Программное обеспечение и его разработка - Фокс Джозеф М.

Чаще всего третий шаг, связанный с синтезацией и уменьшением объема проекта, пропускается, многие сразу переходят к четвертому шагу — подробному проектированию после завершения шага 2 — нахождения работоспособного решения. Выполнение шага 3 приносит существенную пользу, потеря преимуществ при отказе от него наносит серьезный удар по всей разработке большой программной системы.

Преимущества этого шага, вносящего в проект ясность и краткость, сразу бросятся в глаза после его выполнения. Проект станет легко описываемым и вполне понятным. Лежащие в основе принципы понять просто. Результаты проведенного ранее эвристического (методом проб и ошибок) проектирования (шаг 2) слишком объемисты и неясны. Проект может быть правильным, но пользование им будет связано с большими затратами труда и времени. Обычно он бывает понятен одному или, в более счастливом случае, нескольким лицам. Все остальные участники работ понимают до конца лишь части системы, но не систему как целое.

Переработанный после шага 3 проект имеет то преимущество, что его можно показать всем, тогда проектировщики и программисты подсистем смогут работать над своими частями с большей пользой для общего дела.

На четвертом шаге создается проект верхнего уровня. Положения, сформулированные в нем, служат исходными требованиями для работ по созданию других проектов, более низких уровней.

Повторным применением шага 4 ко всем более низким уровням проекта мы создаем целую серию проектов. Это длится до тех пор, пока не будет создан проект самого нижнего уровня. На каждом уровне создаются как описания требований к более низкому уровню, так и проект модуля; этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут уровень реализации (написания) или уровень тривиальности. Чаще возникает эта последняя ситуация.

Рассмотрим различные варианты третьего шага: шага критической оценки и очистки. На рис. 5.24 направление процесса проектирования указывается стрелкой — слева направо. С левой стороны, в начале проектирования, обозначен процесс создания. Формирующийся при этом проект еще очень расплывчат и находится пока только в голове проектировщика. Небольшой прямоугольник в центре рисунка обозначает очистку, которая следует дальше. Очистка крайне важна. Из проекта исключаются повторы, неоднозначности и тривиальные положения. Внимание сосредоточивается на самых существенных частях решения. В процессе очистки исключаются все случайные, несущественные элементы, выделяются основные принципы, которым надо следовать. Краткое, сжатое определение метода решения облегчает управление всей оставшейся частью работ по разработке программного обеспечения.

Рис. 5.24. Процесс проектирования.

Повторяю, что подобная очистка часто не производится. Производить ее трудно, для этого требуется особый талант и очень много труда. Но проводить ее все же надо обязательно.

Расширяющееся пространство на рисунке справа от шага очистки служит для обозначения всевозрастающего объема проектирования и документирования по мере продолжения работ. На базе сформулированных нами фундаментальных основ проектирования мы приступаем к наращиванию уровней детализации, двигаясь прямо к реализации проекта.

Джон Ливингстон Лоувс (1867–1945) в книге «The Road to Xanadu» (1927 г.) пишет о творчестве и приводит примеры великих открытий. Он устанавливает в процессе творчества, открытия, три части, которые называет: ИСТОЧНИК, ВИДЕНИЕ и ВОЛЯ. В источнике находятся все факты, которые ожидают, чтобы их использовали…

Где, действительно, в каждый момент находятся все несчетные известные нам факты и миллионы пережитых нами эпизодов? Где бы это таинственное место ни было… ИСТОЧНИК — это только подходящее обозначение для тайны. И там, поглощенные некими неведомыми глубинами, для всех намерений и целей как бы не существовавшие — они покоились в глубоком сне. Некоторым было суждено дремать неделями, некоторым месяцами, а некоторым целые годы. И вдруг все сразу они пробудились..

Картина пришла в движение и начала разворачиваться помимо моей воли. На мгновение я просто позволил течь потоку образов. Затем я осторожно стал управлять им…

Без ВИДЕНИЯ хаос элементов остается хаосом. А ФОРМА спит вечным сном в просторном хранилище не родившихся замыслов. И в том хаосе лишь творческое ВИДЕНИЕ может различить эту ФОРМУ. Точно так же без содействия ВОЛИ, подчиненной этому ВИДЕНИЮ, воспринятая в сонме других картина не могла бы стать объективной реальностью.

То, что Лоувс называет тремя основными составляющими, очень напоминает описанные нами три части процесса проектирования. Его «воля» хотя и не является полным эквивалентом очистки, но близка ей.

Уровни проектирования

Проектирование автомобилей связано с взаимодействием многих процессов. На рис. 5.25 изображен нисходящий поуровневый метод проектирования автомобиля. На самом верхнем уровне мы пытаемся представить себе автомобиль как целое. На последующих уровнях составляются требования на двигатель, рулевое управление, приборную доску, и, конечно же, на этом уровне может быть еще очень много других составных частей.

В последующем мы начинаем делить на части все эти подсистемы. Перед нами начинает вырисовываться древовидная структура, в которую включается все больше подробностей. Это длится до тех пор, пока мы наконец не достигнем уровня тривиальности, на котором добавление дополнительных подробностей ничего нового не дает. Когда мы начинаем проектировать оконное стекло, или фары, или дверную ручку, мы очень скоро достигаем уровня, на котором все, что мы можем сказать, это — «мы получаем то, что нам было нужно», будучи полностью уверены в том, что все будет сделано так, как нами задумано.

Выбор подсистем, на которые надо делить наш объект, это и есть акт проектирования, он оказывает глубокое влияние на нашу работу по созданию системы и на ее дальнейшее функционирование.

Такое поуровневое проектирование может быть обнаружено практически во всех областях, причем чем более отработана технология, тем более стабильна и надежна та информация, которая передается с одного уровня на другой. Информация, необходимая на любом уровне, обычно весьма понятна, также вполне понятен и отработан механизм представления этой информации (формат, язык и т. д.).

Рис. 5.25 Переходы с уровня на уровень при проектировании.

В программном обеспечении ни один из уровневых механизмов не достиг нужной стабильности. Содержимое каждого уровня запутанно, а механизмы передачи информации с уровня на уровень ненадежны, или их вовсе нет. Тем не менее проектировщики нижних уровней часто соглашаются на фрагментарные или невразумительные требования/проекты, потому что для спецификаций не существует никаких стандартов! Более низкие уровни могут легко отойти от нужного подхода, и это с самыми лучшими намерениями.

Отсутствие «технологической инфраструктуры» приводит к тому, что процесс (или система) производства программного обеспечения не застрахован от ошибок. Именно поэтому управление им должно быть гораздо более твердым, чем в отраслях с более отработанной технологией.

Проектирование верхнего уровня

Программа управления, созданная для посадки на Луну, состоит примерно из 400 модулей. В операционной системе IBM — ОС для системы 370 в 1975 г. было более 3000 модулей.

Очевидно, что число различных способов их взаимодействия очень велико. В самом начале процесса отработки взаимосвязей наши возможности имеют поистине астрономические масштабы.

Мы делим функции больших программных систем на все меньшие единицы до тех пор, пока размеры модулей не достигнут порядка 30–50 операторов на языке высокого уровня. После этого начинаем связывать модули друг с другом. Затем их объединяют в подсистемы.