Методологии программирования.

Методологии программирования - совокупность методов, применяемых при разработке программ и объединенным единым философским подходом.

Основные ядра методологий:

n Методология императивного программирования

n Методология объектно-ориентированного программирования

n Методология логического программирования

n Методология функционального программирования

n Методология программирования в ограничениях

 

Методология императивного программирования:

n Подход, характеризующийся принципом последовательного изменения состояния вычислителя пошаговым образом.

n Управление изменениями полностью определено и полностью контролируемо

n Ориентирована на фон Неймановскую архитектуру

Методы:

n Метод изменения состояний
(поддерживается концепцией алгоритма)

n Методуправления потоком исполнения

Вычислительная модель:

Для ПК

Состояние – значение всех ячеек памяти, состояние процессора и всех сопряженных устройств

Единственная структура данных – последовательность ячеек (пар «адрес-> значение») с линейно упорядоченными адресами

Математическая модель – машина Тьюринга-Поста (абстрактное вычислительное устройство для описания алгоритмов)

Синтаксис и семантика:

n Оператор - основное синтаксическое понятие

n Атомарный оператор – оператор, у которых никакая его часть не является самостоятельным оператором

n Структурные операторы – операторы, объединяющие другие операторы в новый, более крупный оператор

Средство структурирования - подпрограммы

Языки программирования;

n Plankalkuel (Конрад Цузе, 1945-46)

n Fortran (1954)

n Algol (1960)

n Pascal (1970)

n C (1972)

n ICON (1974)

Класс задач:

n Императивное программирование наиболее пригодно для решения задач, в которых последовательное выполнение команд является естественным.
Например, управление современными аппаратными средствами

n Поскольку практически все современные компьютеры императивны, эта методология позволяет создавать достаточно эффективный порождаемый код

10. Модульное программирование: основные понятия.

Модульное программирование – это такой способ программирования, при котором вся программа разбивается на группу компонентов, называемых модулями, причем каждый из них имеет свой контролируемый размер, четкое назначение и детально проработанный интерфейс с внешней средой.

Альтернатива модульности – монолитная программа

Основные концепции:

В основе модульного программирования лежат три основные концепции:

n Принцип утаивания информации Парнаса
При разработке программ формируется список проектных решений, которые особенно трудно понять или которые, скорее всего, будут меняться. Затем определяются отдельные модули, каждый из которых реализует одно из указанных решений.Большие программы должны использовать модули без каких-либо предварительных знаний об их внутренней структуре. Примерами удачных модулей могут служить программы ППП (пакетов прикладных программ) и стандартные процедуры.

n Сборочное программирование Цейтина.
Модули – это программные «кирпичи», из которых строится программа.

n Аксиома модульности Коуэна
Модуль – независимая программная единица, служащая для выполнения некоторой определенной функции программы и для связи с остальной частью программы. Программная единица должна удовлетворять следующим условиям:

n Блочность организации

n Синтаксическая обособленность

n Семантическая независимость

n Общность данных

n Полнота определения

Характеристики модуля:

n Размер модуля

n Связность (прочность) модуля

n Сцепление модуля с другими модулями

n Рутинность (независимость от предыдущих обращений) модуля

Размер модуля Модуль не должен превышать 60 строк
В результате его можно поместить на одну страницу распечатки или легко просмотреть на экране монитора

 

Связность модуля:

n Связность модуля – мера независимости его частей.
Чем выше связность, тем больше связей он «упрятывает» в себе

n Типы связности:

n Функциональная
Модуль с функциональной связностью реализует одну какую-нибудь функцию и не может быть разбит на два модуля с теми же типами связности

n Последовательная

 

n Типы связности:

n Последовательная
Модуль с такой связностью может быть разбит на последовательные части, выполняющие независимые функции, но реализующие совместно единственную функцию (например, оценка, а затем обработка данных)

n Информационная
Модуль с информационной связностью – это модуль, выполняющий несколько операций или функций над одной и той же структурой данных, которая считается неизвестной вне этого модуля (применяется для реализации, например, абстрактных типов данных таких как стек, очередь и др.)

Связность модуля:
Следует избегать

n Временной связности
- когда объединяются действия, связанные со временем (например, действия, которые должны быть выполнены в один и тот же момент времени)

n Логической связности
- когда в модуль объединяются действия по признаку их некоторого подобия (например, функции для проверки корректности входных данных для всей программы)

n Случайной связности
- когда действия объединяются произвольным образом

n Процедурной связности
- когда действия сгруппированы вместе только потому, что они выполняются в течение одной и той же части процесса

Сцепление модулей:

Сцепление – мера относительной независимости модулей от других модулей.
Независимые модули могут быть модифицированы без переделки других модулей.
Чем слабее сцепление модуля, тем лучше.

Типы сцепления:

n Независимые модули – идеальный случай.
В этом случае модули ничего не знают друг о друге.
Взаимодействие модулей организуется через их интерфейсы, когда выходные данные одного модуля передаются на вход другого.
Достичь такого сцепления очень сложно, и в большинстве случаев не нужно.

n Сцепление по данным (параметрическое) – это сцепление, когда данные передаются модулю как значения его параметров или как результат его обращения к другому модулю для вычисления некоторой функции (Этот тип сцепления реализуется в языках программирования при обращении к функциям)

n Разновидности этого сцепления:

n Сцепление по простым элементам данных

n Сцепление по структуре данных (оба модуля при этом должны знать о внутренней структуре данных)

Типы сцепления
Не рекомендуется использовать:

n Сцепление по управлению – это сцепление,
в котором один модуль управляет решениями внутри другого с помощью передачи флагов, переключателей и т.п.
В этом случае один модуль должен достаточно хорошо знать структуру вызывающего модуля

n Сцепление по внешним ссылкам – возникает, когда у одного модуля есть доступ к данным другого

n Сцепление по кодам – возникает, когда коды инструкций модулей перемежаются друг с другом (внутренняя область одного модуля доступна другому)

Рутинность модуля:

n Рутинность модуля – это независимость модуля от предыдущих обращений к нему.
Будем называть модуль рутинным, если результат его работы зависит только от количества переданных параметров (а не от количества обращений)

 

Преимущества модульного программирования:

n Функциональные компоненты модульной программы могут быть написаны и отлажены порознь

n Модульную программу проще проектировать, легче сопровождать и модифицировать

n Становится проще процедура загрузки в оперативную память боль-шой программы, требующей сегментации

Недостатки модульного программирования:

n Может увеличиться время компиляции и загрузки.

n Может увеличиться время исполнения программы.

n Может возрасти объем требуемой памяти.

n Организация межмодульного взаимодействия может оказаться довольно сложной.

Для современных компьютеров первые три недостатка несущественны.

Стандартные модули:

n Разработка и использование стандартных библиотечных программ является одним из путей построения модульного программирования

n Преимущества стандартных модулей:
1) стандартные модули экономят время программирования;

n 2) они также могут экономить память компьютера и выполняться максимально быстро;

3) использование стандартных модулей защищает от ошибок программирования.

Стандартные модули:

n Недостатки:

n Нужный стандартный модуль иногда бывает трудно найти. Еще труднее – подробную документацию к нему

n Стандартный модуль может оказаться более универсальным, чем это нужно пользователю

n Стандартный модуль может быть написан на другом языке

Каждый программист решает самостоятельно использовать ему стандартные модули или разрабатывать свой собственный.

 

Подпрограммы (функции):

n Подпрограммы также являются средством для построения модульных программ

n Не всякая подпрограмма является модулем. Модуль должен удовлетворять перечисленным выше характеристикам и свойствам.

11. Структурное программирование: основные понятия.

 

n Создателем структурного подхода считается Эдсгер Дейкстра (1975г.)

n Понятие структурного программирования представляет собой некоторые принципы написания программ в соответствии с набором жестких правил

n Структурный подход базируется на двух основных принципах построения:

n Последовательная декомпозиция алгоритма решения задачи сверху вниз

n Использование структурного кодирования

 

К методам структурного программирования относятся:

n Метод алгоритмической декомпозиции сверху вниз – заключается в пошаговой детализации постановки задачи, начиная с самой общей задачи

n Метод модульной организации частей программы – заключается в разбиении программы на специальные компоненты, называемые модулями

n Метод структурного кодирования – заключается в использовании при кодировании трех основных управляющих конструкций

Основное отличие от классической методологии императивного программирования заключается в отказе от оператора безусловного перехода и глобальных переменных

 

В теории программирования доказано, что программу для решения задачи любой сложности можно составить только из управляющих структур следование, ветвление и повторение