ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
РАЗРАБОТКА СЛОЖНЫХ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ
Допущено Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров
«Информатика и вычислительная техника»
Москва • Санкт-Петербург • Нижний Новгород • Воронеж
Ростов-на-Дону • Екатеринбург • Самара
Киев • Харьков • Минск
2002
Рецензенты:
Филиппович Ю. Н., канд. техн. наук, доцент Московского государственного Университета печати
Ревунков Г. И., канд. техн. наук, доцент Московского государственного технического Университета
им. Н Э. Баумана
Технологии разработки программного обеспечения: Учебник/ С. Орлов. — СПб.: Питер, 2002. — 464 с.: ил.
ISBN 5-94723-145-Х
Учебник посвящен систематическому изложению принципов, моделей и методов, используемых в инженерном цикле разработки сложных программных продуктов. Изложены классические основы программной инженерии, показаны последние научные и практические достижения, характеризующие динамику развития этой области; продемонстрирован комплексный подход к решению наиболее важных вопросов, возникающих в больших программных проектах. В основу материала положен двенадцатилетний опыт преподавания автором соответствующих дисциплин.
Книга допущена Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Информатика и вычислительная техника».
© ЗАО Издательский дом «Питер», 2002
Введение
Известно, что основной задачей первых трех десятилетий компьютерной эры являлось развитие аппаратных компьютерных средств. Это было обусловлено высокой стоимостью обработки и хранения данных. В 80-е годы успехи микроэлектроники привели к резкому увеличению производительности компьютера при значительном снижении стоимости.
Основной задачей 90-х годов и начала XXI века стало совершенствование качества компьютерных приложений, возможности которых целиком определяются программным обеспечением (ПО).
Современный персональный компьютер теперь имеет производительность большой ЭВМ 80-х годов. Сняты практически все аппаратные ограничения на решение задач. Оставшиеся ограничения приходятся на долю ПО.
Чрезвычайно актуальными стали следующие проблемы:
q аппаратная сложность опережает наше умение строить ПО, использующее потенциальные возможности аппаратуры;
q наше умение строить новые программы отстает от требований к новым программам;
q нашим возможностям эксплуатировать существующие программы угрожает низкое качество их разработки.
Ключом к решению этих проблем является грамотная организация процесса создания ПО, реализация технологических принципов промышленного конструирования программных систем (ПС).
Настоящий учебник посвящен систематическому изложению принципов, моделей и методов (формирования требований, анализа, синтеза и тестирования), используемых в инженерном цикле разработки сложных программных продуктов.
В основу материала положен двенадцатилетний опыт постановки и преподавания автором соответствующих дисциплин в Рижском авиационном университете и Рижском институте транспорта и связи. Базовый курс «Технология конструирования программного обеспечения» прослушали больше тысячи студентов, работающих теперь в инфраструктуре мировой программной индустрии, в самых разных странах и на самых разных континентах.
Автор стремился к достижению трех целей:
q изложить классические основы, отражающие накопленный мировой опыт программной инженерии;
q показать последние научные и практические достижения, характеризующие динамику развития в области Software Engineering;
q обеспечить комплексный охват наиболее важных вопросов, возникающих в больших программных проектах.
Компьютерные науки вообще и программная инженерия в частности — очень популярные и стремительно развивающиеся области знаний. Обоснование простое: человеческое общество XXI века — информационное общество. Об этом говорят цифры: в ведущих странах занятость населения в информационной сфере составляет 60%, а в сфере материального производства — 40%. Именно поэтому специальности направления «Компьютерные науки и информационные технологии» гарантируют приобретение наиболее престижных, дефицитных и высокооплачиваемых профессий. Так считают во всех развитых странах мира. Ведь не зря утверждают: «Кто владеет информацией — тот владеет миром!»
Поэтому понятно то пристальное внимание, которое уделяет компьютерному образованию мировое сообщество, понятно стремление унифицировать и упорядочить знания, необходимые специалисту этого направления. Одними из результатов такой работы являются международный стандарт по компьютерному образованию Computing Curricula 2001 — Computer Science и международный стандарт по программной инженерии IEEE/ACM Software Engineering Body of Knowledge SWEBOK 2001.
Содержание данного учебника отвечает рекомендациям этих стандартов. Учебник состоит из 17 глав.
Первая глава посвящена организации классических, современных и перспективных процессов разработки ПО.
Вторая глава знакомит с вопросами руководства программными проектами — планированием, оценкой затрат. Вводятся размерно-ориентированные и функционально-ориентированные метрики затрат, обсуждается методика их применения, описывается наиболее популярная модель для оценивания затрат — СОСОМО II. Приводятся примеры предварительной оценки программного проекта и анализа чувствительности проекта к изменению условий разработки.
Третья глава рассматривает классические методы анализа при разработке ПО.
Четвертая глава отведена основам проектирования программных систем. Здесь обсуждаются архитектурные модели ПО, основные проектные характеристики: модульность, информационная закрытость, сложность, связность, сцепление и метрики для их оценки.
Пятая глава описывает классические методы проектирования ПО.
Шестая глава определяет базовые понятия структурного тестирования программного обеспечения (по принципу «белого ящика») и знакомит с наиболее популярными методиками данного вида тестирования: тестированием базового пути, тестированием ветвей и операторов отношений, тестированием потоков данных, тестированием циклов.
Седьмая глава вводит в круг понятий функционального тестирования ПО и описывает конкретные способы тестирования — путем разбиения по эквивалентности, анализа граничных значений, построения диаграмм причин-следствий.
Восьмая глава ориентирована на комплексное изложение содержания процесса тестирования: тестирование модулей, тестирование интеграции модулей в программную систему; тестирование правильности, при котором проверяется соответствие системы требованиям заказчика; системное тестирование, при котором проверяется корректность встраивания ПО в цельную компьютерную систему. Здесь же рассматривается организация отладки ПО (с целью устранения выявленных при тестировании ошибок).
Девятая глава посвящена принципам объектно-ориентированного представления программных систем — особенностям их абстрагирования, инкапсуляции, модульности, построения иерархии. Обсуждаются характеристики основных строительных элементов объектно-ориентированного ПО — объектов и классов, а также отношения между ними.
В десятой главе дается сжатое изложение базовых понятий языка визуального моделирования — UML, рассматривается его современная версия 1.4.
Одиннадцатая глава представляет инструментарий UML для задания статических моделей, описывающих структуру объектно-ориентированных программных систем.
Двенадцатая глава отображает самый многочисленный инструментарий UML — инструментарий для задания динамических моделей, описывающих поведение объектно-ориентированных программных систем. Впрочем, здесь излагаются и смежные вопросы: формирование модели требований к разработке ПО с помощью аппарата Use Case, фиксация комплексных динамических решений с помощью коопераций и паттернов, бизнес-моделирование как средство предпроектного анализа организации-заказчика.
Тринадцатая глава отведена моделям реализации, описывающим формы представления объектно-ориентированных программных систем в физическом мире. Помимо компонентов, узлов и соответствующих диаграмм их обитания здесь приводится пример современной компонентной модели от Microsoft — COM.
В четырнадцатой главе обсуждается метрический аппарат для оценки качества объектно-ориентированных проектных решений: метрики оценки объектно-ориентированной связности, сцепления; широко известные наборы метрик Чидамбера и Кемерера, Фернандо Абреу, Лоренца и Кидда; описывается методика их применения.
Пятнадцатая глава решает задачу презентации унифицированного процесса разработки объектно-ориентированных программных систем, на конкретном примере обучает методике применения этого процесса. Кроме того, здесь рассматриваются методика управления риском разработки, процесс разработки в стиле «экстремальное программирование».
Шестнадцатая глава обучает особенностям объектно-ориентированного тестирования, проведению такого тестирования на уровне визуальных моделей, уровне методов, уровне классов и уровне взаимодействия классов.
Семнадцатая глава демонстрирует возможности применения CASE-системы Rational Rose к решению задач автоматизации формирования требований, анализа, проектирования, компонентной упаковки и программирования программного продукта.
Учебник предназначен для студентов бакалаврского и магистерского уровней компьютерных специальностей, может быть полезен преподавателям, разработчикам промышленного программного обеспечения, менеджерам программных проектов.
Вот и все. Насколько удалась эта работа — судить Вам, уважаемый читатель.
Благодарности
Прежде всего, мои слова искренней любви родителям — Нине Николаевне и Александру Ивановичу Орловым (светлая им память).
Самые теплые слова благодарности моей семье, родным, любимым и близким мне людям — Лизе, Иванне, Жене. Без их долготерпения, внимания, поддержки, доброжелательности и сердечной заботы эта книга никогда не была бы написана. Моя признательность также и верному сеттеру Эльфу — это он внимательно следил завсеми моими ночными бдениями и клал мне лапу на плечо в особо трудные минуты.
Выход в свет этой работы был бы невозможен вне творческой атмосферы, бесчисленных вопросов и положительной обратной связи, которую создавали мои многочисленные студенты.
Хочется отметить, что корабль-учебник не прибыл бы в порт назначения без опытного капитана (руководителя проекта) Андрея Васильева. Автор искренне признателен талантливым сотрудникам издательства «Питер».
И конечно, огромное спасибо моим коллегам, всем людям, которые принимали участие в моем путешествии по городам, улицам и бесконечным переулкам страны ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.
От издательства
Ваши замечания, предложения, вопросы вы можете отправить по адресу электронной почты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция). Мы будем рады узнать ваше мнение.
Все исходные тексты, приведенные в книге, вы можете найти по адресу http:// www.piter.com/download.
На web-сайте издательства www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.
ГЛАВА 1. Организация процесса конструирования
В этой главе определяются базовые понятия технологии конструирования программного обеспечения. Как и в любой инженерной дисциплине, основными составляющими технологии конструирования ПО являются продукты (программные системы) и процессы, обеспечивающие создание продуктов. Данная глава посвящена процессам. Здесь рассматриваются основные подходы к организации процесса конструирования. В главе приводятся примеры классических, современных и перспективных процессов конструирования, обсуждаются модели качества процессов конструирования.
