1 тема

Общая характеристика инструментальных средств разработки программ

1. Общая характеристика инструментальных средств разработки программ

2. Инструментальные системы технологии программирования

3. CASE-средства. Характеристика современных CASE-средств

Обзор объектно-ориентированных инструментальных средств

Объектно-ориентированное программирование возникло раньше объектно-ориентированного анализа и проектирования, поэтому на сегодняшний день существует достаточно большое количество языков, поддерживающих данную технологию. Первым из них, по дате возникновения, считается язык Smalltalk, хотя многие элементы объектно-ориентированного подхода были использованы еще в языке Simula в 1967г. Наиболее мощным инструментом создания объектно-ориентированных программ на сегодня является язык C++, созданный на базе языка структурного программирования C. Успешно развивается язык Java, который изначально разрабатывался как объектно-ориентированный.

Разработка крупных программных систем в современных условиях невозможна без использования средств автоматизации разработки программного обеспечения (CASE средств). CASE, поддерживающих объектно-ориентированный подход, не так много. Наиболее известное средство в этом направлении – система Rational Rose, которая поддерживает, в том числе, этапы объектно-ориентированного анализа и проектирования.

Объектно-ориентированное CASE средство Rational Rose

Разработчик Rational Rose - фирма Rational Software Corp., известная своими наработками в области объектно-ориентированных технологий, главной из которых является язык UML. Именно на поддержку UML, как основного языка проектирования ПО, и ориентированна данная CASE система.

Как и любое современное CASE средство, данная система поддерживает все стадии жизненного цикла ПО и предоставляет пользователю широкий спектр функций для анализа, проектирования, построения и сопровождения ПО. При этом используются объектно-ориентированные технологии и широко применяются графические модели.

Rational Rose состоит из следующих основных компонент: репозиторий, графический интерфейс пользователя, средства инспекции проекта (browser), средства контроля проекта, средства сбора статистики и генератор документов и также расширения для поддержки различных языков программирования.

Из основных возможностей можно перечислить следующие:

1. Мощный графический язык моделирования предметной области, обладающий высоким уровнем формализации и поддерживающий объектно-ориентированную методологию.

2. Удобная навигация между элементами модели при помощи "инспектора проекта".

3. Хранение результатов проектирования в виде единой модели.

4. Поддержка работы над проектом группы разработчиков.

5. Мощная система подготовки отчетов и документации о проекте.

6. Возможности синтеза программ практически на всех современных объектно-ориентированных языках, в том числе и на межплатформенном языке Java.

7. Поддержка компонентных технологий построения программных систем.

8. Широкие возможности по проектированию ПО различной архитектуры, от простых программ, до крупных "клиент-серверных" систем и Интернет-приложений.

9. Возможность реинжиниринга модели на основе исходных текстов программы. Этим обеспечивается поддержание единства проектной информации и реализации.

10. Настройка и расширение функциональных возможностей CASE среды путем установки модулей расширения, в первую очередь для поддержки различных языков программирования.

Принципы разработки программных систем в Rational Rose

Построение объектно-ориентированных систем имеет свою специфику. Очевидно, что для наибольшей эффективности следует использовать единую технологию на всех этапах жизненного цикла. Такую возможность предоставляет универсальный язык моделирования UML. Rational Rose поддерживает все этапы проектирования системы, которые определены в спецификации UML.

Основным способом проектирования является создание различного рода диаграмм и спецификаций, определяющих логическую и физическую структуры модели системы, ее статические и динамические аспекты. В их число входят диаграммы классов, состояний, сценариев, модулей, процессов.

На всех этапах предоставляется возможность применять специализированные графические редакторы элементов модели и использовать инспектор модели для навигации среди ее компонентов. Вся проектная информация сохраняется в едином файле модели (*.mdl).

Работа начинается с построения диаграммы использования (Use Case Diagram), характеризующей основные задачи и окружение проектируемой системы. Далее, для каждого блока использования (Use Case), представленного на диаграмме использования, разрабатываются диаграммы последовательностей (Sequence Diagram), идентифицирующие объекты в системе и описывающие последовательности событий, возникающих в процессе общения объектов. Rational Rose позволяет автоматически связывать диаграммы последовательностей с блоками использования.

Объекты, присутствующие на диаграммах последовательностей, определяются в системе с помощью классов. Классы и их взаимосвязь задается с помощью диаграмм классов, разработка которых также поддерживается Rational Rose. Классы группируются в пакеты. Rational Rose позволяет определить набор пакетов, взаимосвязи между ними и представить составляющие их классы на вложенных диаграммах классов.

Состав компилируемых и выполняемых модулей системы задается в Rational Rose с помощью диаграммы компонентов. На диаграмме определяются зависимости между компонентами. Для компонентов могут задаваться интерфейсы, через которые реализуются зависимости. Диаграммы развертывания в Rational Rose отражают конфигурацию исполняемой программной системы и состоят из узлов и отношений взаимодействия между узлами. Узлы включают в себя компоненты, представленные на диаграмме компонентов системы.

Для полностью определенной модели можно осуществить генерацию исходных программных текстов на различных объектно-ориентированных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose, например Java или C++.

Полученные программные тексты могут быть модифицированы вне Rational Rose, а для учета произведенных изменений система позволяет выполнить реинжиниринг текстов в модель.

Проектирование программных средств

Моделирование предметной области. Создание проекта начинается с формирования принципов использования системы. В рамках Rational Rose это этап именуется "Use Case View". Реализация этого этапа позволяет идентифицировать внешних пользователей, блоки использования, объекты системы и связи между ними.

Составляется диаграмма использования, отражающая внешнее функционирование создаваемой системы. Эта модель во многом аналогична диаграмме потоков данных в структурном анализ. Основными ее составляющими являются внешние пользователи (actors), блоки использования (use case) и связи между компонентами. Для создания диаграммы в Rational Rose используется специализированный графический редактор.

Все элементы диаграммы использования выделяются системой как самостоятельные компоненты модели в рамках данного этапа и подлежат дальнейшей спецификации. В первую очередь это касается блоков использования, которые отражают группы функций системы, представляемые как единое целое для внешнего пользователя.

Для каждого блока использования строится диаграмма последовательностей, на которой отображается взаимодействие во времени объектов, выполняющих поставленную задачу. На подобных диаграммах идентифицируются объекты системы и определяются сообщения, с помощью которых эти объекты взаимодействуют. Построение диаграмм проводится в специализированном редакторе.

Каждый объект на диаграмме последовательностей сопровождается именем класса, к которому он принадлежит. Конкретный объект является экземпляром некоторого класса. Классы образуют логическую структуру системы.

Разработка логической структуры. После завершения формирования принципов использования системы, наступает этап разработки ее логической структуры. В Rational Rose он именуется "Logical View". Результатом данного этапа должна стать главная диаграмма, и детализирующие диаграммы для ее элементов.

На этом этапе следует определить классы, которые необходимы в системе. Экземпляры этих классов уже указаны на диаграммах последовательностей. Классы и их связи отражается в модели в виде диаграммы классов. Группы классов на этих диаграммах могут быть объединены в пакеты.

Проектирование логической структуры следует начинать с определения основных пакетов. Пакет – универсальное средство для группировки элементов модели. Применение пакетов позволяет сделать модель более обозримой. Пакеты могут быть вложенными друг в друга. Классы, составляющие каждый пакет, детализируются на вложенной диаграмме.

Встроенный в Rational Rose редактор диаграмм классов представляет удобные средства для таких операций, а инспектор модели облегчает перемещение по иерархии диаграмм.

Для каждого класса задается спецификация, описывающая состав атрибутов и методов, связи, шаблон, на основе которого создан класс, и особенности реализации.

Наличие шаблонов позволяет легко создавать классы различной структуры.

Классы могут импортироваться в систему извне. Rational Rose поддерживает компонентную структуру программного обеспечения и позволяет использовать в модели двоичные компоненты, такие как COM и ActiveX. Их представление в модели выполняется с помощью классов, основанных на интерфейсах данных компонентов.

Кроме диаграмм классов, для описания логики системы применяются на данном этапе применяются диаграммы состояний, диаграммы сценариев и другие элементы языка UML

Проектирование физической структуры приложения. Классы, описанные на предыдущем этапе, связываются с физическими компонентами программы при помощи диаграмм компонент.

Компонент представляет собой выполняемый модуль системы, и связан с файлом исходного текста, двоичным файлом библиотеки, объектным модулем, исполняемым файлом. Компоненты могут включать в себя другие компоненты.

Для визуализации компонентов проектируемой системы используются диаграммы компонент. Этап построения диаграмм компонент в Rose именуется "Component View". Он состоит из построения общей диаграммы и, при необходимости, детализации отдельных компонентов на вложенных диаграммах.

Данные диаграммы отражают взаимосвязь составных частей программного обеспечения. Взаимосвязь реализуется через интерфейсы, которые также отображаются на диаграмме.

Построение диаграмм выполняется в специализированном редакторе. Для компонента задаются составляющие его классы.

Для компонента может производится генерация исходного текста на различных языках программирования, поддерживаемых Rational Rose, или назначаться программные фрагменты, разработанные вне среды Rose. В последнем случае их интерфейс должен соответствовать объявленному в модели.

Последним этапом в проектировании программного обеспечения является подготовка диаграммы развертывания. В Rose этот этап именуется "Deployment View". Диаграммы развертывания показывает конфигурацию исполняемой программной системы. Она состоит из узлов и отношений взаимодействия между узлами и компонентами. Узлы могут включать компоненты и объекты. Узлы являются физическими элементами времени выполнения.

Построение и сопровождение системы

Генерация исходных текстов. После того, как определены конкретные компоненты разрабатываемой системы, наступает время генерации программного кода для каждого компонента.

Фактически, Rose генерирует скелет программы, который в последствии передается программистам на доработку. Автоматически синтезируются определения классов и методов, конкретную реализацию которых следует выполнить вручную.

Исходной информацией для этой операции являются сведения о классах, составляющих данный компонент и выбранном языке реализации данного компонента.

Перед выполнением операции следует определить состав и параметры сохранения полученного кода. Далее, выполнить генерацию, выбрав требуемый язык. При возникновении ошибок система проинформирует об этом.

Возможна выборочная генерация программного кода для отдельных компонентов модели и настройка информации, помещаемой в программные файлы. Этим достигается высокая гибкость при модернизации и модификации модели.

Rational Rose 98 Enterprise Edition позволяет генерировать исходный текст на Visual Basic, C++, Java, а также получать описание интерфейсов компонент на языке IDL и создавать проекты для системы Oracle 8.

Реинжиниринг модели на основе исходных текстов. Возможность реинжиниринга, или, как его еще называют, "обратного проектирования", модели по исходным программным текстам представляется одной из важных и, безусловно, полезных функций Rose. Потребность в такой операции часто возникает при выполнении модификации и модернизации проекта. Сгенерированные по модели шаблоны программы, после их передачи программистам, могут быть модифицированы и необходимо учитывать эти изменения в модели. Кроме того, поскольку Rational Rose поддерживает импорт двоичных компонентов (COM объекты в среде Win32), то поддержка построения классов на основе описания интерфейсов двоичного компонента просто необходима.

Реинжиниринг классов можно выполнить, выбрав язык программирования, на котором реализованы классы, и задав каталог с исходными файлами. Далее можно выбрать необходимые файлы или провести реинжиниринг для всех. При выполнении этих действий надо быть внимательным, и выделять только те элементы, которые действительно могут быть преобразованы в модель. В процесс работы система будет информировать вас о наличии ошибок.

После успешного завершения операции, на диаграмме компонентов (этап "Component View") появится новый элемент, имеющий имя, совпадающее с каталогом исходных файлов. Переход на этап "Logical View" покажет, что все классы и пакеты, составляющие новый компонент, также появились на диаграммах классов.

Теперь становится возможным внести в модель изменения, определяемые добавленными компонентами, и вновь генерировать исходные тексты.

Поддержка этапов разработки

Компоненты и шаблоны. Одной из возможностей Rose является моделирование двоичных компонентов, поддерживающих спецификацию COM. В модели подобные компоненты представляются интерфейсными классами, созданными на основе IDL файлов, сопровождающих COM объект. Это позволяет включать в модель различные готовые компоненты.

Поддержка шаблонов элементов модели позволяет упростить процесс проектирования. В Rose можно создавать и использовать шаблоны для большинства элементов модели, в том числе: блоков использования, пакетов, классов, компонентов, а также для операций над моделью. В процессе создания нового элемента следует указать, какой шаблон используется, и элемент будет включать все свойства шаблона. Такой подход позволяет избавиться от рутинной работы и сконцентрироваться на самом проекте.

Рабочие среды. Логичным развитием идеи использования шаблонов и внешних двоичных компонентов в Rational Rose стало появление рабочей среды (Framework).

Рабочая среда является разновидностью шаблона, устанавливающего окружение для создаваемой модели. Это выполняется путем загрузки базовых элементов, включенных в рабочую среду, которые становятся неотъемлемой частью модели.

Rose предоставляет широкий набор стандартных рабочих сред, кроме того можно создавать собственные. Набор стандартных рабочих сред следующий:

• Среда проектирования распределенных приложений (Application Performance Explorer)

• Стандартная среда (Standard). Ориентированна на создание приложений на Visual Basic. Включает объявление многих стандартных объектов VB.

• Среда проектирования приложений для Интернет (Internet). Включает определение различных компонентов ActiveX и библиотек VB.

• Среда проектирования приложений для работы с локальными базами данных (Local Database). Содержит объявление объектов системы DAO

• Среда проектирования приложений с использованием RDO (Remote Data Object). Позволяет использовать объекты RDO для создания клиент-серверных приложений.

• Среда проектирования приложений для доступа к SQL-серверами (SQL Server Distributed Management Object (SQL-DMO)), поддерживающая доступ к SQL через объекты OLE-Automation.

• Среда поддержки Microsoft Transaction Server

• Среда поддержки Microsoft Outlook

• Среды проектирования приложений на Java (Java JDK 114 Full и Java JDK 114 Quick). Включают модели классов и интерфейсов Java полученные путем реинжиниринга.

• Среда поддержки Oracle8

Среда разработки назначается при создании модели. Хранятся среды разработки в виде файлов модели (*.mdl) предназначенных только для чтения (Read only). В процессе создания новой модели необходимые элементы загружаются из выбранной среды разработки, после чего новую модель.

Среды разработки представляют собой замечательный механизм для настройки Rose на конкретный проект. Можно создать собственную среду разработки, которая будет включать необходимые вам элементы из различных стандартных сред. В состав Rational Rose входит "мастер" по созданию рабочих сред.

Поддержка группы разработчиков. Всякий крупный проект обычно выполняется группой разработчиков, в которую входят аналитики, проектировщики, программисты. Процесс разработки представляет собой последовательные итерации с циклом "анализ"-"проектирование"-"реализация". На каждом этапе с моделью работают несколько разработчиков и этапы циклически повторяются. В таких условиях необходимо поддерживать целостность проекта, учитывать изменения, вносимые на разных этапах и согласовывать этапы. Все это требует использования общего репозитория и специальной идеологии проектирования.

Наряду с удобным средством инспектирования модели, облегчающим переключение между этапами, в Rational Rose определены механизмы поддержки группы разработчиков.

Создаются различные рабочие области для разработчиков и рабочая область всего проекта. Каждый разработчик производит изменения в своей части (подмодели), и эти изменения становятся глобальными (переносятся в общую модель) только после их утверждения системой управления проектом. В качестве контроллеров проекта в Rose могут использоваться внешние системы, такие как ClearCase и Microsoft SourceSafe.

Использование модулей расширения. В Rational Rose введен гибкий механизм конфигурации и настройки возможностей системы. Существуют различные модули расширения, устанавливаемые в Rose и решающие различные задачи. Можно выделить два основных типа модулей расширения: расширения, поддерживающие языки программирования и расширения функциональных возможностей среды.

При добавлении нового расширения, оно интегрируется с системой путем добавления пунктов в системные меню и установкой необходимых библиотек и исполняемых файлов. Кроме того, каждое расширение может добавлять в систему собственные типы и шаблоны.

Добавление необходимых расширений обычно производится при начальной установки системы, однако их можно установить и позднее. Поддерживается распространение расширений через сеть Internet

Для управления расширениями в Rose существует менеджер расширений. С его помощью можно активизировать и де активизировать различные модули расширений.

Достоинства и недостатки Rational Rose

Данное CASE средство может быть применено для создания разнообразного объектно-ориентированного программного обеспечения, в первую очередь для платформы Windows, а так же на межплатформенном языке Java.

На всех этапах разработки применяется язык UML, и проект программного средства представляет собой единую модель.

Важными достоинствами являются настройка на различные языки программирования и архитектуры программных систем, а также возможность "обратного проектирования" на основе исходных текстов, на различных языках программирования. Существует поддержка различных способов физической реализации для компонент проектируемой системы.

Очень полезной оказывается возможность конфигурирования системы с помощью модулей расширения. По сути, единственным способом написания приложения для не-Windows операционной системы является использование языка Java.

6