🗊Презентация Лекция 2. Основы программной инженерии. Основные этапы разработки программ, их назначение и характеристики

Основы программной инженерии Барышникова Марина Юрьевна МГТУ им. Н.Э. Баумана Каф. ИУ-7 baryshnikovam@mail.ru

Лекция 2 Основные этапы разработки программ, их назначение и характеристики

Основные этапы разработки программ

Постановка задачи Цель этапа: определение функциональных возможностей программы, подготовка технического задания и внешней спецификации

К чему может привести непонимание между заказчиком и разработчиком ПО

Внешняя спецификация программы Внешняя спецификация - достаточно полная и точная формулировка решаемой задачи Формальная спецификация программы: {Q}S{R}, где Q – предусловие программы S, R – постусловие программы S Если выполнение программы S началось в состоянии, удовлетворяющем Q, то имеется гарантия, что оно завершится через конечное время в состоянии, удовлетворяющем R

Состав внешней спецификации Описание исходных данных. Должны быть точно описаны синтаксис (формат) и семантика (назначение, тип, допустимые значения, область изменения) всех исходных данных, которые вводит пользователь в программу Описание выходных данных. Дается точное описание семантики и синтаксиса всех результатов, формируемых программой, а также сообщений оператору об ошибках, о ходе вычислительного процесса, о запросах и т.д. Указывается реакция программы на некорректность исходных данных Описание функций преобразования информации, выполняемых программой, с точки зрения пользователя Дополнительные сведения о программе: ограничения на используемую память, длину программы, время ее работы; идеи относительно внутреннего проектирования функций (если это необходимо). В этот раздел также включают описание способа обращения к программе

Разработка алгоритма Алгоритм – это полное и точное описание на некотором языке конечной последовательности правил, указывающих исполнителю действия, которые он должен выполнить, чтобы за конечное время перейти от (варьируемых) исходных данных к искомому результату

Свойства алгоритмов Дискретность – возможность разбиения на шаги Понятность – ориентация на конкретного исполнителя Определенность – однозначность толкования инструкций Конечность – возможность получения результата за конечное число шагов Массовость – применимость к некоторому классу объектов Эффективность – оптимальность времени и ресурсов, необходимых для реализации алгоритма

Процесс алгоритмизации разложение всего вычислительного процесса на отдельные шаги – возможные составные части алгоритма, что определяется внутренней логикой самого процесса и системой команд исполнителя; установление взаимосвязей между отдельными шагами алгоритма и порядка их следования, приводящего от известных исходных данных к искомому результату; полное и точное описание содержания каждого шага алгоритма на языке выбранной алгоритмической системы; проверка составленного алгоритма на предмет, действительно ли он реализует выбранный метод и приводит к искомому результату

Способы описания алгоритмов словесно-формульный (на естественном языке, вербальный); структурный или блок-схемный (графический); с использованием специальных алгоритмических языков (нотаций); с помощью сетей Петри; программный

Словесно-формульный способ Пусть необходимо найти значение выражения: у=2а-(х+6) Словесно-формульным способом алгоритм решения этой задачи может быть записан в следующем виде: 1.    Ввести значения а и х 2.    Сложить х и 6 3.    Умножить а на 2 4.    Вычесть из 2а сумму (х+6) 5.    Вывести у как результат вычисления выражения

Стандарты графических изображений блоков

Применение блок-схем

Пример псевдокода для функции печати массива Вход: a – массив целых чисел, n – количество элементов в массиве Выход: -   пока не конец массива делать печатать очередной элемент массива все пока

Технология разработки алгоритмов Качества хорошего алгоритма: правильно решает поставленную задачу легок для понимания прост для доказательства правильности удобен для модификации Конструирование и оформление алгоритмов осуществляется в рамках структурного подхода, в основе которого лежит теорема о структурировании: алгоритм решения любой практически вычислимой задачи может быть представлен с использованием трех элементарных базисных управляющих структур: а) следования; б) ветвления; в) цикла с предусловием

Базисные управляющие структуры

Дополнительные управляющие структуры

Написание программы на языке программирования Программа – логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для решения определенной задачи Текст программы – полное законченное и детальное описание алгоритма на языке программирования

Порядок прохождения задач через ЭВМ

Трансляция программы Компиляция - преобразование объектов (данных и операций над ними) с входного языка в объекты на другом языке для всей программы в целом с последующим выполнением полученной программы в виде отдельного шага Интерпретация - анализ отдельного объекта на входном языке с одновременным выполнением (интерпретацией)

Компиляция программы

Компоновка программы Компоновка - это процесс сборки программы из объектных модулей, в котором производится их объединение в исполняемую программу и связывание вызовов внешних функций и их внутреннего представления (кодов), расположенных в различных объектных модулях. При этом могут объединяться один или несколько объектных модулей программы и объектные модули, взятые из библиотечных файлов и содержащие стандартные функции и другие инструкции

Выполнение программы Исполняемый файл — это файл, содержащий программу в том виде, в котором она может быть исполнена компьютером Формат исполняемого файла — это соглашение о размещении в нём машинных команд и вспомогательной информации

Тестирование программы Тестирование – это процесс исполнения программы с целью обнаружения ошибок Требования к тестам: Простота: тест должен представлять собой простой набор исходных данных, позволяющих легко просчитать и получить верный результат Полнота: в результате тестирования каждый оператор программы должен выполниться хотя бы один раз Не избыточность: не избыточный тест – это такой тест, в котором удаление хотя бы одного тестового набора данных превращает его в неполный

Отладка программы Отладка — этап разработки компьютерной программы, в ходе выполнения которого обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки

Примеры синтаксических ошибок пропуск необходимого знака пунктуации; несогласованность скобок или пропуск нужных скобок; неверное написание зарезервированных слов; отсутствие объявлений идентификаторов

Примеры семантических ошибок некорректное использование переменных (до инициализации, использование индексов, выходящих за границы массивов и т.п.); ошибки вычисления (некорректное использование целочисленной арифметики, незнание приоритетов выполнения операций, деление на 0, извлечение корня из отрицательного числа и т.п.); ошибки межмодульного интерфейса (игнорирование системных соглашений при передаче параметров, нарушение области действия локальных и глобальных переменных и т.п.)

Примеры логических ошибок ошибки алгоритма; ошибки накопления погрешностей результатов вычисления (некорректное отбрасывание дробных цифр числа, некорректное использование приближенных методов вычисления, игнорирование использования разрядной сетки ЭВМ и т.п.)

Последовательность обнаружения ошибок ошибки трансляции (компиляции): ошибки соответствия синтаксису языка ошибки компоновки (ошибки связи); ошибки данных; ошибки выполнения ошибки логики

Методы отладки Отладка за столом: просмотр; проверка; прокрутка; Программный способ отладки (так называемая отладочная печать): эхо–печать входных данных; печать в ветвях программы; печать в узлах программы; Аппаратный способ (встроенные интегрированные средства отладки): выполнение по шагам просмотр переменных в окне наблюдения; локализация места ошибки при выполнении программы до курсора

Трудоемкость этапов

Сопровождение ПО внесение изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям