возникающие подзадачи и, как правило, являются не более общими, чем к этому их вынуждает непосредственный контекст. В нашем примере, если C предназначен для входных текстов специального вида, то маловероятно, что C2, анализирующий одну строку таких текстов, будет применим к какому-либо другому виду входа.
Проектирование, имеющее в виду возможность повторного использования, подразумевает построение наиболее общих, по возможности, компонент, из которых затем составляются системы. Этот процесс идет снизу вверх и противоположен идее проектирования сверху вниз, требующей начинать с определения "задачи" и выводить ее решение путем последовательных уточнений.
Это обсуждение показывает, что проектирование сверху вниз является побочным продуктом того, что можно назвать культом проекта в разработке ПО, считающего, что единицей рассмотрения должен служить индивидуальный проект, никак не связанный с предыдущими или последующими проектами. Реальность не столь проста: n -ый проект компании обычно является вариацией (n-1) -го проекта и предшественником (n+1) -го. Сфокусировавшись лишь на одном проекте, разработка сверху вниз пренебрегает этой особенностью практического создания ПО.
Производство и описание
Одна из причин первоначальной привлекательности идей проектирования сверху вниз заключается в том, что этот стиль может быть удобен для объяснения каждого шага разработки. Но то, что хорошо для документации существующей разработки, не обязательно является наилучшим способом для ее проведения. Эта точка зрения была ярко представлена Майклом Джексоном в "Разработке систем" ([Jackson 1983], стр. 370-371):
"Сверху вниз - это разумный способ описания уже полностью понятых вещей. Но это неподходящий способ для проектирования, разработки или открытия чего-либо нового. Здесь имеется близкая параллель с математикой. В учебниках по математике ее отдельные дисциплины описываются в логическом порядке: каждая сформулированная и доказанная теорема используется при доказательстве последующих теорем. Но на самом деле эти теоремы не создавались или открывались указанными способами или в указанном порядке... Если у разработчика системы или программы в голове уже имеется ясное представление об окончательном результате, то он может применить метод сверху вниз, чтобы описать на бумаге то, что имеется у него в голове. Именно поэтому люди могут считать, что они проектируют и разрабатывают сверху вниз и делают это весьма успешно: они смешивают способ описания с методом разработки. Когда начинается этап сверху вниз, задача уже решена и осталось уточнить лишь некоторые детали. "
Проектирование сверху вниз: общая оценка
Проведенное обсуждение функционального проектирования сверху вниз показывает, что этот метод плохо приспособлен для разработки важных систем. Он остается полезной парадигмой для небольших программ и отдельных алгоритмов, он также полезен для описания хорошо понятных алгоритмов, особенно в учебниках по программированию. Но он не масштабируем и не годится для больших практических программных систем.
Декомпозиция, основанная на объектах
Использование объектов (или, более точно, как будет видно далее, - типов объектов) как ключа для разбиения системы на модули основано на содержательных целях, определенных в лекции 1, в частности, на расширяемости, возможности повторного использования и совместимости.
Доводы в пользу применения объектов будут довольно краткими, так как этот вопрос был уже ранее рассмотрен: многие из аргументов против основанного на функциях проектирования сверху вниз естественно превращаются в свидетельства в пользу основанного на объектах проектирования снизу вверх.
Эти свидетельства, тем не менее, не должны привести к полному отказу от функций. Как было отмечено в начале лекции, никакой подход к созданию ПО не может быть полным, если он не учитывает обе стороны - функции и объекты. Поэтому нам нужно и в ОО-методе сохранить надлежащее место для функций, даже если они в результирующей архитектуре системы будут подчинены объектам. Понятие абстрактного типа данных предоставит нам определение объектов, в котором для функций зарезервировано подходящее место.
Расширяемость
Так как функции системы имеют тенденцию изменяться в течение ее жизни, то возникает вопрос о поиске более стабильной характеристики ее существенных свойств, которая могла бы руководить нашим выбором модулей и соответствовала бы цели непрерывности.
Типы объектов, с которыми работает система, являются более перспективными кандидатами. Что бы ни случилось с использованной в примере выше системой расчета зарплаты, она все равно будет манипулировать объектами, представляющими служащих, штатные расписания с зарплатами, инструкции компании, табель учета рабочего времени, чеки. Что бы ни случилось с компилятором или другим средством обработки языка, он все еще будет манипулировать исходными текстами, последовательностями лексем, деревьями разбора, абстрактными синтаксическими деревьями, целевым кодом. Что бы ни случилось с системой, реализующей метод конечных элементов, она по-прежнему будет манипулировать матрицами, конечными элементами и сетками.
Этот аргумент справедлив только при рассмотрении объектов достаточно высокого уровня. Если рассматривать объекты на уровне их физических представлений, то расширяемость будет не намного лучше, чем у функций, на самом деле, даже хуже, так как функциональная декомпозиция сверху вниз, по крайней мере, поддерживает абстракцию. Поэтому вопрос поиска подходящего уровня абстракции для описания объектов является ключевым и ему будет посвящена остальная часть этой лекции.
Возможность повторного использования
Обсуждение возможности повторного использования показало, что процедура (элемент функциональной декомпозиции) обычно недостаточна как единица для повторного использования.
Мы рассмотрели ранее (лекция 4) типичный пример: поиск в таблице. Начав с, казалось бы, естественного кандидата на повторное использование - процедуры поиска, мы поняли, что ее нельзя повторно использовать отдельно от других операций, применяемых к таблице, таких как вставка и удаление.
Отсюда появилась идея, что в этой задаче модулем, достаточно хорошо допускающим
повторное использование, должна быть совокупность таких операций. Но если попытаться понять, какая концепция все эти операции объединяет, то мы обнаружим тип объектов, к которым они применяются - таблицы.
Такие примеры подсказывают, что типы объектов, полностью снабженные связанными с ними операциями, и будут стабильными единицами для повторного использования.
Совместимость
Другой показатель качества ПО, совместимость, был определен как легкость, с которой программные продукты (в данном обсуждении - модули) можно комбинировать между собой.
Если структуры данных не проектировались с этой целью, то имеющие к ним доступ действия комбинировать очень сложно. Почему бы тогда не попробовать комбинировать целиком структуры данных?
Объектно-ориентированное конструирование ПО
У нас уже накоплено достаточно оснований, чтобы попытаться определить ООконструирование ПО. Это будет лишь первый набросок, более конкретное определение последует в следующей лекции.
ОО-конструирование ПО (определение 1)
ОО-конструирование ПО - это метод разработки ПО, который строит архитектуру всякой программной системы на модулях, выведенных из типов объектов, с которыми система работает (а не на одной или нескольких функциях, которые она должна предоставлять).
Содержательная характеристика этого подхода может служить лозунгом ООпроектировщика:
Объектный девиз Не спрашивай вначале, что система делает.
Спроси, кто в системе это делает!
Чтобы получить работающую реализацию, вам придется рано или поздно узнать, что она делает. Отсюда слово вначале. ОО-мудрость говорит, что узнать, что делается лучше позже, чем раньше. При этом подходе выбор главной функции является одним из последних шагов в процессе конструирования системы.
Вместо поиска самой верхней функции системы будут анализироваться типы входящих в нее объектов. Проектирование системы будет продвигаться вперед путем последовательного улучшения понимания классов этих объектов. Это процесс построения снизу вверх устойчивых и расширяемых решений для отдельных частей задачи и сборки из них все более и более мощных блоков до тех пор, пока не будет получен окончательный блок, доставляющий решение первоначальной задачи. При этом можно надеяться, что оно не является единственно возможным: если правильно применять метод, то те же компоненты, собранные по-другому и, возможно, объединенные с другими, окажутся достаточно общими, чтобы получить в качестве побочного продукта также и решения каких-то новых задач.
Для многих разработчиков программ такое изменение точки зрения является настолько же шокирующим, насколько шокирующей в далекие времена могла быть для многих мысль о том, что земля вращается вокруг солнца, а не наоборот. Это также противоречит многому в сложившейся практике разработки программного обеспечения, которая стремится представить
построение системы как выполнение системной функции, представленной в подробном, привязанном к требованиям документе. Тем не менее, эта простая идея - вначале рассматривать данные, забыв о непосредственной цели системы, - может послужить ключом к повторному использованию и расширяемости.
Вопросы
Приведенное выше определение послужит отправной точкой для обсуждения ОО-метода. Оно не только дает ответ на некоторые относящиеся к ОО-проектированию вопросы, но и побуждает задать много новых вопросов таких, как:
*Как находить релевантные типы объектов?
*Как описывать типы объектов?
*Как описывать взаимоотношения типов объектов и их близость?
*Как использовать типы объектов для структурирования ПО?
Оставшаяся часть этой книги будет посвящена ответам на эти вопросы. Давайте рассмотрим предварительно некоторые ответы.
Выявление типов объектов
Вопрос "как мы будем находить объекты?" вначале может выглядеть пугающим. В лекции 4 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования" мы рассмотрим его более подробно, но здесь полезно рассеять некоторые из возникающих страхов. Этот вопрос может не отнять много времени у опытных ОО-разработчиков, в частности, благодаря доступности трех источников для ответа:
*Многие объекты лежат на поверхности. Они непосредственно моделируют объекты физической реальности, к которой применяется ПО. ОО-технология является мощным средством моделирования, использующим типы программных объектов (классы) для моделирования типов физических объектов и отношения между типами объектов (клиент, наследование) для моделирования отношений между типами физических объектов таких, как агрегирование и специализация. Разработчику ПО не требуется изучать трактаты по ООанализу, чтобы в системе мониторинга для телекоммуникаций использовать класс CALL (ВЫЗОВ) и класс LINE (ЛИНИЯ), а в системе обработки документов - класс DOCUMENT (ДОКУМЕНТ), класс PARAGRAPH (АБЗАЦ) и класс FONT (ШРИФТ).
*Одним из источников типов объектов является повторное использование: классы, ранее определенные другими. Этот метод, не всегда бросающийся в глаза в литературе по ОО-анализу, на практике часто оказывается наиболее полезным. Мы должны противостоять соблазну чтолибо изобретать, если задача уже была удовлетворительно решена другими.
*Наконец, опыт и копирование тоже играют важную роль. Ознакомившись с успешными ОО-разработками и образцами проектов, проектировщик может вдохновиться этими более ранними усилиями.
Мы лучше поймем эти и другие методы выделения объектов, когда приобретем более глубокое понимание сути понятия "объект" в программировании - не надо смешивать его с обыденным значением этого слова.
Описания типов и объектов