Проектирование программного обеспечения при структурном подходе. Проектирование структур данных

Под проектированием структур данных понимают разработку их представлений в памяти. Основными параметрами, которые необходимо учитывать при проектировании структур данных, являются:

• вид хранимой информации каждого элемента данных;

• связи элементов данных и вложенных структур;

• время хранения данных структуры («время жизни»);

• совокупность операций над элементами данных, вложенными структурами и структурами в целом

Вид хранимой информацииопределяет тип соответствующего поля памяти. В качестве элементов данных в зависимости от используемого языка программирования могут рассматриваться:

• целые и вещественные числа различных форматов;

• символы;

• булевские значения: true и false;

а также некоторые структурные типы данных, например:

• строки;

• записи;

• специально объявленные классы.

При этом для числовых полей очень важно правильно определить диапазон возможных значений, а для строковых данных - максимально возможную длину строки.

Связи элементов и вложенных структур, а также их устойчивость и совокупность операций над элементами и вложенными структурами определяют структуры памяти, используемые для представления данных. Время жизни учитывают при размещении данных в статической или динамической памяти, а также во внешней памяти.

Рассмотрим существующие варианты внутреннего представления данных, их элементов и связей между ними более подробно.

32. UML- стандартный язык описания разработки программных продуктов с использованием объектного подхода.

В основе объектного подхода к разработке программного обеспечения лежит объектная декомпозиция,т. е. представление разрабатываемого программного обеспечения в виде совокупности объектов, в процессе взаимодействия которых через передачу сообщений и происходит выполнение требуемых функций (рис. 6.1.).

Рис. 6. 1. Объектная декомпозиция программы построения таблиц и графиков.

Однако при объектном подходе так же, как при структурном подходе, сразу можно выполнить декомпозицию только очень простого программного обеспечения. Поэтому на заре эпохи объектно-ориентированного программирования были предложены различные методы анализа и проектирования программного обеспечения в рамках объектного подхода, использующие различные модели и нотации. Спорить о достоинствах и недостатках этих методов и моделей можно было бесконечно. Эта ситуация получила название «войны методов».

Конец «войне методов» положило появление в 1995 г первой версии языка UML (Unified Modeling Language - унифицированный язык моделирования), который в настоящее время фактически признан стандартным средством описания проектов, создаваемых с использованием объектно-ориентированного подхода. Его создателями являются ведущие специалисты в этой области Гради Буч, Ивар Якобсон и Джеймс Рамбо, которые использовали в своем языке все лучшее, что появилось в подходах этих авторов во время «войны методов».

Спецификация разрабатываемого программного обеспечения при использовании UML объединяет несколько моделей использования, логическую, реализации, процессов, развертывания (рис. 6.2.).

Рис. 6. 2. Полная спецификация разрабатываемого программного обеспечения при объектном подходе (UML).

Модель использования. Определение вариантов использования. Диаграммы вариантов использования.

Модель использованияпредставляет собой описание функциональности программного обеспечения с точки зрения пользователя

Логическая модельописывает ключевые абстракции программного обеспечения (классы, интерфейсы и т. п. ), т. е. средства, обеспечивающие требуемую функциональность.

Модель реализацииопределяет реальную организацию программных модулей в среде разработки

Модель процессовотображает организацию вычислений и оперирует понятиями «процессы» и «нити» Она позволяет оценить производительность, масштабируемость и надежность программного обеспечения.

И, наконец, модель развертыванияпоказывает особенности размещения программных компонентов на конкретном оборудовании.

Таким образом, каждая из указанных моделей характеризует определенный аспект проектируемой системы, а все они вместе составляют относительно полную модель разрабатываемого программного обеспечения.

Всего UML предлагает девять дополняющих друг друга диаграмм, входящих в различные модели:

• диаграммы вариантов использования;

• диаграммы классов;

• диаграммы пакетов;

• диаграммы последовательностей действий;

• диаграммы кооперации;

• диаграммы деятельности;

• диаграммы состояний объектов;

• диаграммы компонентов;

• диаграммы размещения.

Все указанные диаграммы по возможности используют единую графическую нотацию, что облегчает их понимание.

Помимо указанных диаграмм, как и при структурном подходе, спецификация обязательно включает словарь терминов, а также различного рода описания и текстовые спецификации. Конкретный набор документации определяется разработчиком. UML и предлагаемая теми же авторами методика Rational Unified Process поддерживаются пакетом Rational Rose фирмы Rational Software Corporation. Ряд диаграмм UML можно построить также средствами программы Microsoft Visual Modeler и других CASE-средств. По данным «USA Today» в настоящее время 49 из 50-ти ведущих компьютерных компаний USA пользуют UML при разработке программного обеспечения с использованием объектного подхода, что и позволяет говорить о том, что сегодня UML фактически стал стандартом описания подобных разработок.

Определение «вариантов использования».

Разработку спецификаций программного обеспечения начинают с анализа требований к функциональности, указанных в техническом задании. В процессе анализа выявляют внешних пользователей разрабатываемого программного обеспечения и перечень отдельных аспектов его поведения в процессе взаимодействия с конкретными пользователями. Аспекты поведения программного обеспечения были названы «вариантами использования» или «прецедентами» (use cases).

Вариант использованияпредставляет собой характерную процедуру применения разрабатываемой системы конкретным действующим лицом, в качестве которого могут выступать не только люди, но и другие системы или устройства.

Не следует путать вариант использования с конкретными операциями будущей системы. Каждый вариант использования связан с некоторой целью, имеющей самостоятельное значение, например для текстового редактора Формирование оглавления - это вариант использования, а Связывание заголовков со специальными стилями - операция, которую необходимо выполнить, чтобы стало возможно автоматическое построение оглавления.

В зависимости от цели выполнения конкретной процедуры различают следующие варианты использования:

• основные - обеспечивают требуемую функциональность разрабатываемого программного обеспечения:

• вспомогательные - обеспечивают выполнение необходимых настроек системы и ее обслуживание (например, архивирование информации и т. п. ):

• дополнительные - обеспечивают дополнительные удобства для пользователя (как правило, реализуются в том случае, если не требуют серьезных затрат каких-либо ресурсов ни при разработке, ни при эксплуатации).

Вариант использования можно описать кратко или подробно. Краткая форма описания содержит: название варианта использования, его цель, действующих лиц, тип варианта использования (основная, второстепенная или дополнительная) и его краткое описание. Краткое описание варианта использования Выполнение задания системы решения комбинаторно-оптимизационных задач можно представить в следующем виде:

Основные варианты использования обычно описывают подробно, стараясь отразить особенности предметной области разрабатываемого программного обеспечения. Подробная форма, кроме указанной выше информации, включает описание типичного хода событий и возможных альтернатив. Типичный ход событий представляют в виде диалога между пользователями и системой, последовательно нумеруя события. Если пользователь может выбирать варианты, то их описывают в отдельных таблицах. Также отдельно приводят альтернативы, связанные с нарушением типичного хода событий.

Диаграммы вариантов использования

Диаграммы вариантов использования позволяют наглядно представить ожидаемое поведение системы. Основными понятиями диаграмм вариантов использования являются: действующее лицо, вариант использования, связь.

Действующее лицо — внешняя по отношению к разрабатываемому программному обеспечению сущность, которая взаимодействует с ним с целью получения или предоставления какой-либо информации. Как уже упоминай лось выше, действующими лицами могут быть пользователи, другое программное обеспечение или какие-либо технические средства, взаимодействующие с разрабатываемым программным обеспечением.

Вариант использования — некоторая очевидная для действующего лица процедура, решающая его конкретную задачу. Все варианты использования, так или иначе, связаны с требованиями к функциональности разрабатываемой системы и могут сильно отличаться по объему выполняемой работы.

Связь - взаимодействие действующих лиц и соответствующих вариантов использования.  

Варианты использования также могут быть связаны между собой. При этом фиксируют связи использования и расширения.

Использованиеподразумевает, что существует некоторый фрагмент поведения разрабатываемого программного обеспечения, который повторяется в нескольких вариантах использования. Этот фрагмент оформляют, как отдельный вариант использования и указывают связь с ним типа «использование». 

Расширениеприменяют, если имеется два подобных варианта использования, различающиеся наличием в одном из них некоторых дополнительных действий. В этом случае дополнительные действия определяют как вариант использования, который связан с основным вариантом связью типа «расширение». 

На рис. 6.3. приведены условные обозначения, которые применяются при изображении диаграмм вариантов использования. 

                            а                                      б                                          в

Рис. 6.3.Основные условные обозначения диаграмм вариантов использования: а - действующее лицо, б - вариант использования; в – связь.

Пример:

Построить диаграмму вариантов использования для системы учета успеваемости студентов.

Действующими лицами системы являются Декан, Заместитель декана по курсу и Сотрудник деканата. Варианты использования выявляем, анализируя техническое задание, и изображаем на диаграмме, связывая с соответствующими действующими лицами (рис. 6. 4).

Рис.Диаграмма вариантов использования системы учета успеваемости студентов.

Анализ вариантов использования показывает, что вариант получения сводки успеваемости по факультету «использует» вариант получения сводки по курсу, что и представлено на диаграмме.

Полученная диаграмма вариантов использования отражает типичное взаимодействие пользователя с разрабатываемым программным обеспечением. Ее необходимо обсудить с заказчиком для определения как можно большего числа основных вариантов использования и проанализировать на полноту обслуживания системы.

Естественно, все варианты использования определить, как правило, не удается: новые варианты фиксируют постоянно, даже в процессе эксплуатации. Но, чем больше вариантов выявлено в процессе уточнения спецификаций, тем лучше, так как при этом получают более точную модель предметной области, что уменьшает вероятность ее пересмотра при добавлении функций