Технологии программирования

1.3. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД И ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Системный подход — общенаучный обобщенный эвроритм, предусматривающий всестороннее исследование сложного объекта с использованием компонентного, структурного, функционального, параметрического и генетического видов анализа.

Компонентный анализ — рассмотрение объекта, включающего в себя составные элементы и входящего, в свою очередь, в систему более высокого ранга.

Структурный анализ — выявление элементов объекта и связей между ними.

Функциональный анализ — рассмотрение объекта как комплекса выполняемых им полезных и вредных функций.

Параметрический анализ — установление качественных пределов развития объекта — физических, экономических, экологических и др. Применительно к программам параметрами могут быть: время выполнения какого-нибудь алгоритма, размер занимаемой памяти и т. д. При этом выявляются ключевые технические противоречия, мешающие дальнейшему развитию объекта, и ставится задача их устранения за счет новых технических решений.

Генетический анализ — исследование объекта на его соответствие законам развития программных систем. В процессе анализа изучается история развития (генезис) исследуемого объекта: конструкции аналогов и возможных частей, технологии изготовления, объемы тиражирования, языки программирования и т. д.

При блочно-иерархическом подходе (частном эвроритме системного подхода, который используется часто в технике и программировании) процесс проектирования и представления о самом объекте расчленяется на уровни. На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее самые общие черты и особенности проектируемой системы. На каждом новом последовательном уровне разработки степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками.

Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиения и локальной оптимизации, абстрагирования, повторяемости.

Концепция разбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта или системы свести к решению более простых задач с учетом их взаимосвязи.

Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи.

Абстрагируемость заключается в построении моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов.

Повторяемость — в использовании существующего опыта проектирования.

Блочно-иерархический подход позволяет на каждом уровне решать задачи приемлемой сложности. Разбиение на блоки должно быть таким, чтобы документация на любом уровне была обозрима и воспринимаема одним человеком.

Главным недостатком блочно-иерархического подхода является то, что на верхних уровнях имеют дело с неточными моделями объекта, и решения принимаются в условиях недостаточной информации. Следовательно, при этом подходе высока вероятность проектных ошибок.

1.4. ОБЩЕСИСТЕМНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММ

При создании и развитии программного обеспечения (ПО) рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

1) принцип включения, предусматривающий, что требования к созданию, функционированию и развитию ПО определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;

2) принцип системного единства, состоящий в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития ПО его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;

3) принцип развития, предусматривающий в ПО возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;

4) принцип комплексности, заключающийся в том, что ПО обеспечивает связанность обработки информации как отдельных элементов, так и всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;

5) принцип информационного единства, т. е. во всех, подсистемах, средствах обеспечения и компонентах ПО используются единые термины, символы, условные обозначения и способы представления;

6) принцип совместимости, состоящий в том, что язык, символы, коды и средства программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;

7) принцип инвариантности, предопределяющий, что подсистемы и компоненты ПО инвариантны к обрабатываемой информации, т. е. являются универсальными или типовыми.

1.5. ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНЫХ РАЗРАБОТОК

Томас Кун в 1977 г. определил термин «парадигма» как свод норм научного мышления. Парадигма — это правило (modus operandi) развития научного знания. Оно в течение определенного времени дает научному сообществу модель постановки проблем и их решений.

Когда та или иная методология применяется во время стадии кодирования (реализации), очень часто ее называют парадигмой программирования — способом мышления в программировании.

В программировании существуют различные концепции языков (парадигмы), которые при написании программ могут приводить как к одним и тем же, так и радикально различным подходам. Более того, для ряда языков необходим «свой» тип мышления, особые технологии разработки, особая школа обучения. Большинство программистов используют в работе один-два языка программирования в рамках одной парадигмы. Иногда программисту бывает трудно понять чью-то программу, реализованную в непривычной для него парадигме. В противовес изменению цели проекта под используемый язык в ряде проектных случаев рационально избрать иной язык программирования.

Приемы и способы программирования конкретного программиста определяются используемым языком. Часто в стороне остаются альтернативные подходы к цели, а следовательно, не используются оптимальные решения в выборе парадигмы, соответствующей решаемой задаче. Ниже дан список основных парадигм программирования вместе с присущими им видами абстракций:

— процедурно-ориентированные — алгоритмы;

— объектно-ориентированные — классы и объекты;

— логически-ориентированные — цели, выраженные в исчислении предикатов;