Требования, предъявляемые при разработке программ. Стиль написания программ. Отладка и тестирование программ

Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5.

7. Сопровождение программы:

• доработка программы для решения конкретных задач;

• составление документации к решенной задаче, к математической модели, к алгоритму, к программе, к набору тестов, к использованию.

Любое программное обеспечение, от простого Web-сайта до мощных систем управления базами данных, является высокотехнологичным изделием и должно отвечать следующим критериям:

· надежности;

· адекватной обработке нештатных ситуаций;

· легкой модернизируемости.

Общие этапы разработки программ:

· определение требований к программе;

· разработка технического задания;

· разработка проекта программы;

· кодирование программы;

· сборка программы;

· тестирование программных модулей;

· опытная эксплуатация программы;

· доводка программного обеспечения;

· ввод программы в постоянную эксплуатацию;

· поддержка программы;

· определение требований к новой версии программы;

и далее происходит повторение всех вышеперечисленных стадий.

Разработка технического задания в идеале должна осуществляться заказчиком. На практике зачастую это делает разработчик по причине отсутствия у заказчика квалифицированных специалистов, сведущих в области разработки программного обеспечения. Техническое задание, как правило, разрабатывается на основе ГОСТа 19.201-78 «ЕСПД. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению». В случаях разработки технического программного обеспечения в составе автоматизированных систем применяется ГОСТ 34.602-89 «Информационная технология. Техническое задание на создание автоматизированной системы».

Техническое задание проходит процедуру согласования между заказчиком и разработчиком после проверки правильности его оформления службой нормоконтроля разработчика.

На основе утвержденного технического задания разрабатывается проектная документация (проект). Содержание проекта зависит от типа программного обеспечения и традиций предприятия разработчика.

Обязательными составляющими проекта должны быть:

• пояснительная записка (по ГОСТу 19.404-79 «ЕСПД. Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению»).
• описание программы (по ГОСТу 19.402-78 «ЕСПД. Описание программы»).
• перечень терминов, используемых в проекте. Для web-сайтов в состав проекта включаются:
• эскиз дизайна сайта;
• перечень материалов, используемых в составе сайта;
• структура баз данных (в случае наличия таковых)

для программ, работающих с базами данных структура их является обязательной составляющей.

Проект является документом, на основе которого разрабатывается программа, и любые изменения в структуре и функциях программы без внесения изменений в проект недопустимы. Именно проект является документом, на основе которого в дальнейшем производится анализ программы и подготовка выпуска последующих версий.

Для осуществления кодирования программы проектировщик выдает задания программисту на кодирование модулей программы. В задании определяются требования к структуре входных и выходных данных модуля, к названиям переменных, используемых в модуле, к алгоритму обработки данных модулем, к приемам программирования (в случае необходимости). Программный код сопровождается подробным комментарием, от качества которого зависит возможность выпуска последующих версий программы.

Помните: дальше с Вашим кодом будут работать другие люди, и разобраться в нем без комментариев им будет затруднительно.

Тщательно в коде должен быть описан смысл входных и выходных данных каждого модуля, а также смысл и функции самого модуля. Это важно для успеха сборки программы.

За стадию сборки программы отвечает руководитель проекта. На этой стадии программа формируется как единое целое. Поскольку все составляющие программы создавались разными программистами, эта стадия особенно важна для устранения несовпадений и несовместимости всех созданных модулей.

Программы могут удовлетворять данным требованиям только при тщательном соблюдении всей технологии разработки программного обеспечения.

Стиль - совокупность правил, лежащих в основе синтаксиса и семантики языка программирования. Различают следующие стили:

1. неструктурный;

2. структурный;

3. логический;

4. объектно-ориентированный;

5. функциональный.

Рассмотрим перечисленные стили подробнее.

Неструктурное программирование допускает использование в явном виде команды безусловного перехода (в большинстве языков GOTO). Типичные представители неструктурных языков - ранние версии Бейсика и Фортрана. Данный стиль вызван особенностями выполнения машиной программы в кодах и унаследован от программ на языке ассемблера, поскольку там команда перехода является обязательной. Однако в языках высокого уровня наличие команды перехода влечет за собой массу серьезных недостатков: программа превращается в "спагетти" с бесконечными переходами вверх-вниз, ее очень трудно сопровождать и модифицировать. Фактически неструктурный стиль программирования не позволяет разрабатывать большие проекты. Ранее широко практиковавшееся первоначальное обучение программированию на базе неструктурного языка (обычно Бейсика) приводило к огромным трудностям при переходе на более современные стили. Как отмечал известный голландский ученый Э. Дейкстра, "программисты, изначально ориентированные на Бейсик, умственно оболванены без надежды на исцеление".

Структурный стиль был разработан в середине 60-х - начале 70-х гг. В его основе лежат две идеи:

задача разбивается на большое число мелких подзадач, каждая из которых решается своей процедурой или функцией (декомпозиция задачи). При этом проектирование программы идет по принципу сверху вниз: сначала определяются необходимые для решения программы модули, их входы и выходы, а затем уже эти модули разрабатываются. Такой подход вместе с локальными именами переменных позволяет разрабатывать проект силами большого числа программистов.

как доказал Э. Дейкстра, любой алгоритм можно реализовать, используя лишь три управляющие конструкции: последовательное выполнение, ветвление и цикл (рисунок 1.1; обратите внимание на обозначения в соответствии с действующим стандартом). Данное обстоятельство позволяет при наличии соответствующих операторов исключить из языка команду перехода GOTO.

а) Последовательное б) Ветвление в) Цикл выполнение

Принципы структурного программирования были реализованы в языке Алгол, но наибольшую популярность завоевал язык Паскаль, созданный в 1970 швейцарским ученым Н. Виртом. Паскаль получил широчайшее распространение и может считаться образцовым языком программирования, наиболее популярным и сейчас (например, в версии Delphi фирмы Imprise).

Логическое программирование представляет собой попытку возложить на программиста только постановку задачи, а поиски путей ее решения предоставить транслятору. Логические языки (Пролог, Симула) имеют специальные конструкции для описания объектов и связей между ними.

Хотя работы по логическому программированию ведутся с 50-х гг., в настоящее время данное направление несколько потеряло свою актуальность в связи с отсутствием реальных результатов, поскольку большинство реализованных на принципах логического программирования систем оказались практически непригодными.

Объектно-ориентированное (ОО) программирование, разработанное в середине 70-х гг. Керниганом и Риччи и реализованное в ОО-версиях языков Си и Паскаль, представляет собой отображение объектов реального мира, их свойств (атрибутов) и связей между ними при помощи специальных структур данных. Структурное программирование подразумевает наличие ряда встроенных структур данных: целых, вещественных и строковых переменных, массивов, записей - при помощи которых и производится отображение свойств объектов реального мира. При объектно-ориентированном подходе для объекта создается своя структура данных (класс), содержащая как свойства объекта (поля), так и процедуры для управления объектом (методы).

Например, рассмотрим простейший объект - точку на экране. Она имеет как минимум три поля (координаты и цвет) и методы вроде "ChangeColor" (поменять цвет), "MoveXY" (переместиться в точку х, у) и т.д. Объектно-ориентированный подход является в настоящее время доминирующим и позволяет сократить время разработки и увеличить надежность больших проектов. Однако программы в данном стиле отличаются громоздким синтаксисом; в целом идеология объектно-ориентированного подхода весьма неочевидна часто воспринимается с трудом (особенно это характерно для языка Си, который и в своем первоначальном виде отличается крайне неудобочитаемым синтаксисом) и переход к его использованию труден или невозможен для большого числа программистов.

В основе функционального стиля лежит понятие функции как "черного ящика", имеющего вектор параметров (аргументов) на входе и результат r (скаляр) на выходе:

Допустим случай, т.е. вектор параметров отсутствует. В функциональных языках программирования отсутствуют операторы: все действия, в том числе и управляющие конструкции, выполняются при помощи вызовов функций. Поскольку каждая функция возвращает значение, ее можно подставить в качестве аргумента другой функции, что позволяет записывать сложные выражения в функциональной форме. Одним из первых функциональных языков стал язык Лисп, созданный в конце 50-х гг. как язык искусственного интеллекта.

К языкам искусственного интеллекта (сокращенно обозначается AI - artificialintelligence) относят такие языки, которые способны в зависимости от набора исходных данных модифицировать алгоритм работы, т.е. "на ходу" менять программу (поговорка гласит, что на языках искусственного интеллекта программируют те, кому не хватает интеллекта естественного).

При разработке программ наиболее трудоемким является этап отладки и тестирования программ. Цель тестирования, т.е. испытания программы, заключается в выявлении имеющихся в программе ошибок. Цель отладки состоит в выявлении и устранении причин ошибок.

Отладку программы начинают с составления плана тестирования. Такой план должен представлять себе любой программист. Составление плана опирается на понятие об источниках и характере ошибок. Основными источниками ошибок являются недостаточно глубокая проработка математической модели или алгоритма решения задачи; нарушение соответствия между схемой алгоритма или записью его на алгоритмическом языке и программой, записанной на языке программирования; неверное представление исходных данных на программном бланке; невнимательность при наборе программы и исходных данных на клавиатуре устройства ввода.

Нарушение соответствия между детально разработанной записью алгоритма в процессе кодирования программы относится к ошибкам, проходящим вследствие невнимательности программиста. Отключение внимания приводит и ко всем остальным ошибкам, возникающим в процессе подготовки исходных данных и ввода программы в ЭВМ. Ошибки, возникающие вследствие невнимательности, могут иметь непредсказуемые последствия, так как наряду с потерей меток и описаний массивов, дублированием меток, нарушением баланса скобок возможны и такие ошибки, как потеря операторов, замена букв в обозначениях переменных, отсутствие определений начальных значений переменных, нарушение адресации в массивах, сдвиг исходных данных относительно полей значений, определенных спецификациями формата.

Учитывая разнообразие источников ошибок, при составлении плана тестирования классифицируют ошибки на два типа: 1 – синтаксические; 2 – семантические (смысловые).

Синтаксические ошибки – это ошибки в записи конструкций языка программирования (чисел, переменных, функций, выражений, операторов, меток, подпрограмм).

Семантические ошибки – это ошибки, связанные с неправильным содержанием действий и использованием недопустимых значений величин.

Обнаружение большинства синтаксических ошибок автоматизировано в основных системах программирования. Поиск же семантических ошибок гораздо менее формализован; часть их проявляется при исполнении программы в нарушениях процесса автоматических вычислений и индицируется либо выдачей диагностических сообщений рабочей программы, либо отсутствием печати результатов из-за бесконечного повторения одной и той же части программы (зацикливания), либо появлением непредусмотренной формы или содержания печати результатов.

В план тестирования обычно входят следующие этапы:

Сравнение программы со схемой алгоритма.

Визуальный контроль программы на экране дисплея или визуальное изучение распечатки программы и сравнение ее с оригиналом на программном бланке. Первые два этапа тестирования способны устранить больше количество ошибок, как синтаксических (что не так важно), так и семантических (что очень важно, так как позволяет исключить их трудоемкий поиск в процессе дальнейшей отладки).

Трансляция программы на машинных язык. На этом этапе выявляются синтаксические ошибки. Компиляторы с языков Си, Паскаль выдают диагностическое сообщение о синтаксических ошибках в листинге программы (листингом называется выходной документ транслятора, сопровождающий оттранслированную программу на машинном языке – объектный модуль).

Редактирование внешних связей и компоновка программы. На этапе редактирования внешних связей программных модуле программа-редактор внешних связей, или компоновщик задач, обнаруживает такие синтаксические ошибки, как несоответствие числа параметров в описании подпрограммы и обращении к ней, вызов несуществующей стандартной программы.например, 51 H вместо 51 N, различные длины общего блока памяти в вызывающем и вызываемом модуле и ряд других ошибок.

Выполнение программы. После устранения обнаруженных транслятором и редактором внешних связей (компоновщиком задач) синтаксических ошибок переходят к следующему этапу – выполнению программы на ЭВМ на машинном языке: программа загружается в оперативную память, в соответствие с программой вводятся исходные данные и начинается счет. Проявление ошибки в процессе вода исходных данных или в процессе счета приводит к прерыванию счета и выдаче диагностического сообщения рабочей программы. Проявление ошибки дает повод для выполнения отладочных действий; отсутствие же сообщений об ошибках не означает их отсутствия в программе. План тестирования включает при этом проверку правильности полученных результатов для каких-либо допустимых значений исходных данных.

Тестирование программы. Если программа выполняется успешно, желательно завершить ее испытания тестированием при задании исходных данных, принимающих предельные для программы значения.а также выходящие за допустимые пределы значения на входе.

Контрольные примеры (тесты) – это специально подобранные задачи, результаты которых заранее известны или могут быть определены без существенных затрат.

10. Алгоритмизация и программирование: алгоритм и его свойства, принцип разработки алгоритмов. Представление алгоритмов.

Алгоpитм — точное и понятное пpедписание исполнителю совеpшить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.

Название " алгоритм " произошло от латинской формы имени среднеазиатского математика аль-Хорезми — Algorithmi. Алгоритм — одно из основных понятий информатики и математики.

Основные свойства алгоритмов следующие:

1. Понятность для исполнителя — т.е. исполнитель алгоритма должен знать, как его выполнять.

2. Дискpетность (прерывность, раздельность) — т.е. алгоpитм должен пpедставлятьпpоцессpешения задачи как последовательное выполнение пpостых (или pанееопpеделенных) шагов (этапов).

3. Опpеделенность — т.е. каждое пpавилоалгоpитма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для пpоизвола. Благодаpя этому свойству выполнение алгоpитма носит механический хаpактеp и не тpебует никаких дополнительных указаний или сведений о pешаемой задаче.

4. Pезультативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что алгоpитм должен пpиводить к pешению задачи за конечное число шагов.

5. Массовость. Это означает, что алгоpитмpешения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть пpименим для некотоpого класса задач, pазличающихся лишь исходными данными. Пpи этом исходные данные могут выбиpаться из некотоpой области, котоpая называется областью пpименимостиалгоpитма.

Составление алгоритмов решения задач - это работа творческая. Нет универсального способа, позволяющего без особого труда составлять любые алгоритмы

В большинстве случаев та или иная задача может быть решена несколькими численными методами. Выбор конкретного численного метода решения задачи обычно производится по следующим критериям:

· обеспечение оптимального времени решения задачи;

· обеспечение оптимального использования имеющихся ресурсов (памяти);

· обеспечение требуемой точности вычислений;

· минимальные стоимостные затраты;

· возможность использования стандартных подпрограмм.

При дальнейшей постановке задачи на ПК отыскивается наиболее рациональный способ решения задачи.

Однако, алгоритмы становятся все более и более сложными, соответственно растет трудность понимания того, как они работают. А еще труднее обнаружить и исправить в них ошибки или внести какие-то изменения. От 50 до 100% времени программист тратит на исправление и модификацию программ. В связи с этим индустрия программирования предлагает более систематичные подходы к программированию (а тем самым и к алгоритмизации задач в общем), т.е. предлагает методики, использование которых уменьшает вероятность ошибок в программах, упрощает их понимание и облегчает модификацию.

Структурное программирование - одна из популярных методик. Фундаментом структурного программирования является доказанная Бемом и Джекопини теорема о структурировании [15]. Эта теорема устанавливает, что как бы сложна ни была задача, блок-схема соответствующей программы (читай - "соответствующего алгоритма") всегда может быть представлена с использованием весьма ограниченного числа элементарных управляющих структур (последовательность, ветвление, цикл).

Цель структурного программирования - выбор структуры программы путем расчленения исходной задачи на подзадачи. Программы должны иметь простую структуру. Сложные, запутанные программы, как правило, являются неработоспособными, а их тестирование требует больших затрат.

Разработка алгоритма, являясь четким логичным процессом, упрощается на каждом уровне шаг за шагом. Затем в процессе задействуется следующий метод алгоритмизации - метод пошагового уточнения (совершенствования). Сначала задача рассматривается в целом, выделяются наиболее крупные ее части. Алгоритм, указывающий порядок выполнения этих частей, описывается в структурированной форме, не вдаваясь в мелкие детали. Затем от общей структуры переходят к описанию отдельных частей. Таким образом, разработка алгоритма состоит из последовательности шагов в направлении уточнения алгоритма.

Дальнейшим развитием, расширением структурного программирования является модульное программирование, идея которого состоит в том, что алгоритм может быть представлен в виде системы, совокупности отдельных модулей. Каждый модуль рассматривается как самостоятельная, относительно независимая программа, которая может содержать набор данных и функций, доступных только из этого модуля.

Модульное программирование позволяет значительно ускорить процесс засчет привлечения к работе нескольких специалистов сразу, доверив каждому разработку отдельного модуля. Кроме того, модульное программирование предполагает возможность использования заранее разработанных стандартных программ (т.н. библиотек стандартных подпрограмм).

На этапе проектирования алгоритма решения сложной задачи, состоящей из нескольких подзадач, используют два подхода: нисходящий и восходящий.

При нисходящем проектировании вначале проектируются функции управляющей программы - драйвера. Затем более подробно представляют каждую подзадачу и разрабатывают другие модули. При нисходящем проектировании на каждом шаге функционирование модуля описывается с помощью ссылок на последующие, более подробные шаги.

При восходящем проектировании вначале проектируют программы низшего уровня, иногда в виде самостоятельных подпрограмм. Затем на каждом шаге разрабатываются модули более высокого уровня.

Дата добавления: 2015-04-24