2. Парадигмы программирования

Сложность информационных систем напрямую зависит от сложно-

сти решаемых с помощью таких систем производственных и бизнес-

ориентированных задач. Таким образом, можно утверждать, что ИС с высокой объективной сложностью являются более ценными, чем сис-

темы с малой сложностью, так как они позволяют автоматизировать более комплексные процессы. Проблему представляет в первую оче-

редь неоправданно высокая динамика роста сложности при добавлении в систему нового функционала.

В исторической ретроспективе снижение динамики роста сложно-

сти ИС можно показать, рассмотрев доминировавшие в разное время парадигмы программирования и проведя их сравнительный анализ [25].

2.1. Модульное программирование

Первым этапом в борьбе со сложностью разрабатываемых про-

грамм можно считать появление парадигмы модульного программиро-

вания [26]. Идея о том, что весь исходный код программы целесообраз-

но разделять на обособленно компилируемые модули, появилась в кон-

це 1950-х годов в таких языках программирования, как Фортран II и

Кобол.

Необходимость разделения всего программного кода на отдельные модули в первую очередь была связана с большим временем компиля-

ции программ. Появление ошибки компиляции в любой части про-

граммы приводило к тому, что весь программный код после исправле-

ния ошибки приходилось компилировать повторно. Обособленно ком-

пилирующиеся модули позволили уменьшить время компиляции, так как при возникновении ошибки требовалось выполнять сборку лишь

17

одного модуля, а не всей программы в целом. Кроме того, модульное программирование позволило упростить и сам процесс поиска ошибки за счёт локализации области поиска: ошибку теперь следовало искать внутри модуля, а не во всем программном коде.

В дальнейшем модульное программирование проникло и в архи-

тектуру информационных систем: выделение модулей и жёсткое выде-

ление архитектурных границ ИС все так же позволяет с высокой скоро-

стью выполнять локализацию ошибок, несмотря на объёмы программ-

ного кода в современных ИС.

2.2. Структурное программирование

Концепция структурного программирования появилась в конце

1960-х – начале 1970-х годов и представляла собой дальнейшее разви-

тие идей модульного программирования [25, 27]. Парадигма структур-

ного программирования утверждает, что реализация любых конечных алгоритмов возможна без использования операторов безусловного пе-

рехода. Для описания алгоритма работы программы могут быть ис-

пользованы блок-схемы. Блок-схема, в свою очередь, может быть опи-

сана с помощью направленного графа. В таком графе шаги алгоритма могут быть представлены в виде узлов, а направление переходов – в

виде рёбер направленного графа.

В основе структурного программирования лежат следующие базо-

вые операторы:

–«последовательность» порождает из одного узла графа одно ребро;

–«ветвление» порождает из одного узла графа два ребра;

–«цикл» порождает из одного ребра два ребра, одно из которых

«возвращается» в исходный узел.

18

При этом каждый из этих операторов имеет лишь один вход.

Используемый в модульном программировании оператор безус-

ловного перехода «goto» приводит к расширению числа входов каждого из вышеупомянутых операторов на несколько порядков (в переделе число входов не ограничено). Очевидно, что направленный граф с уз-

лами, имеющими не более трёх рёбер, анализировать значительно про-

ще, чем граф, в котором на одно ребро приходится в пределе бесконеч-

ное число рёбер.

Помимо отказа от оператора безусловного перехода структурное программирование усилило и концепцию модульности, введя следую-

щие два принципа разработки ИС:

–в программе базовые конструкции вкладывают друг в друга произвольным образом, другие средства последовательного управления программой не предусматриваются;

–повторяющиеся фрагменты программы оформляются в виде подпрограмм, состоящих из заголовка с параметрами (сигнату-

ра методов) и тела подпрограммы.

При реализации технологии структурного программирования в ос-

новной программе оставляют только общую часть алгоритма, а детали его реализации вписывают в код подпрограммы.

Таким образом, структурное программирование позволяет:

–осуществлять разработку программного обеспечения методом

«сверху-вниз» (ИС описывается с помощью крупных логиче-

ских блоков, которые впоследствии уточняются – то есть под-

вергаются декомпозиции), что упрощает восприятие каждого отдельного этапа разработки;

–значительно сократить число вариантов построения програм-

мы, тем самым уменьшив её вариативную сложность;

19

фону автомобиля такси, у которого name – марка автомобиля, а age ука-

зывает на год его выпуска. Очевидно, что различные трактовки одного и того же метода усложняют восприятие программного кода.

Кроме того, сложность описания объектов материального мира влечёт за собой также и сложность модификации программного кода: в

случае, если очередное функциональное требование к ИС повлечёт за собой изменение параметров человека (например, он будет характери-

зоваться не именем, а фамилией, именем и отчеством), то изменения потребуется скрупулёзно вносить по всему программному коду (так как простого способа понять, где имя человека, а где наименование марки авто, при структурном программировании нет).

2.3.Объектно-ориентированное программирование

Внастоящее время наиболее распространённым подходом к про-

граммированию является объектно-ориентированное программирова-

ние (ООП) [2, 25, 27]. Первое воплощение парадигма ООП получила в

1967 году в языке Симула и получила дальнейшее развитие в языке

Smalltalk в 1970-х годах.

В основе объектно-ориентированного программирования лежит понятие «объекта» как некоторой структуры данных, моделирующей объекты реального мира (объекты предметной области). Принципиаль-

ное отличие ООП от парадигмы структурного программирования за-

ключается в том, что объекты описываются не только набором характе-

ристик, но и своим поведением, представленным в виде процедур и функций (методов).

Объекты в ООП объединяются в «классы». Класс – это общее опи-

сание некоторой однотипной группы объектов. Класс можно также описывать как шаблон для создания однотипных объектов. Все одно-

21