ВВЕДЕНИЕ

Известно, что основной задачей первых трех десятилетий компьютерной эры являлось развитие аппаратных компьютерных средств. Это было обусловлено высокой стоимостью обработки и хранения данных. В 80-е годы успехи микроэлектроники привели к резкому увеличению производительности компьютера при значительном снижении стоимости.

Основной задачей 90-х годов и начала XXI века стало совершенствование качества компьютерных приложений, возможности которых целиком определяются программным обеспечением (ПО).

Современный персональный компьютер теперь имеет производительность большой ЭВМ 80-х годов. Сняты практически все аппаратные ограничения на решение задач. Оставшиеся ограничения приходятся на долю ПО.

Чрезвычайно актуальными стали следующие проблемы:

аппаратная сложность опережает наше умение строить ПО, использующее потенциальные возможности аппаратуры;

наше умение строить новые программы отстает от требований к новым программам;

нашим возможностям эксплуатировать существующие программы угрожает низкое качество их

разработки.

Ключом к решению этих проблем является грамотная организация процесса создания ПО, реализация технологических принципов промышленного конструирования программных систем (ПС).

Настоящий учебник посвящен систематическому изложению принципов, моделей и методов (формирования требований, анализа, синтеза и тестирования), используемых в инженерном цикле разработки сложных программных продуктов.

В основу материала положен двенадцатилетний опыт постановки и преподавания автором соответствующих дисциплин в Рижском авиационном университете и Рижском институте транспорта и связи. Базовый курс «Технология конструирования программного обеспечения» прослушали больше тысячи студентов, работающих теперь в инфраструктуре мировой программной индустрии, в самых разных странах и на самых разных континентах.

Автор стремился к достижению трех целей:

изложить классические основы, отражающие накопленный мировой опыт программной инженерии;

показать последние научные и практические достижения, характеризующие динамику развития в области Software Engineering;

обеспечить комплексный охват наиболее важных вопросов, возникающих в больших программных проектах.

Компьютерные науки вообще и программная инженерия в частности — очень популярные и стремительно развивающиеся области знаний. Обоснование простое: человеческое общество XXI века

— информационное общество. Об этом говорят цифры: в ведущих странах занятость населения в информационной сфере составляет 60%, а в сфере материального производства — 40%. Именно поэтому специальности направления «Компьютерные науки и информационные технологии» гарантируют приобретение наиболее престижных, дефицитных и высокооплачиваемых профессий. Так считают во всех развитых странах мира. Ведь не зря утверждают: «Кто владеет информацией — тот владеет миром!»

Поэтому понятно то пристальное внимание, которое уделяет компьютерному образованию мировое сообщество, понятно стремление унифицировать и упорядочить знания, необходимые специалисту этого направления. Одними из результатов такой работы являются международный стандарт по компьютерному образованию Computing Curricula 2001 — Computer Science и международный стандарт по программной инженерии IEEE/ACM Software Engineering Body of Knowledge SWEBOK 2001.

Содержание данного учебника отвечает рекомендациям этих стандартов. Учебник состоит из 17 глав. Первая глава посвящена организации классических, современных и перспективных процессов

разработки ПО.

Вторая глава знакомит с вопросами руководства программными проектами — планированием, оценкой затрат. Вводятся размерно-ориентированные и функционально-ориентированные метрики затрат, обсуждается методика их применения, описывается наиболее популярная модель для оценивания затрат — СОСОМО II. Приводятся примеры предварительной оценки программного проекта и анализа чувствительности проекта к изменению условий разработки.

3

Третья глава рассматривает классические методы анализа при разработке ПО.

Четвертая глава отведена основам проектирования программных систем. Здесь обсуждаются архитектурные модели ПО, основные проектные характеристики: модульность, информационная закрытость, сложность, связность, сцепление и метрики для их оценки.

Пятая глава описывает классические методы проектирования ПО.

Шестая глава определяет базовые понятия структурного тестирования программного обеспечения (по принципу «белого ящика») и знакомит с наиболее популярными методиками данного вида тестирования: тестированием базового пути, тестированием ветвей и операторов отношений, тестированием потоков данных, тестированием циклов.

Седьмая глава вводит в круг понятий функционального тестирования ПО и описывает конкретные способы тестирования — путем разбиения по эквивалентности, анализа граничных значений, построения диаграмм причин-следствий.

Восьмая глава ориентирована на комплексное изложение содержания процесса тестирования: тестирование модулей, тестирование интеграции модулей в программную систему; тестирование правильности, при котором проверяется соответствие системы требованиям заказчика; системное тестирование, при котором проверяется корректность встраивания ПО в цельную компьютерную систему. Здесь же рассматривается организация отладки ПО (с целью устранения выявленных при тестировании ошибок).

Девятая глава посвящена принципам объектно-ориентированного представления программных систем — особенностям их абстрагирования, инкапсуляции, модульности, построения иерархии. Обсуждаются характеристики основных строительных элементов объектно-ориентированного ПО — объектов и классов, а также отношения между ними.

Вдесятой главе дается сжатое изложение базовых понятий языка визуального моделирования — UML, рассматривается его современная версия 1.4.

Одиннадцатая глава представляет инструментарий UML для задания статических моделей, описывающих структуру объектно-ориентированных программных систем.

Двенадцатая глава отображает самый многочисленный инструментарий UML — инструментарий для задания динамических моделей, описывающих поведение объектно-ориентированных программных систем. Впрочем, здесь излагаются и смежные вопросы: формирование модели требований к разработке ПО с помощью аппарата Use Case, фиксация комплексных динамических решений с помощью коопераций и паттернов, бизнес-моделирование как средство предпроектного анализа организациизаказчика.

Тринадцатая глава отведена моделям реализации, описывающим формы представления объектноориентированных программных систем в физическом мире. Помимо компонентов, узлов и соответствующих диаграмм их обитания здесь приводится пример современной компонентной модели от Microsoft — COM.

Вчетырнадцатой главе обсуждается метрический аппарат для оценки качества объектноориентированных проектных решений: метрики оценки объектно-ориентированной связности, сцепления; широко известные наборы метрик Чидамбера и Кемерера, Фернандо Абреу, Лоренца и Кидда; описывается методика их применения.

Пятнадцатая глава решает задачу презентации унифицированного процесса разработки объектноориентированных программных систем, на конкретном примере обучает методике применения этого процесса. Кроме того, здесь рассматриваются методика управления риском разработки, процесс разработки в стиле «экстремальное программирование».

Шестнадцатая глава обучает особенностям объектно-ориентированного тестирования, проведению такого тестирования на уровне визуальных моделей, уровне методов, уровне классов и уровне взаимодействия классов.

Семнадцатая глава демонстрирует возможности применения CASE-системы Rational Rose к решению задач автоматизации формирования требований, анализа, проектирования, компонентной упаковки и программирования программного продукта.

Учебник предназначен для студентов бакалаврского и магистерского уровней компьютерных специальностей, может быть полезен преподавателям, разработчикам промышленного программного обеспечения, менеджерам программных проектов.

Вот и все. Насколько удалась эта работа — судить Вам, уважаемый читатель.

4

Благодарности

Прежде всего, мои слова искренней любви родителям — Нине Николаевне и Александру Ивановичу Орловым (светлая им память).

Самые теплые слова благодарности моей семье, родным, любимым и близким мне людям — Лизе, Иванне, Жене. Без их долготерпения, внимания, поддержки, доброжелательности и сердечной заботы эта книга никогда не была бы написана. Моя признательность также и верному сеттеру Эльфу — это он внимательно следил за всеми моими ночными бдениями и клал мне лапу на плечо в особо трудные минуты.

Выход в свет этой работы был бы невозможен вне творческой атмосферы, бесчисленных вопросов и положительной обратной связи, которую создавали мои многочисленные студенты.

Хочется отметить, что корабль-учебник не прибыл бы в порт назначения без опытного капитана (руководителя проекта) Андрея Васильева. Автор искренне признателен талантливым сотрудникам издательства «Питер».

И конечно, огромное спасибо моим коллегам, всем людям, которые принимали участие в моем путешествии по городам, улицам и бесконечным переулкам страны ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

От издательства

Ваши замечания, предложения, вопросы вы можете отправить по адресу электронной почты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция). Мы будем рады узнать ваше мнение.

Все исходные тексты, приведенные в книге, вы можете найти по адресу http:// www.piter.com/download.

На web-сайте издательства www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.

5