План лекции Предварительные замечания > Эволюция разработки программного обеспечения Предварительные замечания
С момента своего возникновения программирование боролось за возможность решать все более сложные задачи, создавать все более сложные программные системы и делать это как можно быстрее.
В процессе разработки программ модульное программирование явилось воплощением общих методов борьбы со сложностью, обеспечения независимости компонент системы и использования иерархических структур.
Метод разработки программ по частям называют модульным программированием. Программный модуль — это любой фрагмент описания процесса, оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный для использования в других описаниях процесса.
^
2. Основные характеристики программного модуля.
Критерии приемлемости выделенного модуля (по Хольту):
* хороший модуль снаружи проще, чем внутри;
* хороший модуль проще использовать, чем построить.
Критерии приемлемости выделенного модуля (по Майерсу
Модульная структура
* сцепление с другими модулями,
* рутинность модуля (независимость от предыстории обращений к нему).
Размер модуля измеряется числом содержащихся в нем операторов или строк. Обычно рекомендуются программные модули размером от нескольких десятков до нескольких сотен операторов.
Прочность модуля — это мера его внутренних связей. Чем выше прочность модуля, тем больше связей он может спрятать от внешней по отношению к нему части программы и, следовательно, тем больший вклад в упрощение программы он может внести. Для оценки степени прочности модуля Майерс предлагает упорядоченный по степени прочности набор из семи классов модулей. Для использования рекомендуются только два высших по прочности класса модулей.
Функционально прочный модуль — это модуль, реализующий одну какую-либо определенную функцию. При реализации этой функции такой модуль может использовать и другие модули.
Информационно прочный модуль — это модуль, выполняющий (реализующий) несколько операций (функций) над одной и той же структурой данных (информационным объектом), которая считается неизвестной вне этого модуля. Для каждой из этих операций в таком модуле имеется свой вход со своей формой обращения к нему.
Сцепление модуля — это мера его зависимости по данным от других модулей. Характеризуется способом передачи данных. Единственным видом сцепления модулей, который рекомендуется для использования современной технологией программирования, является параметрическое сцепление (сцепление по данным по Майерсу) — данные передаются модулю либо при обращении к нему как значения его параметров, либо как результат его обращения к другому модулю для вычисления некоторой функции. Такой вид сцепления модулей реализуется на языках программирования при использовании обращений к процедурам (функциям).
Рутинность модуля — это его независимость от предыстории обращений к нему. Модуль будем называть рутинным, если результат (эффект) обращения к нему зависит только от значений его параметров (и не зависит от предыстории обращений к нему). Модуль будем называть зависящим от предыстории, если результат (эффект) обращения к нему зависит от внутреннего состояния этого модуля, изменяемого в результате предыдущих обращений к нему. Приемлема следующая рекомендация:
#Архитектура приложения и кода
* всегда следует использовать рутинный модуль, если это не приводит к плохим (не рекомендуемым) сцеплениям модулей;
* зависящие от предыстории модули следует использовать только в случае, когда это необходимо для обеспечения параметрического сцепления;
* в спецификации зависящего от предыстории модуля должна быть четко сформулирована эта зависимость таким образом, чтобы было возможно прогнозировать поведение (эффект выполнения) данного модуля при разных последующих обращениях к нему.
^
3. Методы разработки структуры программы.
В качестве модульной структуры программы принято использовать древовидную структуру, включая деревья со сросшимися ветвями. В узлах такого дерева размещаются программные модули, а направленные дуги (стрелки) показывают статическую подчиненность модулей, т.е. каждая дуга показывает, что в тексте модуля, из которого она исходит, имеется ссылка на модуль, в который она входит. Спецификация программного модуля содержит
* синтаксическую спецификацию его входов, позволяющую построить на используемом языке программирования синтаксически правильное обращение к нему (к любому его входу),
* функциональную спецификацию модуля (описание семантики функций, выполняемых этим модулем по каждому из его входов).
Функциональная спецификация модуля строится так же, как и функциональная спецификация ПС.
В процессе разработки программы ее модульная структура может по-разному формироваться и использоваться для определения порядка программирования и отладки модулей, указанных в этой структуре.
Метод восходящей разработки. Сначала строится модульная структура программы в виде дерева. Затем поочередно программируются модули программы, начиная с модулей самого нижнего уровня (листья дерева модульной структуры программы), в таком порядке, чтобы для каждого программируемого модуля были уже запрограммированы все модули, к которым он может обращаться. После того, как все модули программы запрограммированы, производится их поочередное тестирование и отладка в принципе в таком же (восходящем) порядке, в каком велось их программирование. Но, современная технология не рекомендует такой порядок разработки программы.
Метод нисходящей разработки. Как и в предыдущем методе сначала строится модульная структура программы в виде дерева. Затем поочередно программируются модули программы, начиная с модуля самого верхнего уровня (головного), переходя к программированию какого-либо другого модуля только в том случае, если уже запрограммирован модуль, который к нему обращается.
После того, как все модули программы запрограммированы, производится их поочередное тестирование и отладка в таком же (нисходящем) порядке. При этом первым тестируется головной модуль программы, который представляет всю тестируемую программу и поэтому тестируется при «естественном» состоянии информационной среды, при котором начинает выполняться эта программа. При этом те модули, к которым может обращаться головной, заменяются их имитаторами (так называемыми заглушками).
Особенностью рассмотренных методов восходящей и нисходящей разработок (которые мы будем называть классическими) является требование, чтобы модульная структура программы была разработана до начала программирования (кодирования) модулей. Однако эти методы вызывают ряд возражений: представляется сомнительным, чтобы до программирования модулей можно было разработать структуру программы достаточно точно и содержательно. На самом деле это делать не обязательно, если несколько модернизировать водопадный подход.
 |
Конструктивный подход к разработке программы представляет собой модификацию нисходящей разработки, при которой модульная древовидная структура программы формируется в процессе программирования модулей. Разработка программы при конструктивном подходе начинается с программирования головного модуля, исходя из спецификации программы в целом. При этом спецификация программы принимается в качестве спецификации ее головного модуля, который полностью берет на себя ответственность за выполнение функций программы. |
| Рис. 2.1. Шаг 1 формирования модульной структуры программы при конструктивном подходе. |
В процессе программирования головного модуля, в случае, если эта программа достаточно большая, выделяются подзадачи (внутренние функции), в терминах которых программируется головной модуль. Таким образом, на первом шаге разработки программы (при программировании ее головного модуля) формируется верхняя начальная часть дерева, например, такая, которая показана на рис. 2.1.
 |
Аналогичные действия производятся при программировании любого другого модуля, который выбирается из текущего состояния дерева программы из числа специфицированных, но пока еще не запрограммированных модулей. В результате этого производится очередное доформирование дерева программы, например, такое, которое показано на рис. 2.2. |
Все эти методы имеют еще различные разновидности в зависимости от того, в какой последовательности обходятся узлы (модули) древовидной структуры программы в процессе ее разработки. Обход дерева программы производится с целью кратчайшим путем реализовать тот или иной вариант (сначала самый простейший) нормально действующей программы. В связи с этим такая разновидность конструктивной реализации получила название метода целенаправленной конструктивной реализации. Достоинством этого метода является то, что уже на достаточно ранней стадии создается работающий вариант разрабатываемой программы. На рис.2.3 представлена общая классификация рассмотренных методов разработки структуры программы.
Скачать 0,7 Mb.
Источник: rudocs.exdat.com
Лекция 7. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММЫ И МОДУЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Цель разработки структуры программы. Понятие программного модуля. Основные характеристики программного модуля. Методы разработки структуры программы. Спецификация программного модуля.
Контроль структуры программы.
Цель модульного программирования
Приступая к разработке каждой программы ПС, следует иметь ввиду, что она, как правило, является большой системой, поэтому мы должны принять меры для её упрощения. Для этого такую программу разрабатывают по частям, которые называются программными модулями [1, 2]. А сам такой метод разработки программ называют модульным программированием [3].
Программный модуль — это любой фрагмент описания процесса, оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный для использования в описаниях процесса. Это означает, что каждый программный модуль программируется, компилируется и отлаживается отдельно от других модулей программы, и тем самым, физически разделён от других модулей программы. Более того, каждый разработанный программный модуль может включаться в состав разных программ, если выполнены условия его использования, декларированные в документации по этому модулю. Таким образом, программный модуль может рассматриваться и как средство борьбы со сложностью программ, и как средство борьбы с дублированием в программировании (т.е. как средство накопления и многократного использования программистских знаний).
Модульное программирование является воплощением в процессе разработки программ обоих общих методов борьбы со сложностью (см. лекцию «Замок дракона. Лекция 3 — Методы борьбы со сложностью»), и обеспечения независимости компонент системы, и использования иерархических структур. Для воплощения первого метода формулируются определенные требования, которым должен удовлетворять программный модуль, т.е. выявляются основные характеристики «хорошего» программного модуля. Для воплощения второго метода используют древовидные модульные структуры программ (включая деревья со сросшимися ветвями).
Основные характеристики программного модуля
Не всякий программный модуль способствует упрощению программы [2]. Выделить хороший с этой точки зрения модуль является серьезной творческой задачей. Для оценки приемлемости выделенного модуля используются некоторые критерии. Так, Хольт [4] предложил следующие два общих таких критерия:
· хороший модуль снаружи проще, чем внутри;
· хороший модуль проще использовать, чем построить.
Майерс [5] предлагает использовать более конструктивные характеристики программного модуля для оценки его приемлемости: размер модуля; прочность модуля; сцепление с другими модулями; рутинность модуля (независимость от предыстории обращений к нему).
Размер модуля измеряется числом содержащихся в нем операторов (строк). Модуль не должен быть слишком маленьким или слишком большим. Маленькие модули приводят к громоздкой модульной структуре программы и могут не окупать накладных расходов, связанных с их оформлением. Большие модули неудобны для изучения и изменений, они могут существенно увеличить суммарное время повторных трансляций программы при отладке программы. Обычно рекомендуются программные модули размером от нескольких десятков до нескольких сотен операторов.
Прочность модуля — это мера его внутренних связей. Чем выше прочность модуля, тем больше связей он может спрятать от внешней по отношению к нему части программы и, следовательно, тем больший вклад в упрощение программы он может внести. Для оценки степени прочности модуля Майерс [5] предлагает упорядоченный по степени прочности набор из семи классов модулей.
Самой слабой степенью прочности обладает модуль, прочный по совпадению. Это такой модуль, между элементами которого нет осмысленных связей. Такой модуль может быть выделен, например, при обнаружении в разных местах программы повторения одной и той же последовательности операторов, которая и оформляется в отдельный модуль.
Необходимость изменения этой последовательности в одном из контекстов может привести к изменению этого модуля, что может сделать его использование в других контекстах ошибочным. Такой класс программных модулей не рекомендуется для использования. Вообще говоря, предложенная Майерсом упорядоченность по степени прочности классов модулей не бесспорна. Однако, это не очень существенно, так как только два высших по прочности класса модулей рекомендуются для использования. Эти классы мы и рассмотрим подробнее.
Функционально прочный модуль — это модуль, выполняющий (реализующий) одну какую-либо определенную функцию. При реализации этой функции такой модуль может использовать и другие модули. Такой класс программных модулей рекомендуется для использования.
Информационно прочный модуль — это модуль, выполняющий (реализующий) несколько операций (функций) над одной и той же структурой данных (информационным объектом), которая считается неизвестной вне этого модуля. Для каждой из этих операций в таком модуле имеется свой вход со своей формой обращения к нему. Такой класс следует рассматривать как класс программных модулей с высшей степенью прочности. Информационно-прочный модуль может реализовывать, например, абстрактный тип данных.
В модульных языках программирования как минимум имеются средства для задания функционально прочных модулей (например, модуль типа FUNCTION в языке ФОРТРАН). Средства же для задания информационно прочных модулей в ранних языках программирования отсутствовали — они появились только в более поздних языках. Так в языке программирования Ада средством задания информационно прочного модуля является пакет [6].
Сцепление модуля — это мера его зависимости по данным от других модулей. Характеризуется способом передачи данных. Чем слабее сцепление модуля с другими модулями, тем сильнее его независимость от других модулей. Для оценки степени сцепления Майерс предлагает [5] упорядоченный набор из шести видов сцепления модулей.
Худшим видом сцепления модулей является сцепление по содержимому. Таким является сцепление двух модулей, когда один из них имеет прямые ссылки на содержимое другого модуля (например, на константу, содержащуюся в другом модуле). Такое сцепление модулей недопустимо.
Не рекомендуется использовать также сцепление по общей области — это такое сцепление модулей, когда несколько модулей используют одну и ту же область памяти. Такой вид сцепления модулей реализуется, например, при программировании на языке ФОРТРАН с использованием блоков COMMON. Единственным видом сцепления модулей, который рекомендуется для использования современной технологией программирования, является параметрическое сцепление (сцепление по данным по Майерсу [5]) — это случай, когда данные передаются модулю либо при обращении к нему как значения его параметров, либо как результат его обращения к другому модулю для вычисления некоторой функции. Такой вид сцепления модулей реализуется на языках программирования при использовании обращений к процедурам (функциям).
Рутинность модуля — это его независимость от предыстории обращений к нему. Модуль будем называть рутинным, если результат (эффект) обращения к нему зависит только от значений его параметров (и не зависит от предыстории обращений к нему). Модуль будем называть зависящим от предыстории, если результат (эффект) обращения к нему зависит от внутреннего состояния этого модуля, хранящего следы предыдущих обращений к нему. Майерс [5] не рекомендует использовать зависящие от предыстории (непредсказуемые) модули, так как они провоцируют появление в программах хитрых (неуловимых) ошибок. Однако такая рекомендация является неконструктивной, так как во многих случаях именно зависящий от предыстории модуль является лучшей реализаций информационно прочного модуля. Поэтому более приемлема следующая (более осторожная) рекомендация:
· всегда следует использовать рутинный модуль, если это не приводит к плохим (не рекомендуемым) сцеплениям модулей;
· зависящие от предыстории модули следует использовать только в случае, когда это необходимо для обеспечения параметрического сцепления;
· в спецификации зависящего от предыстории модуля должна быть четко сформулирована эта зависимость таким образом, чтобы было возможно прогнозировать поведение (эффект выполнения) данного модуля при разных последующих обращениях к нему.
В связи с последней рекомендацией может быть полезным определение внешнего представления (ориентированного на информирование человека) состояний зависящего от предыстории модуля. В этом случае эффект выполнения каждой функции (операции), реализуемой этим модулем, следует описывать в терминах этого внешнего представления, что существенно упростит прогнозирование поведения данного модуля.
Источник: studbooks.net
Модульное программирование
Использование модульного программирования позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок. Аппаратно-зависимые подзадачи могут быть строго отделены от других подзадач, что улучшает мобильность создаваемых программ.
Мо́дуль — это последовательность логически связанных фрагментов, оформленных как отдельная часть программы [2] . Во многих языках (но далеко не обязательно) оформляется в виде отдельного файла с исходным кодом или поименованной непрерывной её части.
При построении модуля используется концепция: «один модуль – одна функция». Таким образом, модуль – это элемент программы, решающий одну самостоятельную задачу. Некоторые языки предусматривают объединение модулей в пакеты [3] .
- 1 Модульность программного кода
- 2 Модульная система модулей
- 3 История концепции модулей
- 4 Реализация в языках программирования
- 5 См. также
- 6 Примечания
- 7 Литература
Источник: wiki2.org
Презентация на тему Модульная структура программы
Программный модуль – это любой фрагмент описания процесса, оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный для использования в описаниях процесса. Понятие модульной структуры программы Модульная структура программы – это древовидная структура, включая
- Главная
- Разное
- Модульная структура программы
Слайды и текст этой презентации
Текст слайда:
Лекция 18. Структура программных модулей ИС
Понятие модульной структуры программы.
Основные характеристики программного модуля.
Методы разработки структуры программы.
Контроль структуры программы.
Текст слайда:
Программный модуль – это любой фрагмент описания процесса, оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный для использования в описаниях процесса.
Понятие модульной структуры программы
Модульная структура программы – это древовидная структура, включая деревья со сросшимися ветвями. В узлах такого дерева размещаются программные модули, а направленные дуги показывают, что в тексте модуля, из которого они исходят, имеется ссылка на модули, в который они входят.
Текст слайда:
Основные характеристики программного модуля
Размер модуля – число содержащихся в нем операторов (строк). Модуль не должен быть слишком маленьким или слишком большим. Маленькие модули приводят к громоздкой модульной структуре программы. Большие модули неудобны для изучения и изменений. Обычно рекомендуются программные модули размером от нескольких десятков до нескольких сотен операторов.
Связность модуля – это мера зависимости его частей, внутренняя характеристика модуля. Чем выше связность модуля, тем лучше результат проектирования, то есть тем «черней» его ящик. Для измерения связности используют силу связности (СС). Существует 7 типов связности.
Сцепление модуля – это мера его зависимости по данным от других модулей. Характеризуется способом передачи данных. Это внешняя характеристика модуля, которую желательно уменьшать. Чем слабее сцепление модуля с другими модулями, тем сильнее его независимость от других модулей. Количественно сцепление измеряется степенью сцепления (СЦ).
Выделяют 6 типов сцепления.
Рутинность модуля – это его независимость от предыстории обращений к нему. Модуль будем называть рутинным, если результат (эффект) обращения к нему зависит только от значений его параметров (и не зависит от предыстории обращений к нему). Модуль будем называть зависящим от предыстории, если результат (эффект) обращения к нему зависит от внутреннего состояния этого модуля, хранящего следы предыдущих обращений к нему.
Текст слайда:
Методы разработки структуры программы
Текст слайда:
Методы разработки структуры программы
Метод восходящей разработки – сначала строится модульная структура программы в виде дерева. Затем поочередно программируются модули программы, начиная с модулей самого нижнего уровня, в таком порядке, чтобы для каждого программируемого модуля были уже запрограммированы все модули, к которым он может обращаться. После этого производится их поочередное тестирование и отладка в принципе в таком же (восходящем) порядке.
Метод нисходящей разработки – сначала строится модульная структура программы в виде дерева. Затем поочередно программируются модули программы, начиная с модуля самого верхнего уровня (головного), переходя к программированию какого-либо другого модуля только в том случае, если уже запрограммирован модуль, который к нему обращается. После того, как все модули программы запрограммированы, производится их поочередное тестирование и отладка в таком же (нисходящем) порядке.
Текст слайда:
Методы разработки структуры программы
Архитектурный подход – модификация восходящей разработки, модульная структура программы формируется в процессе программирования модуля. При этом повышается уровень используемого языка программирования, а не разработка конкретной программы. Это означает, что для заданной предметной области выделяются типичные функции, каждая из которых может использоваться при решении разных задач в этой области, и специфицируются, а затем и программируются отдельные программные модули, выполняющие эти функции.
Конструктивный подход – модификация нисходящей разработки, модульная древовидная структура программы формируется в процессе программирования модуля. Сначала программируется головной модуль, исходя из спецификации программы в целом. Причем спецификация программы является одновременно и спецификацией ее головного модуля.
Целенаправленная конструктивная реализация – на достаточно ранней стадии создается работающий вариант разрабатываемой программы.
Текст слайда:
Контроль структуры программы
Статический контроль – это оценка структуры программы с точки зрения хорошо ли программа разбита на модули с учетом значений рассмотренных выше основных характеристик модуля.
Смежный контроль сверху – это контроль со стороны разработчиков архитектуры и внешнего описания программной системы.
Смежный контроль снизу – это контроль спецификации модулей со стороны разработчиков этих модулей.
Сквозной контроль – это мысленное прокручивание (проверка) структуры программы при выполнении заранее разработанных тестов.
Источник: theslide.ru