- •Учебное пособие по дисциплине «программирование»
- •11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
- •1. Основные структуры управления 8
- •12. Стандартная библиотека шаблонов 264
- •13. Обработка исключительных ситуаций. 284
- •15. Многопоточное программирование, thread-safety 298
- •19. Работа с базой данных 400
- •20. Разработка сетевых приложений 435
- •21. Жизненный цикл программы 449
- •22. Методы отладки и тестирования программы 478
- •Введение
- •Основные структуры управления
- •Краткая теория Описание среды разработки Microsoft Visual Studio
- •Создание простейшего приложения
- •Этапы компиляции
- •Цель и порядок работы
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Содержание отчета
- •Краткая теория
- •Идентификатор
- •Константы и переменные
- •Описание и инициализация переменных
- •Int k; // это переменная целого типа int
- •Основные типы данных
- •Операторы языка программирования
- •1 Присваивание
- •2 Ввод-вывод данных с использованием библиотеки потокового ввода вывода
- •3 Манипуляторы и форматирование ввода-вывода
- •4 Ввод вывод с использованием стандартной библиотеки ввода-вывода stdio.H
- •5 Математические функции
- •Операции
- •Приоритеты операций в выражениях
- •Примеры программ Пример программы нахождения среднего арифметического из двух целых чисел и одного вещественного числа:
- •Программа вычисления значения выражения:
- •Лабораторная работа № 2. Проектирование программ линейной структуры Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •Содержание отчета
- •Операторы ветвления и выбора Краткая теория
- •Оператор ветвления
- •Оператор выбора
- •Оператор switch
- •2 Цикл с предусловием (do while)
- •3 Цикл с параметром (for)
- •2 Операторы передачи управления
- •1 Оператор безусловного перехода (goto)
- •2 Оператор возврата из функции (return)
- •3 Оператор выхода из цикла (break)
- •4 Оператор перехода к следующей итерации цикла (continue)
- •2 Вложенные циклы
- •3 Итерационные циклы
- •Лабораторная работа № 5. Итерационные и арифметические циклы. Вложенные циклы Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Массивы
- •Массивы.
- •Базовый_тип имя_массива [размерность];
- •Int a[100];//массив из 100 элементов целого типа
- •2 Многомерные массивы
- •3. Сортировка массивов
- •3.1. Сортировка с помощью включения
- •3.2. Сортировка методом простого выбора
- •3.3. Сортировка методом простого обмена
- •2 Многомерные массивы (матрицы)
- •Операции с указателями
- •Указатели и массивы
- •Динамические массивы
- •Примеры программ
- •Лабораторная работа № 7. Указатели и ссылки. Имя массива как указатель. Динамические массивы Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •1 Указатели
- •2 Имя массива как указатель
- •Содержание отчета
- •Функции Краткая теория
- •1 Описание функций
- •2 Параметры функции
- •3 Передача массивов в функцию
- •4 Указатели на функции
- •Лабораторная работа № 8. Функции Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •1 Функции, параметры функций
- •2 Передача массивов в функцию (одномерные массивы)
- •3 Передача массивов в функцию (многомерные массивы)
- •Содержание отчета
- •Краткая теория
- •1 Понятие отладки
- •2 Разновидности ошибок
- •2.1 Ошибки этапа компиляции
- •2.2 Ошибки этапа выполнения
- •2.3 Логические ошибки
- •3 Методы отладки
- •3.1 Установка точки прерывания
- •3.2 Выполнение программы до точки прерывания
- •3.3 Прекращение отладки
- •3.4 Пошаговое выполнение программы и трассировка
- •3.5 Выполнение программы до курсора
- •3.6 Отслеживание значений переменных во время выполнения программы
- •3.7 Создание условной точки останова
- •4 Работа с отладчиком
- •4.1 Выполнение программы по шагам без захода в функцию
- •4.2 Выполнение программы по шагам с заходом в функцию (трассировка)
- •Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Задание для выполнения работы
- •1 Часть первая
- •2 Часть вторая
- •2 Перечисления (enum)
- •3 Структуры (struct)
- •4 Объединения (union)
- •5 Битовые поля
- •6 Пример
- •Лабораторная работа № 10. Типы данных, определяемые пользователем. Структуры и объединения Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •Содержание отчета
- •Краткая теория
- •1.1 Ввод-вывод строк
- •1.2 Операции со строками
- •Ввод и вывод русских букв в консоли можно сделать разными способами.
- •1.3 Некоторые Стандартные функции работы со троками
- •Режимы открытия файлов
- •Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •2 Рекурсивные функции
- •3 Шаблоны функций
- •4 Функции с переменным количеством параметров
- •Лабораторная работа № 12. Перегрузка функций. Шаблоны функций Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий
- •1 Перегрузка функций
- •2 Добавление новых файлов в проект в среде разработки Visual Studio 2008
- •3 Пример работы с многофайловыми проектами
- •4 Препроцессор
- •Лабораторная работа № 13. Модули. Многофайловые проекты. Препроцессор. Цель и порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Варианты заданий
- •Содержание отчета
- •Введение в OpenGl.
- •Работа с OpenGl при помощи
- •Библиотеки glut
- •Создание консольного приложения, использующего OpenGl
- •Лабораторная работа №14. Создание приложения с использованием OpenGl. Рисование примитивов. Цель работы:
- •Задания
- •Примеры рисования многоугольников:
- •Конструктор копирования и операция присваивания Конструктор копирования
- •Перегруженная операция присваивания
- •Лабораторная работа № 15. Классы Цель работы:
- •Контрольные вопросы
- •Задания для самостоятельной работы
- •Перегрузка операций и дружественные функции. Указатели на функции, методы и члены данных Перегрузка операций и дружественные функции.
- •Указатели на функции
- •В заданиях 11 – 20 перегрузить операции ввода и вывода исходных данных.
- •Виртуальные функции. Абстрактные классы.
- •Пространства имен
- •Лабораторная работа № 17. Наследование. Открытое и закрытое наследование. Цель работы:
- •Контрольные вопросы
- •Задания на самостоятельное выполнение
- •Содержание отчета
- •Шаблоны (На самостоятельное изучение)
- •Шаблон класса
- •Шаблонные функции.
- •Шаблонные методы
- •Стандартная библиотека шаблонов
- •Stl Строки
- •Строковые потоки
- •Итераторы
- •Итераторы обеспечивают доступ к элементам в коллекции
- •Алгоритмы
- •Предикаты
- •Заключение
- •Лабораторная работа № 18. Стандартная библиотека шаблонов Цель.
- •Порядок выполнения работы.
- •Содержание отчета.
- •Варианты заданий.
- •Обработка исключительных ситуаций. Теория
- •Введение
- •"Создание" исключений
- •Операторы throw без параметров
- •Заключение
- •Цель работы:
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Содержание отчета
- •Краткая теория
- •Многопоточное программирование, thread-safety
- •Инициализация потока
- •Id потока
- •Пространство имен this_thread
- •Одновременный доступ к ресурсам
- •Содержание отчета
- •Механизмы синхронизации Вводные понятия синхронизации потоков
- •Работа с потоками с помощью функций WinApi Несинхронизированные потоки
- •Критические секции
- •Мьютексы (взаимоисключения)
- •События
- •Потокобезапасность
- •Типовые задачи синхронизации
- •Механизм семафоров
- •Семафорное решение задачи о философах
- •Лабораторная работа № 21. Семафоры: защита критических секций, условная синхронизация Цели и задачи:
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Варианты заданий
- •Содержание отчета
- •Создание проекта библиотеки динамической компоновки (dll)
- •Добавление класса в библиотеку динамической компоновки
- •Создание приложения, ссылающегося на библиотеку динамической компоновки
- •Использование функциональных возможностей библиотеки классов в консольном приложении
- •Запуск приложения
- •Создание проекта статической библиотеки
- •Добавление класса в статическую библиотеку
- •Создание приложения, ссылающегося на статическую библиотеку
- •Использование функциональных возможностей статической библиотеки в консольном приложении
- •Запуск приложения
- •Создание нового проекта библиотеки классов
- •Добавление класса в библиотеку классов
- •Создание приложения, ссылающегося на библиотеку классов
- •Использование функциональных возможностей библиотеки классов в консольном приложении
- •Запуск приложения
- •Создание dll
- •Использование dll без библиотеки импорта. Динамическое подключение.
- •Результаты работы dllrun02.Exe
- •Цель работы:
- •Постановка задачи
- •Варианты
- •Методические указания
- •Содержание отчета
- •Краткая теория
- •Метасимволы в регулярных выражениях
- •Поиск в тексте по шаблону
- •Редактирование текста
- •Цель работы:
- •Задание
- •Содержание отчета
- •Краткая теория Философия .Net Framework
- •Библиотека Windows Forms
- •Класс Form, MessageBox и компоненты Класс Form
- •Диалог MessageBox
- •Компоненты и панель ToolBox
- •Работа с элементами управления
- •Цель работы:
- •Задания
- •Содержание отчета
- •Пример 1.
- •Пример 2.
- •Редактирование таблицы базы данных ms Access в среде Visual Studio без написания программного кода
- •Чтение всех записей из таблицы бд ms Access на консоль с помощью объектов классов Command и DataReader
- •Создание базы данных ms Access в программном коде
- •Добавление записей в таблицу базы данных ms Access
- •Чтение всех записей из таблицы базы данных c помощью объектов классов Command, DataReader и элемента управления DataGridView
- •Чтение данных из бд в сетку данных DataGridView с использованием объектов классов Command, Adapter и DataSet
- •Обновление записей в таблице базы данных ms Access
- •Удаление записей из таблицы базы данных с использованием sql-запроса и объекта класса Command
- •Лабораторная работа № 25. Работа с базой данных Цель работы:
- •Порядок выполнения работы
- •Методические указания
- •Варианты заданий
- •1. Библиотека
- •2. Университет
- •3. Оптовая база
- •4. Производство
- •5. Сеть магазинов
- •6. Авторемонтные мастерские
- •7. Деканат
- •8. Договорная деятельность организации
- •9. Поликлиника
- •10. Телефонная станция
- •11. Спорт
- •12. Сельскохозяйственные работы
- •13. Городской транспорт
- •14. География
- •15. Домоуправление
- •16. Аэропорт
- •7. Прикладной
- •1. Аппаратный (Физический)
- •Общая схема работы с сокетами в Windows
- •Пример. Клиентское и серверное приложение
- •Клиент:
- •Сервер:
- •Лабораторная работа № 26. Разработка сетевых приложений Цель работы:
- •Порядок выполнения работы
- •Задания:
- •Варианты
- •Содержание отчета
- •Жизненный цикл программы
- •Программный продукт и определение требований к продукту Программный продукт
- •Определение требований к продукту
- •Требования к функционированию продукта
- •Требования к надежности продукта
- •Условия эксплуатации продукта
- •Требования к техническим средствам
- •Требования к установке продукта
- •Техническое задание
- •Упражнения
- •Лабораторная работа №27. Разработка технического задания на программный продукт Цель работы:
- •Задание
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Проектирование программного продукта
- •Разработка эскизного проекта
- •Разработка технического проекта
- •Рабочий проект
- •Упражнения
- •Задание
- •Отладка
- •Тестирование
- •Сопровождение продукта
- •Модификация продукта
- •Цикличность разработки продукта
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №29. Проектирование структуры приложения Цель работы:
- •Задание
- •Методические указания Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №30. Разработка пользовательского интерфейса Цель работы:
- •Задание
- •Методические указания Контрольные вопросы
- •Методы отладки и тестирования программы Теоретические сведения
- •Обнаружение ошибки
- •Программа не дает результатов
- •Программа дает неверные результаты
- •Программа дает правдоподобные результаты
- •Устранение ошибки
- •Средства отладки
- •Упражнения
- •Тестирование
- •Unit-тестирование
- •Методики тестирования
- •Функциональное тестирование
- •Тестирование обращений к базам данных
- •Тестирование бизнес-логики программы
- •Нагрузочное тестирование
- •Стрессовое тестирование
- •Тестирование интерфейса пользователя
- •Тестирование безопасности и прав доступа
- •Тестирование инсталляции программного продукта
- •Наборы тестов
- •Процесс тестирования
- •Особенности тестирования объектно-ориентированных программ
- •Средства тестирования
- •Обеспечение качества программного продукта
- •Упражнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 31. Тестирование и отладка приложения Цель работы:
- •Задание
- •Методические указания Контрольные вопросы
- •Boost::threads. Многопоточное программирование Создание потока
- •Мьютексы
- •Условные переменные
- •Локальная память потока
- •Однократно вызываемые функции
- •Инициализация параметров
- •Основные алгоритмы
- •Небольшое отступление от алгоритма, для описания его параметров. Эти параметры используются во всех алгоритмах, но рассмотрим их только здесь.
- •Вспомогательные средства
- •Содержание отчета
- •Boost::bind (на самостоятельное изучение) Использование с глобальной функцией
- •Использование с указателями на функции члены
- •Использование с указателем на член данных
- •Каскадное использование связывателей
- •Перегруженные операторы
- •Использование ссылок
- •Пример использования.
- •Boost::asio (::io_service) (Самостоятельное изучение) boost::asio основы
- •Boost::asio асинхронный
- •Использование boost::asio
- •Асинхронное программирование
- •Необходимость работать асинхронно
- •Список источников
Определение требований к продукту
Программный продукт предназначен для решения поставленной перед ним задачи или даже нескольких задач по обработке информации. Чем точнее сформулирована задача, тем точнее будет решать ее программный продукт. Поэтому разработку программного продукта следует начинать с четкого и как можно более полного определения требований к нему.
Дело осложняется тем, что заказчик программного продукта часто не может полностью сформулировать то, что он хочет получить. Его требования ограничиваются общими фразами вроде: "Сделайте мне систему, такую же, как CoolProduct, но рассчитанную на наши правила товарооборота и отчетности". Получив же такую систему, заказчик чаще всего восклицает: "Но я совсем не это имел в виду!" Поэтому требования к программному продукту вырабатываются в результате долгих обсуждений и уточнений. Зачастую они изменяются уже в ходе разработки, хотя этого надо всячески избегать.
Требования, которым должен удовлетворять продукт, можно отнести к нескольким категориям. Это требования к функциональности продукта, к надежности его функционирования, условия эксплуатации продукта, технические средства, необходимые для работы продукта. Рассмотрим подробнее каждое из этих требований.
Требования к функционированию продукта
Самое главное требование к программному продукту заключается в том, чтобы он решал поставленную задачу в максимальном объеме и с максимально возможной точностью. Потребителя продукта редко интересует алгоритм решения задачи. Ему просто нужно получить результаты как можно точнее и быстрее. Более того, потребитель хочет, чтобы управление программой было простым и привычным для него. Ему надо сразу сесть и начать работу с программой, у него нет времени на обучение и нет желания долго вникать в особенности продукта и изучать новые команды для работы с ним.
Современные программные продукты взаимодействуют с пользователем с помощью графического интерфейса. Обычный сеанс работы с продуктом выглядит следующим образом. При запуске продукта на экране дисплея открывается окно, содержащее различные графические компоненты (controls, widgets): поля ввода исходных и промежуточных данных, кнопки выбора, раскрывающиеся списки, из которых можно выбрать нужные пункты, командные кнопки подтверждения или отмены действий и другие элементы управления программой. Пользователь вводит исходные данные или выбирает их из предложенного списка и запускает механизм решения задачи.
В процессе решения у него запрашиваются дополнительные сведения, на экран выводятся промежуточные результаты, в строке состояния появляются различные сообщения системы. При этом часто открываются дополнительные окна со своим набором управляющих графических элементов или с сообщениями. Если решение задачи занимает много времени, то на экран выводится индикатор прогресса в виде так называемого "градусника" или "песочных часов".
Наконец, результаты работы программного продукта выводятся на экран дисплея, и предлагается записать их файл в том или ином формате, или вывести на печать.
На этапе определения требований подробно описывается графический интерфейс пользователя: задается необходимое количество окон, состав управляющих элементов в каждом из них, расположение элементов в окне. Описывается состав каждого управляющего элемента и действия, которые программный продукт должен выполнить при выборе пользователем этого элемента.
Все это активно обсуждается с заказчиком, при этом рисуются эскизы окон, которые претерпевают множество изменений перед тем, как начинают удовлетворять обе стороны. Обсуждение часто доходит до таких частностей, как цвет фона окна и гарнитура шрифта. Чтобы наилучшим образом удовлетворить требования заказчика, в команду разработчика программного продукта часто включается профессиональный дизайнер, в задачу которого входит выработка стиля оформления продукта и рисование окон в этом стиле.
Плодотворный метод определения функциональных требований разработал Айвар Якобсон (Ivar Jacobson). Этот метод входит в так называемый унифицированный процесс разработки (RUP, Rational Unified Process), предлагаемый фирмой Rational Software Corporation. Якобсон предложил начинать определение требований с составления всех возможных действий (actions) некоторого действующего лица (actor) с программным продуктом, с начала сеанса его работы до окончания сеанса. Действующим лицом может быть не только пользователь, но и какой-то алгоритм, выполняющийся в программном продукте, и какая-то внешняя программа.
Каждый такой набор действий образует сценарий работы действующего лица. Пользователь может идти разными путями к достижению результата, поэтому он может выполнять разные сценарии для достижения одной и той же цели.
Набор всех сценариев, приводящих к одному результату, называется use case. На русский язык этот термин переводят по-разному: прецедент, сценарий использования, вариант использования. Сценарии, образующие прецедент, называются экземплярами (instances) прецедента. Вначале в прецеденты вносятся все сценарии, в том числе и неудачные. Затем сценарии каждого прецедента анализируются, обобщаются и собираются в один-два наилучших сценария.
Например, пользователь Интернета может создать экземпляр прецедента "Загрузить файл с сайта", набирая адрес этого сайта в строке адреса браузера. Другой экземпляр прецедента будет создан щелчком кнопки мыши по ссылке в окне браузера. Как видите, в браузере реализовано несколько сценариев прецедента "Загрузить файл с сайта". Набор другого адреса — это другой сценарий того же прецедента. Если адрес верен и загрузка файла допустима, то сценарий завершится успешно, в противном случае сценарий завершится неудачей.
После четкого определения всех прецедентов и выделения самых успешных сценариев входящие в них действия выражаются в графических элементах управления. Элементы управления размещаются в одном или нескольких окнах таким образом, чтобы естественное перемещение по этим элементам и окнам приводило к выполнению наилучших сценариев.
