Technologia programowania

Transkrypt

1 Technologia programowania Olsztyn Wojciech Sobieski

2 Technologia programowania Technologia programowania - nauka o procesach wytwarzania systemów informatycznych (programów komputerowych).

3 Technologia programowania W zakres technologii programowania wchodzą: sposoby prowadzenia projektów informatycznych, metody analizy i projektowania systemów, techniki planowania, szacowania kosztów, harmonogramowania i monitorowania projektów informatycznych, techniki zwiększania niezawodności oprogramowania, sposoby testowania systemów i szacowania niezawodności, sposoby przygotowania dokumentacji technicznej i użytkowej, procedury kontroli jakości, metody redukcji kosztów konserwacji, techniki pracy zespołowej.

4 Technologia programowania Program komputerowy - ciąg instrukcji do wykonania dla komputera. Można też powiedzieć, że program to algorytm zapisany w języku programowania. Program może występować w dwóch postaciach: jako program wykonywalny (czyli zapisany w języku maszynowym) albo jako kod źródłowy, czyli postać zrozumiała dla programisty.

5 Fazy powstawania programów Fazy powstawania programu komputerowego: 1. Określanie wymagań (specyfikacja), 2. Wybór języka programowania, 3. Tworzenie algorytmu, 4. Projektowanie systemu, 5. Implementacja, 6. Scalanie systemu, 7. Testy końcowe, 8. Tworzenie dokumentacji użytkowej, 9. Konserwacja systemu.

6 Fazy powstawania programów 1. Określanie wymagań służy do sprecyzowania potrzeb. Na tym etapie formułuje się wyobrażenia o programie i jego działaniu oraz precyzuje wymagania. Na podstawie wymagań tworzona jest tzw. specyfikacja projektu, czyli zakres czynności, jaki dany program ma wykonywać. Jeżeli program jest tworzony na zamówienie, należy w pewnym momencie zażądać zamrożenia specyfikacji w przeciwnym razie klient może zażądać zmian (nawet po napisaniu programu), a wykonawca będzie to musiał zrobić nieodpłatnie. Czasami nawet mała zmiana wymagań może w decydujący sposób wpłynąć na sposób realizacji zamówienia, co może nawet doprowadzić do konieczności rozpoczęcia praktycznie od nowa.

7 Fazy powstawania programów Tworzenie wymagań możliwe jest to na kilka sposobów: wywiad strukturalny polega na zadawaniu wcześniej opracowanej listy pytań, wywiad swobodny polega na zadawaniu dowolnych pytań i notowaniu odpowiedzi, ankieta wysyłana do dużej liczby potencjalnych klientów, analiza formularzy i innych dokumentów klienta, analiza cyklu pracy i wykonywanych czynności, analiza scenariuszy używania systemu, konstrukcja prototypu.

8 Fazy powstawania programów Dokumentacja fazy określania wymagań powinna zawierać: wprowadzenie: zakres systemu, cele i konteksty jego używania, opis ewolucji systemu: przewidywane zmiany w systemie, specyfikację wymagań funkcjonalnych: jakie czynności i operacje system powinien wykonywać, specyfikację wymagań niefunkcjonalnych: przy jakich ograniczeniach system powinien powstać i działać. opis modelu systemu lub jego prototypu, opis wymagań sprzętowych, słownik zawierający wyjaśnienia używanych w dokumentacji pojęć fachowych i informatycznych.

9 Fazy powstawania programów Jeżeli program komputerowy powstaje na użytek programisty, faza określania wymagań może zostać skrócona do minimum. Nie powinno się jednak pomijać fazy dokumentacji powinna oba być prowadzona przynajmniej w zakresie podstawowym, umożliwiającym rozwój i modyfikację programu nawet po wielu latach.

10 Fazy powstawania programów 2. Wybór języka programowania zależy głównie od przeznaczenia aplikacji. Przeważnie istnieje przynajmniej kilka języków programowania nadających się budowy systemu spełniającego wymagania. Wybór języka programowania może być dokonany przed lub po stworzeniu algorytmu. W pierwszym przypadku dobór języka może w znaczny sposób wpłynąć na tok rozumowania i zdeterminować budowę algorytmu.

11 Fazy powstawania programów Wybór języka programowania może być: narzucony przez zamawiającego, pozostawiony woli wykonawcy musi on wówczas uwzględnić: dziedzinę aplikacji, doświadczenie zespołu programistów, posiadane narzędzia, dostępność gotowych modułów i bibliotek, potrzeby innych prowadzonych równolegle prac.

12 Fazy powstawania programów 3. Tworzenie algorytmu - jest to jeden z najważniejszych etapów projektowania, wymaga on od programisty (bądź projektanta) starannego przemyślenia i przygotowania. Nie należy przystępować do pisania programu nie mając wyobrażenia o jego budowie. Takie postępowanie wydłuży zapewne czas realizacji projektu, zwiększy prawdopodobieństwo wystąpienia błędów oraz nie daje gwarancji optymalności rozwiązań. Dużych i rozbudowanych programów praktycznie nie da się napisać bez odpowiednich przygotowań. Jeżeli to jest tylko możliwe należy korzystać z istniejących i sprawdzonych algorytmów.

13 Fazy powstawania programów 4. Projektowanie systemu służy do stworzenia szkieletu kodu źródłowego (systemu). Techniki projektowania: projektowanie strukturalne: zorientowane na akcję, zorientowane na dane, projektowanie obiektowe.

14 Fazy powstawania programów Faza projektowania składa się z następujących etapów: projektowanie architektury systemu, organizacja danych i ich nazewnictwa, szczegółowe projektowanie modułów, weryfikacja i testowanie.

15 Fazy powstawania programów 5. Implementacja jest to właściwa faza budowy programu. Małe systemy informatyczne mogą być realizowane przez jednego programistę. Systemy większe wymagają utworzenia zespołu bądź też grupy zespołów programistycznych.

16 Fazy powstawania programów 6. Scalanie systemu w przypadku tworzenia aplikacji przez zespół programistów należy połączyć wszystkie moduły w jedną całość. Rozróżnia się trzy podstawowe techniki integracji systemu informatycznego: metoda zstępująca najpierw integrowane są moduły sterujące, a później moduły wykonawcze, metoda wstępująca najpierw integrowane są moduły wykonawcze a później sterujące, metoda mieszana moduły sterujące integrowane są metodą zstępującą, a wykonawcze wstępującą.

17 Fazy powstawania programów Model Zalety Wady Integracja całości Metoda zstępująca Metoda wstępująca Metoda mieszana - Izolacja błędów. Poważne błędy projektowe są wykrywane bardzo wcześnie. Izolacja błędów. Moduły, które mogą być powtórnie użyte są dobrze przetestowane. Izolacja błędów. Poważne błędy projektowe są wykrywane bardzo wcześnie. Moduły, które mogą być powtórnie użyte są dobrze przetestowane. Brak izolacji błędów. Poważne błędy projektowe wykrywane są bardzo późno. Moduły, które mogą być powtórnie użyte nie są w pełni przetestowane. Poważne błędy projektowe są wykrywane bardzo późno. - Porównanie metod integracji systemu.

18 Fazy powstawania programów 7. Testy końcowe służą do ostatecznego potwierdzenia poprawności systemu. Rozróżnia się następujące etapy testów: testowanie przez Dział Kontroli Jakości, alfa-testy przez wybraną (najczęściej małą) grupę użytkowników, beta-testy przez wybraną (większą) grupę użytkowników, testy akceptacji (na rzeczywistych danych), wykonywane przez odbiorcę.

19 Fazy powstawania programów Kryteria wykonywania testów: użyteczność aplikacji (łatwość użycia, użyteczność oferowanych funkcji, opłacalność), solidność (częstość krytycznych awarii systemu, czas podniesienia systemu po awarii, czas odbudowy systemu po awarii), odporność (na zmieniające się warunki otoczenia, błędne dane, nieoczekiwane reakcje użytkowników), efektywność (szybkość, czas reakcji, zajętość pamięci), poprawność (zgodność ze specyfikacją).

20 Fazy powstawania programów Metody wykonywania testów: test czarnej skrzynki - odbywa się na poziomie interfejsu, test szklanej skrzynki - odbywa się na poziomie kodu źródłowego.

21 Fazy powstawania programów 8. Dokumentacja użytkowa powinna zawierać następujące elementy: opis funkcjonalny opis przeznaczenia oraz głównych możliwości programu, podręcznik użytkownika opis przeznaczony dla typowych użytkowników, powinien zawierać: sposoby uruchamiania oraz kończenia pracy z systemem, sposoby realizacji podstawowych funkcji systemu, metody obsługi błędnych sytuacji, sposoby korzystania z systemu pomocy, kompletny przykład korzystania z systemu.

22 Fazy powstawania programów kompletny opis systemu część przeznaczona dla doświadczonych użytkowników, powinien zawierać: szczegółowy opis wszystkich funkcji systemu, informacje o sposobach wywoływania tych funkcji, opisy formatu danych, opisy błędów, które mogą pojawić się w trakcie pracy z systemem, informacje o wszelkich ograniczeniach dotyczących np. zakresu danych.

23 Fazy powstawania programów opis instalacji przeznaczony dla administratorów systemu. Powinien zawierać opis procedury instalacyjnej i konfiguracji programu, podręcznik administratora systemu zawierający opis możliwości modyfikacji ustawień systemu oraz sposoby udostępniania go użytkownikom końcowych.

24 Fazy powstawania programów Na jakość dokumentacji mają wpływ następujące czynniki: struktura podręcznika, zachowanie standardów, sposób pisania (stosowanie formy aktywnej, poprawność gramatyczna i ortograficzna, krótkie zdania, oszczędność sów, precyzyjna definicja używanych terminów, powtarzanie trudnych opisów, stosowanie tytułów i podtytułów sekcji, wyliczeń i wyróżnień, zrozumiałe odwołania do innych rozdziałów).

25 Fazy powstawania programów 9. Konserwacja systemu zawiera zespół czynności, dokonywanych po stworzeniu aplikacji, obejmujących: poprawianie błędów, udoskonalanie produktu, dostosowywanie do nowych warunków.

26 Fazy powstawania programów Koszty konserwacji są często bardzo duże do 2/3 nakładów finansowych na aplikacje. Wynika to z następujących przyczyn: poprawki mogą być przyczyną nowych błędów, udoskonalenie wymaga przejścia przez wszystkie fazy produkcji i dokonania zmian w specyfikacji, projekcie i dokumentacji, poprawione powinny być wszystkie dokumenty, w których znajdują się informacje dotyczące zmienionych fragmentów produktu.

27 Fazy powstawania programów Zarządzanie fazą konserwacji: raport o błędzie formalna metoda dokumentacji wykrytych przez użytkowników błędów systemu musi zawierać informacje wystarczające do odtworzenia błędu, błędy krytyczne muszą być poprawiane natychmiast, dla pozostałych powinny zostać opisane przyczyny błędu i ewentualne metody ich obejścia, opisane raporty o błędach wraz z datą ich poprawienia powinny być udostępniane wszystkim użytkownikom, błędy niekrytyczne powinny być poprawiane paczkami obniża to koszty testowania i modyfikacji dokumentacji, zmodyfikowany produkt powinien być sprawdzony przez niezależny zespół kontroli.

28 Modele tworzenia programów Zbuduj pierwszą wersję Poprawiaj aż klient będzie zadowolony Model Zbuduj i Poprawiaj Budowanie Konserwacja Użytkowanie Koniec

29 Modele tworzenia programów Określenie wymagań Sprawdzenie Specyfikacja Sprawdzenie Zmiana wymagań Sprawdzenie Projektowanie Sprawdzenie Model kaskadowy Implementacja Sprawdzenie Integracja Sprawdzenie Budowanie Konserwacja Użytkowanie Koniec

30 Modele tworzenia programów Szybki prototyp Sprawdzenie Specyfikacja Sprawdzenie Zmiana wymagań Sprawdzenie Projektowanie Sprawdzenie Implementacja Sprawdzenie Prototypowanie Integracja Sprawdzenie Budowanie Konserwacja Użytkowanie Koniec

31 Modele tworzenia programów Określenie wymagań Sprawdzenie Specyfikacja Sprawdzenie Projekt architektury Sprawdzenie Dla każdej składowej: Realizacja przyrostowa Budowanie Konserwacja zaprojektuj zaimplementuj zintegruj przetestuj dostarcz do klienta Użytkowanie Koniec

32 Modele tworzenia programów Składowa 1 Specyfikacja Składowa 2 Specyfikacja Składowa n Projektowanie Specyfikacja Projektowanie Implementacja Integracja Projektowanie Implementacja Integracja Dostarczenie Klientowi Implementacja Integracja Dostarczenie Klientowi Dostarczenie Klientowi Grupa projektująca Grupa specyfikująca Grupa Implementująca Ryzykowna realizacja przyrostowa

33 Modele tworzenia programów Analiza ryzyka Szybki prototyp Sprawdzenie Analiza ryzyka Zmiana wymagań Sprawdzenie Analiza ryzyka Specyfikacje Sprawdzenie Uproszczony model spiralny Budowanie Konserwacja Analiza ryzyka Projektowanie Sprawdzenie Analiza ryzyka Implementacja Sprawdzenie Analiza ryzyka Integracja Sprawdzenie Użytkowanie Koniec

34 Modele tworzenia programów Konserwacja Użytkowanie - Dalszy rozwój Integracja Implementacja Projektowanie obiektowe Obiektowy model fontanny Analiza obiektowa Określenie wymagań Budowanie Konserwacja

35 Modele tworzenia programów Model Zbuduj i poprawiaj Model kaskadowy Prototypowanie Realizacja przyrostowa Model spiralny Modele obiektowe Zalety Nadaje się dla małych programów, które nie wymagają konserwacji. Systematyczne podejście i sterowanie dokumentami. Zapewnia, że produkt będzie spełniał oczekiwania zamawiającego. Szybki zwrot inwestycji i łatwość konserwacji. Zawiera wszystkie cechy powyższych modeli. Pozwalają na integrację w fazach. Pozwalają na równoległość faz. Wady Nie nadaje się dla nietrywialnych programów. Dostarczony produkt może nie spełniać oczekiwań zamawiającego. Koszt budowy prototypu. Wymaga otwartej architektury. Grożba degradacji do modelu Zbuduj i Poprawiaj Tylko dla bardzo dużych projektów. Potrzebna wiedza o analizie ryzyka. - Porównanie modeli tworzenia oprogramowania.

36 Struktury zespołów Rys. Ścieżki komunikacji pomiędzy trzema informatykami.

37 Struktury zespołów Rys. Ścieżki komunikacji pomiędzy sześcioma informatykami.

38 Struktury zespołów Sekretarz zespołu Główny programista Zastępca GP Programista Programista Programista Rys. Klasyczny zespół głównego programisty.

39 Struktury zespołów Manager zespołu Lider zespołu Programista Programista Programista Rys. Współczesny zespół programistyczny.

40 Struktury zespołów Kierownik projektu Lider zespołu Lider zespołu Lider zespołu Programiści Programiści Programiści Rys. Struktura zarządzania technicznego w dużym projekcie.

41 Struktury zespołów Kierownik projektu Lider zespołu Lider zespołu Lider zespołu Programiści Programiści Programiści Rys. Podejmowanie decyzji w dużym projekcie.

42 Modele tworzenia programów Model Zalety Wady Zespół demokratyczny Wysokiej jakości kod jako efekt pozytywnego nastawienia do szukania błędów. Skuteczny w trudnych problemach. Trudno rozszerzalny. Klasyczny zespół głównego programisty - Niepraktyczny. Współczesny zespół głównego programisty Brak w strukturze wysoko kwalifikowanego głównego programisty. Można go zdecentralizować. Problemy z podziałem zadań pomiędzy lidera a managera zespołu. Porównanie różnych sposobów organizacji zespołu programistycznego.

43 Rodzaje programowania Programowanie (ang. programming) - czynności związane z wpisywaniem poleceń języka programowania przez programistów celem tworzenia oprogramowania komputerowego.

44 Rodzaje programowania Programowanie proceduralne styl programowania, w którym kod źródłowy podzielony jest na fragmenty wykonujące ściśle określone operacje. Procedury nie powinny korzystać ze zmiennych globalnych (w miarę możliwości) lecz pobierać i przekazywać wszystkie dane (czy też wskaźniki do nich) jako parametry wywołania.

45 Rodzaje programowania Programowanie strukturalne metoda programowania, w której kod źródłowy podzielony jest na niewielkie moduły - procedury, bądź funkcje - komunikujące się ze sobą jedynie poprzez odpowiednie interfejsy. Interfejs (interface) część danego obiektu widoczna na zewnątrz dla innych obiektów. Jego zadaniem jest umożliwienie współpracy z tym obiektem np. komunikacja z nim, czy wykorzystanie jego innych właściwości umieszczonych wewnątrz. Do najpopularniejszych języków strukturalnych zalicza się Pascal, C, Modula-2.

46 Rodzaje programowania Programowanie modularne (modular programming) - paradygmat programowania zalecający stosowanie modułów, jako nadrzędnych w stosunku do procedur, bloków tworzących program. Moduł w pojęciu programowania modularnego grupuje funkcjonalnie związane ze sobą dane i procedury i jest reprezentacją obiektu występującego w programie w jednym egzemplarzu.

47 Rodzaje programowania Programowanie imperatywne technika programowania, w której program składa się ze zmiennych oraz modyfikujących je operacji, z jawnie określonym przepływem sterowania. Programista używający języka imperatywnego osiąga zamierzony efekt przez manipulowanie wartościami zmiennych. Przykładami języków imperatywnych są Fortran, Pascal i C. Największą zaletą jest bliskość takiej reprezentacji do tego co rzeczywiście wykonywane jest przez komputer.

48 Rodzaje programowania Programowanie obiektowe (object-oriented programming) jest to metodologia tworzenia programów komputerowych, która definiuje programy za pomocą obiektów - elementów łączących stan (czyli dane) i zachowanie (czyli procedury, tu: metody). Obiektowy program komputerowy wyrażony jest jako zbiór takich obiektów, komunikujących się pomiędzy sobą w celu wykonywania zadań. Podejście to różni się od tradycyjnego programowania proceduralnego, gdzie dane i procedury nie są ze sobą bezpośrednio związane. Programowanie obiektowe ma ułatwić pisanie, konserwację i wielokrotne użycie programów lub ich fragmentów. Popularnymi językami obiektowymi są: C++, Java, Smalltalk, Object Pascal, Beta, Theta, CLOS, Eiffel, Ada98, Python i in. Od lat osiemdziesiątych języki obiektowe uważa się za szczytowe osiągnięcie inżynierii oprogramowania.

49 Rodzaje programowania Programowanie funkcjonalne (functional programming) - koncepcja programowania bez używania przypisań; w programowaniu funkcjonalnym obliczenie tej samej procedury z tymi samymi parametrami powoduje zawsze powstanie tego samego wyniku, procedury w programowaniu funkcjonalnym mogą zatem być rozważane jako funkcje w rozumieniu matematycznym.

50 Rodzaje programowania Programowanie RAD (Rapid Application Development) - termin komercyjny ( błyskawiczne opracowywanie aplikacji ) określający możliwości pakietu oprogramowania działającego w graficznym środowisku okienkowym, służącego do zestawiania aplikacji, w szczególności ich interfejsów, z modułów wybieranych z bibliotek udostępnianych w postaci drzew tematycznych. W zależności od wybranego elementu pakiet RAD wytwarza fragmenty kodu (np. w języku C++) wraz z odpowiednimi wywołaniami. Szczegóły odbiegające od standardu uzupełnia ręcznie programista. Aplikacje wytworzone w środowiskach RAD są z reguły słabo przenośne i zajmują dużo pamięci, jednak możliwość automatycznego oprogramowania ich najżmudniejszych elementów (interfejs graficzny) oraz ułatwiony kontakt ze standardowymi bazami danych powoduje, że programowanie RAD staje się coraz popularniejsze.

51 Rodzaje programowania Programowanie zdarzeniowe (sterowane zdarzeniami) jest to metoda programowania według którego program jest cały czas bombardowany zdarzeniami (events), na które musi odpowiedzieć. Przepływ kontroli w takim programie jest całkowicie niemożliwy do przewidzenia z góry. Programowanie zdarzeniowe jest dominującym typem programowania GUI - zdarzenia to naciśnięcia myszy, klawiszy, żądania odświeżenia przez system okienkowy, różne zdarzenia sieciowe i inne. W programowaniu zdarzeniowym ważne jest żeby nie obsługiwać zbyt długo danego zdarzenia, bo blokuje się w ten sposób obsługę innych. Można to osiągnąć za pomocą asynchronicznego I/O, wielowątkowości, rozbijania zdarzenia na pod-zdarzenia i wielu innych mechanizmów.

52 Rodzaje programowania Programowanie liniowe (w ujęciu matematycznym) - maksymalizacja lub minimalizacja funkcji wielu zmiennych, gdy zmienne te, lub niektóre z nich, podlegają liniowym warunkom ograniczającym w postaci równań lub nierówności. Nazwa "programowanie" wskazuje w tym kontekście na schemat działań.

53 Rodzaje programowania Programowanie nieliniowe (w ujęciu matematycznym) - metody rozwiązywania problemów opisywanych przez równania różniczkowe nie dające się sprowadzić do równań liniowych (programowanie liniowe).

54 Rodzaje programowania Programowanie dynamiczne - metoda zapewniająca wybór ciągu zgodnych rozwiązań optymalnych w wielostopniowych problemach decyzyjnych. W istocie jest to proces sekwencyjnego podejmowania decyzji.

55 Rodzaje programowania Programowanie w logice (logic programming) - kierunek rozwojowy języków programowania, korzystający istotnie z doświadczeń i osiągnięć logiki matematycznej. Instrukcje języków programowania w logice przyjmują postaci wzorów logicznych (predykatów). Programowanie w logice znajduje zastosowanie przy budowaniu inteligentnych baz wiedzy, systemów ekspertowych, w eksperymentach ze sztuczną inteligencją.

56 Rodzaje programowania Programowanie współbieżne (concurrent programming) - programowanie procesów współbieżnych realizowane za pomocą specjalnie zaprojektowanych języków programowania (np. Linda), języków odpowiednio dostosowanych (np. Concurrent Pascal) lub przy użyciu bibliotek synchronizacji procesów i wątków.

57 Rodzaje programowania Programowanie z użyciem obiektów (object-based programming) - paradygmat programowania dopuszczający możliwość tworzenia typów zdefiniowanych przez użytkownika i posługiwania się w programach danymi nowo zdefiniowanych typów. Programowanie z użyciem obiektów jest zalecane tam, gdzie programowanie proceduralne lub modularne okazują się niewystarczające z uwagi na potrzebę użycia nowych typów danych i liczne ich reprezentacje (obiekty), natomiast programowanie obiektowe jest niepotrzebne z powodu prostych właściwości przedmiotu programowania.

58 Rodzaje programowania Programowanie wstępujące - w programowaniu strukturalnym rozwiązywanie problemu za pomocą wydzielonych prostszych zadań. Programowanie zstępujące - w programowaniu strukturalnym rozwiązywanie problemu w jednym ogólnym, dobrze przemyślanym planie.

59 Dziękuję za uwagę Olsztyn Wojciech Sobieski