Диссертация (Платформа для создания специализированных визуальных сред разработки программного обеспечения)

Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиУДК 004.4’22Брыксин Тимофей АлександровичПлатформа для создания специализированных визуальныхсред разработки программного обеспеченияСпециальность 05.13.11 —Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов икомпьютерных сетейДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д. ф.-м. н., профессорА.Н. ТереховСанкт-Петербург20162ОглавлениеОглавление ........................................................................................................................................

2Введение ............................................................................................................................................ 4Глава 1. Модельно-ориентированная разработка ....................................................................... 161.1. Введение ...........................................................................................................................................

161.2. Разработка ПО и модели ................................................................................................................... 161.3. ПО для работы с данными ................................................................................................................ 171.4. Модельно-ориентированная архитектура ........................................................................................

211.5. Предметно-ориентированное моделирование ................................................................................ 251.6. Метамоделирование ........................................................................................................................ 301.7. Заключение .......................................................................................................................................

35Глава 2. Обзор .................................................................................................................................. 362.1. Введение ........................................................................................................................................... 362.2.

CASE-инструменты ............................................................................................................................. 362.3. Состав типовой CASE-среды .............................................................................................................. 392.4. Современные DSM-платформы ........................................................................................................

412.5. Требования к современной DSM платформе .................................................................................... 472.6. Заключение ....................................................................................................................................... 48Глава 3. Подходы к повышению удобства моделирования .......................................................... 503.1. Введение ........................................................................................................................................... 503.2. Использование распознавания жестов мышью................................................................................ 513.3.

Особенности графических редакторов ............................................................................................. 553.4. Заключение ....................................................................................................................................... 61Глава 4. Средства задания исполнимой семантики......................................................................

634.1. Введение ........................................................................................................................................... 634.2. Семантика языков ............................................................................................................................. 634.3. Задание исполнимой семантики в QReal ..........................................................................................

654.4. Архитектура реализованного решения ............................................................................................. 734.5. Заключение ....................................................................................................................................... 74Глава 5. Платформа QReal ............................................................................................................. 755.1.

Введение ........................................................................................................................................... 755.2. Технология QReal .............................................................................................................................. 755.3. Общая архитектура платформы QReal .............................................................................................. 765.4. Состав DSM-решения на основе QReal .............................................................................................. 815.5. Заключение .......................................................................................................................................

96Глава 6. Апробация .......................................................................................................................... 9736.1. Введение ........................................................................................................................................... 976.2. Среда разработки QReal:Robots ........................................................................................................

976.3. Среда разработки, основанная на языке блок-схем ....................................................................... 1016.4. Среда разработки QReal:Ubiq .......................................................................................................... 1036.5. Редактор диаграмм машин состояний для проекта компьютерного зрения ................................. 1086.6. Сравнение DSM-платформ .............................................................................................................. 1096.7. Заключение .....................................................................................................................................

113Заключение .................................................................................................................................... 114Итоги диссертационной работы ............................................................................................................ 114Рекомендации по применению результатов работы ............................................................................

114Перспективы дальнейшей разработки тематики .................................................................................. 115Список литературы ...................................................................................................................... 117Приложение А. Критика CASE-инструментов ............................................................................ 135Приложение B. Обзор подходов к заданию исполнимой семантики визуальных языков.......... 144B.1.

Непосредственное создание интерпретаторов .............................................................................. 144B.2. Исполнимый UML ........................................................................................................................... 145B.3. EProvide ........................................................................................................................................... 147B.4.

Dynamic Meta Modeling ................................................................................................................... 149B.5. AToM3 .............................................................................................................................................. 150B.6.

Сравнение подходов ....................................................................................................................... 151Приложение C. Реализованный алгоритм поиска подграфа в модели репозитория QReal ..... 155Приложение D. Акты о внедрении ...............................................................................................

1584ВведениеС появлением первых языков программирования стали также развиватьсяинструменты, упрощающие процесс создания программных систем и повышающиеего эффективность. В настоящее время интегрированные среды разработки(integrated development environments, IDE) являются многофункциональнымиинструментальными системами, которые позволяют освободить разработчиков отмногих рутинных действий, в частности, снижая порог вхождения разработчиков впрограммные проекты на новых языках. В конце XX века получили популярностьвизуальные языки проектирования ПО. Считается, что человек гораздо лучшевоспринимает графические диаграммы, чем большие объёмы текста, а значит,переход от текстового программирования к визуальному можно рассматривать какследующий шаг, позволяющий сделать процесс разработки ПО более наглядным иудобным для людей.В 90-е годы XX века основной упор в этом направлении делался на языкиобщего назначения (такие, как UML [156]), однако практика показала, что модели,создаваемые с использованием таких языков, получаются чрезвычайно громоздкими.Впоследниегодыактивноразвиваютсяидеивизуальногопредметно-ориентированного моделирования (domain-specific modeling, DSM [102]), в основекоторого лежит идея создания специализированных языков под конкретные задачи.Это позволяет существенно поднять уровень абстракции создаваемых моделей,перенося разработку с уровня программных конструкций типа ветвлений и циклов вобласть терминов предметной области.

Разработчик взаимодействует только снаглядными и понятными визуальными моделями, а код разрабатываемой системыполностью генерируется автоматически по этим моделям. Такой подход хорошо себязарекомендовалвслучаях,когдаестьсерияпохожихзадачихочетсяпереиспользовать полученные знания, однако, практика показывает, что и для5одиночных средних и крупных по размеру задач такой подход также имеет право насуществование.Для того, чтобы данный подход к разработке ПО был экономически оправдан,необходимо уметь быстро создавать визуальные языки и инструментальные средствадля них — так называемые предметно-ориентированные решения. При этом речьидет не только о графическом редакторе, но и о наборе генераторов (генераторыисходных кодов, документации, скриптов сборки и размещения целевой системы ит.д.),репозиториидляхранениясоздаваемыхмоделей,средствахмногопользовательской работы и многом другом. Такие среды стали называтьCASE-системами (computer-aided software engineering) или DSM-решениями, а средыразработки таких предметно-ориентированных решений – metaCASE-системами илиDSM-платформами.За несколько десятилетий своего развития DSM-решения адаптировали длясвоих нужд многие инструменты, считающиеся уже традиционными для текстовыхIDE.