3.3. Методы, технологии и инструментальные средства производства программных продуктов

Выделим основные инструментальные программные средства, позволяющие создавать, отлаживать, анализировать и выполнять программы. Реальные компиляторы с языков программирования высокого уровня превращают исходную программу не сразу в коды, а в некоторую промежуточную форму, называемую объектным кодом. После компиляции в такой промежуточный объектный код необходим еще один этап, во время которого из объектных кодов отдельных частей программы собирается вся программа в кодах целиком. На этом же этапе, называемом редактированием связей или сборкой, происходит подключение стандартных подпрограмм, если они нужны, и преобразование оставшихся имен в адреса.

Таким образом, программист с помощью служебной программы — редактора текстов — записывает исходный текст своей программы в какие-то файлы на диске, с помощью другой программы — компилятора — преобразовывает их в объектные коды, с помощью третьей — редактора связей (сборщика) — получает программу в кодах или загрузочный файл. После этого загрузочный файл можно выполнить средствами операционной системы. Эти три вида инструментальных средств составляют минимальный набор, позволяющий разрабатывать программы. Рассмотрим эти и другие средства подробнее.

Редактор (editor)— программа для ввода и редактирования исходного текста.

Компилятор (compiler) — программа, преобразующая исходный текст программы в выполняемый код. Как правило, компилятор порождает так называемый объектный файл — машинный код с незаполненными внешними ссылками, хотя могут генерировать и исполняемые файлы. По способу генерации кода компиляторы делятся на обычные и оптимизирующие. Оптимизирующие компиляторы работают гораздо дольше обычных, но генерируют код, оптимизированный по скорости или по объему.

Компоновщик или редактор связей (linker)— программа, собирающая из совокупности объектных файлов и библиотек исполняемую программу. По способу генерации кода компоновщики делятся на обычные и инкрементальные. Инкрементальные редакторы связей позволяют значительно ускорить процесс компоновки за счет учета информации о предыдущей компоновке.

Отладчик (debugger) — программа, позволяющая контролировать код и данные программы во время ее выполнения с целью обнаружения ошибок. В настоящее время распространены символьные отладчики, позволяющие кроме чисел отображать код на ассемблере либо на исходном языке высокого уровня.

Профилировщик (profiler) — программа, предназначенная для оценки эффективности выполнения различных участков кода. Профилировщики встраивают в программу специальный код, позволяющий подсчитать частоту вызова различных подпрограмм, время их работы с учетом и без учета вызываемых подпрограмм и большое количество других параметров. Накопленную информацию профилировщики отображают в численном виде, а наиболее совершенные из них — в виде графиков и диаграмм.

Библиотекарь (librarian) — программа, позволяющая создавать из объектных файлов библиотеки.

Библиотека (library) — набор данных и подпрограмм. Библиотеки по способу использования делятся на статические (static library) и динамически связываемые (dynamic link library — DLL). Статические используются только при компоновке программы, при которой из них извлекаются используемые модули. Динамические библиотеки постоянно находятся в памяти, вследствие чего их модулями могут пользоваться различные программы одновременно. Для этого используется специальный механизм динамического связывания.

В настоящее время для платформы Intel наиболее известны следующие проблемно-ориентированные библиотеки, предназначенные для построения пользовательского интерфейса:

• Object Windows Library (OWL) — для приложений Microsoft Windows;

• Microsoft Foundation Classes (MFC) — для приложений Microsoft Windows;

• Visual Component Library (VCL) — для приложений Microsoft Windows.

Для Unix-платформ принят более унифицированный подход к построению пользовательского интерфейса, получивший название X Window. В его основе лежит библиотеки нижнего уровня Xlib и среднего уровня — Xintrinsics, на основе которых предложены две конкурирующие библиотеки высокого уровня — OpenLook фирмы Sun и Motif объединения Open Software Foundation (OSF).

Все перечисленные инструментальные средства по способу вызова могут быть как автономными, так и встроенными в интегрированную среду программирования.

Интегрированная среда разработчика (Integrated Developer Environment). Это программа, интегрирующая в себе редактор, компилятор, отладчик и большинство других указанных выше инструментальных средств. Интегрированная среда может как содержать отдельные компоненты в себе, так и вызывать их извне, что определяется политикой фирм-разработчиков.

В настоящее время многие интегрированные среды поддерживают популярную технологию визуального программирования — так называемую технологию быстрой разработки приложений (Rapid Application Development — RAD). Эта технология позволяет быстро создавать и изменять графический интерфейс пользователя. Поскольку программирование графического интерфейса пользователя является достаточно объемной и сложной задачей, то путем сокращения затрат на его создание уменьшаются затраты на разработку приложения в целом.

В то же время, технология RAD не может ускорить создание прикладной части программы, которая занимается собственно обработкой данных. Эта часть работы, в любом случае, ложится на программистов.

Другие инструментальные средства. Кроме перечисленных, нередко используют другие инструменты, такие как генераторы дистрибутивов, построители файлов справки, генераторы документации и т.д.

3.4. Некоторые аспекты программирования на алгоритмическом языке С/С++

1. Компилятор языка чувствителен к коду символов (литер). Служебные слова в операторах, как правило, пишутся маленькими (не прописными) буквами. Существуют специальные случаи, например служебное слово EOF, написание которых оговорено в справочной или сопроводительной литературе.

2. В логических выражениях, с помощью которых записываются условия в управляющих структурах, используются логические величины (переменные), однако в яыке С/С++ отсутствует специальный тип для их описания. Если выражение может быть приведено к целому значений 1 или к любому ненулевому значению, то оно считается истинным, если к целому 0 – то ложным.

3. Во всех структурах языка С/С++ «оператор» может представлять собой как одиночный оператор, так и блок (составной оператор), т.е. совокупность операторов, заключенных в фигурные скобки {…}.

4. Для использования стандартных или входящих в комплект поставки функций С/С++ к исполняемой программе подключаются необходимые библиотечные файлы. Это можно сделать при помощи директивы препроцессору #include <имя библиотечного файла>. Эти директивы предписывают процессору поместить на место встретившегося в исполняемой программе имени функции содержимое функции-подпрограммы из указанного библиотечного файла.

5. Препроцессор расширяет все макровызовы и подставляет все внешние файлы. В результате работы препроцессора формируется исходный текст на С/С++, который далее обрабатывается компилятором.

6. Ввести данные в программу можно либо оператором присваивания, либо оператором ввода с экрана дисплея, либо с помощью генератора случайных чисел. Функции генерации случайных чисел описаны в библиотечном файле stdlib.h. Функция randomize() генерирует начальное значение последовательности случайных чисел, а функция random (n) определяет (возвращает) целое положительное число в диапазоне от 0 до n.

7. Следует помнить, что комментарии – это пояснения к оператору, блоку или тексту программы. Они используются либо по прямому своему назначению, либо на начальном этапе отладки программы, поскольку являются неисполняемой частью программы. Комментарии в С-программах заключаются в скобки /*…*/, а также пишутся после двойной косой черты //, тогда информация до конца строки воспринимается комментарием.

8. Язык программирования С мобилен и причудлив в описании типов и позволяет создавать сложные структуры данных. При описании сложных идентификаторов используются следующие правила:

- чем ближе модификатор стоит к идентификатору, тем выше его приоритет;

- модификаторы [] и () имеют более высокий приоритет, чем *;

- круглые скобки используются для объединения частей идентификаторов, имеющих самый высокий приоритет.

Пример. float (*ff)(); // указатель на функцию, возвращающую тип float.

float *fg[7] (); // массив указателей из семи элементов на функцию, возвращающую тип float.

9. Функции и операторы, позволяющие завершать или приостанавливать выполнение блока программы, а также приостанавливать вывод данных на экран:

void exit(int status) – функция описана в библиотеке stdlib.h, завершает выполнение программы и всех функций, буферы открыты для записи; status определяет статус или код завершения и равен 0, если осуществляется нормальное завершение программы;

void abort (void) – функция описана в библиотеке stdlib.h, завершает выполнение программы при наличии ошибок выполнения, соответствует функции exit(3);

break – завершает выполнение управляющих операторов ветвления и цикла;

continue – возвращает управление к началу цикла, пропуская оставшуюся его часть;

return – прерывает выполнение функции и возращает ей значение выражения;

void delay (unsigned int) – функция описана в библиотеке dos.h и приостанавливает выполнение программы на заданное число миллисекунд;

int getch(void) – функция описана в библиотеке conio.h, читает символ с клавиатуры и приостанавливает выполнение программы до нажатия на любую клавишу;

kbhit(void) – функция описана в библиотеке conio.h, возвращает целое ненулевое значение, если на клавиатуре была нажата клавиша или 0 в противном случае.

4. Основы языка программирования С/С++

При написании программ в языках С и С++ используются следующие поня­тия:

• алфавит;

• константы;

• идентификаторы;

• ключевые слова;

• комментарии.

Алфавит (или множество литер) языка программирования C++ основывается на множестве символов таблицы кодов ASCII. Алфавит C++ включает:

• строчные и прописные буквы латинского алфавита (мы их будем называть буквами),

• цифры от 0 до 9 (назовём их буквами-цифрами),

• символ '_' (подчерк - также считается буквой),

• набор специальных символов: " { } , | [ ] + - %? < > = ! / \ ; ' : & # ~ ^ . *

• прочие символы.

Алфавит C++ служит для построения слов, которые в C++ называются лексемами. Различают пять типов лексем:

• идентификаторы;

• ключевые слова;

• знаки (символы) операций;

• литералы;

• разделители.

Почти все типы лексем (кроме ключевых слов и идентификаторов) имеют собственные правила словообразования, включая собственные подмножества алфавита.

Лексемы разделяются разделителями. Этой же цели служит множество пробельных символов, к числу которых относятся пробел, символы горизонтальной и вертикальной табуляции, символ новой строки, перевода формата и комментарии.

В языке программирования С++ существуют правила построения идентификаторов из букв алфавита:

1. Первым символом идентификатора C++ может быть только буква.

2. Следующими символами идентификатора могут быть буквы, буквы-цифры и буквы-подчерки.

3. Длина идентификатора неограниченна (фактически же длина зависит от реализации системы программирования).

Вопреки правилам словообразования в C++ существуют ограничения относительно использования подчерка в качестве самой первой буквы в идентификаторах. Особенности реализации делают нежелательными для использования идентификаторы, которые начинаются с этого символа.

Часть идентификаторов C++ входит в фиксированный словарь ключевых слов. Эти идентификаторы образуют подмножество ключевых слов. Прочие идентификаторы после специального объявления становятся именами. Имена служат для обозначения переменных, типов данных, функций и меток.