Учебник Технология программирования. Технология программирования
 Скачать 7.85 Mb.
|
|
Проектирование методов класса. Достаточно существенную информацию о действиях, которые должны. выполняться методами класса, можно получить, анализируя диаграммы последовательности действий. Однако алгоритмы всех сколько-нибудь сложных методов необходимо проработать детально. При этом можно использовать как уже известные нотации (схемы алгоритмов и псевдокоды), так и диаграммы деятельностей. В § 6.5 были описаны диаграммы деятельностей, которые предлагалось использовать в процессе уточнения спецификаций для описания вариантов использования. Эти же диаграммы могут использоваться и при проектировании методов обработки сообщений, в том числе и затрагивающих несколько объектов. В последнем случае целесообразно указать вертикальными пунктирными линиями ответственности объектов соответствующих классов, что позволит проследить вызовы других объектов. Следует помнить, что в соответствии с общими правилами процедурной декомпозиции любую деятельность можно декомпозировать и изобразить в виде диаграммы деятельности более низкого уровня. Пример 7.8. Построить диаграмму деятельности для операции Начать() класса Решение. Анализ рис. 6.4, 7.7 -7.8 показывает, что данная деятельность затрагивает три объекта уже детализированных классов Решение, Алгоритм и Задание. Определим зоны ответственности объектов этих классов (рис. 7.21): 208 • объект класса Решения организует обработку, т. е. инициализирует переменные (в том числе определяет тип Алгоритма), создает объект класса Алгоритм требуемого типа, активизируют обработку, а затем уничтожает объект класса Алгоритм; • объект класса Задание должен в ответ на запрос сообщить тип Алгоритма, предоставить данные и запомнить результаты; • объект класса Алгоритм отвечает за решение задачи. Полностью спроектированные классы реализуют на конкретном языке программирования 7.5. Компоновка программных компонентов Диаграммы компонентов применяют при проектировании физической структуры разрабатываемого программного обеспечения. Эти диаграммы показывают, как выглядит программное обеспечение на физическом уровне, т. е. из каких частей оно состоит и как эти части связаны между собой. Диаграммы компонентов оперируют понятиями компонент и зависимость. Под компонентами при этом понимают физические заменяемые части программного обеспечения, которые соответствуют некоторому набору интерфейсов и обеспечивают их реализацию. По сути дела, это отдельные файлы различных типов: исполняемые (.ехе), текстовые, графические, таблицы баз данных и т. п., составляющие разрабатываемое программное обеспечение. Условные графические обозначения компонентов различных типов приведены на рис. 7.22. Зависимость между компонентами фиксируют, если один компонент содержит некоторый ресурс (модуль, объект, класс и т. д.), а другой - его использует. Качество компоновки оценивают по количеству и типу связей между компонентами, т.е. по степени независимости компонентов. На диаграмме компонентов зависимость обозначают пунктиром со стрелкой на конце. 209 На рис. 7.23 в качестве примера приведена диаграмма компонентов системы решения комбинаторно-оптимизационных задач. При компонентном подходе на диаграмме компонентов целесообразно показывать интерфейсы, через которые компоненты связаны между собой (рис. 7.24). 210 Кроме этого, на диаграмме компонентов допустимо уточнять зависимость между компонентами, используя обозначения обобщения, ассоциации, композиции, агрегатирования и реализации. Так, на рис. 7.23 и 7.24 показано, что база данных включает (отношение композиции) две таблицы. Используя нотацию UML, можно построить диаграмму компонентов практически для любого случая, например, для Интернет-приложения. На рис. 7.25 приведен пример диаграммы компонентов клиентской части Интернет-приложения, написанного с использованием Java, которое в процессе работы демонстрирует некоторый рисунок. При «сборке» исполняемых файлов диаграммы компонентов применяют для отображения взаимосвязей файлов, содержащих исходный код. Так, на рис. 7.26 показано, что основной файл Main.cpp зависит от заголовочного файла Model.h, реализация которого находится в файле Model.cpp. 211 Для программного обеспечения с архитектурой «клиент-сервер», диаграмму компонентов можно использовать в качестве структурной схемы, определяющей архитектуру разрабатываемого программного обеспечения, так как она позволяет показать связи по управлению частей системы (компонентов). Однако при проектировании такую схему необходимо уточнить, показав более подробно состав компонентов разрабатываемой системы. 7.6. Проектирование размещения программных компонентов для распределенных программных систем При физическом проектировании распределенных программных систем необходимо определить наиболее оптимальный вариант размещения программных компонентов на реальном оборудовании в локальной или глобальной сетях. Для этого используют специальную модель UML - диаграмму размещения. Диаграмма размещения отражает физические взаимосвязи между программными и аппаратными компонентами системы. Каждой части аппаратных средств системы, например, компьютеру или датчику, на диаграмме размещения соответствует узел. Соединения узлов означают наличие в системе соответствующих коммуникационных каналов. Внутри узлов указывают размещенные на данном оборудовании программные компоненты разрабатываемой программной системы, сохраняя указанные на диаграмме компонентов отношения зависимости. С точки зрения диаграммы размещения локальная и глобальная сети - это тоже узлы, которые обладают некоторой спецификой. На рис. 7.27 показаны условные обозначения узлов (процессора и устройства) на диаграмме размещения. Пример 7.9. Разработать диаграмму размещения для системы учета успеваемости студентов. Локальная сеть деканата связывает сервер деканата и компьютеры декана, его заместителей и сотрудников деканата, отвечающих за занесение ин- 212 формации в базу данных. Серверную часть системы и базу данных целесообразно поместить на сервер деканата. На компьютерах локальной сети в этом случае будут функционировать соответствующие клиентские части приложения (рис. 7.28). 7.7. Особенность спиральной модели разработки. Реорганизация проекта Спиральная модель жизненного цикла разработки программного обеспечения предполагает, что процесс разработки программной системы выполняется итерационно. При этом во время проектирования очередной версии может обнаружиться, что хорошо продуманная на начальных итерациях программа утратила свою изначально четкую структуру за счет накопившихся исправлений («заплаток»). Каждая «заплатка» в свое время ставилась, чтобы ликвидировать «небольшое» несоответствие уже реализованной части и той, что находилась в процессе реализации. Возможно также, что часть кодов при этом становилось неиспользуемой, а какие-то коды - не эффективными. Все это вместе приводит к тому, что разобраться в программе становится достаточно сложно. В такой ситуации необходима реорганизация программ, т. е. их перепроекти- 213 рование без изменения функциональности. Своевременно выполненная реорганизация позволит сделать структуру программы опять четкой и понятной. Несмотря на то, что реорганизационные изменения, как правило, невелики, программисты их обычно не любят, так как придерживаются правила «работает - не трогай». Кроме того, сроки обычно ограничены, и тратить время на переделку того, что уже отлажено, кажется нецелесообразным. Практика же показывает, что отказ от реорганизации при накоплении исправлений приводит к усложнению программы и, соответственно, снижению ее технологичности со всеми вытекающими последствиями. Реорганизацию следует выполнять, если при расширении функциональности обнаруживаются нарушения основных концепций проекта или код стап трудным для понимания. В этом случае проектирование нужно приостановить и провести необходимую реорганизацию. Перепроектирование программы не следует совмещать с увеличением ее функциональности. После реорганизации программу необходимо протестировать, чтобы убедиться, что ничего не было нарушено, а потом уже расширять ее возможности. Контрольные вопросы и задания 1. Как описывают структуру программного обеспечения при объектном подходе? Что такое «пакет»? Для чего используют диаграммы пакетов? 2. Какие стереотипы классов введены и почему? 3. Разработайте диаграмму пакетов графического редактора, описанного вами при выполнении задания 9 к гл. 6. Какие пакеты включены в эту диаграмму и почему? Какие пакеты будут связаны между собой? 4. Постройте диаграмму последовательности действий для объектов любых предложенных вами пакетов. Какими сообщениями обмениваются объекты? Какую информацию программист получит, анализируя эту диаграмму? 5. Какую диаграмму используют при уточнении взаимодействия объектов? Постройте эту диаграмму для объектов предыдущего задания. 6. Перечислите основные компоненты классов. Как описывают эти компоненты? 7. В каких случаях используют диаграммы состояний объекта? Постройте диаграмму состояний для любого управляющего объекта. 8. Постройте уточненную диаграмму классов по результатам исследования взаимодействия объектов. Какая еще информация необходима для реализации этих классов? 9. Что понимают под диаграммой компонентов? Какую информацию она содержит? В каких случаях целесообразно строить диаграммы компонентов? 10.Какую информацию содержит диаграмма размещения? В каких случаях целесообразно использовать эти диаграммы? 214 8. РАЗРАБОТКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ На ранних этапах развития вычислительной техники пользовательский интерфейс рассматривался как средство общения человека с операционной системой и был достаточно примитивным. В основном он позволял запустить задание на выполнение, связать с ним конкретные данные и выполнить некоторые процедуры обслуживания вычислительной установки. Со временем по мере совершенствования аппаратных средств появилась возможность создания интерактивного программного обеспечения, использующего специальные пользовательские интерфейсы. В настоящее время основной проблемой является разработка интерактивных интерфейсов к сложным программным продуктам, рассчитанным на использование непрофессиональными пользователями. В последние годы были сформулированы основные концепции построения таких пользовательских интерфейсов и предложено несколько методик их создания. 8.1. Типы пользовательских интерфейсов и этапы их разработки Пользовательский интерфейс представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи: обмен информацией и координация действий [35]. Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода-вывода, которые физически обеспечивают связь пользователя и компьютера. Обмен информацией осуществляется передачей сообщений и управляющих сигналов. Сообщение - порция информации, участвующая в диалоговом обмене. Различают: • входные сообщения, которые генерируются человеком с помощью средств ввода: клавиатуры, манипуляторов, например мыши и т. п.; 215 • выходные сообщения, которые генерируются компьютером в виде текстов, звуковых сигналов и/или изображений и выводятся пользователю на экран монитора или другие устройства вывода информации (рис. 8.1). В основном пользователь генерирует сообщения следующих типов: запрос информации, запрос помощи, запрос операции или функции, ввод или изменение информации, выбор поля кадра и т. д. В ответ он получает: подсказки или справки, информационные сообщения, не требующие ответа, приказы, требующие действий, сообщения об ошибках, нуждающиеся в ответных действиях, изменение формата кадра и т. д. Ниже перечислены основные устройства, обеспечивающие выполнение операций ввода-вывода. Для вывода сообщений: • монохромные и цветные мониторы - вывод оперативной текстовой и графической информации; • принтеры - получение «твердой копии» текстовой и графической информации; • графопостроители - получение твердой копии графической информации; • синтезаторы речи - речевой вывод; • звукогенераторы - вывод музыки и т. п. Для ввода сообщений: • клавиатура - текстовый ввод; • планшеты - графический ввод; • сканеры - графический ввод; • манипуляторы, световое перо, сенсорный экран - позиционирование и выбор информации на экране и т. п. Типы интерфейсов. По аналогии с процедурным и объектным подходом к программированию различают процедурно-ориентированный и объектно-ориентированный подходы к разработке интерфейсов (рис. 8.2). Про- 216 цедурно-ориентированные интерфейсы используют традиционную модель взаимодействия с пользователем, основанную на понятиях «процедура» и «операция». В рамках этой модели программное обеспечение предоставляет пользователю возможность выполнения некоторых действий, для которых пользователь определяет соответствующие данные и следствием выполнения которых является получение желаемых результатов. Объектно-ориентированные интерфейсы используют несколько иную модель взаимодействия с пользователем, ориентированную на манипулирование объектами предметной области. В рамках этой модели пользователю предоставляется возможность напрямую взаимодействовать с каждым объектом и инициировать выполнение операций, в процессе которых взаимодействуют несколько объектов. Задача пользователя формулируется как целенаправленное изменение некоторого объекта, имеющего внутреннюю структуру, определенное содержание и внешнее символьное или графическое представление. Объект при этом понимается в широком смысле слова, например, модель реальной системы или процесса, база данных, текст и т. п. Пользователю предоставляется возможность создавать объекты, изменять их параметры и связи с другими объектами, а также инициировать взаимодействие этих объектов. Элементы интерфейсов данного типа включены в пользовательский интерфейс Windows, например, пользователь может «взять» файл и «переместить» его в другую папку. Таким образом, он инициирует выполнение операции перемещения файла. Применение процедурно-ориентированных интерфейсов в данном случае не означает использования структурного подхода к разработке соответствующего программного обеспечения. Более того, реализация современного процедурно- ориентированного пользовательского интерфейса на базе структурного подхода является очень сложной и трудоемкой задачей. 217 В табл. 8.1 перечислены основные отличия пользовательских моделей интерфейсов процедурного и объектно-ориентированного типов. Различают процедурно-ориентированные интерфейсы трех типов: «примитивные», меню и со свободной навигацией. Примитивным называют интерфейс, который организует взаимодействие с пользователем в консольном режиме. Обычно такой интерфейс реализует конкретный сценарий работы программного обеспечения, например: ввод данных - решение задачи — вывод результата (рис. 8.3, а). Единственное отклонение от последовательного процесса, которое обеспечивается данным интерфейсом, заключается в организации цикла для обработки нескольких наборов данных (рис. 8.3, б). Подобные интерфейсы в настоящее время используют только в процессе обучения программированию или в тех случаях, когда вся программа реализует одну функцию, например, в некоторых системных утилитах. Интерфейс-меню в отличие от примитивного интерфейса позволяет пользователю выбирать необходимые операции из специального списка, выводимого ему программой. Эти интерфейсы предполагают реализацию множества сценариев работы, последовательность действий в которых определяется пользователем. Различают одноуровневые и иерархические меню. Первые используют для сравнительно простого управления вычислительным процессом, когда вариантов немного (не более 5-7), и они включают операции одного типа, например, Создать, Открыть, Закрыть и т. п. Вторые - при большом количестве вариантов или их очевидных различиях, например, операции с файлами и операции с данными, хранящимися в этих файлах. Интерфейсы данного типа несложно реализовать в рамках структурного подхода к программированию. На рис. 8.4 показана типичная структура ал- 218 горитма программы, организующей одноуровневое меню. Алгоритм программы с многоуровневым меню обычно строится по уровням, причем выбор команды на каждом уровне осуществляется так же, как для одноуровневого меню. Интерфейс-меню предполагает, что программа находится либо в состоянии Уровень меню, либо в состоянии Выполнение операции. В состоянии Уровень меню осуществляется вывод меню соответствующего уровня и выбор нужного пункта меню, а в состоянии Выполнение операции реализуется сценарий выбранной операции. В порядке исключения иногда пользователю предоставляется возможность завершения операции независимо от стадии выполнения сценария и/или программы, например, по нажатию клавиши Esc. Древовидная организация меню предполагает строго ограниченную навигацию: либо переходы «вверх» к корню дерева, либо - «вниз» по выбранной ветви. Каждому уровню иерархического меню соответствует свое определенное окно, содержащее пункты данного уровня. При этом возможны два варианта реализации меню: каждое окно меню занимает весь экран или на экране |