Языки и методы программирования Преподаватель – доцент каф. ИТиМПИ Кузнецова Е.М. Лекция 7

Содержание Виды абстракции Проектирование и разработка программ Методы проектирования архитектуры программной системы Методы проектирования архитектуры программной системы

Виды абстракции абстракция через параметризацию одним алгоритмом можно решать задачи, отличающихся различными исходными данными, задаваемыми как параметры. абстракция через спецификацию разными алгоритмами можно получить один и тот же искомый результат. При этом описываются результаты работы программы, смысл обращения к программе становится ясным через анализ ее спецификации, а не самого текста программы.

проектирование и разработка программ состоит из этапов: 1)постановка задачи; 2) проектирование программы; 3) построение модели; 4) разработка алгоритма; 5) реализация алгоритма; 6) анализ алгоритма и его сложности; 7) тестирование программы; 8)документирование.

При постановке задачи необходимо: выработать требования (свойства, качества и возможности), необходимые для решения проблемы или достижения цели (как правило, эта деятельность носит экспертный характер); разработать спецификации, включающие: цель программы; граничные условия; описание функций системы; спецификации входных и выходных данных; верификационные требования (установление тестовых случаев); тип и количество документов.

Точная формулировка задачи: Это означает определение исходных и выходных данных, т.е. ответы на вопросы: а) что дано; б) что нужно найти. Дальнейшая детализация сводится к ответам на вопросы: как определить решение; каких данных не хватает и все ли они нужны; какие сделаны допущения и т.п.

Проектирование программы. Первый этап: проектирование архитектуры программной системы. Это предполагает первичную (общую) стадию проектирования и заканчивается декомпозицией спецификаций в структуру системы.

по каждому модулю разрабатывается спецификация модуля: имя/цель - дается имя модулю и предложение о функции модуля с формальными параметрами; неформальное описание - обзор действий модуля; ссылки - какие модули ссылаются на него и на какие модули ссылается данный модуль; вход/выход - формальные и фактические параметры, глобальные, локальные и связанные (общие для ряда модулей) переменные; примечания - полезные комментарии общего характера по модулю

Второй этап - детальное проектирование. На этом этапе происходит процедурное описание программы, выбор и оценка алгоритма для реализации каждого модуля. Входной информацией для проектирования являются требования и спецификации системы.

Методы проектирования архитектуры программной системы Методы, ориентированные на обработку данных а) Модульное программирование б) Функциональная декомпозиция в) Проектирование с использованием потока данных г) Технология структурного анализа проекта. Методы, основанные на использовании структур данных а) Методология Джексона б) Методология Уорнера в) Метод иерархических диаграмм. г) Объектно-ориентированная методология проектирования.

Модульное программирование. Основные концепции: каждый модуль реализует единственную независимую функцию; имеет единственную точку входа/выхода; размер модуля минимизируется; каждый модуль разрабатывается независимо от других модулей; система в целом построена из модулей. Исходя из этих принципов каждый модуль тестируется отдельно, затем после кодирования и тестирования происходит их интеграция и тестируется вся система.

Функциональная декомпозиция. Подобна стратегии «разделяй и управляй». Практически является декомпозицией в форме пошаговой детализации и концепции скрытия информации. Каждый модуль характеризуется субъективным решением проектировщика, связь осуществляется с помощью хорошо организованных интерфейсов.

Проектирование с использованием потока данных Использует поток данных как генеральную линию проектирования программы. Содержит элементы структурного проектирования сверху-вниз с пошаговой детализацией: экспертиза потоков данных и отображение графа потока данных; анализ входных, центральных и выходных преобразующих поток данных элементов; формирование иерархической структуры программы; детализация и оптимизация структуры программы.

Технология структурного анализа проекта. Основана на структурном анализе с использованием специальных графических средств построения иерархических функциональных связей между объектами системы. Эффективна на ранних стадиях создания системы, когда диаграммы просты и читаемы.

Методы проектирования, основанные на использовании структур данных, описаны ниже. Методология Джексона. Структура программы определяется структурой данных, подлежащих обработке. Программа представляется как механизм, с помощью которого входные данные преобразуются в выходные. В методе предусматривается: разработка и изображение структуры входных и выходных данных; изображение структуры программы путем соединения изображений этих структурных элементов; определение дискретных операций над структурами данных; построение алгоритмов обработки структур данных.

Методология Уорнера. Используются следующие виды представления проекта: диаграммы организации данных (описывают входные и выходные данные); диаграммы логического следования (логический поток этих данных); список инструкций (команды, используемые в проекте); псевдокод (описание проекта); определение входных данных системы; организация входных данных в иерархическую структуру; детальное определение формата элементов входного файла; то же самое для выходных данных; спецификация программы: чтение, ветвление, вычисление, выходы, вызовы подпрограмм; составление диаграммы (по типу блок-схем) указывающие логическую последовательность инструкций.

Метод иерархических диаграмм определяется связь между входными, выходными данными и процессом обработки с помощью иерархической декомпозиции системы (без детализации). Алгоритм проектирования: начать с наивысшего уровня абстракции, определив вход, выход, обработку; соединить каждый элемент входа и выхода с соответствующей обработкой; документировать каждый элемент системы, используя диаграммы; детализировать диаграммы, используя шаги

Объектно-ориентированная методология проектирования Основана на концепции упрятывания информации и абстрактных типов данных. Рассматриваются данные, модули и системы в качестве объектов. Каждый объект содержит некоторую структуру данных с набором процедур, знающих как работать с этими данными.