Проектирование и реализация программного обеспечения

Реализация программного обеспечения – это процесс перевода системной спецификации в работоспособную систему. Этап реализации всегда включает процессы проектирования и программирования, но если для разработки ПО применяется эволюционный подход, этап реализации также может включать процесс внесения изменений в системную спецификацию.

На этапе проектирования ПО определяется его структура, данные, которые являются частью системы, интерфейсы взаимодействия системных компонентов и иногда используемые алгоритмы. Проектировщики сразу никогда не получают законченный результат – процесс проектирования обычно проходит через разработку нескольких промежуточных версий ПО. Проектирование предполагает последовательную формализацию и детализацию создаваемого ПО с возможностью внесения изменений в решения, принятые на более ранних стадиях проектирования.

Процесс проектирования может включать разработку нескольких моделей системы различных уровней обобщения. Поскольку проектирование – это процесс декомпозиции, такие модели помогают выявить ошибки, допущенные на ранних стадиях проектирования, а следовательно, позволяют внести изменения в ранее созданные модели. На рис. 3.9 показана схема процесса проектирования ПО с указанием результата каждого этапа проектирования. Эта схема построена в предположении, что все этапы процесса проектирования выполняются последовательно. На практике эти этапы перекрываются вследствие неизбежных обратных связей от одного этапа к предыдущему и повторного выполнения некоторых проектных работ.

Результатом каждого этапа проектирования является спецификация, необходимая для выполнения следующего этапа. Эта спецификация может быть абстрактной и формальной, т.е. такой, какая необходима для детализации системных требований; но она может быть и частью разрабатываемой системы. Так как процесс проектирования непрерывен, спецификации постепенно становятся все более детализированными. Конечными результатами процесса проектирования являются точные спецификации на алгоритмы и структуры данных, которые будут реализованы на следующем этапе создания ПО.

Ниже перечислены отдельные этапы процесса проектирования.

1. Архитектурное проектирование. Определяются и документируются подсистемы и взаимосвязи между ними.

2. Обобщенная спецификация. Для каждой подсистемы разрабатывается обобщенная спецификация на ее сервисы и ограничения.

3. Проектирование интерфейсов. Для каждой подсистемы определяется и документируется ее интерфейс. Спецификации на эти интерфейсы должны быть точно выраженными и однозначными, чтобы использование подсистем не требовало знаний о том, как они реализуют свои функции. На этом этапе можно применить методы формальных спецификаций.

4. Компонентное проектирование. Проводится распределение системных функций (сервисов) по различным компонентам и их интерфейсам.

5. Проектирование структур данных. Детально разрабатываются структуры данных, необходимые для реализации программной системы.

6. Проектирование алгоритмов. Детально разрабатываются алгоритмы, предназначенные для реализации системных сервисов.

Рис. 3.9. Обобщенная схема процесса проектирования

Описанная схема процесса проектирования является достаточно общей и на практике может (и должна) адаптироваться применительно к разработке конкретного программного продукта. Например, два последних этапа, проектирование структур данных и алгоритмов, могут быть как составными частями процесса проектирования, так и входить в процесс реализации ПО. Если для создания программной системы используются некоторые уже готовые компоненты, это может наложить ограничения на архитектуру системы и интерфейсы системных модулей. Это означает, что количество компонентов, требующих проектирования, значительно уменьшится. Если в процессе проектирования используется метод проб и ошибок, то системные интерфейсы могут разрабатываться после определения структур данных.