JUL Dec Jan 24 2007 2008 2009 13 captures 8 Jan 05 - 24 Dec 08

Close Help

16.1. Инструменты разработки программных средств.

В процессе разработки программных средств в той или иной мере используется компьютерная поддержка процессов разработки ПС. Это достигается путем представления хотя бы некоторых программных документов ПС (прежде всего, программ) на компьютерных носителях данных (например, дискетах) и предоставлению в распоряжение разработчика ПС специальных ПС или включенных в состав компьютера специальных устройств, созданных для какой-либо обработки таких документов. В качестве такого специального ПС можно указать компилятор с какого-либо языка программирования. Компилятор избавляет разработчика ПС от необходимости писать программы на языке компьютера, который для разработчика ПС был бы крайне неудобен, - вместо этого он составляет программы на удобном ему языке программирования, которые соответствующий компилятор автоматически переводит на язык компьютера. В качестве специального устройства, поддерживающего процесс разработки ПС, может служит эмулятор какого-либо языка. Эмулятор позволяет выполнять (интерпретировать) программы на языке, отличном от языка компьютера, поддерживающего разработку ПС, например на языке компьютера, для которого эта программа предназначена.

ПС, предназначенное для поддержки разработки других ПС, будем называть программным инструментом разработки ПС, а устройство компьютера, специально предназначенное для поддержки разработки ПС, будем называть аппаратным инструментом разработки ПС.

Инструменты разработки ПС могут использоваться в течении всего жизненного цикла ПС для работы с разными программными документами. Так текстовый редактор может использоваться для разработки практически любого программного документа. С точки зрения функций, которые инструменты выполняют при разработке ПС, их можно разбить на следующие четыре группы: ·

редакторы,·

анализаторы,·

преобразователи,·

инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ.

Редакторы поддерживают конструирование (формирование) тех или иных программных документов на различных этапах жизненного цикла. Как уже упоминалось, для этого можно использовать один какой-нибудь универсальный текстовый редактор. Однако, более сильную поддержку могут обеспечить специализированные редакторы: для каждого вида документов - свой редактор. В частности, на ранних этапах разработки в документах могут широко использоваться графические средства описания (диаграммы, схемы и т.п.). В таких случаях весьма полезными могут быть графические редакторы. На этапе программирования (кодирования) вместо текстового редактора может оказаться более удобным синтаксически управляемый редактор, ориентированный на используемый язык программирования.

Анализаторы производят либо статическую обработку документов, осуществляя различные виды их контроля, выявление определенных их свойств и накопление статистических данных (например, проверку соответствия документов указанным стандартам), либо динамический анализ программ (например, с целью выявление распределения времени работы программы по программным модулям).

Преобразователи позволяют автоматически приводить документы к другой форме представления (например, форматеры) или переводить документ одного вида к документу другого вида (например, конверторы или компиляторы), синтезировать какой-либо документ из отдельных частей и т.п.

Инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ, позволяют выполнять на компьютере описания процессов или отдельных их частей, представленных в виде, отличном от машинного кода, или машинный код с дополнительными возможностями его интерпретации. Примером такого инструмента является эмулятор кода другого компьютера. К этой группе инструментов следует отнести и различные отладчики. По-существу, каждая система программирования содержит программную подсистему периода выполнения, которая выполняет наиболее типичные для языка программирования программные фрагменты и обеспечивает стандартную реакцию на возникающие при выполнении программ исключительные ситуации (такую подсистему мы будем называть исполнительной поддержкой), - также можно рассматривать как инструмент данной группы.

16.2. Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств.

В настоящее время с каждой системой программирования связываются не отдельные инструменты (например, компилятор), а некоторая логически связанная совокупность программных и аппаратных инструментов поддерживающих разработку и сопровождение ПС на данном языке программирования или ориентированных на какую-либо конкретную предметную область. Такую совокупность будем называть инструментальной средой разработки и сопровождения ПС. Для таких инструментальных сред характерно, во-первых, использование как программных, так и аппаратных инструментов, и, во-вторых, определенная ориентация либо на конкретный язык программирования, либо на конкретную предметную область.

Инструментальная среда не обязательно должна функционировать на том компьютере, на котором должно будет применяться разрабатываемое с помощью ее ПС. Часто такое совмещение бывает достаточно удобным (если только мощность используемого компьютера позволяет это): не нужно иметь дело с компьютерами разных типов, в разрабатываемую ПС можно включать компоненты самой инструментальной среды. Однако, если компьютер, на котором должно применяться ПС, недоступен для разработчиков этого ПС (например, он постоянно занят другой работой, которую нельзя прерывать, или он находится еще в стадии разработки), либо неудобен для разработки ПС, либо мощность этого компьютера недостаточна для обеспечения функционирования требуемой инструментальной среды, то применяется так называемый инструментально-объектный подход. Сущность его заключается в том, что ПС разрабатывается на одном компьютере, называемым инструментальным, а применяться будет на другом компьютере, называемым целевым (или объектным).

Различают три основных класса [16.1] инструментальных средразработки и сопровождения ПС (рис. 16.1): ·

среды программирования, ·

рабочие места компьютерной технологии,·

инструментальные системы технологии программирования.

Среда программирования предназначена в основном для поддержки процессов программирования (кодирования), тестирования и отладки ПС. Рабочее место компьютерной технологии ориентировано на поддержку ранних этапов разработки ПС (спецификаций) и автоматической генерации программ по спецификациям. Инструментальная система технологии программирования предназначена для поддержки всех процессов разработки и сопровождения в течение всего жизненного цикла ПС и ориентирована на коллективную разработку больших программных систем с длительным жизненным циклом. Для таких систем стоимость сопровождения обычно превышает стоимость разработки.

Рис. 16.1. Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения ПС.

16.3. Инструментальные среды программирования.

Инструментальные среды программирования содержат прежде всего текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, инструменты, позволяющие компилировать или интерпретировать программы на этом языке, а также тестировать и отлаживать полученные программы. Кроме того, могут быть и другие инструменты, например, для статического или динамического анализа программ. Взаимодействуют эти инструменты между собой через обычные файлы с помощью стандартных возможностей файловой системы.

Различают следующие классы инструментальных сред программирования (см. рис. 14.2): ·

среды общего назначения,·

языково-ориентированные среды.

Инструментальные среды программирования общего назначения содержат набор программных инструментов, поддерживающих разработку программ на разных языках программирования (например, текстовый редактор, редактор связей или интерпретатор языка целевого компьютера) и обычно представляют собой некоторое расширение возможностей используемой операционной системы. Для программирования в такой среде на каком-либо языке программирования потребуются дополнительные инструменты, ориентированные на этот язык (например, компилятор).

Рис.16.2. Классификация инструментальных сред программирования.

Языково-ориентированная инструментальная среда программирования предназначена для поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования и знания об этом языке существенно использовались при построении такой среды. Вследствие этого в такой среде могут быть доступны достаточно мощные возможности, учитывающие специфику данного языка. Такие среды разделяются на два подкласса: ·

интерпретирующие среды, ·

синтаксически-управляемые среды.

Интерпретирующая инструментальная среда программирования обеспечивает интерпретацию программ на данном языке программирования, т.е. содержит прежде всего интерпретатор языка программирования, на который эта среда ориентирована. Такая среда необходима для языков программирования интерпретирующего типа (таких, как Лисп), но может использоваться и для других языков (например, на инструментальном компьютере). Синтаксически-управляемая инструментальная среда программирования базируется на знании синтаксиса языка программирования, на который она ориентирована. В такой среде вместо текстового используется синтаксически-управляемый редактор, позволяющий пользователю использовать различные шаблоны синтаксических конструкций (в результате этого разрабатываемая программа всегда будет синтаксически правильной). Одновременно с программой такой редактор формирует (в памяти компьютера) ее синтаксическое дерево, которое может использоваться другими инструментами.

16.4. Понятие компьютерной технологии разработки программных средств и ее рабочие места.

Имеются некоторые трудности в выработке строгого определения CASE-технологии (компьютерной технологии разработки ПС). CASE - это абревиатура от английского Computer-Aided Software Engineering (Компьютерно-Помогаемая Инженерия Программирования). Но без помощи (поддержки) компьютера ПС уже давно не разрабатываются (используется хотя бы компилятор). В действительности, в это понятие вкладывается более узкий (специальный) смысл, который постепенно размывается (как это всегда бывает, когда какое-либо понятие не имеет строгого определения). Первоначально под CASE понималась [16.2] инженерия ранних этапов разработки ПС (определение требований, разработка внешнего описания и архитектуры ПС) с использованием программной поддержки (программных инструментов). Теперь под CASE может пониматься [16.2] и инженерия всего жизненного цикла ПС (включая и его сопровождение), но только в том случае, когда программы частично или полностью генерируются по документам, полученным на указанных ранних этапах разработки. В этом случае CASE-технология стала принципиально отличаться от ручной (традиционной) технологии разработки ПС: изменилось не только содержание технологических процессов, но и сама их совокупность.

В настоящее время компьютерную технологию разработки ПС можно характеризовать [16.2] использованием·

программной поддержки для разработки графических требований и графических спецификаций ПС, ·

автоматической генерации программ на каком-либо языке программирования или в машинном коде (частично или полностью), ·

программной поддержки прототипирования.

Говорят также, что компьютерная технология разработки ПС является "безбумажной", т.е. рассчитанной на компьютерное представление программных документов. Однако, уверенно отличить ручную технологию разработки ПС от компьютерной по этим признакам довольно трудно. Значит, самое существенное в компьютерной технологии не выделено.

На наш взляд, главное отличие ручной технологии разработки ПС от компьютерной заключается в следующем. Ручная технология ориентирована на разработку документов, одинаково понимаемых разными разработчиками ПС, тогда как компьютерная технология ориентирована на обеспечение семантического понимания (интерпретации) документов программной поддержкой компьютерной технологии. Компьютерное представление документов еще не означает такого их понимание. Тогда как семантическое понимание документов дает программной поддержке возможность автоматической генерации программ, а необходимость обеспечения такого понимания делает желательными и различные графические формы входных документов. Именно это позволяет рационально изменить и саму совокупность технологических процессов разработки и сопровождения ПС.

Из проведенного обсуждения сущности компьютерной технологии можно понять и связанные с ней изменения в жизненном цикле ПС. Если при использовании ручной технологии основные усилия по разработке ПС делались на этапах собственно программирования (кодирования) и отладки (тестирования), то при использовании компьютерной технологии - на ранних этапах разработки ПС (определения требований и функциональной спецификации). При этом существенно изменился характер документации: вместо целой цепочки неформальных документов, ориентированной на передачу информации от заказчика (пользователя) к различным категориям разработчикам, формируются прототип ПС, поддерживающий выбранный пользовательский интерфейс, и формальные функциональные спецификации, достаточные для автоматического синтеза (генерации) программ ПС (или хотя бы значительной их части). При этом появилась возможность автоматической генерации части документации, необходимой разработчикам и пользователям. Вместо ручного программирования (кодирования) - автоматическая генерация программ, что делает не нужной автономную отладку и тестирование программ: вместо нее добавляется достаточно глубокий автоматический семантический контроль документации. Существенно изменяется и характер сопровождения ПС: все изменения разработчиком-сопроводителем вносятся только в спецификации (включая и прототип), остальные изменения в ПС осуществляются автоматически.

С учетом сказанного жизненный цикл ПС с использованием компьютерной технологии можно представить следующей схемой (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Жизненный цикл программного средства при использовании компьютерной технологии.

Прототипирование позволяет заменить косвенное описание взаимодействия между пользователем и ПС при ручной технологии (при определении требований к ПС и внешнем описании ПС) прямым выбором пользователем способа и стиля этого взаимодействия с фиксацией всех необходимых деталей. По-существу, на этом этапе производится точное описание пользовательского интерфейса, понятное программной поддержке компьютерной технологии, причем с ответственным участием пользователя: разработчик показывает пользователю на мониторе различные возможности и пользователь выбирает приемлемые для него варианты, пользователь с помощью разработчика вводит обозначения обрабатываемых им информационных объектов и операций над ними, он выбирает способ доступа к ним и связывает их с различными окнами, меню, виртуальными клавиатурами и т.п. Все это базируется на наличие в программной поддержке компьютерной технологии настраиваемой оболочки с обширной библиотекой заготовок различных фрагментов и деталей экрана. В результате указанных действий определяется оболочка ПС - верхний управляющий уровень ПС. Такое прототипирование, по-видимому, является лучшим способом преодоления барьера между пользователем и разработчиком.

Разработка спецификаций распадается на несколько разных процессов. Если исключить начальный этап разработки спецификаций (определение требований), то в этих процессах используются методы, приводящие к созданию формализованных документов, т. е. используются формализованные языки спецификаций. При этом широко используются графические методы спецификаций, приводящие к созданию различных схем и диаграмм, которые достаточно формализованно определяют структуру информационной среды и структуру управления ПС. К таким структурам привязываются фрагменты описания данных и программ, представленные на алгебраических языках спецификаций (например, использующие операционную или аксиоматическую семантику), или логических языках спецификаций (базирующихся на логическом подходе к спецификации программ). Такие спецификации позволяют в значительной степени или полностью автоматически генерировать программы.

Автоматизированный контроль спецификаций

. . .

16.5. Инструментальные системы технологии программирования.

Для компьютерной поддержки разработки и сопровождения больших ПС с продолжительным жизненным циклом используются инструментальные системы технологии программирования. Инструментальная система технологии программирования - это интегрированная совокупность программных и аппаратных инструментов, поддерживающая все процессы разработки и сопровождения больших ПС в течение всего его жизненного цикла в рамках определенной технологии. Из этого определения вытекают следующие основные черты этого класса компьютерной поддержки: ·

комплексность, ·

ориентированность на коллективную разработку, ·

технологическая определенность, ·

интегрированность.

Комплексность компьютерной поддержки означает, что она охватывает все процессы разработки и сопровождения ПС и что продукция этих процессов согласована и взаимоувязана. Тем самым, система в состоянии обеспечить, по-крайней мере, контроль полноты (комплектности) создаваемой документации (включая набор программ) и согласованности ее изменения (версионности). Тот факт, что компьютерная поддержка охватывает и фазу сопровождения ПС, означает, что система должна поддерживать работу сразу с несколькими вариантами ПС, ориентированными на разные условия применения ПС и на разную связанную с ним аппаратуру, т.е. должна обеспечивать управление конфигурацией ПС.

Ориентированность на коллективную разработку означает, что система должна поддерживать управление (management) работой коллектива и для разных членов этого коллектива обеспечивать разные права доступа к различным фрагментам продукции технологических процессов.

Технологическая определенность компьютерной поддержки означает, что ее комплексность ограничивается рамками какой-либо конкретной технологии программирования. Инструментальные системы технологии программирования представляют собой достаточно большие и дорогие ПС, чтобы как-то была оправданна их инструментальная перегруженность. Поэтому набор включаемых в них инструментов тщательно отбирается с учетом потребностей предметной области, используемых языков и выбранной технологией программирования.

Интегрированность компьютерной поддержки означает·

интегрированность по данным, ·

интегрированность по пользовательскому интерфейсу, ·

интегрированность по действиям (функциям),

Интегрированность по данным означает, что инструменты действуют в соответствии с фиксированной информационной схемой (моделью) системы, определяющей зависимость различных используемых в системе фрагментов данных (информационных объектов) друг от друга. Интегрированность по пользовательскому интерфейсу означает, что все инструменты объединены единым пользовательским интерфейсом. Интегрированность по действиям означает, что, во-первых, в системе имеются общие части всех инструментов и, во-вторых, одни инструменты при выполнении своих функций могут обращаться к другим инструментам.

С учетом обсужденных свойств инструментальных систем технологии программирования можно выделить три их основные компоненты:·

база данных разработки (репозиторий),·

инструментарий, ·

интерфейсы.

Репозиторий - центральное компьютерное хранилище информации, связанной с проектом (разработкой) ПС в течении всего его жизненного цикла. Инструментарий - набор инструментов, определяющий возможности, предоставляемые системой коллективу разработчиков. Обычно этот набор является открытым: помимо минимального набора (встроенные инструменты), он содержит средства своего расширения (импортированными инструментами), - и структурированным, состоящим из некоторой общей части всех инструментов (ядра) и структурных (иногда иерархически связанных) классов инструментов. Интерфейсы разделяются на пользовательский и системные. Пользовательский интерфейс обеспечивает доступ разработчикам к инструментарию (командный язык и т.п.), реализуется оболочкой системы. Системные интерфейсы обеспечивают взаимодействие между инструментами и их общими частями. Системные интерфейсы выделяются как архитектурные компоненты в связи с открытостью системы - их обязаны использовать новые (импортируемые) инструменты, включаемые в систему.

Самая общая архитектура инструментальных систем технологии программирования представлена на рис. 16.4.

Различают два класса инструментальных систем технологии программирования: инструментальные системы поддержки проекта и языково-зависимые инструментальные системы. Инструментальная система поддержки проекта - это открытая система, способная поддерживать разработку ПС на разных языках программирования после соответствующего ее расширения программными инструментами, ориентированными на выбранный язык. Такая система содержит ядро (обеспечивающее, в частности, доступ к репозиторию), набор инструментов, поддерживающих управление (management) разработкой ПС, независимые от языка программирования инструменты, поддерживающие разработку ПС (текстовые и графические редакторы, генераторы отчетов и т.п.), а также инструменты расширения системы. Языково-зависимая инструментальная система - это система поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования, существенно использующая в организации своей работы специфику этого языка. Эта специфика может сказываться и на возможностях ядра (в том числе и на структуре репозитория), и на требованиях к оболочке и инструментам. Примером такой системы является среда поддержки программирования на Аде (APSE [16.3]).

Рис. 16.4. Общая архитектура инструментальных систем технологии программирования.

Литература к лекции 16.

16.1. Ian Sommerville. Software Engineering. - Addison-Wesley Publishing Company, 1992. P. 349-369.

16.2. CASE: Копьютерное проектирование программного обеспечения. - Издательство Московского университета, 1994.

16.3. Requirements for Ada Programming Support Enviroments. - USA: DoD, Stoneman, 1980.