ТРПО-лекции

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра «Информационные и вычислительные системы»

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Конспект лекций

для студентов четвёртого курса специальности 230105.65 – Программное обеспечение вычислительной техники

и автоматизированных систем

составила доцент Г. Ф. Довбуш

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Санкт-Петербург

2010

Скачано с сайта http://ivc.clan.su
Технология разработки программного обеспечения
	2
СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ В УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ..........................................................	6
1.1. Строительные блоки UML ........................................................................................................	8
1.1.1. Сущности...........................................................................................................................	8
1.1.2. Отношения ......................................................................................................................	15
1.1.3. Диаграммы ......................................................................................................................	25
1.2. Общие механизмы UML ..........................................................................................................	34
1.2.1. Спецификации.................................................................................................................	34
1.2.2. Способы представления ..................................................................................................	34
1.2.3. Дополнения .....................................................................................................................	35
1.2.4. Расширения .....................................................................................................................	36
1.3. Архитектура...........................................................................................................................	37
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА .............................................................	40
2.1. Эволюция интерфейса человек-компьютер ...........................................................................	41
2.2. Основные задачи проектирования интерфейса пользователя ...............................................	42
2.3. Модели пользовательского интерфейса.................................................................................	42
2.4. Требования к пользовательскому интерфейсу .......................................................................	44
2.5. Принципы проектирования пользовательского интерфейса ..................................................	45
2.5.1. Контроль на стороне пользователя .................................................................................	45
2.5.2. Обратная связь................................................................................................................	45
2.5.3. Эстетичность и удобство .................................................................................................	45
2.5.4. Согласованность..............................................................................................................	45
2.5.5. Настройка........................................................................................................................	46
2.5.6. Терпимость к ошибкам ....................................................................................................	46
2.6. Правила разработки пользовательского интерфейса .............................................................	46
2.7. Критерии качества пользовательского интерфейса ...............................................................	47
2.7.1. Простой – Simple .............................................................................................................	47
2.7.2. Эстетичный – Aesthetic ....................................................................................................	47
2.7.3. Продуктивный – Productive ..............................................................................................	47
2.7.5. Другой – Other.................................................................................................................	47
3. ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.........	47
3.1. Трѐхуровневая модель приложения.......................................................................................	48
3.1.1. Уровень представления ...................................................................................................	48
3.1.2. Бизнес-правила ...............................................................................................................	49
3.1.3. Уровень управления данными .........................................................................................	49
3.2. Распределѐнная вычислительная архитектура.......................................................................	49
3.3. Пакеты классической модели.................................................................................................	50
4. МЕТОДОЛОГИИ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ......................................................	51
4.1. Объектно-ориентированный анализ.......................................................................................	52
4.1.1. Определение назначения системы ..................................................................................	52
4.1.2. Определение основных функций .....................................................................................	53
4.1.3. Пример ............................................................................................................................	54
4.1.4. Подготовка словаря системы ...........................................................................................	55
4.1.5. Пример (продолжение)....................................................................................................	56
4.1.6. Создание структуры.........................................................................................................	57
4.1.7. Пример (продолжение)....................................................................................................	58
4.1.8. Рекомендации по созданию модели анализа ...................................................................	59
4.2. Объектно-ориентированное проектирование.........................................................................	59
4.2.1. Определение программных классов.................................................................................	60
4.2.2. Пример (продолжение)....................................................................................................	61
4.2.3. Определение атрибутов ..................................................................................................	61
4.2.4. Пример (продолжение)....................................................................................................	62
4.2.5. Упрощение классов путѐм обобщения .............................................................................	63

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su
Технология разработки программного обеспечения
	3
4.2.6. Пример (продолжение)....................................................................................................	63
4.2.7. Определение операций ...................................................................................................	63
4.2.8. Пример (продолжение)....................................................................................................	64
4.2.10. Рабочий поток проектирования в RUP ...........................................................................	66
4.3. Концепции объектной методологии .......................................................................................	67
4.3.1. Концептуальная целостность – Conceptual Integrity .........................................................	67
4.3.2. Гарантированный результат – Contract............................................................................	68
4.3.3. Самодостаточность – Selfishness......................................................................................	68
4.3.4. Иерархия – Hierarchy .......................................................................................................	69
4.3.5. Согласованность – Seamlessness......................................................................................	69
4.4. Модели системы ....................................................................................................................	69
4.4.1. Статическая модель системы ...........................................................................................	70
4.4.2. Динамическая модель системы........................................................................................	70
4.4.3. Функциональная модель системы ....................................................................................	71
4.4.4. Физическая модель системы ............................................................................................	71
4.4.5. Статическая и динамическая модели...............................................................................	71
4.4.6. Статическая и функциональная модели...........................................................................	72
4.4.7. Динамическая и функциональная модели .......................................................................	72
4.5. Методы проектирования ........................................................................................................	73
4.5.1. Проектирование по обязательствам – CRC-cards .............................................................	73
4.5.2. Метод Коада/Йордона – OOA/D .......................................................................................	74
4.6. Объектная методология – Object Methodology .......................................................................	75
4.6.1. Объектная модель ...........................................................................................................	76
4.6.2. Процедура моделирования ..............................................................................................	79
5. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ......................................................................................................................	79
5.1. Основные процессы жизненного цикла..................................................................................	80
5.2. Вспомогательные процессы жизненного цикла ......................................................................	81
5.3. Организационные процессы жизненного цикла .....................................................................	81
5.4. Модели жизненного цикла .....................................................................................................	82
5.4.1. Водопадная модель жизненного цикла ............................................................................	82
5.4.2. Спиральная модель жизненного цикла ............................................................................	83
5.5. Основные сведения об этапах разработки .............................................................................	85
5.5.1. Спецификация требований ..............................................................................................	85
5.5.2. Анализ .............................................................................................................................	90
5.5.3. Проектирование ..............................................................................................................	91
5.5.4. Реализация (кодирование) и эволюция ...........................................................................	94
5.5.5. Сопровождение ...............................................................................................................	95
5.5.6. Тестирование ..................................................................................................................	95
6. ДОКУМЕНТАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ..................................................................................	100
6.1. Документы управления разработкой....................................................................................	102
6.2. Пользовательская документация .........................................................................................	102
6.3. Документация по сопровождению .......................................................................................	103
6.4. Стандарты документации.....................................................................................................	103
7. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ПРОЦЕСС РАЗРАБОТКИ ............................................................................	104
7.1. Базовые понятия RUP ..........................................................................................................	105
7.2. Модели унифицированного процесса...................................................................................	106
7.3. Принципы методологии RUP ................................................................................................	107
7.3.1. Управляемая прецедентами разработка ........................................................................	107
7.3.2. Ориентированная на архитектуру разработка ...............................................................	108
7.3.3. Итеративная и инкрементная разработка ......................................................................	109
7.3.4. Другие важные принципы разработки ...........................................................................	110
7.4. Жизненный цикл RUP ..........................................................................................................	111
7.4.1. Итерация .......................................................................................................................	111

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su
Технология разработки программного обеспечения
	4
7.4.2. Фазы итерации RUP .......................................................................................................	111
7.5. Основные технологические процессы RUP ...........................................................................	114
7.5.1. Технологический процесс бизнес-моделирования .........................................................	114
7.5.2. Технологический процесс управления требованиями ....................................................	115
7.5.3. Технологический процесс анализа и проектирования ...................................................	116
7.5.4. Технологический процесс реализации ...........................................................................	116
7.5.5. Технологический процесс тестирования ........................................................................	117
7.5.6. Технологический процесс развѐртывания......................................................................	117
7.6. Вспомогательные процессы RUP ..........................................................................................	118
7.6.1. Технологический процесс управления конфигурацией и изменениями..........................	118
7.6.2. Технологический процесс управления проектом ...........................................................	119
7.6.3. Технологический процесс управления средой ...............................................................	119
7.7. Задачи ролей в технологических процессах жизненного цикла RUP ....................................	120
8. ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ....................................................	123
8.1. Группа проекта и роли участников группы ..........................................................................	123
8.1.1. Руководитель проекта – Program manager .....................................................................	123
8.1.2. Менеджер по маркетингу – Product manager .................................................................	123
8.1.3. Разработчик – Developer................................................................................................	124
8.1.4. Тестер – Tester ..............................................................................................................	125
8.1.5. Технический писатель – Writer ......................................................................................	125
8.1.6. Представитель группы технической поддержки – Logistic..............................................	125
8.1.7. Другие специалисты ......................................................................................................	126
8.2. Модель проектной группы ...................................................................................................	126
9. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ...............................................	128
9.1. Визуальное моделирование .................................................................................................	128
9.2. CASE-средства .....................................................................................................................	129
9.3. Среда JUDE Community ........................................................................................................	130
Рекомендуемая литература............................................................................................................	131

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	5

"Математика делает то, что можно, так, как нужно, тогда как информатика делает то, что нужно, так, как можно".

Программистский фольклор.

Понятие технологии в русском языке имеет ясное определение:

Технология – совокупность производственных методов и процессов в определѐнной отрасли производства, а также научное описание способов производства (С.И. Ожегов).

Продуктом технологии разработки программного обеспечения (ТРПО) является программа, эффективно и надѐжно выполняющая требуемые функции на реальных компьютерах. Разрабатываемая программа должна удовлетворять заданным потребностям пользователей и обладать определѐнным качеством.

Целью программирования является описание процессов обработки данных.

Программа (program) – формализованное описание процессов обработки данных, представленное как упорядоченная последовательность инструкций для решения задач пользователей компьютером.

Данные – это представление характеризующих объекты отдельных фактов, явления и процессы в предметной области, а также их свойства.

Обработка данных – выполнение систематической последовательности действий с данными.

Данные представляются и хранятся на носителях данных. Совокупность носителей данных, используемых при какой-либо обработке данных, называют информаци-

онной средой.

Набор данных, содержащихся в какой-либо момент в информационной среде, называют состоянием этой информационной среды.

Процесс обработки данных можно определить как последовательность сменяющих друг друга состояний некоторой информационной среды.

Процесс обработки данных (или программа) – это формализованное определение последовательности смены состояний в заданной информационной среде.

Программное обеспечение, или программное средство (software) – совокупность программ обработки данных и необходимой для их эксплуатации документации.

Программы позволяют осуществлять автоматическую обработку данных на компьютере.

Документация помогает управлять разработкой, использовать и сопровождать программное обеспечение.

Программный продукт (software product) – программное средство, предназначенное для продажи или передачи в эксплуатацию другим лицам.

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	6

Программный продукт должен быть изготовлен с помощью законно приобретѐнных программных средств, иметь патент и сопровождаться организациейразработчиком.

Программное изделие (software) – это экземпляр или снятая копия программного продукта.

Вычислительная система (computer system) – это объединение персонала, аппаратных средств и программного обеспечения для обработки данных с целью выполнения установленных требований или задач.

Технология разработки программного обеспечения – это совокупность про-

изводственных процессов, приводящая к созданию требуемого надѐжного программного средства, а также описание этой совокупности процессов.

Различают методы, средства и процедуры ТРПО. Методы обеспечивают решение следующих задач:

1.Планирование и оценка проекта.

2.Анализ системных и программных требований.

3.Проектирование программных структур и структур данных.

4.Кодирование.

5.Тестирование.

Средства обеспечивают автоматизированную поддержку методов. В настоящее время широко используются CASE-средства (Computer Aided Software Engineering),

которые поддерживают автоматизацию этапов анализа, проектирования, реализации и тестирования систем.

Процедуры соединяют методы и средства так, что обеспечивают непрерывную технологическую цепочку разработки и определяют:

1.Порядок применения методов и средств.

2.Контроль продвижения работ по проекту.

3.Контроль изменений.

4.Оценку рисков.

Разработка программного средства (ПС) состоит из основных, вспомогательных и организационных процессов. Каждый процесс базируется на использовании какихлибо методов и средств. Совокупность методов и средств, используемых для создания ПС, часто называют парадигмами технологии программирования.

1. ВВЕДЕНИЕ В УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ

Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language – UML) – это универсальный язык визуального моделирования систем, представляющий собой основанную на диаграммах стандартную систему обозначений.

Язык не привязан к какой-либо конкретной методологии или жизненному циклу, но лучше всего адаптирован к методологии унифицированного процесса. UML пре-

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	7

доставляет возможность создавать и разбираться в правильно построенных моделях, но не говорит какие модели и когда нужно создавать.

Разработка UML началась в компании Rational Software в 1995 году с объединения метода Booch’93 Гради Буча, техники объектного моделирования OMT (Object Modeling Technique) Айвара Якобсона и методологии объектно-ориентированной разработки программного обеспечения Objectory, или OOSE (Object-Oriented Software Engineering) Джима Рамбо.

В 1997 году язык UML утверждѐн консорциумом по технологии манипулирования объектами OMG в качестве открытого стандарта UML 1.1 (http://www.omg.org/uml) для представления объектно-ориентированных моделей. В 2004 году одобрен второй выпуск UML 2.0.

UML – язык для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования компонентов программных средств.

UML – язык визуализации (зрительного восприятия). Для многих программистов время между обдумыванием и написанием кода равно нулю. Код получается прекрасный, но программист при этом моделирует в уме. В связи с этим возникает несколько проблем, которые можно решить, используя UML:

1.Проблема чтения кода. Существуют некоторые вещи в ПС, которые невозможно понять по тексту кода (даже хорошо прокомментированного). UML – графический язык и, следовательно, решает проблему.

2.Проблема потери информации. Если разработчик уничтожил часть кода и никогда не записывал в каком-либо виде модель, тогда этот код будет утрачен навсегда. UML обеспечивает восстановление кода по модели.

3.Проблема интерпретации модели. Как правило, в проектной группе вырабатывается некоторый внутренний язык (совершенно непонятный извне). UML обладает корректно-определѐнной семантикой и, поэтому, разные разработчики будут одинаково трактовать модель.

UML – язык специфицирования. Он позволяет определить все важные решения по анализу, проектированию и реализации, которые принимаются в процессе создания и внедрения ПС.

UML – язык конструирования. Созданные с его помощью модели могут быть переведены на различные языки программирования. Модель можно отобразить на такие языки, как C++, Java, Visual Basic и даже на таблицы реляционной базы данных.

Возможно как прямое (forward engineering), так и обратное (reverse engineering)

отображение.

UML – язык документирования. При создании ПС создаѐтся много вторичных по отношению к исполняемому коду продуктов: требования к системе, архитектура системы, проект, исходный код, проектные планы, тесты, прототипы, версии. UML предоставляет возможности документирования принятых решений.

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	8

Язык UML предназначен, прежде всего, для разработки программных средств. Его использование наиболее эффективно в следующих областях:

−информационные системы масштабов предприятия;

−транспорт, в том числе железнодорожный;

−банковские и финансовые услуги;

−распределѐнные Web-системы;

−оборонная промышленность, авиация и космонавтика;

−розничная торговля;

−медицинская электроника;

−телекоммуникации;

−наука.

Структура UML включает следующее:

1.Строительные блоки – основные элементы, отношения и диаграммы.

2.Общие механизмы – пути для достижения определѐнных целей.

3.Архитектура – представление системной архитектуры.

1.1. Строительные блоки UML

В UML задействованы три вида блоков:

1.Сущности (things).

2.Отношения (relationships).

3.Диаграммы (diagrams).

1.1.1. Сущности

Сущность – это абстракция, являющаяся основным элементом UML-модели.

На рис. 1-1 показаны графические обозначения некоторых сущностей.

Рис. 1-1. Графические

обозначения сущностей в UML

Все сущности можно разделить на следующие группы:

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	9

–Структурные сущности. Представляют статические части модели. Структурными сущностями являются: класс (class), интерфейс (interface), актѐр

(actor), прецедент (use case), компонент (component), узел (node).

–Поведенческие сущности. Представляют динамические части UML-модели. К поведенческим сущностям относятся: взаимодействия (interaction), дея-

тельности (activity), автоматы (state machine).

–Группирующая сущность – пакет (package). Объединяет семантически связанные элементы UML-модели в единое целое.

–Аннотационная сущность – примечание (note). Добавляется к UML-модели для записи специальных уточняющих сведений.

Класс – class

Класс – это описание набора объектов с общими атрибутами, операциями и семантикой.

Графически класс изображается в виде разделѐнного на три части прямоугольника (рис.1-2), где записаны его имя, атрибуты и операции.

Рис. 1-2. Графическое изображение класса

Объединение объектов в классы вводит в процесс разработки ПС абстракцию. Цель абстракции – ограничить универсальность, всеобщность понятия (вещи).

Абстракция – это наиболее существенные характеристики объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и чѐтко определяют особенности данного объекта с точки зрения дальнейшего анализа.

Абстракция концентрирует внимание на внешних свойствах объекта и позволяет отделить существенные особенности поведения от деталей их реализации. Такое разделение поведения от реализации называется барьером абстракции, который основывается на двух принципах:

1.Принцип наименьшей выразительности, по которому абстракция должна охватывать лишь самую суть объекта, не больше (но и не меньше).

2.Принцип минимизации связей, когда интерфейс объекта содержит только существенные аспекты поведения.

Следует заметить, что на разных этапах создания ПС разработчики имеют дело с разными классами:

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011

Скачано с сайта http://ivc.clan.su

Технология разработки программного обеспечения	10

−на этапе анализа ПС классы – это концептуальные абстракции, являющиеся частью предметной области;

−на этапе проектирования – логические (программные) абстракции;

−на этапе реализации – это классы выбранного для реализации логических абстракций языка программирования.

Одна из целей разработки ПС заключается в том, что необходимо описать классы/объекты, составляющие в совокупности проектируемую систему.

Основными характеристиками класса/объекта являются:

1.Уникальное имя. Позволяет отличить объекты друг от друга.

2.Атрибут – именованное свойство объектов класса. Каждый атрибут имеет своѐ значение для каждого объекта. Среди атрибутов различают:

−статические (условно постоянные свойства);

−динамические (условно переменные свойства);

−производные (вычисляемые свойства), значения которых определяются при помощи значений статических и динамических атрибутов объекта.

3.Состояние объекта – ситуация в ходе жизни объекта, в течение которой он удовлетворяет некоторому условию, выполняет некоторую деятельность или ожидает некоторого события. Выражается состояние всеми текущими значениями объекта. При изменении значений атрибутов меняется состояние.

4.Поведение – это то, как объект действует и реагирует (то есть, как он меняет своѐ состояние). Поведение выражается в терминах состояния объекта и передачи сообщений. Поведение может изменять состояние. Понятие сообщение совпадает с понятием операция.

5.Операция – действие, которое должен выполнить объект для реализации своего поведения, или сервис, который может быть востребован одним объектом у другого. У каждой операции есть свой объект-получатель, то есть объект, для которого операция применяется. Операция может иметь дополнительные аргументы, которые еѐ параметризуют. Некоторые операции могут приобретать разные формы в различных классах, такие операции называют полиморфными. К стереотипным операциям для всех классов относятся следующие операции:

−создать и инициировать (create and initialize) объект.

−удалить (delete) объект.

−получить (get…) значение атрибута.

−установить (set…) значение атрибута.

−добавить объект (add…) – добавить связь с другим объектом.

−исключить объект (remove…) – исключить связь с другим объектом.

Кнаиболее распространѐнным операциям относятся:

−модификатор – операция, которая меняет состояние объекта.

−запрос (селектор) – операция, которая считывает состояние объекта, но не меняет состояние.

Довбуш Г.Ф., ПГУПС, кафедра ИВС, 2010/2011