Лекция 8. Основные рабочие процессы: реализация

Синонимы: конструирование, программирование, кодирование

Термин конструирование программного обеспечения (software construction) описывает детальное создание рабочей программной системы посредством комбинации кодирования, верификации (проверки), модульного тестирования (unit testing), интеграционного тестирования и отладки.

Данная область знаний связана с другими областями. Наиболее сильная связь существует с проектированием (Software Design) и тестированием (Software Testing). Причиной этого является то, что сам по себе процесс конструирования программного обеспечения затрагивает важные аспекты деятельности по проектированию и тестированию. Кроме того, конструирование отталкивается от результатов проектирования, а тестирование (в любой своей форме) предполагает работу с результатами конструирования. Достаточно сложно определить границы между проектированием, конструированием и тестированием, так как все они связаны в единый комплекс процессов жизненного цикла и, в зависимости от выбранной модели жизненного цикла и применяемых методов (методологии), такое разделение может выглядеть по разному.

Хотя ряд операций по проектированию детального дизайна может происходить до стадии конструирования, большой объем такого рода проектных работ происходит параллельно с конструированием или как его часть. Это есть суть связи с областью знаний “Проектирование программного обеспечения”.

В свою очередь, на протяжении всей деятельности по конструированию, инженеры используют модульное и интеграционное тестирование. Таким образом, связана данная область знаний с “Тестированием программного обеспечения”.

 

Основы конструирования

Фундаментальные основы конструирования программного обеспечения включают следующие концепции:

Минимизация сложности

Ожидание изменений

Конструирование с возможностью проверки

Стандарты в конструировании

Первые три концепции применяются не только к конструированию, но и проектированию, и лежат в основе современных методологий управления жизненным циклом программных систем.

Минимизация сложности. Основной причиной того, почему люди используют компьютеры в бизнес-целях, являются ограниченные возможности людей в обработке и хранении сложных структур и больших объемов информации, в частности, на протяжении длительного периода времени. Это соображение является одной из основных движущих сил в конструировании программного обеспечения: минимизация сложности. Потребность в уменьшении сложности влияет на все аспекты конструирования и особенно критична для процессов верификации (проверки) и тестирования результатов конструирования, т. е. самих программных систем.

Уменьшение сложности в конструировании программного обеспечения достигается путём уделения особого внимания созданию простого и легко читаемого кода, пусть и в ущерб стремлению сделать его идеальным (например, с точки зрения гибкости или следования тем или иным представлениям о красоте, утончённости кода, ловкости тех или иных приемов, позволяющих его сократить в ущерб размерам и т.п.). Это не значит, что должно ущемляться применение тех или иных развитых языковых возможностей используемых средств программирования. Это подразумевает “лишь” придание большей значимости читаемости кода, простоте тестирования, приемлемому уровню производительности и удовлетворению заданных критериев, вместо постоянного совершенствования кода, не оглядываясь на сроки, функциональность и другие характеристики и ограничения проекта.

Минимизация сложности достигается, в частности, следованием стандартам, использованием ряда специфических техник и поддержкой практик, направленных на обеспечение качества в конструировании

Ожидание изменений. Большинство программных систем изменяются с течением времени. Причин этому – множество. Ожидание изменений является одной из движущих сил конструирования программного обеспечения. Программное обеспечение не является изолированным от внешнего окружения (как системного, так и с точки зрения области деятельности, для автоматизации задач и проблем которого оно применяется). Более того, программные системы являются частью изменяющейся среды и должны меняться вместе с ней, а, иногда, и быть источником изменений самой среды.

Ожидание изменений поддерживается рядом техник.

Конструирование с возможностью проверки. Конструирование для проверки предполагает, что построение программных систем должно вестись таким образом, чтобы сама программная система помогала вести поиск причин сбоев, будучи прозрачной для применения различных методов проверки (и, кстати, внесения необходимых изменений), как на стадии независимого тестирования (например, инженерами-тестировщиками), так и в процессе операционной деятельности - эксплуатации, когда особенно важна возможность быстрого обнаружения и исправления возникающих ошибок.

Среди техник, направленных на достижение такого результата конструирования:

обзор, оценка кода (code review);

модульное тестирование (unit-testing);

структурирование кода для и совместно с применениям автоматизированных средств тестирования (automated testing);

ограниченное применение сложных или тяжелых для понимания языковых структур.

Стандарты в конструировании Стандарты, которые напрямую применяются при конструировании, включают:

коммуникационные методы (например, стандарты форматов документов и оформления содержания);

языки программирования и соответствующие стили кодирования (например, Java Language Specification, являющийся частью стандартной документации JDK – Java Development Kit и Java Style Guide, предлагающий общий стиль кодирования для языка программирования Java);

платформы (например, стандарты программных интерфейсов для вызовов функций операционной среды, такие как прикладные программные интерфейсы платформы Windows - Win32 API, Application Programming Interface или.NET Framework SDK, Software Development Kit);

инструменты (не в терминах сред разработки, но возможных средств конструирования – например, UML как один из стандартов для определения нотаций для диаграмм, представляющих структуру кода и его элементов или некоторых аспектов поведения кода).

Использование внешних стандартов. Конструирование зависит от внешних стандартов, связанных с языками программирования, используемым инструментальным обеспечением, техническими интерфейсами и взаимным влиянием Конструирования программного обеспечения и других областей знаний программной инженерии (в том числе, связанных дисциплин, например, управления проектами). Стандарты создаются разными источниками, например, консорциумом OMG – Object Management Group (в частности. Стандарты CORBA, UML, MDA, …), международными организациями по стандартизации такими, как ISO/IEC, IEEE, TMF, …, производителями платформ, операционных сред и т.д. (например, Microsoft, Sun Microsystems, CISCO, NOKIA.), производителями инструментов, систем управления базами данных и т. п. (Borland, IBM, Microsoft, Sun, Oracle). Понимание этого факта позволяет определить достаточный и полный набор стандартов, применяемых в проектной команде или организации в целом.

Использование внутренних стандартов. Определенные стандарты, соглашения и процедуры могут быть также созданы внутри организации или даже проектной команды. Эти стандарты поддерживают координацию между определенными видами деятельности, группами операций, минимизируют сложность (в том числе при взаимодействии членов проектной группы и за ее пределами), могут быть связаны с вопросами ожидания и обработки изменений, рисков и вопросами конструирования для проверки и дальнейшего тестирования. В сочетании со внешними стандартами, внутренние стандарты призваны определить общие правила игры для всех членов проектной команды, договорившись о терминах, процедурах и других значимых соглашениях, вне зависимости от степени формализации процессов конструирования, в частности, и процессов жизненного цикла, в общем случае.

Управление конструированием

Модели конструирования определяют комплекс операций, включающих последовательность, результаты (например, исходный код и соответствующие unit-тесты) и другие аспекты, связанные с общим жизненным циклом разработки. В большинстве случаев, модели конструирования определяются используемым стандартом жизненного цикла, применяемыми методологиями и практиками. Некоторые стандарты жизненного цикла, по своей природе, являются ориентированными на конструирование – например, экстремальное программирование (XP- eXtreme Programming). Некоторые рассматривают конструирование в неразрывной связи с проектированием (в части моделирования), например, RUP (Rational Unified Process).

Создано множество моделей разработки программного обеспечения. Ряд из них в большей степени сфокусирован на конструировании программного обеспечения, как таковом.

Некоторые модели являются более линейными с точки зрения конструирования ПО. К ним относятся, например, водопадная (waterfall) и поэтапная (staged-delivery) модели жизненного цикла Эти модели рассматривают конструирование как деятельность, которая начинает проводиться только после завершения определенных обязательных к выполнению работ, включающих детальное определение требований, подробный дизайн и детальное планирование. Более линейные подходы стараются подчеркнуть действия, предваряющие конструирование (т.е. требования и дизайн) и создать более четкое разделение между такими различными типами деятельности. В таких моделях основным содержанием конструирования может быть кодирование.

Другие модели более итеративны, к ним относятся – эволюционное прототипирование, экстремальное программирование и Scrum. Эти подходы сходятся к рассмотрению конструирования как деятельности, которая ведется одновременно с другими видами работ по созданию программного обеспечения и пересекаясь с ними, включая определение требований, проектирование и планирование. Эти подходы смешивают проектирование, кодирование и тестирование, часто рассматривая их комбинацию как конструирование.

Соответственно, что именно подразумевается под “конструированием” зависит в определенной степени от используемой модели жизненного цикла.

Планирование конструирования. Выбор метода (методологии) конструирования является ключевым аспектом для планирования конструкторской деятельности. Такой выбор значим для всей конструкторской деятельности, а также необходимых условий её осуществления, определяя порядок соответствующих операций и уровень выполнения заданных условий перед тем как начнется конструирование или составляющие его действия. Например, модульное тестирование в ряде методов является частью работ, после написания соответствующего функционального кода, в то время, как ряд гибких (agile) практик, например, XP (кстати, первыми начавшие использовать такие методы верификации кода), требуют написания Unit-тестов до того, как пишется соответствующий код, требующий тестирования.

Используемый подход к конструированию влияет на возможность уменьшения (в идеале - минимизации) сложности, готовности к изменениям и конструировании с возможностью проверки.

Планирование конструкторской деятельности определяет порядок, в котором создаются компоненты и другие активы данной фазы деятельности, проводятся работы по обеспечению качества получаемого программного обеспечения, распределяются задачи и соответствующие ресурсы, в том числе, определяются назначения/отображения работ конкретным инженерам-программистам, членам проектной группы. В нечетко регламентированных и неформальных методах, таких, как XP, члены проектной группы сами принимают на себя ответственность по решению определенных задач, а “владение” кодом является совместным на основе сотрудничества, как одного из ключевых принципов работы проектной команды.

Измерения в конструировании. Большая часть результатов, да и самой деятельности по конструированию программного обеспечения, может быть измерена, в том числе - количественно. Это и исходный разработанный код, и модифицированный объем кода, и степень повторного использования, и многие другие характеристики. Эти измерения, или как их еще принято называть – результаты аудита кода и метрики кода, несут большую пользу как для оценки рисков и качества (приводящих к соответствующим операциям по снижению рисков и повышению качества), а также, для управления конструированием и программными проектами, в целом. О каком планировании может идти речь, если мы не способны предсказать (например, на основе оценки результатов предыдущих проектов) ни длительность работ, ни стоимость отдельных задач, ни вероятность возникновения дефектов против заданных параметров приемлемого качества?

Код является одним из наиболее четко детерминированных активов проекта (постепенно такими становятся и модели, строящиеся на основе структур метаданных, и тесно связанные с кодом - например, UML). Код является и самим носителем требуемой функциональности. Соответственно, применение измерений в отношении кода становится тем инструментом, который влияет и на управление и на сам код.

Последнее время, большое внимание многие профессиональные разработчики, то есть инженеры-конструкторы программного обеспечения, уделяют рефакторингу кода, как методы его реструктурирования, призванные без изменения содержания (то есть функциональности и функциональной целостности) обеспечить решение задач минимизации сложности, готовности к изменениям (гибкости), прозрачности документирования и многих других актуальных аспектов конструирования. Но, к сожалению, многие забывают о необходимости мотивированности изменений, даже на уровне рефакторинга. Применение измерений, в частности, метрик, позволяет определить необходимость внесения таких изменений, проведения рефакторинга. Если применяется рефакторинг, но не применяются метрики – в подавляющем большинстве случаев, это отрицательно влияет на проект.

Тестирование в конструировании. При конструировании используются две формы тестирования, проводимого инженерами, непосредственно создающими исходный код:

модульное тестирование (unit testing)

интеграционное тестирование (integration testing)

Главная цель тестирования в конструировании уменьшить временной разрыв между моментом проявления ошибок, имеющихся в коде, и моментом их обнаружения. Во многих случаях, тестирование в конструировании производится после того, как код написан. В ряде случаев, тесты (что отмечалось ранее, на примере XP) пишутся до того, как создается код.

Тестировании в конструировании обычно включает подмножество видов тестирования, описанных в области знаний “Тестирование программного обеспечения” (Software Testing). Например, тестирование в конструировании обычно не включает системного тестирования, нагрузочного тестирования, usability-тестирования (оценки прозрачности использования) и других видов тестовой деятельности.