалоговый режим.
Большинство программных продуктов,
особенно прикладного характера, ориентированных на конечного пользователя,
работают в диалоговом режиме взаимодействия с пользователем таким
образом, что ведется обмен сообщениями, влияющими на обработку данных. В диалоговом режиме под
воздействием пользователя осуществляются запуск функций (методов) обработки,
изменение свойств объектов, производится настройка параметров выдачи информации
на печать.
Системы, поддерживающие диалоговые процессы, классифицируются
на: -системы с жестким сценарием диалога -
стандартизированное представление информации обмена; -дескрипторные
системы - формат ключевых слов сообщений; -тезаурусные системы - семантическая
сеть дескрипторов, образующих словарь системы (аналог - гипертекстовые
системы); -системы
с языком деловой прозы - представление сообщений на языке, естественном
для профессионального пользования.
Наиболее просты для реализации и
распространены диалоговые системы с жестким сценарием диалога, которые
предоставлены в виде:
-меню- диалог инициируется программой;
пользователю предлагается выбор альтернативы функций обработки из
фиксированного перечня; предоставляемое меню может быть иерархическим и
содержать вложенные подменю следующего уровня; -действия
запрос-ответ - фиксирован перечень возможных
значений, выбираемых из списка, или ответы типа Да/Нет; -запрос по
формату - с помощью ключевых слов, фраз или путем заполнения
экранной формы с регламентированным по составу и структуре набором реквизитов
осуществляется подготовка сообщений. Диалоговый процесс управляется
согласно созданному сценарию, для которого
определяются:
-точки (момент, условие) начала диалога; -инициатор
диалога - человек или программный продукт; -параметры и содержание
диалога - сообщения, состав и структура меню, экранные формы и т.п.; -реакция
программного продукта на завершение диалога.
Описание сценария диалога выполняют:
-блок-схема, в которой предусмотрены блоки выдачи сообщений и обработки
полученных ответов; -ориентированный граф, вершины которого - сообщения и
выполняемые действия, дуги - связь сообщений; словесное описание; -специализированные
объектно-ориентированные языки построения сценариев.
Для создания диалоговых процессов и
интерфейса конечного пользователя наиболее подходят объектно-ориентированные
инструментальные средства разработки программ. В составе
инструментальных средств СУБД содержатся построители меню, с помощью
которых создается ориентированная на конечного пользователя совокупность
режимом и команд в виде главного меню и вложенных подменю.
Конструктор экранных форм СУБД используется для разработки форматов
экранного ввода и редактирования данных базы данных и входной информации,
управляющей работой программного продукта .В ряде СУБД и электронных таблиц,
текстовых редакторов существуют различные типы диалоговых окон
содержащих разнообразные объекты управления:
-тексты сообщения;
-поля ввода информации пользователя; -списки
возможных альтернатив для выбора; -кнопки
и т.п.
В среде электронных таблиц и
текстовых редакторов имеются возможности настройки главных меню (удаление
ненужных, добавление новых режимов и команд ), создания системы подсказок с
помощью встроенных средств и языков программирования. Графический интерфейс
пользователя.
Графический интерфейс пользователя (Graphics User Interface - GUI) - ГИЛ
является обязательным компонентом большинства современных программных
продуктов, ориентированных на работу конечного пользователя. К графическому
интерфейсу пользователя предъявляются высокие требования как с чисто
инженерной, так и с художественной стороны разработки, при его разработке
ориентируются на возможности человека.Наиболее часто
графический интерфейс реализуется в интерактивном режиме работы пользователя
для программных продуктов, функционирующих в среде Windows,
и строится в виде системы спускающихся меню с использованием в качестве
средства манипуляции мыши и клавиатуры. Работа пользователя осуществляется с экранными
формами, содержащими объекты управления, панели инструментов с пиктограммами
режимов и команд обработки.
Стандартный графический интерфейс пользователя должен отвечать ряду
требований: поддерживать информационную технологию работы пользователя с
программным продуктом; содержать привычные и понятные пользователю пункты меню,
соответствующие функциям обработки, расположенные в естественной последовательности
использования; ориентироваться на
конечного пользователя, который общается с программой на внешнем уровне
взаимодействия; удовлетворять
правилу "шести" - в одну линейку меню включать не более 6 понятий,
каждое из которых содержит не более 6 опций; графические объекты сохраняют свое
стандартизованное назначение и по возможности местоположение на экране.
2. СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
2.1.Нисходящее
проектирование
Метод нисходящего проектирования предполагает последовательное
разложение общей функции обработки данных на простые функциональные элементы
("сверху-вниз").В результате строится
иерархическая схема, отражающая состав и взаимоподчиненность
отдельных функций, которая носит название функциональная структура алгоритма
(ФСА) приложения. Последовательность
действий по разработке функциональной структуры алгоритма приложения:
-определяются цели автоматизации предметной области и их иерархия (цель-подцель); -устанавливается состав приложений (задач
обработки), обеспечивающих реализацию поставленных целей; -уточняется
характер взаимосвязи приложений и их основные характеристики (информация для
решения задач, время и периодичность решения, условия выполнения и др.); -определяются
необходимые для решения задач функции обработки данных;
-выполняется
декомпозиция функций обработки до необходимой структурной сложности,
реализуемой предполагаемым инструментарием.
Подобная структура приложения (рис.2
в приложении) отражает наиболее важное - состав и взаимосвязь функций обработки
информации для реализации приложений, хотя и не раскрывает логику выполнения
каждой отдельной функции, условия или периодичность их вызовов.
Разложение должно носить строго функциональный
характер, т.е. отдельный элемент ФСА описывает законченную содержательную
функцию обработки информации, которая предполагает определенный способ
реализации на программном уровне.
Функции ввода-вывода информации
рекомендуется отделять от функций вычислительной или логической обработки данных.
По частоте использования функции делятся на:1)однократно
выполняемые; 2)повторяющиеся. Степень
детализации функций может быть различной, но иерархическая схема должна давать
представление о составе и структуре взаимосвязанных функций и общем алгоритме
обработки данных. Широко используемые функции приобретают ранг стандартных
(встроенных) функций при проектировании внутренней структуры программного
продукта.
2.2.МОДУЛЬНОЕ
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Свойства модуля
Модульное программирование основано на понятии модуля - логически взаимосвязанной совокупности
функциональных элементов, оформленных в виде отдельных программных модулей.
Модуль характеризуют:
-один вход и один выход - на входе программный модуль
получает определенный набор исходных данных, выполняет содержательную обработку
и возвращает один набор результатных данных, т.е. реализуется стандартный
принцип IPO (Input - Process
- Output) - вход-процесс-выход; -функциональная
завершенность - модуль выполняет перечень регламентированных операций для
реализации каждой отдельной функции в полном составе, достаточных для
завершения начатой обработки; -логическая
независимость - результат работы программного модуля зависит только от исходных
данных, но не зависит от работы других модулей; -слабые
информационные связи с другими программными модулями - обмен информацией между
модулями должен быть по возможности минимизирован; -обозримый
по размеру и сложности программный элемент.
Таким образом, модули содержат
определение доступных для обработки данных, операции обработки данных, схемы
взаимосвязи с другими модулями.Каждый модуль состоит
из спецификации и тела.Спецификации определяют
правила использования модуля, а тело - способ реализации процесса
обработки.
Модульная
структура программных продуктов.
Принципы
модульного программирования программных продуктов во многом сходны с принципами
нисходящего проектирования. Сначала определяются состав и подчиненность
функций, а затем - набор программных модулей, реализующих эти функции. Однотипные функции реализуются одними и теми же модулями. Функция
верхнего уровня обеспечивается главным модулем; он
управляет выполнением нижестоящих функций, которым соответствуют подчиненные модули.
При определении набора модулей,
реализующих функции конкретного алгоритма, необходимо учитывать следующее:
-каждый модуль вызывается на выполнение вышестоящим модулем и, закончив
работу, возвращает управление вызвавшему его модулю; -принятие
основных решений в алгоритме выносится на максимально "высокий" по
иерархии уровень; -для
использования одной и той же функции в разных местах алгоритма создается один
модуль, который вызывается на выполнение по мере необходимости. В результате
дальнейшей детализации алгоритма создается функционально-модульная схема
(ФМС) алгоритма приложения, которая является основой для программирования
(рис.3).
Рис. 3. Функционально-модульная структура
приложения
Состав и вид программных модулей, их
назначение и характер использования в программе в значительной степени
определяются инструментальными средствами. Например, применительно к средствам
СУБД отдельными модулями могут быть:
-экранные формы ввода и/или редактирования информации базы данных; -отчеты
генератора отчетов; -макросы; -стандартные
процедуры обработки информации; -меню,
обеспечивающее выбор функции обработки и др.
Алгоритмы большой сложности обычно
представляются с помощью схем двух видов:
-обобщенной схемы алгоритма - раскрывает общий принцип
функционирования алгоритма и основные логические связи между отдельными
модулями на уровне обработки информации (ввод и редактирование данных,
вычисления, печать результатов и т.п.); -детальной
схемы алгоритма представляет содержание каждого элемента обобщенной
схемы с использованием управляющих структур в блок-схемах алгоритма, псевдокода
либо алгоритмических языков высокого уровня.
Наиболее часто детально проработанные
алгоритмы изображаются в виде блок-схем согласно требованиям структурного
программирования; при их разработке используются условные обозначения согласно
ГОСТ 19.003-80 ЕСПД (Единая система программной документации). Обозначения
условные графические, ГОСТ 19.002-80 ЕСПД. Схемы алгоритмов и программ. Правила
обозначения.
2.3.СТРУКТУРНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Структурное
программирование
основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных
программных модулей (рис.4).
Рис.4 Блок-схема алгоритма поиска в базе
данных.
В любой типовой структуре блок, кроме
условного, имеет только один вход и выход, безусловный переход на блок с
нарушением иерархии запрещен (оператор типа GoTo
в структурном программировании не используется). Виды основных управляющих
структур алгоритма приведены в табл. 1.1.(приложение)
Пример 1.6. Алгоритм поиска в базе данных
сведений о максимальном окладе сотрудников (рис. 4).
3.ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
3.1.ОСНОВНЫЕ
ПОНЯТИЯ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Метод объектно-ориентированного
проектирования основывается на:
-модели построения системы как совокупности объектов абстрактного типа
данных; -модульной
структуре программ; -нисходящем
проектировании, используемом при выделении объектов.
Объектно-ориентированный подход
использует следующие базовые понятия: объект; свойство объекта; метод
обработки; событие; класс объектов. Объект
- совокупность свойств (параметров) определенных сущностей и методов их
обработки (программных средств). Объект
содержит инструкции (программный код), определяющие действия, которые
может выполнять объект, и обрабатываемые данные. Свойство
- характеристика объекта, его параметр. Все объекты наделены
определенными свойствами, которые в совокупности выделяют объект из множества
других объектов. Объект
обладает качественной определенностью, что позволяет выделить его из
множества других объектов и обусловливает независимость создания и обработки от
других объектов.
Например, объект можно представить
перечислением присущих ему свойств:
ОБЪЕКТ_А (свойство-1,
свойство-2,...., свойство-k).
Свойства объектов различных классов
могут "пересекаться", т.е. возможны объекты обладающие одинаковыми
свойствами:
ОБЪЕКТО_В (...свойство-n,
свойство-m,...свойство-r,...)
ОБЪЕКТ_С (...свойство-n,.., свойство-r,...).
Одним из свойств объекта являются метод
его обработки.
Метод - программа
действий над объектом или его свойствами. Метод рассматривается как
программный код, связанный с определенным объектом; осуществляет преобразование
свойств, изменяет поведение объекта.Объект может
обладать набором заранее определенных встроенных методов обработки, либо
созданных пользователем или заимствованных в стандартных библиотеках, которые
выполняются при наступлении заранее определенных событий, например,
однократное нажатие левой кнопки мыши, вход в поле ввода, выход из поля ввода,
нажатие определенной клавиши и т.п.
По мере развития систем обработки
данных создаются стандартные библиотеки методов, в состав которых
включаются типизированные методы обработки объектов определенного класса
(аналог - стандартные подпрограммы обработки данных при структурном подходе),
которые можно заимствовать для различных объектов.
Событие - изменение состояния объекта.
Внешние события генерируются пользователем (например,
клавиатурный ввод или нажатие кнопки мыши, выбор пункта меню, запуск макроса); внутренние
события генерируются системой.Объекты могут
объединяться в классы ( группы или наборы - в различных программных
системах возможна другая терминология). Класс - совокупность
объектов, характеризующихся общностью применяемых методов обработки или
свойств. Один объект может ыступать объединением
вложенных в него по иерархии других объектов.
В объектно-ориентированном программировании используется
следующий формат записи работы с объектами:
ОБЪЕКТ.МЕТОД
ОБЪЕКТ.СВОЙСТВО.МЕТОД
Программный продукт, созданный с помощью
инструментальных средств объектно-ориентированного программирования, содержит
объекты с их характерными свойствами, для которых разработан графический
интерфейс пользователя. Как правило, работа с программным продуктом
осуществляется с помощью экранной формы, с объектами управления, которые
содержат методы обработки, вызываемые при наступлении определенных событий.
Экранные формы также используются для выполнения заданий и перехода от одного
компонента программного продукта к другому. Каждый объект управления обладает
определенными свойствами, значения которых могут изменяться. Для объектов
управления уточняется перечень событий и создаются пользовательские методы
обработки - программный код на языке программирования в виде событийных
процедур.
3.2.МЕТОДИКА ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Существуют различные
объектно-ориентированные технологии и методики проектирования программных
продуктов, которые должны обеспечить выполнение важнейших принципов объектного
подхода:
-инкапсуляция (замыкание) свойств данных и программ в
объекте; -наследование; -полиморфизм.
Инкапсуляция означает сочетание структур данных с
методами их обработки в абстрактных типах данных - классах объектов.
Класс может иметь образованные от
него подклассы. При построении подклассов осуществляется наследование данных и методов обработки объектов исходного
класса. Механизм наследования позволяет переопределить или добавить новые
данные и методы их обработки, создать иерархию классов.
Полиморфизм - способность объекта реагировать на запрос (вызов
метода) сообразно своему типу, при этом одно и то же имя метода может
использоваться для различных классов объектов.
Для различных методик
объектно-ориентированного проектирования характерны следующие черты:
-объект описывается как модель некоторой сущности
реального мира; -объекты,
для которых определены места хранения, рассматриваются во взаимосвязи, и
применительно к ним создаются программные модули системы.
В процессе объектно-ориентированного
анализа осуществляется идентификация объектов и их свойств; устанавливается
перечень операций (методов обработки), выполняемых над каждым объектом, в
зависимости от его состояния (событий);определяются связи между объектами для
образования классов; устанавливаются требования к интерфейсу с объектами.
Выделено четыре этапа
объектно-ориентированного проектирования:
-разработка диаграммы аппаратных
средств системы обработки данных, показывающей процессоры, внешние устройства,
вычислительные сети и их соединения; -разработка
структуры классов, описывающей связь между классами и объектами;
-разработка диаграмм
объектов, показывающих взаимосвязи с другими объектами;
-разработка внутренней структуры программного продукта.
Заключение.
Проектирование алгоритмов
и программ - наиболее ответственный этап жизненного цикла программных
продуктов, определяющий, насколько создаваемая программа соответствует
спецификациям и требованиям со стороны конечных пользователей. Затраты на
создание, сопровождение и эксплуатацию программных продуктов,
научно-технический уровень разработки, время морального устаревания и многое
другое- все это также зависит от проектных решений.
Для проектирования
программных продуктов разработаны объектно-ориентированные технологии, которые
включают в себя специализированные языки программирования и инструментальные
средства разработки пользовательского интерфейса.Объектно-ориентированная
технология разработки программных продуктов объединяет данные и процессы в
логические сущности - объекты, которые имеют способность наследовать
характеристики (методы и данные) одного или более объектов, обеспечивая тем
самым повторное использование программного кода. Это приводит к значительному
уменьшению затрат на создание программных продуктов, повышает эффективность
жизненного цикла программных продуктов (сокращается длительность фазы
разработки).При выполнении программы объекту посылается сообщение, которое
инициирует обработку данных объекта.
Большинство программных
продуктов, особенно прикладного характера, ориентированных на конечного
пользователя, работают в диалоговом режиме взаимодействия с
пользователем таким образом, что ведется обмен сообщениями, влияющими на
обработку данных.
Программный продукт,
созданный с помощью инструментальных средств объектно-ориентированного
программирования, содержит объекты с их характерными свойствами, для которых
разработан графический интерфейс пользователя.Существуют
различные объектно-ориентированные технологии и методики проектирования
программных продуктов, которые должны обеспечить выполнение важнейших принципов
объектного подхода.
Литература
1. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. Изд. 2-е,
стер. -М.: Наука. 1989.
2. Майерс Г. Надежность программного
обеспечения / Пер. с англ. Ю.Ю.Галимова / Под ред. В.Ш.Кауфмана.-М.: Мир, 1980.
3. Браун К. Введение a Visual
Basic для программистов: Пер. с англ. - М.: Мир,
1993.
4. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ.Т.1,2.-М.:Мир, 1976.
5. Першиков В.И., Савинков В.М. Толковый
словарь по информатике. Изд. 2-е, доп. - М.: Финансы и статистика, 1995.
Приложения.
Пример 1.4. Некоторые функции, например Ф2,
далее неразложимы на составляющие: они предполагают непосредственную
программную реализацию.
Другие функции, например Ф1, Фm, могут быть представлены в виде структурною объединения
более простых функций, например Ф11, Ф12 и т.д. Для всех функций-компонентов
осуществляется самостоятельная программная реализация; составные функции (типа
Ф1, Фm) реализуются как программные модули,
управляющие функциями-компонентами. например, в виде программ-меню.
Рис.2. Функциональная структура приложения:
Ц - цель; пЦ - подцель; П - приложение; Ф – функция
Управляющие структуры алгоритмов
Таблица № 1.1.
|
Типы управляющей
структуры
|
Применение управляющей
структуры
|
|
Последовательность
Блок 1
Блок 2
Конец
|
Последовательность включает
фиксированный перечень блоков (операторов). Каждый очередной блок
обрабатывается после завершения предыдущего без дополнительных условий.
Для изменения порядка обработки
блоков редактируется последовательность выполняемых блоков (операторов).
|
|
Альтернатива (условие выбора)
Начало
Да Условие Нет
Альтернатива1 Альтернатива2
Конец
|
В блоке Условие содержится условие
выбора альтернативы обработки. Каждая альтернатива выполняется 1 раз;
выполнение одной из двух альтернатив - обязательно.
Развитие данного типа структуры
является множественная альтернатива, когда последовательно проверяются
условия выполнения определенных альтернатив. Если очередное условие истинно,
обрабатывается соответствующая ему альтернатива, после чего происходит выход.
В противном случае - переход к проверке условия следующей альтернативы.
Если ни одно из условий не
выполнилось, происходит выход.
|
|
Цикл ("пока")
Начало
Условие
Нет Да
Тело цикла
Конец
|
В блоке Условие задается условие
тела цикла - определенной обработки. Если условие не выполняется, цикл
прерывается и осуществляется выход.
Условие может содержать счетчик
повторений тела цикла либо логическое условие.
Тело цикла - произвольная
последовательность блоков (операторов) обработки
|