63. Модульное программирование

Свойства модуля

Модульное программирование основано на понятии модуля - логически взаимосвязанной совокупности функциональных элементов, оформленных в виде отдельных программных модулей.

Модуль характеризуют:

один вход и один выход - на входе программный модуль получает определенный набор исходных данных, выполняет содержательную обработку и возвращает один набор результатных данных, т.е. реализуется стандартный принцип IPO (Input - Process - Output) - вход-процесс-выход;

функциональная завершенность - модуль выполняет перечень регламентированных операций для реализации каждой отдельной функции в полном составе, достаточных для завершения начатой обработки;

логическая независимость - результат работы программного модуля зависит только от исходных данных, но не зависит от работы других модулей;

слабые информационные связи с другими программными модулями - обмен информацией между модулями должен быть по возможности минимизирован;

обозримый по размеру и сложности программный элемент.

Таким образом, модули содержат определение доступных для обработки данных, операции обработки данных, схемы взаимосвязи с другими модулями.

Каждый модуль состоит из спецификации и тела.Спецификации определяют правила использования модуля, а тело - способ реализации процесса обработки.

64. Структурное программирование

Структурное программирование основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей (рис. 18.4).

Рис. 18.4. Блок-схема алгоритма поиска в базе данных.

В любой типовой структуре блок, кроме условного, имеет только один вход и выход, безусловный переход на блок с нарушением иерархии запрещен (оператор типа GoTo в структурном программировании не используется)

65. Алгоритмическое программирование. Основные способы организации действий в алгоритмах.

Одним из первых алгоритмических языков программирования был известный всем Бейсик (Basic), созданный в 1964 г. В настоящее время кроме Бейсика существует достаточно много языков программирования алгоритмического типа: Pascal, С и др.

Язык программирования формируется на основе определенного алфавита и строгих правил построения предложений (синтаксиса). В алфавит языка могут входить буквы, цифры, математические символы, а также операторы, например Print (печать), Input (ввод) и др.

С помощью алгоритмических языков программирования (их еще называют структурными языками программирования) любой алгоритм можно представить в виде последовательности основных алгоритмических структур: линейной, ветвления, цикла.

Линейные алгоритмы. Линейные алгоритмы состоят из нескольких команд (операторов), которые должны быть выполнены последовательно одна за другой. Такие последовательности команд будем называть сериями.

Чтобы сделать алгоритм более наглядным, часто используют блок-схемы. Различные элементы алгоритма изображаются с помощью различных геометрических фигур: начало и конец алгоритма обозначаются прямоугольниками с закругленными углами, а последовательности команд — прямоугольниками (рис. 3).

Ветвление. В отличие от линейных алгоритмов, где команды выполняются последовательно одна за другой, в алгоритмические структуры ветвление входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого реализуется та или иная последовательность команд (серий) (рис. 4).

Цикл. В алгоритмические структуры цикл входит серия команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.

Циклические алгоритмические структуры бывают двух типов:

— циклы со счетчиком, в которых тело цикла выполняется определенное количество раз (рис. 5);

— циклы с условием, в которых тело цикла выполняется до тех пор, пока выполняется условие.

67. Средства разработки программного обеспечения – совокупность приемов, методов, методик, а также набор инструментальных программ (компиляторы, прикладные/системные библиотеки и т.д.), используемых разработчиком для создания программного кода Программы, отвечающего заданным требованиям.

С учетом данного определения термин «Разработка программ» будет звучать следующим образом:

Разработка программ – сложный процесс, основной целью которого является создание, сопровождение программного кода, обеспечивающего необходимый уровень надежности и качества. Для достижения основной цели разработки программ используются средства разработки программного обеспечения.

Основные средства, используемые на разных этапах разработки программ

В зависимости от предметной области и задач, поставленных перед разработчиками, разработка программ может представлять собой достаточно сложный, поэтапный процесс, в котором задействовано большое количество участников и разнообразных средств. Для того, чтобы определить, когда и в каких случаях какие средства применяются, выделим основные этапы разработки программного обеспечения. Наибольший интерес для проблематики рассматриваемого вопроса представляют следующие этапы разработки:

• Проектирование приложения.

• Реализация программного кода приложения.

• Тестирование приложения.

Здесь сознательно опущены этапы, связанные с написанием технического задания, планирования сроков, бюджета и т.д. Причина этого заключается в том, что на данных этапах, за редким исключением, практически не используются специфические средства разработки

68. Событи́йно-ориенти́рованное программи́рование (в дальнейшем СОП) — парадигма программирования, в которой выполнение программы определяется событиями — действиями пользователя (клавиатура, мышь), сообщениями других программ и потоков, событиями операционной системы (например, поступлением сетевого пакета).

СОП можно также определить как способ построения компьютерной программы, при котором в коде (как правило, в головной функции программы) явным образом выделяется главный цикл приложения, тело которого состоит из двух частей: выборки события и обработки события.

69. Объе́ктно-ориенти́рованное, или объектное, программи́рование (в дальнейшем ООП) — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов. В случае языков с прототипированием вместо классов используются объекты-прототипы.

Инкапсуляция

Структуры данных и элементы реализации метода объекта являются невидимыми для других объектов в системе. Единственный путь получения доступа к состоянию объекта — это передача сообщения, вызывающего один из его методов. Строго говоря, доступ к атрибутам осуществляется через методы, которые считывают и устанавливают их значения. Другими словами, атрибуты — это словарь, с помощью которого можно обсуждать видимое извне поведение объекта. Вообще говоря, в программировании это обеспечивает эквивалентность объектного и абстрактного типов данных. Однако для полного описания объекта необходимо также четко определить его интерфейс. Некоторые методы объекта могут быть скрыты за интерфейсом — это закрытые (private) методы. Интерфейс лучше всего рассматривать как общедоступное описание обязанностей (responsibility) объекта. Атрибуты могут быть рассмотрены как обязанность знания, а операции — как обязанность действия. Другими словами, можно сказать, что общедоступный интерфейс определяет вопросы, которые можно задать объекту, и программы действия, которые можно ему предложить. Такое представление объекта — иногда его называют “очеловечиванием” — позволяет рассматривать данный объект как маленького искусственного человечка, способного поддерживать диалог с другими особями и размышлять о собственных характеристиках. Это представление очень удобно на этапе выделения требований и анализа систем.

Наследование

Причину важности наследования можно понять, рассмотрев аналогию с вареным яйцом. Выше было показано, что сопровождение системы может быть упрощено, а необходимые из менения локализованы, потому что реализация скрыта от других объектов за интерфейсом. Следовательно, это преимущество предполагает, что интерфейс никогда не изменится. Однако наш мир не идеален. Люди — даже разработчики — могут ошибаться. Технические требования меняются. Таким образом, интерфейс может подвергаться изменениям и (в связи с обновлением технологии) даже большим, чем при традиционных методах разработки. Ответ — это издание законов, запрещающих изменение интерфейсов и настойчиво требующих, чтобы видоизменения затрагивали только подклассы, которые расширяют или, возможно, заменяют свойства имеющихся объектов. Любое отклонение от этого режима должно рассматриваться как базовая перестройка архитектуры системы. Это правило предполагает, что классы пред назначены для расширения, и укрепляет позиции объектно-ориентированного анализа и проектирования. Экземпляры (обычно) наследуют все свойства классов (и только их), которым они принадлежат. Это называется классификацией (classification). Но в объектно-ориентированной системе можно дать возможность классам наследовать свойства более общих суперклассов. В этом случае унаследованные свойства могут перекрываться, кроме того, для обработки исключительных ситуаций могут вводиться дополнительные свойства. Наследование реализует идеи специализации (specialization) и абстракции (abstraction) и представляет частный случай структурной взаимосвязи между группами классов. Наследование — это только одна из абстрактных структур, с помощью которой мы упорядочиваем мир; но она чрезвычайно важна, и ее важность соответствует важности глагола to be в английском языке. Позже будет рассмотрена еще одна ключевая структура — композиция (соответствующая глаголу to have).

Полиморфизм

Возможность использовать одинаковые выражения для обозначения разных операций называется полиморфизмом. Это, например, использование знака + для обозначения сложения в классе вещественных или целых чисел, применение сообщения “add 1” (“прибавить 1”) и к счету в банке, и к списку памяток: похожие сообщения дают совершенно разные результаты. Полиморфизм обеспечивает возможность абстрагирования общих свойств. Он часто реализуется через динамическое связывание (dynamic binding). Наследование — это частный случай полиморфизма, который характеризует объектно-ориентированные системы. Некоторые специалисты утверждают, что полиморфизм является центральным понятием в объектно-ориентированных системах, но существуют не объектно-ориентированные модельные представления, в которых тоже присутствует данное понятие. Это можно видеть на примере таких языков, как ML или Miranda.