Тема 1.2 Основные понятия и определения
Содержание
Введение…………………………………………………………………………3
Раздел 1 Программное обеспечение
Тема 1.1 Технология программирования в историческом аспекте …………..5
Тема 1.2 Основные понятия и определения ……………………………..........11
Тема 1.3 Классификация ПО…………………………….…………………......14
Раздел 2 Разработка программного обеспечения
Тема 2.1 Инструментальное обеспечение разработки и сопровождения программных средств ……………………………………………………...…..18
Тема 2.2 Инструментальные системы технологии программирования .........26
Тема 2.3 Структура проекта Delphi …………………………………………...29
Тема 2.4 Особенности объектно-ориентированного программирования в Delphi …………………………………………………………………………....37
Тема 2.5 Создание собственных компонентов ……………………..………...43
Тема 2.6 Обработка исключительных ситуаций……………………..……….48
Тема 2.7 Создание пользовательских библиотек, процедур и функций в Delphi ……………………..……………………………………………………..52
Тема 2.8 Создание DLL-библиотек в Delphi …………………………………55
Тема 2.9 Создание многопоточных приложений в Delphi ……………….….60
Тема 2.10 Создание приложений баз данных в среде Delphi ……………….64
Тема 2.11 Создание консольных приложений……………………..…………69
Тема 2.12 Использование динамической памяти в приложениях……...........72
Тема 2.13 Создание справочной системы……………………..……………...77
Список литературы…………………………………………………………..86
|
|
Введение
В условиях информатизации общества одной из важнейших задач профессионального образования является подготовка специалистов, свободно ориентирующихся не только в предметной области, но и в уже используемых, а также перспективных информационных и коммуникационных технологиях, связанных с их профессиональной деятельностью. Задача усложняется ростом объемов профессиональной информации, что требует от системы профессионального образования обновления его содержания и разработки качественно новых педагогических технологий, позволяющих обеспечить эффективность образовательного процесса.
В настоящее время существует много изданий различного уровня, описывающих работу с указанными программными продуктами. Данное пособие содержит материал, необходимый для реализации в курсе «Инструментальных средств разработки ПО» дидактических единиц государственного образовательного стандарта, связанных с освоением программного обеспечения.
Компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач. Любой специалист в своей области должен знать, какие профессиональные задачи можно решать, используя компьютер, и уметь это делать. Таким образом, ИСРПО является предметом не только общеобразовательным, но и профессиональным, в котором очень важна система межпредметных связей, усилить которые предполагается содержанием заданий для практического выполнения, ориентированным на задачи из предметной области, что является особенностью предлагаемого практикума. Теоретический материал, практические задания и подробно рассмотренные примеры позволяют студентам с различным уровнем начальной подготовки самостоятельно изучить ряд вопросов, связанных с освоением приемов решения прикладных задач средствами указанных программных продуктов.
|
|
Цели и задачи дисциплины
1. Изучение основных принципов, используемых в разработке интегрированных программных продуктов.
2. Изучение структуры, состава и назначения компонентов интегрированного ПО, а также средств организации взаимодействия между компонентами и инструментальных средств расширения функциональности.
3. Формирование навыков работы со средствами автоматизации решения прикладных задач.
4. Формирование навыков использования встроенных средств разработки.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
|
|
1. знать принципы построения прикладных информационных систем
2. уметь использовать современные программные средства для обработки разнородной информации;
3. уметь автоматизировать процесс решения прикладных задач с помощью встроенных языков программирования;
4. иметь представление о современном состоянии и тенденциях развития рынка прикладного ПО.
Раздел 1 Программное обеспечение
Тема 1.1 Технология программирования в историческом аспекте
Чтобы разобраться в существующих технологиях программирования и определить основные тенденции их развития, целесообразно рассматривать эти технологии в историческом контексте, выделяя основные этапы развития программирования как науки.
Первый этап — «стихийное» программирование.Этот этап охватывает период от момента появления первых вычислительных машин до середины 60-х годов XX в. В этот период практически отсутствовали сформулированные технологии, и программирование фактически было искусством. Первые программы имели простейшую структуру. Они состояли из собственно программы на машинном языке и обрабатываемых ею данных (рис. 1.1). Сложность программ в машинных кодах ограничивалась способностью программиста одновременно мысленно отслеживать последовательность выполняемых операций и местонахождение данных при программировании.
|
|
Появление ассемблеров позволило вместо двоичных или 16-ричных кодов использовать символические имена данных и мнемоники кодов операций. В результате программы стали более «читаемыми».
Создание языков программирования высокого уровня, таких как FORTRAN и ALGOL, существенно упростило программирование вычислений, снизив уровень детализации операций. Это, в свою очередь, позволило увеличить сложность программ.
Революционным было появление в языках средств, позволяющих оперировать подпрограммами. (Идея написания подпрограмм появилась гораздо раньше, но отсутствие средств поддержки в первых языковых средствах существенно снижало эффективность их применения.) Подпрограммы можно было сохранять и использовать в других программах. В результате были созданы огромные библиотеки расчетных и служебных подпрограмм, которые по мере надобности вызывались из разрабатываемой программы.
Типичная программа того времени состояла из основной программы, области глобальных данных и набора подпрограмм (в основном библиотечных), выполняющих обработку всех данных или их части (рис. 1.2).
Слабым местом такой архитектуры было то, что при увеличении количества подпрограмм возрастала вероятность искажения части глобальных данных какой-либо подпрограммой. Например, подпрограмма поиска корней уравнения на заданном интервале по методу деления отрезка пополам меняет величину интервала. Если при выходе из подпрограммы не предусмотреть восстановления первоначального интервала, то в глобальной области окажется неверное значение интервала. Чтобы сократить количество таких ошибок в подпрограммах, было предложено размещать локальные данные (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Архитектура программы, использующей подпрограммы с локальными данными
Сложность разрабатываемого программного обеспечения при использовании подпрограмм с локальными данными по-прежнему ограничивалась возможностью программиста отслеживать процессы обработки данных, но уже на новом уровне. Однако появление средств поддержки подпрограмм позволило осуществлять разработку программного обеспечения нескольким программистам параллельно.
В начале 60-х годов XX в. разразился «кризис программирования». Он выражался в том, что фирмы, взявшиеся за разработку сложного программного обеспечения, такого как операционные системы, срывали все сроки завершения проектов [8]. Проект устаревал раньше, чем был готов к внедрению, увеличивалась его стоимость, и в результате многие проекты так никогда и не были завершены.
Объективно все это было вызвано несовершенством технологии программирования. Прежде всего стихийно использовалась разработка «снизу—вверх» — подход, при котором вначале проектировали и реализовывали сравнительно простые подпрограммы, из которых затем пытались построить сложную программу. В отсутствие четких моделей описания подпрограмм и методов их проектирования создание каждой подпрограммы превращалось в непростую задачу, интерфейсы подпрограмм получались сложными, и при сборке программного продукта выявлялось большое количество ошибок согласования. Исправление таких ошибок, как правило, требовало серьезного изменения уже разработанных подпрограмм, что еще более осложняло ситуацию, так как при этом в программу часто вносились новые ошибки, которые также необходимо было исправлять... В конечном итоге процесс тестирования и отладки программ занимал более 80 % времени разработки, если вообще когда-нибудь заканчивался. На повестке дня самым серьезным образом стоял вопрос разработки технологии создания сложных программных продуктов, снижающей вероятность ошибок проектирования.
Анализ причин возникновения большинства ошибок позволил сформулировать новый подход к программированию, который был назван «структурным».
Второй этап — структурный подход к программированию(60—70-егоды XX в.). Структурный подход к программированию представляет собой совокупность рекомендуемых технологических приемов, охватывающих выполнение всех этапов разработки программного обеспечения. В основе структурного подхода лежит декомпозиция (разбиение на части) сложных систем с целью последующей реализации в виде отдельных небольших (до 40—50 операторов) подпрограмм. С появлением других принципов декомпозиции (объектного, логического и т. д.) данный способ получил название процедурной декомпозиции.
В отличие от используемого ранее процедурного подхода к декомпозиции, структурный подход требовал представления задачи в виде иерархии подзадач простейшей структуры. Проектирование, таким образом, осуществлялось «сверху—вниз» и подразумевало реализацию общей идеи, обеспечивая проработку интерфейсов подпрограмм. Одновременно вводились ограничения на конструкции алгоритмов, рекомендовались формальные модели их описания, а также специальный метод проектирования алгоритмов — метод пошаговой детализации.
Поддержка принципов структурного программирования была заложена в основу так называемых процедурных языков программирования. Как правило, они включали основные «структурные» операторы передачи управления, поддерживали вложение подпрограмм, локализацию и ограничение области «видимости» данных. Среди наиболее известных языков этой группы стоит назвать PL/1, ALGOL-68, Pascal, С.
Одновременно со структурным программированием появилось огромное количество языков, базирующихся на других концепциях, но большинство из них не выдержало конкуренции. Какие-то языки были просто забыты, идеи других были в дальнейшем использованы в следующих версиях развиваемых языков.
Дальнейший рост сложности и размеров разрабатываемого программного обеспечения потребовал развития структурирования данных. Как следствие этого в языках появляется возможность определения пользовательских типов данных. Одновременно усилилось стремление разграничить доступ к глобальным данным программы, чтобы уменьшить количество ошибок, возникающих при работе с глобальными данными. В результате появилась и начала развиваться технология модульного программирования.
Модульное программирование предполагает выделение групп подпрограмм, использующих одни и те же глобальные данные в отдельно компилируемые модули (библиотеки подпрограмм), например модуль графических ресурсов, модуль подпрограмм вывода на принтер (рис. 1.4). Связи между модулями при использовании данной технологии осуществляются через специальный интерфейс, в то время как доступ к реализации модуля (телам подпрограмм и некоторым «внутренним» переменным) запрещен. Эту технологию поддерживают современные версии языков Pascal и С (C++), языки Ада и Modula.
Использование модульного программирования существенно упростило разработку программного обеспечения несколькими программистами. Теперь каждый из них мог разрабатывать свои модули независимо, обеспечивая взаимодействие модулей через специально оговоренные межмодульные интерфейсы. Кроме того, модули в дальнейшем без изменений можно было использовать в других разработках, что повысило производительность труда программистов.
Практика показала, что структурный подход в сочетании с модульным программированием позволяет получать достаточно надежные программы, размер которых не превышает 100 000 операторов. Узким местом модульного программирования является то, что ошибка в интерфейсе при вызове подпрограммы выявляется только при выполнении программы (из-за раздельной компиляции модулей обнаружить эти ошибки раньше невозможно). При увеличении размера программы обычно возрастает сложность межмодульных интерфейсов, и с некоторого момента предусмотреть взаимовлияние отдельных частей программы становится практически невозможно. Для разработки программного обеспечения большого объема было предложено использовать объектный подход.
Третий этап — объектный подход к программированию (с середины 80-х до конца 90-х годов XX в.).Объектно-ориентированное программирование определяется как технология создания сложного программного обеспечения, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного типа (класса), а классы образуют иерархию с наследованием свойств. Взаимодействие программных объектов в такой системе осуществляется путем передачи сообщений (рис. 1.5).
Объектная структура программы впервые была использована в языке имитационного моделирования сложных систем Simula, появившемся еще в 60-х годах XX в. Естественный для языков моделирования способ представления программы получил развитие в другом специализированном языке моделирования — языке Smalltalk (70-е годы XX в.), а затем был использован в новых версиях универсальных языков программирования, таких как Pascal, C++, Modula, Java.
Основным достоинством объектно-ориентированного программирования по сравнению с модульным программированием является «более естественная» декомпозиция программного обеспечения, которая существенно облегчает его разработку. Это приводит к более полной локализации данных и интегрированию их с подпрограммами обработки, что позволяет вести практически независимую разработку отдельных частей (объектов) программы. Кроме этого, объектный подход предлагает новые способы организации программ, основанные на механизмах наследования, полиморфизма, композиции, наполнения. Эти механизмы позволяют конструировать сложные объекты из сравнительно простых. В результате существенно увеличивается показатель повторного использования кодов и появляется возможность создания библиотек классов для различных применений.
Бурное развитие технологий программирования, основанных на объектном подходе, позволило решить многие проблемы. Так, были созданы среды, поддерживающие визуальное программирование, например Delphi, C++ Builder, Visual C++ и т. д. При использовании визуальной среды у программиста появляется возможность проектировать некоторую часть, например интерфейсы будущего продукта, с применением визуальных средств добавления и настройки специальных библиотечных компонентов. Результатом визуального проектирования является заготовка будущей программы, в которую уже внесены соответствующие коды.
Использование объектного подхода имеет много преимуществ, однако его конкретная реализация в объектно-ориентированных языках программирования, таких как Pascal и C++, имеет существенные недостатки:
1. фактически отсутствуют стандарты компоновки двоичных результатов компиляции объектов в единое целое даже в пределах одного языка программирования. Компоновка объектов, полученных разными компиляторами C++, в лучшем случае проблематична, что приводит к необходимости разработки программного обеспечения с использованием средств и возможностей одного языка программирования высокого уровня и одного компилятора, а значит, требует наличия исходных кодов используемых библиотек классов;
2. изменение реализации одного из программных объектов, как минимум, связано с перекомпиляцией соответствующего модуля и перекомпоновкой всего программного обеспечения, использующего данный объект.
Таким образом, при использовании этих языков программирования сохраняется зависимость модулей программного обеспечения от адресов экспортируемых полей и методов, а также структур и форматов данных. Эта зависимость объективна, так как модули должны взаимодействовать между собой, обращаясь к ресурсам друг друга. Связи модулей нельзя разорвать, но можно попробовать стандартизировать их взаимодействие, на чем и основан компонентный подход к программированию.
Четвертый этап — компонентный подход и CASE-технологии (с середины 90-х годов XX в. до нашего времени).Компонентный подход предполагает построение программного обеспечения из отдельных компонентов физически отдельно существующих частей программного обеспечения, которые взаимодействуют между собой через стандартизованные двоичные интерфейсы. В отличие от обычных объектов объекты-компоненты можно собрать в динамически вызываемые библиотеки или исполняемые файлы, распространять в двоичном виде (без исходных текстов) и использовать в любом языке программирования, поддерживающем соответствующую технологию. На сегодня рынок объектов стал реальностью, так, в Интернете существуют узлы, предоставляющие большое количество компонентов, рекламой компонентов забиты журналы. Это позволяет программистам создавать продукты, хотя бы частично состоящие из повторно использованных частей, т. е. использовать технологию, хорошо зарекомендовавшую себя в области проектирования аппаратуры.
Тема 1.2 Основные понятия и определения
Технология программирования— совокупность методов и средств, применяемых в процессе разработки программного обеспечения.
Программа(program, routine) — упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи.
Программное обеспечение(software) — совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Задача(problem, task) — проблема, подлежащая решению.
Приложение(application) — программная реализация на компьютере решения задачи.
Термин «задача» в программировании означает единицу работы вычислительной системы, требующую выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, памяти).
Процесс создания программ можно представить как последовательность следующих действий:
1. постановка задачи;
2. алгоритмизация решения задачи;
3. программирование.
Постановка задачи(problem definition) — это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.
Алгоритм— система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.
Программирование(programming) — теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.
По отношению к ПО компьютерные пользователи делятся на следующие группы:
1. системные программисты. Занимаются разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения;
2. прикладные программисты. Осуществляют разработку и отладку программ для решения различных прикладных задач;
3. конечные пользователи. Имеют элементарные навыки работы с компьютером и используемыми ими прикладными программами;
4. администраторы сети. Отвечают за работу вычислительных сетей;
5. администраторы баз данных. Обеспечивают организационную поддержку базы данных.
Сопровождение программы— поддержка работоспособности программы, переход на ее новые версии, внесения изменений, исправление ошибок и т. д.
Основные характеристики программ:
1. алгоритмическая сложность;
2. состав функций обработки информации;
3. объем файлов, используемых программой;
4. требования к операционной системе (ОС) и техническим средствам обработки, в том числе объем дисковой памяти, размер оперативной памяти для запуска программы, тип процессора, версия ОС, наличие вычислительной сети и т. д.
Показатели качества программы:
1. мобильность (многоплатформенность) — независимость от технического комплекса системы обработки данных, ОС, сетевых возможностей, специфики предметной области задачи и т. д.;
2. надежность — устойчивость, точность выполнения предписанных функций обработки, возможность диагностики возникающих ошибок в работе программы;
3. эффективность как с точки зрения требований пользователя, так и расхода вычислительных ресурсов;
4. учет человеческого фактора — дружественный интерфейс, контекстно-зависимая подсказка, хорошая документация;
5. модифицируемость — способность к внесению изменений, например, расширение функций обработки, переход на другую техническую базу обработки и т. п.;
6. коммуникативность — максимально возможная интеграция с другими программами, обеспечение обмена данными между программами.
Все программы по характеру использования и категориям пользователей можно разделить на два класса — утилитарные программы и программные продукты.
Утилитарные программы («программы для себя») предназначены для удовлетворения нужд их разработчиков. Чаще всего такие программы выполняют роль отладочных приложений, являются программами решения задач, не предназначенных для широкого распространения.
Программные продукты (изделия)используются для удовлетворения потребностей пользователей, широкого распространения и продажи.
В настоящее время существуют и другие варианты легального распространения программных продуктов, которые появились с использованием глобальных телекоммуникаций:
· freeware — бесплатные программы, свободно распространяемые, поддерживаются самим пользователем, который правомочен вносить в них необходимые изменения;
· shareware — некоммерческие (условно-бесплатные) программы, которые могут использоваться, как правило, бесплатно.
Ряд производителей использует OEM-программы (Original Equipment Manufacturer), т. е. встроенные программы, устанавливаемые на компьютеры или поставляемые вместе с компьютерами.
Программный продукт должен быть соответствующим образом подготовлен к эксплуатации (отлажен), иметь необходимую техническую документацию, предоставлять сервис и гарантию надежной работы программы, иметь товарный знак изготовителя, а также наличие кода государственной регистрации.
Тема 1.3 Классификация ПО
Можно выделить три класса ПО:
1. системное;
2. пакеты прикладных программ (прикладное ПО);
3. инструментарий технологии программирования (инструментальные средства для разработки ПО).
Системное ПО направлено:
- на создание операционной среды функционирования других программ;
- обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
- проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
- выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивация, восстановление файлов программ и БД и т. п.).
СистемноеПО (System Software) — совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и вычислительных сетей.
Прикладное ПО служит программным инструментарием решения функциональных задач и является самым многочисленным классом ПО. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей. Таким образом, прикладное ПО — комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса предметной области.
Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированное ПО, которое является инструментальным средством разработки. ПО данного класса поддерживает все технологические этапы процесса проектирования, программирования, отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями данного ПО являются системные и прикладные программисты.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 710; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!