1.1. Нисходящее проектирование
Спецификация задачи служит отправной точкой в создании программы. Нужно понять, какие действия должны быть совершены для решения задачи, описать их на естественном языке и на достаточно высоком уровне абстракции. В программировании уже давно используются специальные языки — языки формальных спецификаций. Однако их изучение требует определенной подготовки. Поэтому ограничимся неформальными спецификациями, но как можно более точными и полными.
Спецификация задачи является ее первичным проектом. От него мы движемся к программе, постепенно уточняя описание.
Постепенное уточнение проектов широко используется во многих отраслях инженерной деятельности и называется методом проектирования сверху вниз (пошаговой детализации или нисходящего проектирования).
В качестве примера рассмотрим проект одевания ребенка.
Первичная цель:
Одеть.
Конкретизация цели на первом шаге:
Одеть нижнюю половину.
Одеть верхнюю половину.
Нижнюю половину можно одеть в два этапа:
Надеть брюки.
Надеть носки и ботинки.
Верхнюю половину можно также одеть в два этапа:
Надеть рубашку.
Надеть куртку.
Окончательный проект выглядит так:
Надеть брюки.
Надеть носки.
Надеть ботинки.
Надеть рубашку.
Надеть куртку.
Метод нисходящего проектирования предполагает последовательное разложение общей функции обработки данных на простые функциональные элементы («сверху-вниз»). В результате строится иерархическая схема, отражающая состав и взаимоподчиненность отдельных функций, которая носит название функциональная структура алгоритма (ФСА) (рис. 1.1).
Последовательность действий по разработке ФСА приложения следующая:
определяются цели автоматизации предметной области и их иерархия (цель-подцель);
устанавливается состав приложений (задач обработки), обеспечивающих реализацию поставленных целей;
уточняется характер взаимосвязи приложений и их основные характеристики (информация для решения задач, время и периодичность решения, условия выполнения и др.);
определяются необходимые для решения задач функции обработки данных;
в
ыполняется
декомпозиция функций обработки до
необходимой структурной сложности,
реализуемой предполагаемым инструментарием.
Подобная структура приложения отражает наиболее важное – состав и взаимосвязь функций обработки информации для реализации приложений, хотя и не раскрывает логику выполнения каждой отдельной функции, условия или периодичность их вызовов.
Разложение должно носить строго функциональный характер, т.е. отдельный элемент ФСА описывает законченную содержательную функцию обработки информации, которая предполагает определенный способ реализации на программном уровне.
Функции ввода-вывода информации рекомендуется отделять от функций вычислительной или логической обработки данных.
По частоте использования функции обработки делятся на:
однократно выполняемые;
повторяющиеся.
Степень детализации функций может быть различной, но иерархическая схема должна давать представление о составе и структуре взаимосвязанных функций и общем алгоритме обработки данных. Широко используемые функции приобретают ранг стандартных (встроенных) функций при проектировании внутренней структуры программного продукта.
Уточнение действий при нисходящем проектировании — это, по сути, переход от описания того, что нужно сделать, к тому, как это сделать.
При уточнении действий в процессе проектирования программа разбивается на систему подпрограмм и программных единиц, а также конкретизируется представление данных.
В программировании также применяется метод последовательной модернизации. Сначала проектируется и реализуется упрощенный вариант решения задачи — прототип (однако и для него применяется нисходящее проектирование). Затем спецификации постепенно усложняются, а программа наращивается с соответствующим расширением возможностей, пока не будет получен окончательный вариант.