Inżynieria oprogramowania

Politechnika Poznańska, Instytut Informatyki, Studia niestacjonarne Inżynieria oprogramowania część I dr inż. Bartłomiej Prędki$ Bartlomiej.Predki@cs.put.poznan.pl$ Pok. 124 CW, tel. 61665 2932$ http://zajecia.predki.com Semestr letni 2013/2014

Literatura A. Jaszkiewicz, Inżynieria oprogramowania, Helion, Gliwice, 1997. B. Begier, Inżynieria oprogramowania problemy jakości, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 1999. Janusz Górski (red.). Inżynieria oprogramowania w projekcie informatycznym. Mikom, Warszawa, 2000, wyd. II. G. Booch, J. Rambaugh, I. Jacobson, UML przewodnik użytkownika, WNT, Warszawa, 2000. C. Larman, UML i wzorce projektowe., Helion 2011 D. Hamlet, J. Maybee, Podstawy techniczne inżynierii oprogramowania, WNT 2003

Literatura S. Maguire, Niezawodność oprogramowania, Helion, Gliwice, 2002 E. Freeman, B. Bates, K. Sierra, Wzorce projektowe. Rusz głową!, Helion, 2010 Z. Szyjewski, Zarządzanie projektami informatycznymi, Placet 2001 K. Beck, M. Fowler, W. Opdyke, D. Roberts, Refaktoryzacja. Ulepszanie struktury istniejącego kodu, WNT 2006 E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides, Wzorce projektowe, WNT 2008

Rynek oprogramowania 2011 Świat 292.9 miliardów dolarów (42.6% Ameryka) Bez oprogramowania wytwarzanego na własne potrzeby Wzrost 6.6% rocznie + 125 miliardów euro dodatkowych usług W UE 60-70% oprogramowania jest wytwarzane w firmach, dla których nie jest to główną działalnością W 2016 ponad 396 mld dolarów

Rynek oprogramowania

Rynek oprogramowania

Rynek oprogramowania

Najwięksi gracze IBM$ Microsoft$ Oracle$ SAP

Trochę historii Lata 50-te Sprzęt o bardzo ograniczonych możliwościach Ograniczone zastosowania Małe programy Programy pisane często dla własnych potrzeb lub potrzeb dobrze znanych osób Dobrze wyspecyfikowane zadania

Rozwój technik wytwarzania oprogramowania Lata 60-te Profesjonalni programiści Nowe języki programowania COBOL, Fortran, Algol Sprzęt o dużo większych możliwościach, np. pamięć wirtualna Nowe zastosowania np. w biznesie Próba realizacji wielu dużych przedsięwzięć programistycznych

Kryzys oprogramowania Rozwój technik wytwarzania oprogramowania nie nadąża za rozwojem sprzętu komputerowego Czy kryzys oprogramowania trwa do dzisiaj? Nadal większość przedsięwzięć przekracza czas i/lub budżet Około 25% przedsięwzięć programistycznych nie jest kończona 90% firm przyznaje, że dość często zdarzają im się opóźnienia przedsięwzięć Powszechna akceptacja kiepskiej jakości oprogramowania (w pewnych obszarach)

Zależność osiągnięcia-oczekiwania w wytwarzaniu oprogramowania Efekty Oczekiwania Rzeczywiste osiągnięcia Czas

Przyczyny kryzysu oprogramowania Duża złożoność systemów informatycznych$ Złożoność, zmienność, nieadekwatność wymagań$ Niepowtarzalność poszczególnych przedsięwzięć$ Nieprzejrzystość procesu budowy oprogramowania$ Pozorna łatwość wytwarzania i modyfikowania oprogramowania$ Potrzeba kreatywności$ Czynnik ludzki$ Mało wymagający rynek$ Niedoskonałość narzędzi

Początek inżynierii oprogramowania 1968 NATO Conference on Software Engineering

Podejście amatorskie a inżynierskie! Co by tu wymyślić!?! Do pracy.

Definicje inżynierii oprogramowania Duże systemy wymagające pracy wielu osób praca grupowa Wielowersyjność oprogramowania

Definicja inżynierii oprogramowania Wiedza techniczna, dotycząca wszystkich faz cyklu życia oprogramowania, której celem jest uzyskanie wysokiej jakości produktu - oprogramowania.

Jakość oprogramowania Użyteczność (usefulness) Niezawodność (reliability) Ergonomia (usability) Efektywność (efficiency) Łatwość konserwacji (maintability) Bezpieczeństwo użytkownika (user safety) Koszt?

Zakres inżynierii oprogramowania Wytwarzanie oprogramowania i innych produktów (np. dokumentacji) Zarządzanie wytwarzaniem oprogramowania

Plan wykładów I semestr Wprowadzenie i podstawowe modele cyklu życia oprogramowania Analiza/modelowanie systemów z wykorzystaniem języka UML, w tym elementy analizy wymagań UML jako narzędzie projektowania i dokumentowania oprogramowania Projektowanie oprogramowania Niezawodność oprogramowania Dokumentacja techniczna i użytkowa Narzędzia inżynierii oprogramowania

Zaliczenie Wykład jest zaliczany w trakcie testu na ostatnim wykładzie,$ czyli 27 kwietnia 2014 r.

Modele cyklu życia oprogramowania Uporządkowanie prac. Ustalenie kolejności prac. Planowanie i monitorowanie realizacji.

Programowanie odkrywcze Ogólne określenie wymagań Ogólny projekt Budowa systemu Ocena systemu Wdrożenie Tak System poprawny Nie

Model kaskadowy Określenie wymagań Projektowanie Implementacja Testowanie Konserwacja

Dodatkowe fazy w modelu kaskadowym

Ścisłe i elastyczne rozumienie modelu kaskadowego Określenie wymagań Projektowanie Implementacja Testowanie Konserwacja

Przykład elastycznego podejścia do modelu kaskadowego

Wady i zalety modelu kaskadowego (rozumianego ściśle) +Łatwość zarządzania planowanie i monitorowanie -Wysoki koszt błędów popełnionych we wstępnych fazach Koszt błędu w wymaganiach 100-1000 razy większy od kosztu błędu programistycznego! -Długa przerwa w kontaktach z klientem -Nie lubiany przez wykonawców

Prototypowanie Cel lepsze określenie wymagań Fazy: Ogólne określenie wymagań. Budowa prototypu. Weryfikacja prototypu przez klienta. Pełne określenie wymagań. Realizacja pełnego systemu zgodnie z modelem kaskadowym.

Sposoby budowy prototypu Prototyp musi być zbudowany szybko i niskim kosztem. Niepełna realizacja. Języki wysokiego poziomu. Wykorzystanie gotowych komponentów. Generatory interfejsu użytkownika. Szybkie programowanie (quick-and-dirty programming). Papier. Programowanie odkrywcze.

Wady i zalety prototypowania +Mniejsze ryzyko popełnienia kosztownych błędów we wczesnych fazach. +Możliwość szybkiej demonstracji prototypu i szkolenia użytkowników. -Koszt budowy prototypu, który może się nie zwrócić. -Możliwość nieporozumień z klientem.

Realizacja przyrostowa Określenie wymagań i wstępny projekt Wybór przyrostu - podzbioru funkcji Proces realizowany iteracyjnie Realizacja przyrostu Wdrożenie przyrostu

Wady i zalety realizacji przyrostowej + Możliwość wcześniejszego korzystania z pewnych funkcji systemu. + Skrócenie przerw w kontaktach z klientem. + Możliwość elastycznego reagowania na opóźnienia. -Kłopoty z integracją oddzielnie realizowanych modułów.

Realizacja przyrostowa Zalecana w większości lekkich (żwawych) metodyk np. w programowaniu ekstremalnym często małe przyrosty (kilka tygodni) Dobrze opisuje realizację wielu (zwłaszcza udanych) projektów wolnego oprogramowania (free/open source)

Wybór modelu do konkretnego przedsięwzięcia Duże przedsięwzięcia, np. > 6 miesiecy realizacja przyrostowa, mniejsze m. kaskadowy W lekkich metodykach także dla mniejszych przedsięwzięć Trudności w określeniu wymagań: nowatorski system z punktu widzenia klienta mała znajomość dziedziny problemu przez wykonawcę: Jeżeli tak, to prototypowanie

Unified Modeling Language - UML Obiektowa notacja graficzna służąca do modelowania, projektowania i specyfikacji oprogramowania Następca licznych notacji obiektowych z lat 80- tych i 90-tych Powstał na bazie metod Boocha, Rumbaugh (OMT) i Jacobsona stworzony przez tych właśnie autorów

Unified Modeling Language - UML Standard Object Management Group (OMG) Wspierany przez firmę Rational De facto standard przemysłowy Pierwsza wersja w 1997 Notacja, a nie metodyka

Analiza/modelowanie Opracowanie logicznego modelu dziedziny problemu$ Cele:$ Lepsze zrozumienie dziedziny problemu i lepsze określenie wymagań$ Podstawa przyszłego projektu

Dziedzina problemu System Dziedzina problemu Model

Dlaczego notacje graficzne w modelowaniu Ogromny wzrost precyzji$ Ogromna poprawa efektywności$ Zapis modelu$ Analiza modelu$ Wprowadzanie zmian$ Łatwe przejście do projektowania

Diagramy przypadków użycia use case diagrams modelowanie wymagań Użytkownik, klasa użytkowników, system zewnętrzny (ang. actor)$ Grupa użytkowników wykorzystujących system w podobny sposób$ Przypadek użycia, wymaganie funkcjonalne, funkcja (ang. use case)

Korzystanie z funkcji (ang. actor flow)

Związki używania (use) i rozszerzania (extend)

Przykład i związek generalizacji (generalization)

Diagramy klas Model statyczny

Obiekt Składowa dziedziny problemu posiadająca:$ tożsamość$ dane ją opisujące$ zachowanie$ Obiekty wewnętrzne systemu, dane$ np. wektor, plik, raport, drzewo binarne, okno, dokument elektroniczny$ Obiekty zewnętrzne, metadane$ osoba, samochód, dokument papierowy, projekt

Klasa Wzorzec, uogólnienie grupy obiektów opisywanych za pomocą podobnych danych i mających podobne zachowanie Samochody

Związek generalizacji-specjalizacji Pojazd Samochód ciężarowy Samochód Samochód osobowy

Wiele generalizacji

Związek klas Uogólnienie możliwych powiązań obiektów

Krotności związków 0..1 zero lub jeden, opcjonalny$ 1 dokładnie jeden, wymagany$ * - dowolna liczba$ 1..* - jeden lub więcej$ N..M od N do M$ N dokładnie N

Przykłady

Opisy związków Rola Nazwa

Różne związki pomiędzy tymi samymi klasami

Związek pomiędzy obiektami tej samej klasy

Ograniczenia dotyczące związków

Związek kompozycji

Przykład - giełda usług przewozowych

Przykład grafika wektorowa

Przykład czasopismo naukowe

Diagramy stanów Model dynamiczny$ Zastosowania:$ Modelowanie zmian stanów (grup) obiektów$ Modelowanie reakcja na zdarzenia$ Modelowanie algorytmów

Zdarzenie Zjawisko, które zachodzi w pewnym punkcie czasu, np.:$ odjazd pociągu do Gdańska,$ wprowadzenie danych,$ wybranie polecenia z menu,$ przekroczenie temperatury 50 C.

Zdarzenia Zdarzenie zewnętrzne zachodzi poza systemem, np.:$ wprowadzenie danych,$ wybranie polecenia z menu,$ przerwanie przez użytkownika wykonywania operacji.$ Zdarzenie wewnętrzne zachodzi w ramach systemu, np.:$ $ zakończenie wykonywania metody,$ $ błąd arytmetyczny,$ $ przekroczenie czasu.

Stan Okres czasu ograniczony przez dwa zdarzenia $ System (fragment systemu) znajdując się w różnych stanach reaguje w sposób jakościowo różny na zachodzące zdarzenia. (Stan artykułu w czasopiśmie naukowym)

Stany początkowy i końcowy Początkowy Końcowy

Przejście Zmiana stanu w wyniku zdarzenia$ Może być obwarowane warunkami$ Zachodzi natychmiastowo (w przybliżeniu) Zdarzenia Warunek

Akcja Czynność wykonywana (w przybliżeniu) natychmiastowo w momencie zajścia zdarzenia

Czynność Działanie wykonywane w czasie kiedy system jest w pewnym stanie$ Może zostać przerwana w momencie zajścia zdarzenia, które powoduje wyjście ze stanu $ Jeżeli kończy się samoczynnie, to generuje zdarzenie, które powoduje przejście do innego stanu.

Akcje wejściowe, wyjściowe i wewnętrzne =

Stan złożony

Przykład stany artykułu

Przykład zaznaczanie i przesuwanie obiektów w programie graficznym

Diagramy sekwencji Przepływ komunikatów pomiędzy elementami dziedziny problemu

Obiekt Lina życia Czas Nazwa obiektu:nazwa klasy : Osoba - nieokreślony obiekt klasy Osoba, Jan Nowak : Osoba - obiekt Jan Nowak klasy Osoba, Jan Nowak : - obiekt Jan Nowak nieokreślonej klasy.

Komunikaty Synchroniczny Asynchroniczny

Przykład korzystanie z bankomatu

Specyfikacja modelu UML jest językiem graficznym$ Na diagramach można umieszczać szereg dodatkowych informacji ograniczenia, stereotypy, komentarze$ W praktyce diagramy często wspiera się dodatkową specyfikacją wspiera to szereg narzędzi CASE

Specyfikacja klas Opis$ Lista pól$ Lista metod$ Ograniczenia$ Np. Wzrost > 0$ Płaca minimalna < Płaca maksymalna$ Szacowana lub dokładna liczba obiektów tej klasy$ Trwałość

Specyfikacja metod opis specyfikacja deklaratywna$ dane wejściowe$ dane wyjściowe$ algorytm$ warunki wstępne$ warunki końcowe$ wyjątki$ złożoność czasowa$ złożoność pamięciowa

Specyfikacja pól i parametrów typ przechowywanych wartości$ jednostka miary$ zakres dopuszczalnych wartości$ lista możliwych wartości$ wymagana precyzja$ wartość domyślna$ czy pole może być puste$ ograniczenia$ metody, które mogą czytać, ustawiać i modyfikować wartości tego pola.

Specyfikacja algorytmów Algorytm klasyfikacji na podstawie reguł decyzyjnych$ Dane wejściowe$ Uporządkowana (wg. ważności) lista reguł decyzyjnych w postaci:$ Jeżeli (A1 =...) i... i (An...) to Decyzja =...$ Reguła domyślna z pustą częścią warunkową$ Obiekt do zaklasyfikowania opisany atrybutami A1 do An

Algorytm klasyfikacji na podstawie reguł decyzyjnych powtarzaj od reguły najważniejszej do najmniej ważnej$ $$jeżeli obiekt spełnia warunki reguły, to$ $$$ podejmowana jest decyzja wskazywana przez regułę$ $$dopóki nie podjęto decyzji lub nie sprawdzono wszystkich reguł$ $ jeżeli nie podjęto decyzji, to$ $$podejmij decyzję wskazywaną przez regułę domyślną

Budowa statycznego modelu klas Identyfikacja klas $ Identyfikacja związków klas $ Identyfikacja pól $ Identyfikacja metod

Identyfikacja klas Typowe klasy:$ przedmioty namacalne (np. samochód, czujnik),$ role pełnione przez osoby (np. pracownik, wykładowca, polityk),$ zdarzenia, o których system przechowuje informacje (np. lądowanie samolotu, zamówienie, dostawa),$ interakcje pomiędzy osobami i/lub systemami, o których system przechowuje informacje (np. pożyczka, spotkanie, konferencja),$ lokalizacje, tj. miejsca przeznaczone dla ludzi lub przedmiotów,

Identyfikacja klas Typowe klasy$ grupy przedmiotów namacalnych (samochody, czujniki),$ organizacje (np. firma, wydział, związek),$ koncepcje (np. miara jakości, zadanie),$ dokumenty (np. prawo jazdy, faktura),$ klasy będące interfejsami dla systemów zewnętrznych,$ klasy będące interfejsami dla urządzeń sprzętowych.

Identyfikacja klas Analiza dziedziny problemu (problem domain analysis) wykorzystanie wiedzy dziedzinowej$ literatura$ seminaria$ prezentacje$ rysunki$ inne modele np. modele procesów biznesowych

Analiza opisu w języku naturalnym Rzeczowniki - potencjalne klasy, obiekty lub pola$ Czasowniki - potencjalne operacje lub związki klas$ Ma, posiada, obejmuje, składa się, jest częścią, - związki kompozycji$ Rzeczowniki odczasownikowe związki klas$ Rzeczowniki mogą oznaczać role pełnione w związkach

Przykład Każdy projekt jest realizowany przez konsorcjum złożone z co najmniej trzech organizacji. Organizacja może być firmą komercyjną, jednostką badawczą lub organizacją publiczną. Organizacja może realizować wiele projektów badawczych. Każdy projekt ma jednego koordynatora.

Przykład

Identyfikacja klas Wykorzystanie związków klas i obiektów $ Czy klasa ma potencjalne specjalizacje i/lub generalizacje?$ Czy klasa ma części składowe i/lub jest częścią większej całości?$ Czy klasa pozostaje w związkach z innymi klasami?

Identyfikacja klas Analiza funkcji$ Jakie obiekty, jakich klas będą niezbędne do realizacji poszczególnych funkcji

Weryfikacja klas Nieobecność pól i operacji$ Nieliczne (pojedyncze) pola i operacje$ Brak związków z innymi klasami$ Tylko jeden obiekt w klasie$ Dobrą klasą jest klasa Samochód, złymi Samochód Kowalskiego i Samochód Nowaka.

Identyfikacja krotności związków Analiza przykładowych (rzeczywistych lub wymyślonych) powiązań obiektów

Weryfikacja związków obligatoryjnych np. 1 lub 1..* Czy instytut musi mieć pracowników?

Identyfikacja związków kompozycji Zwroty pojawiające się w słownym opisie systemu jak: zawiera, składa się, obejmuje$ Klasy posiadające części składowe $ Klasy będące zbiorami pewnych elementów

Części składowe

Do zobaczenia za tydzień