Модульная структура программных продуктов

Модульная структура программы представляет собой древовидную структуру, в узлах которой размещаются программные модули, а направленные дуги показывают статическую подчиненность модулей. Если в тексте модуля имеется ссылка на другой модуль, то их на структурной схеме соединяет дуга, которая исходит из первого и входит во второй модуль. Другими словами, каждый модуль может обращаться к подчиненным ему модулям. При этом модульная структура программной системы, кроме структурной схемы, должна включать в себя еще и совокупность спецификаций модулей, образующих эту систему [37].

Функция верхнего уровня обеспечивается главным модулем; он управляет выполнением нижестоящих функций, которым со­ответствуют подчиненные модули.

При определении набора модулей, реализующих функции конкретного алгоритма, необходимо учитывать следующее:

1) модуль вызывается на выполнение вышестоящим по иерархии модулем и, закончив работу, возвращает ему управление;

2) принятие основных решений в алгоритме выносится на максимально высокий по иерархии уровень;

3) если в разных местах алгоритма используется одна и та же функция, то она оформляется в отдельный модуль, который будет вызываться по мере необходимости.

Состав, назначение и характер использования программных модулей в значительной степени определяются инструментальными средствами.

Например, при разработке СУБД используются следующие программные модули:

1) экранные формы ввода и/или редактирования информа­ции базы данных;

2) отчеты;

3) макросы;

4) стандартные средства для обработки информации;

5) меню для выбора функции обработки и др.

Методы разработки при мольном программировании

Спецификация программного модуля состоит из функциональной спецификации модуля, описывающей семантику функций, выполняемых этим модулем по каждому из его входов, и синтаксической спецификации его входов, позволяющей построить на используемом языке программирования синтаксически правильное обращение к нему. Функциональная спецификация модуля определяется теми же принципами, что и функциональная спецификация программной системы.

 

 

Существуют разные методы разработки модульной структуры Программы, в зависимости от которых определяется порядок программирования и отладки модулей, указанных в этой структуре. Обычно в литературе обсуждаются два метода [42, 46]: метод восходящей разработки и метод нисходящей разработки.

Метод восходящей разработки

Сначала строится древовидная модульная структура программы. Затем поочередно проектируются и разрабатываются модули программы, начиная с модулей самого нижнего уровня, затем предыдущего уровня и т. д. То есть модули реализуются в таком порядке, чтобы для каждого программируемого модуля были уже запрограммированы все модули, к которым он может обращаться. После того как все модули программы запрограммированы, производится их поочередное тестирование и отладка в таком же восходящем порядке. Достоинство метода заключается в том, что каждый модуль при программировании выражается через уже запрограммированные непосредственно подчиненные модули, а при тестировании использует уже отлаженные модули. Недостатки метода восходящей разработки заключаются в следующем:

• на нижних уровнях модульной структуры спецификации могут быть еще определены не полностью, что может привести к полной переработке этих модулей после уточнения спецификаций на верхнем уровне;

• для восходящего тестирования всех модулей, кроме головного, который является модулем самого верхнего уровня, приходится создавать вызывающие программы, что приводит к созданию большого количества отладочного материала, но не гарантирует, что результаты тестирования верны;

• головной модуль проектируется и реализуется в последнюю очередь, что не дает продемонстрировать его заказчику для уточнения спецификаций.

 

Метод нисходящей разработки

Как и в предыдущем методе, сначала строится модульная структура программы в виде дерева. Затем проектируются и реализуются модули программы, начиная с модуля самого верхнего уровня — головного, далее разрабатываются модули уровнем ниже и т. д. При этом переход к программированию какого-либо модуля осуществляется только в том случае, если уже запрограммирован модуль, который к нему обращается. Затем производится их поочередное тестирование, и отладка в таком нисходящем порядке. При таком порядке разработки про­граммы вся необходимая глобальная информация формируется своевременно, т. е. ликвидируется весьма неприятный источник просчетов при программировании модулей. Существенно облегчается и тестирование модулей, производимое при нисходящем тестировании программы. Первым тестируется головной модуль программы, который представляет всю тестируемую программу, при этом все модули, к которым может обращаться головной, заменяются их имитаторами (так называемыми «заглушками» [45]). Каждый имитатор модуля является простым программным фрагментом, реализующим сам факт обращения к данному модулю с необходимой для правильной работы программы обработкой значений его входных параметров и с выдачей, если это необходимо, подходящего результата. Далее производится тестирование следующих по уровню модулей. Для этого имитатор выбранного для тестирования модуля заменяется самим модулем, и добавляются имитаторы модулей, к которым может обращаться тестируемый модуль. При таком подходе каждый модуль будет тестироваться в «естественных» состояниях ин­формационной среды, возникающих к моменту обращения к этому модулю при выполнении тестируемой программы. Таким образом, большой объем «отладочного» программирования заменяется программированием достаточно простых имитаторов используемых в программе модулей.

Недостатком нисходящего подхода к программированию является необходимость абстрагироваться от реальных возможностей выбранного языка программирования и придумывать абстрактные операции, которые позже будут реализованы с помо­щью модулей. Однако способность к таким абстракциям является необходимым условием разработки больших програм­мных средств.

Рассмотренные выше методы (нисходящей и восходящей разработок), являющиеся классическими, требуют, чтобы модульная древовидная структура была готова до начала программирования модулей. Как правило, точно и содержательно разработать структуру программы до начала программирования невозможно. При конструктивном и архитектурном подходах к разработке модульная структура формируется в процессе реали­зации модулей.

 

Конструктивный подход

Конструктивный подход к разработке программы представляет собой модификацию нисходящей разработки, при которой модульная древовидная структура программы формируется в процессе программирования модуля. Сначала программируется головной модуль, исходя из спецификации программы в целом (спецификация программы является одновременно спецификацией головного модуля). В процессе программирования голов­ного модуля в случае, если эта программа достаточно большая, выделяются подзадачи (некоторые функции) и для них создаются спецификации, реализующих эти подзадачи фрагментов про­граммы. В дальнейшем каждый из этих фрагментов будет представлен поддеревом модулей (спецификация выделенной функции является одновременно спецификацией головного модуля этого поддерева).

 

Таким образом, на первом шаге разработки программы (при программировании ее головного модуля) формируется верхняя часть дерева, например, как на рис. 3.12

Спецификация программы

(головного модуля)

Рис. 3.12. Первый шаг формирования модульной структуры программы при конструктивном подходе

По тому же принципу производится программирование следующих по уровню специфицированных, но еще не запрограммированных модулей в соответствии со сформированным деревом. В результате к дереву добавляются очередные уровни, как показано на рис. 3.13.

 

Спецификация программы

(головного модуля)

Рис. 3.13. Второй шаг формирования модульной структуры программы при конструктивном подходе

Архитектурный подход

Архитектурный подход к разработке программы представляет собой модификацию восходящей разработки, при которой модульная структура программы формируется в процессе программирования модуля. Целью разработки в данном методе является повышение уровня языка программирования, а не разработка конкретной программы. Это означает, что для заданной предметной области выделяются типичные функции, специфицируются, а затем и программируются отдельные программные моду­ли, выполняющие эти функции. Сначала в виде модулей реализуются более простые функции, а затем создаются модули, использующие уже имеющиеся функции, и т. д. Это позволяет существенно сократить трудозатраты на разработку конкретной программы путем подключения к ней уже имеющихся и проверенных на практике модульных структур нижнего уровня, что также позволяет бороться с дублированием в программировании. В связи с этим программные модули, создаваемые в рамках архитектурного подхода, обычно параметризуются для того, чтобы облегчить их применение настройкой параметров.

Нисходящая реализация

В классическом методе нисходящей разработки сначала все модули разрабатываемой программы программируются, а затем тестируются в нисходящем порядке. При этом тестирование и отладка модулей могут привести к изменению спецификации подчиненных модулей и даже к изменению самой модульной структуры программы. В результате может оказаться, что часть модулей вообще не нужна в данной структуре, а часть модулей придется переписывать. Более рационально каждый запрограм­мированный модуль тестировать сразу же до перехода к программированию другого модуля. Такой метод в литературе получил название метода нисходящей реализации.