LecTP16 (Ещё одни вордовские лекции, но подправленные)

17

Умный в гору не пойдет, умный гору обойдет.

Народная пословица (от И.Б. Задыхайло)

Лекция 16.

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА РАЗРАБОТКИ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Программные инструменты в жизненном цикле программных средств. Инструментальные среды и инструментальные системы поддержки разработки программных средств, их классификация. Компьютерная технология (CASE-технология) разработки программных средств и ее рабочие места. Общая архитектура инструментальных систем технологии программирования

16.1. Инструменты разработки программных средств.

При разработке программных средств используется в той или иной мере компьютерная поддержка процессов разработки и сопровождения ПС [16.1]. Это достигается путем представления хотя бы некоторых программных документов ПС (прежде всего, программ) на компьютерных носителях данных (например, на дискетах) и предоставлению в распоряжение разработчика ПС специальных ПС или включенных в состав компьютера специальных устройств, созданных для какой-либо обработки таких документов. В качестве такого специального ПС можно указать компилятор с какого-либо языка программирования. Компилятор избавляет разработчика ПС от необходимости писать программы на языке компьютера, который для разработчика ПС был бы крайне неудобен,  вместо этого он составляет программы на удобном ему языке программирования, которые соответствующий компилятор автоматически переводит на язык компьютера. В качестве специального устройства, поддерживающего процесс разработки ПС, можно указать, например, эмулятор какого-либо языка. Эмулятор позволяет выполнять (интерпретировать) программы на языке, отличном от языка компьютера, поддерживающего разработку ПС, например, на языке компьютера, для которого эта программа предназначена.

ПС, предназначенное для поддержки разработки других ПС, будем называть программным инструментом разработки ПС, а устройство компьютера, специально предназначенное для поддержки разработки ПС, будем называть аппаратным инструментом разработки ПС.

Инструменты разработки ПС могут использоваться в течение всего жизненного цикла ПС [16.2] для работы с разными программными документами. Так текстовый редактор может использоваться для разработки практически любого программного документа. С точки зрения функций, которые инструменты выполняют при разработке ПС, их можно разбить на следующие четыре группы:

• редакторы,

• анализаторы,

• преобразователи,

• инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ.

Редакторы поддерживают конструирование (формирование) тех или иных программных документов на различных этапах жизненного цикла. Как уже упоминалось, для этого можно использовать один какой-нибудь универсальный текстовый редактор. Однако, более сильную поддержку могут обеспечить специализированные редакторы: для каждого вида документов  свой редактор. В частности, на ранних этапах разработки в документах могут широко использоваться графические средства описания (диаграммы, схемы и т.п.). В таких случаях весьма полезными могут быть графические редакторы. На этапе программирования (кодирования) вместо текстового редактора может оказаться более удобным синтаксически управляемый редактор, ориентированный на используемый язык программирования.

Анализаторы производят либо статическую обработку документов, осуществляя различные виды их контроля, выявление определенных их свойств и накопление статистических данных (например, проверку соответствия документов указанным стандартам), либо динамический анализ программ (например, с целью выявление распределения времени работы программы по программным модулям).

Преобразователи позволяют автоматически приводить документы к другой форме представления (например, форматеры) или переводить документ одного вида к документу другого вида (например, конверторы или компиляторы), синтезировать какой-либо документ из отдельных частей и т.п.

Инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ, позволяют выполнять на компьютере описания процессов или отдельных их частей, представленных в виде, отличном от машинного кода, или машинный код с дополнительными возможностями его интерпретации. Примером такого инструмента является эмулятор кода другого компьютера. К этой группе инструментов следует отнести и различные отладчики. По существу, каждая система программирования содержит программную подсистему периода выполнения, которая выполняет программные фрагменты, наиболее типичные для языка программирования, и обеспечивает стандартную реакцию на возникающие при выполнении программ исключительные ситуации (такую подсистему мы будем называть исполнительной поддержкой). Такую подсистему также можно рассматривать как инструмент данной группы.

16.2. Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств и принципы их классификации.

Компьютерная поддержка процессов разработки и сопровождения ПС может производиться не только за счет использования отдельных инструментов (например, компилятора), но и за счет использования некоторой логически связанной совокупности программных и аппаратных инструментов. Такую совокупность будем называть инструментальной средой разработки и сопровождения ПС.

Часто разработка ПС производится на том же компьютере, на котором оно будет применяться. Это достаточно удобно. Во-первых, в этом случае разработчик имеет дело только с компьютерами одного типа. А, во-вторых, в разрабатываемое ПС могут включаться компоненты самой инструментальной среды. Однако, это не всегда возможно. Например, компьютер, на котором должно применяться ПС, может быть неудобен для поддержки разработки ПС или его мощность недостаточна для обеспечения функционирования требуемой инструментальной среды. Кроме того, такой компьютер может быть недоступен для разработчиков этого ПС (например, он постоянно занят другой работой, которую нельзя прерывать, или он находится еще в стадии разработки). В таких случаях применяется так называемый инструментально-объектный подход [16.1]. Сущность его заключается в том, что ПС разрабатывается на одном компьютере, называемым инструментальным, а применяться будет на другом компьютере, называемым целевым (или объектным).

Инструментальная среда не обязательно должна функционировать на том компьютере, на котором должно будет применяться разрабатываемое с помощью ее ПС.

Совокупность инструментальных сред можно разбивать на разные классы, которые различаются значением следующих признаков:

• ориентированность на конкретный язык программирования,

• специализированность,

• комплексность,

• ориентированность на конкретную технологию программирования,

• ориентированность на коллективную разработку,

• интегрированность.

Ориентированность на конкретный язык программирования (языковая ориентированность) показывает: ориентирована ли среда на какой-либо конкретный язык программирования (и на какой именно) или может поддерживать программирование на разных языках программирования. В первом случае информационная среда и инструменты существенно используют знание о фиксированном языке (глобальная ориентированность), в силу чего они оказываются более удобным для использования или предоставляют дополнительные возможности при разработке ПС. Но в этом случае такая среда оказывается не пригодной для разработки программ на другом языке. Во втором случае инструментальная среда поддерживает лишь самые общие операции и, тем самым, обеспечивает не очень сильную поддержку разработки программ, но обладает свойством расширения (открытости). Последнее означает, что в эту среду могут быть добавлены отдельные инструменты, ориентированные на тот или иной конкретный язык программирования, но эта ориентированность будет лишь локальной (в рамках лишь отдельного инструмента).

Специализированность инструментальной среды показывает: ориентирована ли среда на какую-либо предметную область или нет. В первом случае информационная среда и инструменты существенно используют знание о фиксированной предметной области, в силу чего они оказываются более удобными для использования или предоставляют дополнительные возможности при разработке ПС для этой предметной области. Но в этом случае такая инструментальная среда оказывается не пригодной или мало пригодной для разработки ПС для других предметных областей. Во втором случае среда поддерживает лишь самые общие операции для разных предметных областей. Но в этом случае такая среда будет менее удобной для конкретной предметной области, чем специализированная на эту предметную область.

Комплексность инструментальной среды показывает: поддерживает ли она все процессы разработки и сопровождения ПС или нет. В первом случае продукция этих процессов должна быть согласована. Поддержка инструментальной средой фазы сопровождения ПС, означает, что она должна поддерживать работу сразу с несколькими вариантами ПС, ориентированными на разные условия применения ПС и на разную связанную с ним аппаратуру, т.е. должна обеспечивать управление конфигурацией ПС [16.1, 16.3].

Ориентированность на конкретную технологию программирования показывает: ориентирована ли инструментальная среда на фиксированную технологию программирования [16.2] либо нет. В первом случае структура и содержание информационной среды, а также набор инструментов существенно зависит от выбранной технологии (технологическая определенность). Во втором случае инструментальная среда поддерживает самые общие операции разработки ПС, не зависящие от выбранной технологии программирования.

Ориентированность на коллективную разработку показывает: поддерживает ли среда управление (management) работой коллектива или нет. В первом случае она обеспечивает для разных членов этого коллектива разные права доступа к различным фрагментам продукции технологических процессов и поддерживает работу менеджеров [16.1] по управлению коллективом разработчиков. Во втором случае она ориентирована на поддержку работы лишь отдельных пользователей.

Интегрированность инструментальной среды показывает: является ли она интегрированной (и в каком смысле) или нет. Инструментальная среда считается интегрированной, если взаимодействие пользователя с инструментами подчиняется единообразным правилам, а сами инструменты действуют по заранее заданной информационной схеме, связаны по управлению или имеют общие части. В соответствие с этим различают три вида интегрированности:

• интегрированность по пользовательскому интерфейсу,

• интегрированность по данным,

• интегрированность по действиям (функциям),

Интегрированность по пользовательскому интерфейсу означает, что все инструменты объединены единым пользовательским интерфейсом. Интегрированность по данным означает, что инструменты действуют в соответствии с фиксированной информационной схемой (моделью) системы, определяющей зависимость друг от друга различных используемых в системе фрагментов данных (информационных объектов). В этом случае может быть обеспечен контроль полноты и актуальности программных документов и порядка их разработки. Интегрированность по действиям означает, что, во-первых, в системе имеются общие части всех инструментов и, во-вторых, одни инструменты при выполнении своих функций могут обращаться к другим инструментам.

Инструментальную среду, интегрированную хотя бы по данным или по действиям, будем называть инструментальной системой. При этом интегрированность по данным предполагает наличие в системе специализированной базы данных, называемой репозиторием. Под репозиторием будем понимать центральное компьютерное хранилище информации, связанной с проектом (разработкой) ПС в течение всего его жизненного цикла [16.1].

16.3. Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения программных средств.

В настоящее время выделяют [16.1] три основных класса инструментальных сред разработки и сопровождения ПС (рис. 16.1):

• инструментальные среды программирования,

• рабочие места компьютерной технологии,

• инструментальные системы технологии программирования.

Рис. 16.1. Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения ПС.

Инструментальная среда программирования предназначена в основном для поддержки процессов программирования (кодирования), тестирования и отладки ПС. Она не обладает рассмотренными выше свойствами комплексности, ориентированности на конкретную технологию программирования, ориентированности на коллективную разработку и, как правило, свойством интегрированности, хотя имеется некоторая тенденция к созданию интегрированных сред программирования (в этом случае их следовало бы называть системами программирования). Иногда среда программирования может обладать свойством специализированности. Признак же ориентированности на конкретный язык программирования может иметь разные значения, что существенно используется для дальнейшей классификации сред программирования.

Рабочее место компьютерной технологии ориентировано на поддержку ранних этапов разработки ПС (системного анализа и спецификаций) и автоматической генерации программ по спецификациям [16.1, 16.4]. Оно существенно использует свойства специализированности, ориентированности на конкретную технологию программирования и, как правило, интегрированности. Более поздние рабочие места компьютерной технологии обладают также свойством комплексности ([16.4]). Что же касается языковой ориентированности, то вместо языков программирования они ориентированы на те или иные формальные языки спецификаций. Свойством ориентированности на коллективную разработку указанные рабочие места в настоящее время, как правило, не обладают.

Инструментальная система технологии программирования предназначена для поддержки всех процессов разработки и сопровождения в течение всего жизненного цикла ПС и ориентирована на коллективную разработку больших программных систем с продолжительным жизненным циклом. Обязательными свойствами ее являются комплексность, ориентированность на коллективную разработку и интегрированность. Кроме того, она или обладает технологической определенностью или получает это свойство в процессе расширения (настройки). Значение признака языковой ориентированности может быть различным, что используется для дальнейшей классификации этих систем.

16.3. Инструментальные среды программирования.

Инструментальная среда программирования включает, прежде всего, текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, а также инструменты, позволяющие компилировать или интерпретировать программы на этом языке, тестировать и отлаживать полученные программы. Кроме того, могут быть и другие инструменты, например, для статического или динамического анализа программ. Взаимодействуют эти инструменты между собой через обычные файлы с помощью стандартных возможностей файловой системы.

Различают следующие классы инструментальных сред программирования (см. рис. 16.2):

• среды общего назначения,

• языково-ориентированные среды.

Инструментальные среды программирования общего назначения содержат набор программных инструментов, поддерживающих разработку программ на разных языках программирования (например, текстовый редактор, редактор связей или интерпретатор языка целевого компьютера) и обычно представляют собой некоторое расширение возможностей используемой операционной системы. Для программирования в такой среде на каком-либо языке программирования потребуются дополнительные инструменты, ориентированные на этот язык (например, компилятор).

Рис.16.2. Классификация инструментальных сред программирования.

Языково-ориентированная инструментальная среда программирования предназначена для поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования и знания об этом языке существенно использовались при построении такой среды. Вследствие этого в такой среде могут быть доступны достаточно мощные возможности, учитывающие специфику данного языка. Такие среды разделяются на два подкласса:

• интерпретирующие среды,

• синтаксически-управляемые среды.

Интерпретирующая инструментальная среда программирования обеспечивает интерпретацию программ на данном языке программирования, т.е. содержит, прежде всего, интерпретатор языка программирования, на который эта среда ориентирована. Такая среда необходима для языков программирования интерпретирующего типа (таких, как Лисп), но может использоваться и для других языков (например, на инструментальном компьютере). Синтаксически-управляемая инструментальная среда программирования базируется на знании синтаксиса языка программирования, на который она ориентирована. В такой среде вместо текстового используется синтаксически-управляемый редактор, позволяющий пользователю использовать различные шаблоны синтаксических конструкций (в результате этого разрабатываемая программа всегда будет синтаксически правильной). Одновременно с программой такой редактор формирует (в памяти компьютера) ее синтаксическое дерево, которое может использоваться другими инструментами.