Проведение работ по оптимизации программного кода.

 

Цель занятия: Ознакомление с видами оптимизации программы, оптимизация индивидуального модуля по выбранному параметру (время выполнения, объем памяти).

Задание:

Разработать тестовые модулей проекта для тестирования отдельных модулей, провести оптимизацию программы по выбранному параметру.

Теоретические сведения:

Оптимизация – преобразование программы, сохраняющее ее семантику (конструкции языка программирования), но уменьшающие ее размер и время выполнения.

Виды оптимизация программы:

· глобальная (всей программы);

· локальная (нескольких соседних операторов, образующих линейный участок);

· квазилокальная (фрагментов программы фиксированной структуры, например, циклов).

Способы оптимизации:

1. Разгрузка участков повторяемости: вынесение вычислений из многократно проходимых исполняемых участков программы на участки программы, редко проходимые. Таким образом, это преобразование тела цикла или рекурсивных процедур.

2. Упрощение действий: улучшение программы за счет замены групп вычислений на группу вычислений, дающих тот же результат с точки зрения всей программы, но имеющих меньшую сложность.

а) упрощение действий происходит при замене сложных операций в выражениях более простыми: x / 0.4 -> x*0.25;

б) преобразование по объединению или расчленению циклов, по перестановке заголовков циклов, по удалению избыточных выражений (замене их на переменную).

3. Реализация действия: действия над константами заменяются на константы; ликвидация константных распознавателей -замена условного оператора на одну из его ветвей, если его выбирающее условие-выражение имеет постоянное значение; удаление из программы ненужных пересылок вида:

Y=F(W), X=Y на X=F(W)

4. Чистка программы (удаление ненужных конструкций): недостижимых операторов, существенных операторов, неиспользуемых переменных, видов, операций.

5. Сокращение размера программы: вынесение одинаковых конструкций в начальную или конечную точку программы; поиск в программе похожих объектов и формирование их в виде процедуры.

6. Экономия памяти -уменьшение объема памяти, отводимые под информационные объекты программы (например, параметры процедуры).

 

Выполнение работы:

1. Для индивидуального модуля выбрать параметр оптимизации и определить его количественные характеристики.

2. Провести оптимизацию программы по выбранному параметру.

3. Сравнить характеристики исходного модуля и модуля, полученного в результате оптимизации.

4. Оформить отчет, содержащий описание, обоснование и результаты оптимизации программы.

Требования к отчету: Текст должен быть написан шрифтом Times New Roman, 12. Интервал между строками и абзацами – 1,5. Отступ слева 1,5. Ориентация текста – по ширине страницы. Скриншоты необходимо подписать. Название практической работы, цель работы, ход работы, вывод, ответы на контрольные вопросы, должны быть выделены жирным шрифтом, так же как в методичке.

Контрольные вопросы:

1. Почему необходимо проводить оптимизацию, а не минимизацию программы?

2. От чего зависит выбор метода оптимизации?

3. Почему большое внимание уделяется циклическим участкам?

4. К каким нежелательным последствиям может привести оптимизация?

Задание №2:

1)    Ознакомиться с лекционным материалом по теме «Тестирование, отладка и ПО»

2)    Провести функциональное тестирование разработанного программного обеспечения

Теоретические сведения:

Процесс тестирования состоит из трёх этапов:

1. Проектирование тестов.

2. Исполнение тестов.

3. Анализ полученных результатов.

На первом этапе решается вопрос о выборе некоторого подмножества множества тестов, которое сможет найти наибольшее количество ошибок за наименьший промежуток времени. На этапе исполнения тестов проводят, запуск тестов и отлавливают ошибки в тестируемом программном продукте.

Виды тестов

Функциональные тесты составляются на уровне спецификации, до решения задачи. Будущий алгоритм рассматривается как «черный ящик» - функция с неизвестной (или не рассматриваемой) структурой, преобразующая входы в выходы. Суть функциональных тестов: каким бы способом ни решалась задача, при заданных входных значениях должны получиться соответствующие выходные значения.

Структурные тесты составляются для проверки логики решения, или логики работы уже готового алгоритма. Логика определяется последовательностью операций, их условным выполнением или повторением (т.е. композицией базовых конструкций). Совокупность структурных тестов должна обеспечить проверку каждой из таких конструкций.

Чаще всего совокупность тщательно составленных функциональных тестов покрывает множество структурных тестов.

Приведенные понятия различаются тем, что первое рассматривает программу только с точки зрения входов и выходов, тогда как второе относится к ее структуре; но оба понятия не касаются процесса организации тестирования.

Общая последовательность разработки тестов

Наиболее рациональная процедура заключается в том, что сначала разрабатываются функциональные тесты, а затем – структурные.

Функциональное тестирование (тестирование «черного ящика»)

При функциональном тестировании выявляются следующие категории ошибок:

· некорректность или отсутствие функций;

· ошибки интерфейса;

· ошибки в структурах данных;

· ошибки машинных характеристик (нехватка памяти и др.);

· ошибки инициализации и завершения.

Техника тестирования ориентирована:

· на сокращение необходимого количества тестовых вариантов;

· на выявление классов ошибок, а не отдельных ошибок.

Способы функционального тестирования

Разбиение на классы эквивалентности

Это самый популярный способ. Его суть заключается в разделении области входных данных программы на классы эквивалентности и разработке для каждого класса одного тестового варианта.

Класс эквивалентности – набор данных с общими свойствами, в силу чего при обработке любого набора данных этого класса задействуется один и тот же набор операторов.

Классы эквивалентности определяются по спецификации программы. Тесты строятся в соответствии с классами эквивалентности, а именно: выбирается вариант исходных данных некоторого класса и определяются соответствующие выходные данные.

Самыми общими классами эквивалентности являются классы допустимых и недопусти-мых (аномальных) исходных данных. Описание класса строится как комбинация условий, описывающих каждое входное данное.

Условия допустимости или недопустимости данных задают возможные значения данных и могут описывать:

· некоторое конкретное значение; определяется один допустимый и два недопустимых класса эквивалентности: заданное значение, множество значений меньше заданного, множество значений больше заданного;

· диапазон значений; определяется один допустимый и два недопустимых класса эквивалентности: множество значений в границах диапазона; множество значений, выходящих за левую границу диапазона; множество значений, выходящих за правую границу диапазона;

· множество конкретных значений; определяется один допустимый и один недопустимый класс эквивалентности: заданное множество и множество значений, в него не входящих.

Такие классы можно описать языком логики, например, языком исчисления предикатов. Описания более сложных условий и соответствующих классов (например, элементы массива должны находиться в некотором диапазоне и при этом массив не должен содержать нулевых элементов) могут быть построены на основании приведенных выше условий.

В примере, приводимом в вопросе 2 темы 3, при построении тестов неформально использовался описанный метод. В методических целях были выделены только основные класс тестов. Кроме того, исходя из условия задачи, были выделены классы эквивалентности внутри класса правильных данных.

Анализ граничных значений

Этот способ построения тестов дополняет предыдущий. Также он предполагает анализ значений, лежащих на границе допустимых и недопустимых данных. Построение таких тестов часто диктуется интуицией.

Основные правила построения тестов:

· если условие правильности данных задает диапазон, то строятся тесты для левой и правой границы диапазона; для значений чуть левее левой и чуть правее правой границы;

· если условие правильности данных задает дискретное множество значений, то строятся тесты для минимального и максимального значений; для значений чуть меньше минимума и чуть больше максимума;

· если используются структуры данных с переменными границами (массивы), то строятся тесты для минимального и максимального значения границ.

· Диаграммы причин-следствий

· Взаимосвязь классов эквивалентности и соответствующих им действий описывается формально в виде графа на основе автоматного подхода. Граф преобразуется в таблицу решений, столбцы которой в свою очередь преобразуются в тестовые варианты.

Выполнение работы:

1)    Разработать тестовые наборы для функционального тестирования.

2)    Провести тестирование программы и представить результаты в виде таблицы.

3)    Выработать рекомендации для корректировки тестируемой программы.

4)    Представить отчет по лабораторной работе для защиты.

Требования к отчету: Текст должен быть написан шрифтом Times New Roman, 12. Интервал между строками и абзацами – 1,5. Отступ слева 1,5. Ориентация текста – по ширине страницы. Скриншоты необходимо подписать. Название практической работы, цель работы, ход работы, вывод, ответы на контрольные вопросы, должны быть выделены жирным шрифтом, так же как в методичке.

Контрольные вопросы:

1.    Что такое тестирование ПС?

2.    Чем тестирование отличается от отладки ПС?

3.    Для чего проводится функциональное тестирование?

4.    Каковы правила тестирования программы «как черного ящика»?

5.    Как проводится тестирования программы по принципу «белого ящика»?

6.    Как осуществляется сборка программы при модульно тестировании?

 

Практическая работа №6