Объектно-ориентированные технологии программирования прикладных программных средств. Определение классов

    УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ  И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

    ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Самостоятельная работа 

Тема: Объектно-ориентированные технологии программирования

прикладных  программных средств. Определение  классов. 
 
 

                                                           Сдала: 252 -10, Розыходжаева Д.А.

      (Ф.И.О.)

                                                    Принял:___________  Камилов М.М.

                                                                                            (подпись)               (Ф.И.О.)

                                                           Дата защиты и балл “__________”, ___________

                               (число)      (балл) 

Ташкент - 2011

Оглавление 
 

Основные понятия  объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированный  подход основан на систематическом  использовании моделей для языково-независимой  разработки программной системы, на основе из ее прагматики.

Прагматика  определяется целью разработки программной  системы: для обслуживания клиентов банка, чемпионата мира по футболу, управления работой аэропорта и т.п. В формулировке цели участвуют предметы и понятия реального мира, имеющие отношение к разрабатываемой программной системе (см. Рис.1). При объектно-ориентированном подходе эти предметы и понятия заменяются их моделями, т.е. определенными формальными конструкциями, представляющими их в программной системе.

Рис. 1. Семантика (смысл программы с точки зрения выполняющего ее компьютера) и прагматика (смысл программы с точки зрения ее пользователей)

Модель содержит не все признаки и свойства представляемого  ею предмета (понятия), а только те, которые  существенны для разрабатываемой программной системы. Тем самым модель "беднее", а, следовательно, проще представляемого ею предмета (понятия). Но главное даже не в этом, а в том, что модель есть формальная конструкция: формальный характер моделей позволяет определить формальные зависимости между ними и формальные операции над ними. Это упрощает как разработку и изучение (анализ) моделей, так и их реализацию на компьютере. В частности, формальный характер моделей позволяет получить формальную модель разрабатываемой программной системы как композицию формальных моделей ее компонентов.

Таким образом, объектно-ориентированный подход помогает справиться с такими сложными проблемами, как 

• уменьшение сложности программного обеспечения;
• повышение надежности программного обеспечения;
• обеспечение возможности модификации отдельных компонентов программного обеспечения без изменения остальных его компонентов;
• обеспечение возможности повторного использования отдельных компонентов программного обеспечения.

Систематическое применение объектно-ориентированного подхода позволяет разрабатывать хорошо структурированные, надежные в эксплуатации, достаточно просто модифицируемые программные системы. Этим объясняется интерес программистов к объектно-ориентированному подходу и объектно-ориентированным языкам программирования. Объектно-ориентированный подход является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений теоретического и прикладного программирования.

В данной работе дается теоритическое введение в объектно-ориентированный подход к разработке и реализации прикладных программных систем, а также даются сведения о целесообразности и плодотворности систематического применения объектно-ориентированного подхода на всех этапах жизненного цикла прикладной программной системы (см. Рис.2), начиная с анализа требований к программной системе и ее предварительного проектирования, и кончая ее реализацией, тестированием и последующим сопровождением.

Рис.2. Жизненный цикл программной  системы

Объектно-ориентированный  подход имеет два аспекта:

• объектно-ориентированная разработка программного обеспечения;
• объектно-ориентированная реализация программного обеспечения.

Объектно-ориентированная  разработка программ

Объектно-ориентированная  разработка программного обеспечения  связана с применением объектно-ориентированных моделей при разработке программных систем и их компонентов. Говоря об объектно-ориентированной разработке, имеется в виду:

• объектно-ориентированные методологии (технологии) разработки программных систем;
• инструментальные средства, поддерживающие эти технологии.

Объектно-ориентированная  разработка может начаться на самом  первом этапе жизненного цикла; она  не связана с языком программирования, на котором предполагается реализовать  разрабатываемую программную систему: этот язык может и не быть объектно-ориентированным. На этапе разработки объекты - это некоторые формальные конструкции (например, прямоугольники с закругленными углами, с помощью которых они изображаются на схемах), никак пока не связанные с их будущей реализацией на одном из языков программирования.

Объектно-ориентированная  разработка программного обеспечения  связана с применением объектно-ориентированных  методологий (технологий). Обычно эти  объектно-ориентированные методологии  поддерживаются инструментальными  программными средствами, но и без таких средств они полезны, так как позволяют хорошо понять различные аспекты и свойства разрабатываемой программной системы, что в последующем существенно облегчает ее реализацию, тестирование, сопровождение, разработку новых версий и более существенную модификацию.

Наиболее  известной является объектно-ориентированная методология OMT (Object Modeling Technique), которая поддерживает две первые стадии жизненного цикла программных систем. Эта методология выбрана для демонстрации объектно-ориентированного подхода, потому что является одной из наиболее продвинутых и популярных объектно-ориентированных методологий. Более того, ее графический язык (система обозначений для диаграмм) получил достаточно широкое распространение и используется в некоторых других объектно-ориентированных методологиях, а также в большинстве публикаций по объектно-ориентированным методологиям. Методология OMT поддерживается системой Paradigm+, одной из наиболее известных инструментальных систем объектно-ориентированной разработки.

Объектно-ориентированные  языки программирования

Реализация  программного обеспечения связана  с использованием одного из языков программирования. Показано, что наиболее удобными для реализации программных  систем, разработанных в рамках объектно-ориентированного подхода, являются объектно-ориентированные языки программирования, хотя возможна реализация и на обычных (не объектно-ориентированных) языках.

Объектно-ориентированные  языки программирования пользуются в последнее время большой  популярностью среди программистов, так как они позволяют использовать преимущества объектно-ориентированного подхода не только на этапах проектирования и конструирования программных систем, но и на этапах их реализации, тестирования и сопровождения.

Первый объектно-ориентированный язык программирования Simula 67 был разработан в конце 60-х годов в Норвегии. Авторы этого языка очень точно угадали перспективы развития программирования: их язык намного опередил свое время. Однако современники (программисты 60-х годов) оказались не готовы воспринять ценности языка Simula 67, и он не выдержал конкуренции с другими языками программирования (прежде всего, с языком Fortran). Прохладному отношению к языку Simula 67 способствовало и то обстоятельство, что он был реализован как интерпретируемый (а не компилируемый) язык, что было совершенно неприемлемым в 60-е годы, так как интерпретация связана со снижением эффективности (скорости выполнения) программ.

Но достоинства  языка Simula 67 были замечены некоторыми программистами, и в 70-е годы было разработано большое число экспериментальных объектно-ориентированных языков программирования: например, языки CLU, Alphard, Concurrent Pascal и др. Эти языки так и остались экспериментальными, но в результате их исследования были разработаны современные объектно-ориентированные языки программирования: C++, Smalltalk, Eiffel и др.

Наиболее  распространенным объектно-ориентированным  языком программирования безусловно является C++. Свободно распространяемые коммерческие системы программирования C++ существуют практически на любой платформе. Широко известна свободно распространяемая система программирования G++, которая дает возможность всем желающим разобрать достаточно хорошо и подробно прокомментированный исходный текст одного из образцовых компиляторов языка C++. Завершается работа по стандартизации языка C++: последний Draft стандарта C++ выпущен в июне 1995 г. (он доступен по Internet).

Разработка  новых объектно-ориентированных  языков программирования продолжается. С 1995 года стал широко распространяться новый объектно-ориентированный язык программирования Java, ориентированный на сети компьютеров и, прежде всего, на Internet. Синтаксис этого языка напоминает синтаксис языка C++, однако эти языки имеют мало общего. Java интерпретируемый язык: для него определены внутреннее представление (bytecode) и интерпретатор этого представления, которые уже сейчас реализованы на большинстве платформ. Интерпретатор упрощает отладку программ, написанных на языке Java, обеспечивает их переносимость на новые платформы и адаптируемость к новым окружениям. Он позволяет исключить влияние программ, написанных на языке Java, на другие программы и файлы, имеющиеся на новой платформе, и тем самым обеспечить безопасность при выполнении этих программ. Эти свойства языка Java позволяют использовать его как основной язык программирования для программ, распространяемых по сетям (в частности, по сети Internet).

Первая  фаза жизненного цикла - анализ требований и  предварительное  проектирование системы. Объектно-ориентированное моделирование.

Как известно, проектирование прикладной программной  системы начинается с анализа  требований, которым она должна будет  удовлетворять. Такой анализ проводится с целью понять назначение и условия  эксплуатации системы настолько, чтобы суметь составить ее предварительный проект.

При объектно-ориентированном  подходе анализ требований к системе  сводится к разработке моделей этой системы. Моделью системы (или какого-либо другого объекта или явления) мы называем формальное описание системы, в котором выделены основные объекты, составляющие систему, и отношения между этими объектами. Построение моделей - широко распространенный способ изучения сложных объектов и явлений. В модели опущены многочисленные детали, усложняющие понимание. Моделирование широко распространено и в науке, и в технике.

Модели  помогают:

• проверить работоспособность разрабатываемой системы на ранних этапах ее разработки;
• общаться с заказчиком системы, уточняя его требования к системе;
• вносить (в случае необходимости) изменения в проект системы (как в начале ее проектирования, так и на других фазах ее жизненного цикла).

В настоящее  время существует несколько технологий объектно-ориентированной разработки прикладных программных систем, в  основе которых лежит построение и интерпретация на компьютере моделей этих систем. Мы подробно ознакомимся с одной из таких технологий - OMT (Object Modeling Techniques). Эта технология оказала большое влияние на других разработчиков объектно-ориентированных технологий, а книга, в которой она описана, является одной из наиболее часто цитируемых книг по данному направлению. Более того, система обозначений (графический язык) для описания моделей, предложенная в этой книге, широко применяется в других технологиях и в статьях по объектно-ориентированной разработке программных систем.

В технологии OMT проектируемая программная система представляется в виде трех взаимосвязанных моделей:

• объектной модели, которая представляет статические, структурные аспекты системы, в основном связанные с данными;
• динамической модели, которая описывает работу отдельных частей системы;
• функциональной модели, в которой рассматривается взаимодействие отдельных частей системы (как по данным, так и по управлению) в процессе ее работы.

Эти три  вида моделей позволяют получить три взаимно-ортогональных представления системы в одной системе обозначений. Совокупность моделей системы может быть проинтерпретирована на компьютере (с помощью инструментального программного обеспечения), что позволяет продемонстрировать заказчику характер работы с будущей системой и существенно упрощает согласование предварительного проекта системы.

Модели, разработанные  и отлаженные на первой фазе жизненного цикла системы, продолжают использоваться на всех последующих его фазах, облегчая программирование системы, ее отладку и тестирование, сопровождение и дальнейшую модификацию.

Как будет  показано в дальнейшем, модели системы  не связаны с языком программирования, на котором будет реализована  система.

Вторая  фаза жизненного цикла - конструирование системы

После того как прикладная задача исследована  и результаты ее исследования зафиксированы  в виде объектной, динамической и  функциональной моделей, можно приступить к конструированию системы. На этапе  конструирования системы принимаются  решения о распределении подсистем по процессорам и другим аппаратным устройствам и устанавливаются основные принципы и концепции, которые формируют основу последующей детальной разработки программного обеспечения системы.

Внешняя организация  системы называется архитектурой системы. Выбор архитектуры системы является еще одной задачей, решаемой на этапе ее конструирования.

Конструирование системы завершается конструированием ее объектов. На этом этапе разрабатываются  полные определения классов и  зависимостей, используемые на этапе реализации системы. Кроме того, определяются и конструируются внутренние объекты и оптимизируются структуры данных и алгоритмы.

Третья  фаза жизненного цикла - реализация объектно-ориентированного проекта

Третья фаза жизненного цикла программной системы состоит в реализации разработанных программных единиц (классов, функций, библиотек), которые в совокупности составляют разрабатываемую программную систему. Реализация каждой программной единицы может осуществляться как на объектно-ориентированном, так и на не объектно-ориентированном языке программирования, с использованием ранее разработанных программ, библиотек и баз данных.

Каждый язык программирования имеет средства для  выражения трех сторон спецификации разрабатываемой прикладной системы: структур данных, потоков управления и функциональных преобразований. В этом разделе будут рассмотрены проблемы, решаемые на этапе реализации объектно-ориентированного проекта, разработанного с использованием методологии OMT.

Определение классов

Анализ внешних требований к проектируемой прикладной системе позволяет определить объекты и классы объектов, связанные с прикладной проблемой, которую должна решать эта система. Все классы должны быть осмыслены в рассматриваемой прикладной области; классов, связанных с компьютерной реализацией, как например список, стэк и т.п. на этом этапе вводить не следует.

Начать нужно  с выделения возможных классов  из письменной постановки прикладной задачи (технического задания и другой документации, предоставленной заказчиком). Следует иметь в виду, что это очень сложный и ответственный этап разработки, так как от него во многом зависит дальнейшая судьба проекта.

При определении  возможных классов нужно постараться  выделить как можно больше классов, выписывая имя каждого класса, который приходит на ум. В частности, каждому существительному, встречающемуся в предварительной постановке задачи, может соответствовать класс. Поэтому при выделении возможных классов каждому такому существительному обычно сопоставляется возможный класс.

Далее список возможных классов должен быть проанализирован  с целью исключения из него ненужных классов. Такими классами являются:

• избыточные классы: если два или несколько классов выражают одинаковую информацию, следует сохранить только один из них;
• нерелевантные (не имеющие прямого отношения к проблеме) классы: для каждого имени возможного класса оценивается, насколько он необходим в будущей системе (оценить это часто бывает весьма непросто); нерелевантные классы исключаются;
• нечетко определенные (с точки зрения рассматриваемой проблемы) классы (см. примеры таких классов в п. 2.3.1);
• атрибуты: некоторым существительным больше соответствуют не классы, а атрибуты; такие существительные, как правило, описывают свойства объектов (например, имя, возраст, вес, адрес и т.п.);
• операции: некоторым существительным больше соответствуют не классы, а имена операций (например, телефонный_вызов вряд ли означает какой-либо класс);
• роли: некоторые существительные определяют имена ролей в объектной модели (например, владелец, водитель, начальник, служащий; все эти имена связаны с ролями в различных зависимостях объектов класса человек);
• реализационные конструкции: именам, больше связанным с программированием и компьютерной аппаратурой, не следует на данном этапе сопоставлять классов, так как они не отражают особенностей проектируемой прикладной системы; примеры таких имен: подпрограмма, процесс, алгоритм, прерывание и т.п.

После исключения имен всех ненужных (лишних) возможных  классов будет получен предварительный список классов, составляющих проектируемую систему.

Список литературы:

1. Чернев Д.А. Конспект лекций к дисциплине «Технология программирования»
2. http://tehprog.ru/
3. http://citforum.ru/programming/