Аннотация: Понятие процесса разработки ПО. Универсальный процесс. Текущий процесс. Конкретный процесс. Стандартный процесс. Совершенствование процесса. Pull/Push стратегии. Классические модели процесса: водопадная модель, спиральная модель. Фазы и виды деятельности.
Достоинством этой модели явилось ограничение возможности возвратов на произвольный шаг назад, например, от тестирования – к анализу, от разработки – к работе над требованиями и т.д. Отмечалось, что такие возвраты могут катастрофически увеличить стоимость проекта и сроки его выполнения. Например, если при тестировании обнаруживаются ошибки проектирования или анализа, то их исправление часто приводит к полной переделке системы. Этой моделью допускались возвраты только на предыдущий шаг, например, от тестирования к кодированию , от ПО эта модель активно критиковалась, практически, каждым автором соответствующих статей и учебников. Стало общепринятым мнение, что она не отражает особенностей разработки ПО . Недостатками водопадной модели являются:
- отождествление фаз и видов деятельности, что влечет потерю гибкости разработки, в частности, трудности поддержки итеративного процесса разработки;
- требование полного окончания фазы-деятельности, закрепление результатов в виде подробного исходного документа (технического задания, проектной спецификации); однако опыт разработки ПО показывает, что невозможно полностью завершить разработку требований, дизайн системы и т.д. – все это подвержено изменениям; и причины тут не только в том, что подвижно окружение проекта, но и в том, что заранее не удается точно определить и сформулировать многие решения, они проясняются и уточняются лишь впоследствии;
- интеграция всех результатов разработки происходит в конце, вследствие чего интеграционные проблемы дают о себе знать слишком поздно;
- пользователи и заказчик не могут ознакомиться с вариантами системы во время разработки, и видят результат только в самом конце; тем самым, они не могут повлиять на процесс создания системы, и поэтому увеличиваются риски непонимания между разработчиками и пользователями/заказчиком;
- модель неустойчива к сбоям в финансировании проекта или перераспределению денежных средств, начатая разработка, фактически, не имеет альтернатив "по ходу дела".
Однако данная модель продолжает использоваться на практике – для небольших проектов или при разработке типовых систем, где итеративность не так востребована. С ее помощью удобно отслеживать разработку и осуществлять поэтапный контроль за проектом. Эта модель также часто используется в оффшорных проектах 1От английского offshore – вне берега, в расширенном толковании – вне одной страны. с почасовой оплатой труда. Водопадная модель вошла в качестве составной части в другие модели и методологии, например, в MSF .
Спиральная модель была предложена Бэри Боемом в 1988 году для преодоления недостатков водопадной модели, прежде всего, для лучшего управления рисками. Согласно этой модели разработка продукта осуществляется по спирали, каждый виток которой является определенной фазой разработки. В отличие от водопадной модели в спиральной нет предопределенного и обязательного набора витков, каждый виток может стать последним при разработке системы, при его завершении составляются планы следующего витка. Наконец, виток является именно фазой, а не видом деятельности, как в водопадной модели, в его рамках может осуществляться много различных видов деятельности, то есть модель является двумерной.
Последовательность витков может быть такой: на первом витке принимается решение о целесообразности создания ПО , на следующем определяются системные требования , потом осуществляется проектирование системы и т.д. Витки могут иметь и иные значения.
Каждый виток имеет следующую структуру (секторы):
- определение целей, ограничений и альтернатив проекта;
- оценка альтернатив, оценка и разрешение рисков; возможно использование прототипирования (в том числе создание серии прототипов), симуляция системы, визуальное моделирование и анализ спецификаций; фокусировка на самых рисковых частях проекта;
- разработка и тестирование – здесь возможна водопадная модель или использование иных моделей и методов разработки ПО;
- планирование следующих итераций – анализируются результаты, планы и ресурсы на последующую разработку, принимается (или не принимается) решение о новом витке; анализируется, имеет ли смысл продолжать разрабатывать систему или нет; разработку можно и приостановить, например, из-за сбоев в финансировании; спиральная модель позволяет сделать это корректно.
Отдельная спираль может соответствовать разработке некоторой программной компоненты или внесению очередных изменений в продукт. Таким образом, у модели может появиться третье измерение.
Спиральную модель нецелесообразно применять в проектах с небольшой степенью риска, с ограниченным бюджетом, для небольших проектов. Кроме того, отсутствие хороших средств прототипирования может также сделать неудобным использование спиральной модели.
Спиральная модель не нашла широкого применения в индустрии и важна, скорее в историко-методологическом плане: она является первой итеративной моделью, имеет красивую метафору – спираль, – и, подобно водопадной модели, использовалась в дальнейшем при создании других моделей процесса и методологий разработки ПО .
Этапы разработки программного обеспечения
Профессиональное программирование подразумевает, что результатом труда, – программным продуктом, – будет пользоваться определенный круг людей, пользователей. На этапе разработки программы, в которой может участвовать группа людей, пользователей представляет Заказчик .
Для выполнения задачи создания и эксплуатации программного обеспечения ее разбивают на определенные этапы:
1. Постановка задачи.
2. Составление алгоритма.
3. Составление и ввод программы.
4. Отладка и тестирование программы.
5. Сопровождение программного продукта.
Создание любой программы начинается с постановки задачи . Изначально задача ставится в терминах некоторой предметной области, и необходимо перевести ее в понятия и выражения, более близкие к программированию. Поскольку программист первоначально редко досконально разбирается в предметной области, а Заказчик – в программировании, то постановка задачи может стать весьма непростым итерационным процессом.
Постановка задачи заканчивается созданием технического задания, а затем и внешней спецификации программы , которая включает в себя:
1. Описание исходных данных и результатов (виды, представление, точность, ограничения и т.п.).
2. Описание задачи, реализуемой программой.
3. Способ обращения к программе.
4. Описание возможных особых и аварийных ситуаций и ошибок пользователя.
На этом этапе программа рассматривается как «черный ящик», для которого определяется выполняемая им функция, входные и выходные данные. Каким образом достигается выполнение функций, здесь не указывается.
На втором этапе разрабатываются алгоритмы, задаваемые спецификациями, и формируется (проектируется) общая структура программ . Здесь обычно применяется технология нисходящего проектирования с использованием метода пошаговой детализации . То есть сначала составляется укрупненный алгоритм в самом общем виде. Затем уточняются шаги (блоки) с более подробным описанием. На этом этапе описания производятся на языке, понятном человеку, используя определенную форму записи алгоритма. В программировании широко используется графическая форма записи в виде блок-схем или граф-схем.
Третий этап как раз и является непосредственно программированием на языке, понятном ЭВМ. По своей сути третий этап является продолжением второго, так как программа тоже есть форма записи алгоритма с максимальной степенью детализации, – программная.
Изучению одного из языков программирования высокого уровня и посвящается данный курс.
Четвертый этап подразумевает устранение всех ошибок и недопониманий, возникших на предыдущих этапах. Человеку свойственно ошибаться, поэтому четвертому этапу уделяется много внимания.
Существуют самые разнообразные методы и рекомендации по тестированию и отладке. Необходимо различать эти два понятия. Тестирование представляет собой процесс, посредством которого проверяется правильность функционирования программы и соответствие всем проектным спецификациям. В частности, для этих целей создается набор тестов. Отладка – процесс исправления ошибок в программе. Так, при отладке исправляются синтаксические ошибки, алгоритмические, ошибки, обнаруженные при тестировании и другие.
Пятый этап наступает, когда программный продукт сдан в эксплуатацию (или начались его продажи). Здесь так же возможно обнаружение не найденных на этапе тестирования ошибок, – их необходимо локализовать и исправить. Кроме этого, возможно изменение свойств программы для удобства эксплуатации: элементов интерфейса, некоторых функций и т.д. Казалось бы, пятый этап самый простой. Но ему отводится самая большая часть затрат времени и средств: до половины и более.
Все эти этапы разработки и сопровождения программного продукта, включая завершение поддержки эксплуатации, составляют жизненный цикл программы .
Возможно и другое деление на этапы с приблизительным делением по времени реализации, как указано на рис. 1.1:
1. Анализ требований.
2. Определение спецификаций.
3. Проектирование.
4. Кодирование.
5. Автономное тестирование.
6. Комплексное тестирование.
Рис. 1.1. Временные затраты на реализацию этапов цикла разработки программного обеспечения (за исключением этапа эксплуатации и сопровождения)
На последний же этап эксплуатации и сопровождения объемных программных продуктов отводится более половины времени: до 67% от общего времени жизненного цикла.
Классическим называется следующий набор технологических этапов (процессов) :
1. Возникновение и исследование идеи
2. Управление
3. Анализ требований
4. Проектирование
5. Программирование
6. Тестирование и отладка
7. Ввод в действие
8. Эксплуатация и сопровождение
9. Завершение эксплуатации
Процессы жизненного цикла программного обеспечения определены международным стандартом ISO 12207 и делятся на три группы (без привязки ко времени) :
· Основные процессы: приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение.
· Вспомогательные процессы: документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместная оценка, аудит, разрешение проблем.
· Организационные процессы: управление, создание инфраструктуры, усовершенствование, обучение.
В этой статье попробуем раскрыть основные этапы разработки программы, написанной на любом языке программирования.
Спецификация (определение требований к программе):
На данном этапе происходит подробное описание исходных данных, осуществляется формулировка требований к получаемому результату, рассматриваются всевозможные поведения программы при возникновении особых случаев (к примеру, если ввели неверные данные), происходит разработка диалоговых окон, которые обеспечат взаимодействие пользователя и самой программы.
Разработка алгоритма:
На этом этапе программист определяет последовательность необходимых действий, которые впоследствии нужно выполнить для получения желаемого результата.
Если возникает ситуация, когда поставленную задачу можно решить несколькими способами, то само собой, возможны множество разных вариантов алгоритма решения. Тогда разработчик программы по некоторому немаловажному критерию (к примеру, скорость решения алгоритма) делает выбор более подходящего решения.
Результат данного этапа разработки программы - подробное словесное описание алгоритма программы, либо блок-схема алгоритма. Подробно узнать о том, как разработать алгоритм любой программы, можно, изучив эту статью.
Кодирование:
После проведения спецификации и составления алгоритма решения, используемый алгоритм в итоге будет записан на необходимом языке программирования (Pascal, Delphi, C++ и др.). Результатом этапа кодирования является готовая программа.
Этапы разработки программы. Отладка:
На данном этапе программист занимается отладкой программы, то есть поиском и устранением ошибок. Последние делятся на две группы: алгоритмические и синтаксические (ошибки в тексте исходной программы). Из этих двух групп ошибок наиболее легко устранить синтаксические ошибки, тогда как алгоритмические ошибки определить достаточно трудно.
Этап отладки считается законченным лишь тогда, когда исходная программа работает корректно и правильно при одном или двух наборах первичных данных. Что такое компиляция любой программы и какие основные задачи она выполняет, можно будет узнать, ознакомившись с данной статьей.
Тестирование:
Тестирование программы очень важно, поскольку в большинстве случаев программисты создают программы не для личного применения, а чтоб их программой пользовались другие. На этапе тестирования разработчик проверяет поведение программы при большой числе наборов входных данных, как верных, так и специально подобранных неверных.
Создание справочной системы:
Если программист разрабатывает программу, чтоб ею впоследствии пользовались другие, то программисту необходимо разработать справочную систему и установить для пользователя легкий быстрый доступ к этой справочной системе при работе с программой. Современные программы обладают справочной информацией, имеющей форму CHM- или HLP-файлов.
Кроме справочной информации справочная система содержит необходимые инструкции по инсталляции программы. Обычно их представляют в виде файла Readme разных форматов: *.doc, *.txt, *.htm. Более подробно рассматриваемый этап разработки программы будет описан позже.
Создание установочного диска (CD-ROM):
Инсталяционный диск (CD-ROM) разработчики создают для того, чтобы пользователи могли самостоятельно, без помощи программиста, проинсталировать данную программу на свой ПК.
Как правило, кроме самой программы установочный CD-ROM располагает файлами справочной информации и инструкциями по установке программы. Нужно заметить, что большинство современных программ, включая программы, разработанные в среде Delphi, во многих случаях, даже путем простого копирования файлов не могут быть проинсталированы на компьютер пользователя, поскольку для правильной работы этих программ необходимо присутствие специальных библиотек, а также компонентов, которые могут отсутствовать на ПК конкретного пользователя.
В последнее время резко возрос интерес к программированию. Это связано с развитием и внедрением в повседневную жизнь информационно-коммуникационных технологий. Если человек имеет дело с компьютером, то рано или поздно у него возникает желание, а иногда и необходимость программировать.
Программирование представляет собой сферу действий, направленную на создание программ. Программирование может рассматриваться как наука и как искусство.
Программы предназначены для машинной реализации задач. Программа - это последовательность команд компьютера приводящая к решению задачи. Программа является результатом интеллектуального труда, для которого характерно творчество.
В настоящее время при создании программных продуктов возникает ряд проблем, основными из которых являются следующие:
1. Быстрая смена вычислительной техники и алгоритмических языков;
2. Не стыковка ЭВМ друг с другом (VAX и IBM);
3. Отсутствие полного взаимопонимания между заказчиком и исполнителем к разработанному программному продукту.
Рассмотрим общие моменты в технологии программирования. Конечно, при разработке небольших учебных программ не все элементы этой технологии следует отрабатывать (да это и не всегда возможно no-существу), однако само ее существование должно быть осознано.
Разработка любой программы или программной системы начинается с определения требований к ней для конкретного набора пользователей и заканчивается эксплуатацией системы этими пользователями.
Существуют различные подходы и технологии разработки алгоритмов и программ. Хотя программирование в значительной степени искусство, тем не менее, можно систематизировать и обобщить накопленный профессиональный опыт. Проектирование и разработку программ целесообразно разбить на ряд последовательных этапов:
1) постановка задачи;
2) проектирование программы
3) построение модели
4) разработка алгоритма;
5) написание программы;
6) отладка программы;
7) тестирование программы;
8) документирование.
Кратко остановимся на каждом из этих этапов.
Чтобы приступить к решению задачи необходимо точно ее сформулировать. В первую очередь, это означает определение исходных и выходных данных, т.е. ответы на вопросы: а) что дано; б) что нужно найти. Дальнейшая детализация постановки задачи представляет собой ответы на серию вопросов такого рода:
Как определить решение;
Каких данных не хватает и все ли они нужны;
Какие сделаны допущения и т. п.
Таким образом, кратко можно сказать, что на этапе постановки задачи необходимо:
Описание исходных данных и результата;
Формализация задачи;
Описание поведения программы в особых случаях (если таковые есть).
В ходе этой работы выявляются свойства, которыми должна обладать система в конечном виде (замысел), описываются функции системы, характеристики интерфейса.
Проектирование программы . Сначала производится проектирование архитектуры программной системы. Следующим шагом является 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.
Для проектирования программ существуют различные подходы и методы. Современный подход к проектированию основан на декомпозиции, которая, в свою очередь, основана на использовании абстракции. Целью при декомпозиции является создание модулей, которые взаимодействуют друг с другом по определенным и простым правилам. Декомпозиция используется для разбиения программы на компоненты, которые затем могут быть объединены.
Методы проектирования архитектуры делятся на две группы:
1)ориентированные на обработку
2)ориентированные на данные.
Методы, ориентированные на обработку , включают следующие общие идеи.
а) 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.
б) Функциональная декомпозиция.
Подобна стратегии «разделяй и управляй». Практически является декомпозицией в форме пошаговой детализации и концепции скрытия информации.
в) Проектирование с использованием потока данных.
Использует поток данных как генеральную линию проектирования программы.
Содержит элементы структурного проектирования сверху-вниз с пошаговой детализацией.
г) 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.
а) Методология Джексона.
Здесь структура данных - ключевой элемент в построении проекта. Структура программы определяется структурой данных, подлежащих обработке. Программа представляется как механизм, с помощью которого входные данные преобразуются в выходные.
б) Методология Уорнера.
Подобна предыдущей, но процедура проектирования более детализирована.
в) Метод иерархических диаграмм.
В этом методе определяется связь между входными, выходными данными и процессом обработки с помощью иерархической декомпозиции системы (без детализации). По сути используются три элемента: вход, обработка, выход.
г) Объектно-ориентированная методология проектирования.
Основана на концепции упрятывания информации и абстрактных типов данных. Ключевое понятие - объект. Каждый объект содержит некоторую структуру данных с набором процедур, предназначенных для работы с этими данными. По этой методологии создаются абстракции по заданной проблемной области.
Построение модели в большинстве случаев является непростой задачей. Чтобы приобрести опыт в моделировании, необходимо изучить как можно больше известных и удачных моделей.
При построении моделей, как правило, используют два принципа: дедуктивный (от общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).
Рис. 3.1. Схема построения модели при дедуктивном способе
При дедуктивном подходе (рис. 3.1) рассматривается частный случай общеизвестной фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить модель свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона ma = mg – F сопр и в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для малого промежутка времени.
Рис. 3.2. Схема построения модели при индуктивном способе
Индуктивный способ (рис. 3.2) предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие, аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо закономерностей в виде предположений о поведении системы.
Технология построения модели при индуктивном способе:
1) эмпирический этап
Умозаключение;
Интуиция;
Предположение;
Гипотеза.
2)постановка задачи для моделирования;
3)оценки; количественное и качественное описание;
4)построение модели.
Разработка алгоритма - самый сложный и трудоемкий процесс, но и самый интересный в творческом отношении. Выбор метода разработки зависит от постановки задачи, ее модели.
При построении алгоритма для сложной задачи используют системный подход с использованием декомпозиции (нисходящее проектирование сверху-вниз) и синтеза (программирование снизу-вверх). Как и при разработке структуры любой сложной системы, при формировании алгоритма используют дедуктивный и индуктивный методы.
При дедуктивном подходе рассматривается частный случай общеизвестных алгоритмических моделей. Здесь при заданных предположениях известный алгоритм приспосабливается к условиям решаемой задачи. Например, многие вычислительные задачи линейной алгебры, в частности, нелинейные уравнения, системы алгебраических уравнений и т.п., могут быть решены с использованием известных методов и алгоритмов, для которых существует множество специальных библиотек подпрограмм, модулей. В настоящее время получили распространение специализи-эованные пакеты, позволяющие решать многие задачи (Mathcad, Autocad и т.п.).
Индуктивный способ предполагает эвристический системный подход (декомпозиция - анализ - синтез). В этом случае общих и наиболее удачных методов не существует. Возможны некоторые подходы, позволяющие в каждом конкретном случае находить и строить алгоритмы. Методы разработки алгоритмов можно разбить на методы частных целей, подъема, отрабатывания назад, ветвей и границ и т.п.
Одним из системных методов разработки алгоритмов является структурное программирование.
Структурное программирование основано на использовании блок-схем, формируемых с помощью управляющих структурных элементов.
Выделяют три базовых структурных элемента (управляющие структуры): композицию, альтернативу, итерацию.
Композиция – это линейная конструкция алгоритма, составленная из последовательно следующих друг за другом функциональных вершин:
begin S1; S2; end
Альтернатива – это конструкция ветвления, имеющая предикатную вершину. Конструкция ветвления в алгоритмах может быть представлена в виде развилки:
if B then S1 else S2
и неполной развилки:
Итерация – это циклическая конструкция алгоритма, которая, вообще говоря, является составной структурой, состоящей из композиции и альтернативы. Итерации могут быть представлены в двух формах: с предусловием:
и с постусловием:
repeat S1 until B
Каждая из рассмотренных структур имеет один вход и один выход. Поэтому любая компьютерная программа может быть представлена блок-схемой, сформированной из представленных трех управляющих структур.
Процесс структурного программирования обычно начинается с разработки блок-схемы.
Идея структурного программирования сверху-вниз предполагает процесс пошагового разбиения алгоритма (блок-схемы) на все более мелкие части до уровня элементарных конструкций, для которых можно составить конкретные команды.
Для иллюстрации технологии структурного программирования сверху-вниз рассмотрим пример.
Пример. Технология разработки программы решения квадратного уравнения.
На рис. 3.3 проиллюстрирована пошаговая детализация процесса построения алгоритма. Заметим, что для начального шага разработки программы имеем в качестве входных данных коэффициенты а, b, с квадратного уравнения ах 2 + bх + с = 0, а на выходе - значения двух корней х1, х2.
Зачастую используют альтернативный процедуре сверху-вниз метод структурного программирования снизу-вверх. По сути мы приходим к конечному результату системным методом. Сначала разбиваем задачу на отдельные блоки (модули) с их связями между собой (декомпозиция), затем, после их разработки, проводим сборку блоков в единую программу (синтез). Принцип снизу-вверх широко распространен среди программистов, которые предпочитают модульный подход, предполагающий максимальное использование стандартных и специализированных библиотек процедур, функций, модулей и объектов.
На этапе написания программы по разработанному алгоритму на выбранном языке программирования составляется программа.
Отладка программы – это процесс обнаружения и исправления ошибок. Программные ошибки можно разделить на два класса: синтаксические (синтаксис языка программирования) и алгоритмические (логические). Синтаксические ошибки выявляются в процессе компилировании программы – это наиболее простые с точки зрения исправления ошибки. Алгоритмические ошибки программы выявить гораздо труднее: программа работает, а результат выдает неправильный. Для обнаружения ошибок этого класса требуется этап тестирования программы.
Тестирование - это процесс исполнения программ с целью выявления (обнаружения) ошибок.
Существуют различные способы тестирования программ.
Тестирование программы как «черного ящика» (стратегия «черного ящика» определяет тестирование с анализом входных данных и результатов работы программы). Критерием исчерпывающего входного тестирования является использование всех возможных наборов входных данных.
Тестирование программы как «белого ящика» заключается в стратегии управления логикой программы, позволяет использовать ее внутреннюю структуру. Критерием выступает исчерпывающее тестирование всех маршрутов и управляющих структур программы.
Разумная и реальная стратегия тестирования - сочетание моделей «черного» и «белого ящиков».
Принципы тестирования:
Описание предполагаемых значений выходных данных или результатов должно быть необходимой частью тестового набора;
Тесты для неправильных и непредусмотренных входных данных следует разрабатывать так же тщательно, как для правильных и предусмотренных;
Необходимо проверять не только делает ли программа то, для чего она предназначена, но и не делает ли она то, что не должна делать;
При разработке программ очень полезным бывает метод «ручного тестирования» без компьютера на основе инспекции и сквозного просмотра (тестирование «всухую»).
Инспекция и сквозной просмотр - это набор процедур и приемов обнаружения ошибок при чтении текста.
Основные типы ошибок, встречающихся при программировании:
Обращения к переменным, значения которым не присвоены или не инициализированы;
Выход индексов за границы массивов;
Несоответствие типов или атрибутов переменных величин;
Явные или неявные проблемы адресации памяти;
Ошибочные передачи управления;
Логические ошибки.
При проектировании процедуры тестирования предусматривают серии тестов, имеющих наивысшую вероятность обнаружения большинства ошибок. Для целей исчерпывающего тестирования создают эквивалентные разбиения входных параметров, причем предусматривают два класса: правильные входные данные и неправильные (ошибочные входные значения). Для каждого класса эквивалентности строят свой тест. Классом эквивалентности тестов можно назвать такое множество тестов, что выполнение алгоритма на одном из них гарантирует аналогичный результат прогона для других.
Особое внимание необходимо уделять тестам на граничных условиях. Граничные условия - это ситуации, возникающие непосредственно на, выше или ниже границ входных и выходных классов эквивалентности (т.е. вблизи границ эквивалентных разбиений).
Сам процесс тестирования может быть пошаговым и/или монолитным. В том и в другом случае используют стратегии нисходящего тестирования, - начиная с верхнего, головного модуля, и затем подключая последовательно другие модули (аппарат заглушек), и восходящего тестирования, начиная с тестирования отдельных модулей.
В процессе отладки программы используют метод грубой силы - использование выводов промежуточных данных по всей программе (трассировка) или использование автоматических средств. Например, в Турбо-Паскале имеется в наличии мощный аппарат автоматической отладки программ (режим DEBUG).
Из всего выше сказанного следует, что тестирование заключается в составлении наборов тестов (входные данные – ожидаемый результат), которые бы охватывали все ветки прохождения алгоритма.
Есть золотое правило программистов - оформляй свои программы в том виде, в каком бы ты хотел видеть программы, написанные другими. К каждому конечному программному продукту необходимо документированное сопровождение в виде помощи (help), файлового текста (readme.txt).
1. Перечислите этапы создания программ.
2. Что выполняется на этапе постановки задачи?
3. Что представляет собой декомпозиция?
4. Какие принципы используются на этапе построения модели?
5. На каких принципах основано структурное программирование?
6. Какие базовые структурные элементы выделяют в структурном программировании?
7. Какие две формы итерации (как элемент структурного программирования) вы знаете?
8. Что собой представляет идея структурного программирования сверху-вниз?
9. Что собой представляет идея структурного программирования снизу-вверх?
10. Что такое отладка программы?
11. Какие классы программных ошибок вы знаете и когда они выявляются?
12. Назначение тестирования программы?
13. Какие способы тестирования вы знаете?
14. Чем отличается стратегия «белого ящика» в тестировании от стратегии «черного ящика»?
Этапы разработки программы
Как осуществляется программирование, какие процессы происходят при этом?
Решение любой сложной задачи состоит из четырех этапов :
1) Осознание и формулирование задачи, когда решающий задачу определяет, что дано и какова цель (что требуется получить в итоге);
2) Разработка плана, в котором раскрывается стратегия решения (стратегия достижения цели);
3) Выполнение (реализация) плана. При этом любой сложный план преобразуется в определенную последовательность достаточно простых (по сравнению с исходной задачей) действий;
4) Проверка правильности решения;
5) Документирование;
6) Сдача решения потребителю.
Эти этапы применительно к программированию называют соответственно так:
1) определение требований к ПО и целей проектирования ПО (постановка задачи, ее формализация и разработка ТЗ);
2) проектирование ПО (разработка метода решения, структуры программы и алгоритмов);
3) кодирование (написанием собственно программы на выбранном языке программирования) и отладка программы;
4) тестирование программы, в том числе и на стороне Заказчика (по ПМИ);
5) выпуск документации (руководство программиста, руководство системного программиста и т.п.);
6) выпуск программного продукта для передачи потребителю (Заказчику).
По ГОСТ 19.102-77 «Стадии разработки» определены следующие этапы разработки ПО:
1) разработка ТЗ (ему соответствует названный выше этап «Постановка задачи и ее формализация»)
2) разработка ЭП (им соответствует названный выше этап «разработка метода решения,
3) разработка ТП структуры программы и алгоритмов»)
4) разработка РП (он включает названные выше этапы «Кодирование и отладка», «Тестирование» и «Документирование».
5) внедрение (ему соответствует названный выше этап «Выпуск программного продукта для передачи потребителю (Заказчику)»).
Более подробно о некоторых этапах (или подэтапах) разработки ПО.
Постановка задачи
Выполняется на языке предметной области, т.е. с использованием используемой в предметной области технической терминологии (антенна, телевизор, резистор...). На этом этапе:
Указываются (выбираются из предметной области) исходные объекты (объекты предметной области, относительно которых поставлена задача), их типы (структура, организация) а так же отношения между ними (исходными объектами);
Формулируется цель (разработки), состоящая или в получении нового объекта, или в обработке характеристик исходных объектов (с целью нахождения какой-то статистики, например);
Выбираются, согласовываются и фиксируются ограничения (на исходные данные и метод решения).
После исходной (первоначальной) постановки задачи выполняется формальная или математическая постановка задачи . Слово математическая понимается в том смысле, что мы переопределяем поставленную задачу в терминах моделей объектов (абстракций) и отношений между ними (обычно в виде математических формул). Этот этап часто называется формализацией.
В процессе формализации проводится углубленный анализ задачи и переход от нечеткого словесного описания задачи к описанию в знаковой форме с использованием какого-либо искусственного языка с фиксированными значениями (изображениями) каждого термина. Формализация обеспечивает однозначную постановку задачи. В качестве формализмов часто используются:
Теория графов;
Теория вероятностей;
Теория массового обслуживания;
Теория множеств
При формализации используется аппарат абстрагирования . Абстрагирование – это метод научного познания, заключающийся в переходе от реальных объектов к их абстракциям. При этом происходит мысленное отвлечение от тех свойств реальных объектов и связей между ними, которые в данной постановке задачи (с точки зрения решаемой задачи) представляются несущественными . В результате абстрагирования получается модель (абстакция), т.е. некий искусственный объект, сохраняющий (при определенных допущениях) (в рамках сделанной постановки) основные свойство объекта-оригинала (напомнить про Вольтметр и Секундомер для измерения высоты). Далее задача решается уже в математической простановке.
Хорошая математическая постановка задачи часто позволяет сразу увидеть способ решения .
Поиск метода решения задачи (на этапе проектирования)
Очевидно, что невозможно точно и в нужном порядке описать действия по решению задачи (т.е. алгоритм решения) не зная метода ее решения. Поэтому разработка алгоритма всегда связана с необходимостью вначале отыскать такой метод. Под методом решения задачи понимается указание последовательности, в которой необходимо решить некоторые известные задачи , чтобы получить требуемый результат. Известные задачи – это :
Те, которые уже ранее встречались, и решение их уже известно;
Те, для которых известна постановка, и решение их не представляет (для программиста) труда.
Таким образом, метод решения определяет замену исходной задачи на некоторую эквивалентную ей последовательность известных задач.
Откуда эти известные задачи появляются в поле зрения разработчика, зависит от выбранного им подхода к разработке программ (алгоритмов) - восходящий или нисходящий .
Замечание : Кроме названных двух подходов к разработке алгоритмов (программ) обычно выделяют следующие методологии (парадигмы ) программирования:
Процедурная (включает восходящий и нисходящий подходы) - только здесь в обязательном порядке требуется разработка алгоритмов;
Объектно-ориентированная (по сути тоже восходящий подход, но не процедурный);
Логическая (логико-ориентированная);
Функциональная.
Мы об этих парадигмах поговорим чуть позже.
Кодирование проходит обычно следующие шаги:
1).Перевод алгоритма на один из языков программирования , в результате чего получается (вначале на бумаге) рукописный (исходный) текст программы.
2).Подготовка программы для ПЭВМ , т.е. перенос рукописного текста программы с бумаги на машинный носитель информации. Для этого используется текстовый редактор.
3).Компиляция текста программы в машинный код с помощью программы, называемой компилятором.
| ЭВМ |
Машинный код
(понятен ЭВМ)
Замечание : фраза, что программа – это алгоритм, составленный на языке, понятном ЭВМ , означает, что при наличии посредника-компилятора текст, написанный на ЯВУ, уже считается понятным ЭВМ. Этот посредник-компилятор занимается переводом текста программы с ЯВУ на машинный язык.
Замечание : Кроме компиляторов есть еще интерпретаторы. Они разбирают каждую инструкцию текста программы и немедленно ее исполняют (инструкцию за инструкцией). При этом файл на машинном языке не создается. Работают интерпретаторы гораздо медленнее, чем компиляторы. Зато с их помощью проще отлаживать программы (искать в них ошибки)
Успешное завершение компиляции (перевода) возможно при полной синтаксической правильности программы. Поэтому на данном этапе может потребоваться несколько попыток компиляции с целью устранения всех синтаксических ошибок из текста программы.
Результатом компиляции обычно является программа в машинных кодах, называемая объектным модулем (*.obj) . Однако она не может быть непосредственно выполнена , т.к. не содержит код так называемых стандартных подпрограмм (они выполняют действия по, например, вводу и выводу). Кроме того, компилятором часто допускается компиляция программы по частям, т.е. результатом компиляции может оказаться машинный код лишь части программы. Поэтому после компиляции надо выполнить компоновку.
4).Компоновка (линковка) программы : т.е. объединение отдельных частей программы, добавление стандартных подпрограмм и установление необходимых связей между частями программы. Эти действия выполняются программой, называемой линкером (компоновщиком).
На этапе компиляции все обращения (адреса обращений) из программы к чужим (внешним, не реализованным в данной программе) функциям заменяются нуль-кодами, т.к. реальные адреса загрузки функций в память в момент компиляции неизвестны. На этапе компоновки эти места корректируют с учетом реального размещения программы и функций в разных частях программы. Эта работа выполняется компоновщиком (линковщиком). В результате получается исполняемая программа (загрузочный модуль), т.е *.exe.
Замечание: компилятор Турбо-Паскаля (и Free Pascal) производит компиляцию сразу в исполняемый код (отдельный этап линковки не требуется).
Все адресные ссылки в загрузочном модуле - относительны (относительно начала загрузочного модуля). Перед передачей программе управления надо настроить все адресные ссылки на начальный адрес размещения программы в оперативной памяти. Эту функцию выполняет Загрузчик .
Отладка и Тестирование: После получения готового к выполнению кода программы начинается этап ее отладки и тестирования - поиск ошибок в программе (debugging), например, ошибок при работе с данными, логических ошибок и т.п.
Правильность выполнения программы здесь проверяют при использовании специально подготовленных исходных данных (тестовых данных), для каждого из которых определяется: а) цель теста (что нужно найти) б) исходные данные (что нужно задать) в) ожидаемые результаты при заданных исходных данных. В случае ошибочных результатов при прохождении какого-то конкретного теста можно определить ошибку в конкретной функции программы или в конкретной ветви программы.
Различают методы тестирования : а) белого ящика (структурное тестирование) и б) черного ящика (функциональное тестирование - может начинаться сразу после получения ТЗ).
Различают виды тестирования : а) альфа-тестирование (проводит сам программист) б) бета-тестирование (проводится у Заказчика или потенциального Потребителя).
По завершении (успешном) тестирования программа готова к передаче ее заказчику.
Замечание:
Все перечисленные выше программы (редактор, компилятор, линковщик, отладчи и т.д.) могут быть запущены и использованы по отдельности (в описанном порядке), но в Турбо-Паскале они объединяются в так называемую интегрированную среду разработки (IDE), позволяющею создавать, отлаживать и запускать программы не выходя из среды с помощью системы меню .
4. Средства записи и классификация алгоритмов .