11.5 Свод правил

В этой лекции мы затронули много тем, но как правило не давали настоятельных и конкретных рекомендаций по проектированию. Это соответствует моему убеждению, что нет "единственно верного решения". Принципы и приемы следует применять тем способом, который лучше подходит для конкретных задач. Для этого нужен вкус, опыт и разум. Все-таки можно указать некоторый свод правил, который разработчик может использовать в качестве ориентиров, пока не наберется достаточно опыта, чтобы выработать лучшие. Ниже приведен свод таких правил.

Эти правила можно использовать в качестве отправной точки в процессе выработки основных направлений для проекта или организации или в качестве проверочного списка. Подчеркну еще раз, что они не являются универсальными правилами и не могут заменить размышления.

Узнайте, что вам предстоит создать.

Ставьте определенные и осязаемые цели.

Не пытайтесь с помощью технических приемов решить социальные проблемы.

Рассчитывайте на большой срок

в проектировании, и

управлении людьми.

Используйте существующие системы в качестве моделей, источника вдохновения и отправной точки.

Проектируйте в расчете на изменения:

гибкость,

расширяемость,

переносимость, и

повторное использование.

Документируйте, предлагайте и поддерживайте повторно используемые компоненты.

Поощряйте и вознаграждайте повторное использование

проектов,

библиотек, и

классов.

Сосредоточьтесь на проектировании компоненты.

Используйте классы для представления понятий.

Определяйте интерфейсы так, чтобы сделать открытым минимальный объем информации, требуемой для интерфейса.

Проводите строгую типизацию интерфейсов всегда, когда это возможно.

Используйте в интерфейсах типы из области приложения всегда, когда это возможно.

Многократно исследуйте и уточняйте как проект, так и реализацию.

Используйте лучшие доступные средства для проверки и анализа

проекта, и

реализации.

Экспериментируйте, анализируйте и проводите тестирование на самом раннем возможном этапе.

Стремитесь к простоте, максимальной простоте, но не сверх того.

Не разрастайтесь, не добавляйте возможности "на всякий случай".

Не забывайте об эффективности.

Сохраняйте уровень формализации, соответствующим размеру проекта.

Не забывайте, что разработчики, программисты и даже менеджеры остаются людьми.

Еще некоторые правила можно найти в §12.5

11.6 Список литературы с комментариями

В этой лекции мы только поверхностно затронули вопросы проектирования и управления программными проектами. По этой причине ниже предлагается список литературы с комментариями. Значительно более обширный список литературы с комментариями можно найти в [2].

Bruce Anderson and Sanjiv Gossain: An Iterative Design Model for Reusable Object-Oriented Software. Proc. OOPSLA'90. Ottawa, Canada. pp. 12-27. Описание модели итеративного проектирования и повторного проектирования с некоторыми примерами и обсуждением результатов.

Grady Booch: Object Oriented Design. Benjamin Cummings. 1991. В этой книге есть детальное описание проектирования, определенный метод проектирования с графической формой записи и несколько больших примеров проекта, записанных на различных языках. Это превосходная книга, которая во многом повлияла на эту лекцию. В ней более глубоко рассматриваются многие из затронутых здесь вопросов.

Fred Brooks: The Mythical Man Month. Addison Wesley. 1982. Каждый должен перечитывать эту книгу раз в пару лет. Предостережение от высокомерия. Она несколько устарела в технических вопросах, но совершенно не устарела во всем, что касается отдельного работника, организации и вопросов размера.

Fred Brooks: No Silver Bullet. IEEE Computer, Vol.20 No.4. April 1987. Сводка различных подходов к процессу развития больших программных систем с очень полезным предостережением от веры в магические рецепты ("золотая пуля").

De Marco and Lister: Peopleware. Dorset House Publishing Co. 1987. Одна из немногих книг, посвященных роли человеческого фактора в производстве программного обеспечения. Необходима для каждого менеджера. Достаточно успокаивающая для чтения перед сном. Лекарство от многих глупостей.

Ron Kerr: A Materialistic View of the Software "Engineering" Analogy. in SIGPLAN Notices, March 1987. pp 123-125. Использование аналогии в этой и следующей лекциях во многом обязано наблюдениям из указанной статьи, а так же беседам с Р. Керром, которые этому предшествовали.

Barbara Liskov: Data Abstraction and Hierarchy. Proc. OOPSLA'87 (Addendum). Orlando, Florida. pp 17-34. Исследуется как использование наследования может повредить концепции абстрактных данных. Укажем, что в С++ есть специальные языковые средства, помогающие избежать большинство указанных проблем (§12.2.5).

C. N. Parkinson: Parkinson's Law and other Studies in Administration. Houghton-Mifflin. Boston. 1957. Одно из забавных и самых язвительных описаний бед, к которым приводит процесс администрирования.

Bertrand Meyer: Object Oriented Software Construction. Prentice Hall. 1988. Страницы 1-64 и 323-334 содержат хорошее описание одного взгляда на объектно-ориентированное программирование и проектирование, а также много здравых, практических советов. В остальной части книги описывается язык Эйффель (Eiffel).

Alan Snyder: Encapsulation and Inheritance in Object-Oriented Programming Languages. Proc. OOPSLA'86. Portland, Oregon. pp.38-45. Возможно первое хорошее описание взаимодействия оболочки и наследования. В статье так же на хорошем уровне рассматриваются некоторые понятия, связанные с множественным наследованием.

Rebecca Wirfs-Brock, Brian Wilkerson, and Lauren Wiener: Designing Object-Oriented Software. Prentice Hall. 1990. Описывается антропоморфный метод проектирования основанный на специальных карточках CRC (Classes, Responsibilities, Collaboration) (т.е. Классы, Ответственность, Сотрудничество). Текст, а может быть и сам метод тяготеет к языку Smalltalk.

Язык программирования C++ для профессионалов

12. Лекция: Проектирование и С++: версия для печати и PDA

Эта лекция посвящена связи между проектированием и языком программирования С++. В ней исследуется применение классов при проектировании и указываются определенные виды зависимостей, которые следует выделять как внутри класса, так и между классами. Изучается роль статического контроля типов. Исследуется применение наследования и связь наследования и принадлежности. Обсуждается понятие компонента и даются некоторые образцы для интерфейсов.

12.1 Проектирование и язык программирования.

Стремись к простоте, максимальной простоте, но не сверх того.

А. Эйнштейн

Если бы мне надо было построить мост, то я серьезно подумал бы, из какого материала его строить, и проект моста сильно зависел бы от выбранного материала, а, следовательно, разумные проекты каменного моста отличаются от разумных проектов металлического моста или от разумных проектов деревянного моста и т.д. Не стоит рассчитывать на выбор подходящего для моста материала без определенных знаний о материалах и их использовании. Конечно, вам не надо быть специалистом плотником для проектирования деревянного моста, но вы должны знать основы конструирования из дерева, чтобы предпочесть его металлу в качестве материала для моста. Более того, хотя для проектирования деревянного моста вы и не должны быть специалистом плотником, вам необходимо достаточно детально знать свойства дерева и еще больше знать о плотниках.

Аналогично, при выборе языка программирования для определенного программного обеспечения надо знать несколько языков, а для успешного проектирования программы надо достаточно детально знать выбранный язык реализации, даже если вам лично не предстоит написать ни одной строчки программы. Хороший проектировщик моста ценит свойства используемых им материалов и применяет их для улучшения проекта. Аналогично, хороший разработчик программ использует сильные стороны языка реализации и, насколько возможно, стремится избежать такого его использования, которое вызовет трудности на стадии реализации.

Можно подумать, что так получается естественным образом, если в проектировании участвует только один разработчик или программист, однако даже в этом случае программист в силу недостатка опыта или из-за неоправданной приверженности к стилю программирования, рассчитанному на совершенно другие языки, может сбиться на неверное использование языка. Если разработчик существенно отличается от программиста, особенно если у них разная программистская культура, возможность появления в окончательной версии системы ошибок, неэффективных и неэлегантных решений почти наверняка превратится в неизбежность.

Итак, чем может помочь разработчику язык программирования? Он может предоставить такие языковые средства, которые позволят выразить прямо на языке программирования основные понятия проекта. Тогда облегчается реализация, проще поддерживать ее соответствие проекту, проще организовать общение между разработчиками и программистами, и появляется возможность создать более совершенные средства как для разработчиков, так и для программистов.

Например, многие методы проектирования уделяют значительное внимание зависимостям между различными частями программы (обычно с целью их уменьшения и гарантии того, что эти части будут понятны и хорошо определены). Язык, допускающий явное задание интерфейсов между частями программы, может помочь в этом вопросе разработчикам. Он может гарантировать, что действительно будут существовать только предполагаемые зависимости. Поскольку большинство зависимостей явно выражено в программе на таком языке, можно разработать средства, читающие программу и выдающие графы зависимостей. В этом случае разработчику и другим исполнителям легче уяснить структуру программы. Такие языки программирования как С++ помогают сократить разрыв между проектом и программой, а значит уменьшают возможность путаницы и недопониманий.

Базовое понятие С++ - это класс. Класс имеет определенный тип. Кроме того, класс является первичным средством упрятывания информации. Можно описывать программы в терминах пользовательских типов и иерархий этих типов. Как встроенные, так и пользовательские типы подчиняются правилам статического контроля типов. Виртуальные функции предоставляют, не нарушая правил статических типов, механизм связывания на этапе выполнения. Шаблоны типа позволяют создавать параметризованные типы. Особые ситуации позволяют сделать регулярной реакцию на ошибки. Все эти средства С++ можно использовать без дополнительных накладных расходов в сравнении с программой на С. Таковы главнейшие средства С++, которые должен представлять и учитывать разработчик. Кроме того, существенно повлиять на принятие решений на стадии проектирования может наличие доступных больших библиотек следующего назначения: для работы с матрицами, для связи с базами данных, для поддержки параллельного программирования, графические библиотеки и т.д.

Страх перед новизной, непригодный здесь опыт работы на других языках, в других системах или областях приложения, бедные средства проектирования - все это приводит к неоптимальному использованию С++. Следует отметить три момента, когда разработчику не удается извлечь выгоду из возможностей С++ и учесть ограничения языка:

Игнорирование классов и составление проекта таким образом, что программистам приходится ограничиваться только С.

Игнорирование производных классов и виртуальных функций, использование только подмножества абстрактных данных.

Игнорирование статического контроля типов и составление проекта таким образом, что программисты вынуждены применять динамические проверки типов.

Обычно указанные моменты возникают у разработчиков, связанных с:

C, или традиционной системой CASE или методами структурного проектирования;

Адой или методами проектирования с помощью абстракции данных;

языками, близкими Smalltalk или Lisp.

В каждом случае следует решить: неправильно выбран язык реализации (считая, что метод проектирования выбран верно), или разработчику не удалось приспособиться и оценить язык (считая, что язык реализации выбран верно).

Следует сказать, что нет ничего необычного или позорного в таком расхождении. Просто это расхождение, которое приведет к неоптимальному проекту, возложит дополнительную работу на программистов, а в случае, когда структура понятий проекта значительно беднее структуры языка С++, то и на самих разработчиков.

Отметим, что необязательно все программы должны структурироваться опираясь на понятия классов и (или) иерархий классов, и необязательно всякая программа должна использовать все средства, предоставляемые С++. Как раз наоборот, для успеха проекта необходимо, чтобы людям не навязывали использование языковых средств, с которыми они только познакомились. Цель последующего изложения не в том, чтобы навязать догматичное использование классов, иерархий и строго типизированных интерфейсов, а в том, чтобы показать возможности их использования всюду, где позволяет область приложения, ограничения С++ и опыт исполнителей. В §12.1.4 будут рассмотрены подходы к различному использованию С++ в проекте под заголовком "Проект-гибрид".