Методы анализа и проектирования программного обеспечения

Целью анализа требований является трансформация функциональных требований к программному обеспечению в предварительный системный проект и создание стабильной основы архитектуры системы. В процессе проектирования системный проект «погружается» в среду реализации с учетом всех нефункциональных требований.

Все современные технологии создания программного обеспечения реализуют ту или иную методику анализа и проектирования программного обеспечения. Одна из типичных методик ООП реализована в технологии RUP. Согласно этой методике, объектно-ориентированный анализ включает два вида деятельности: архитектурный анализ и анализ вариантов использования. Архитектурный анализ выполняется архитектором системы и включает в себя:

утверждение общих стандартов (соглашений) моделирования и документирования системы;

предварительное выявление архитектурных механизмов (надежности, безопасности и т. д.) ;

формирование набора основных абстракций предметной области (классов анализа) ;

формирование начального представления архитектурных уровней.

Анализ вариантов использования выполняется проектировщиками и включает в себя:

идентификацию классов, участвующих в реализации потоков событий варианта использования;

распределение поведения, реализуемого вариантом использования, между классами (определение обязанностей классов) ;

определение атрибутов и ассоциаций классов.

Сравнительный анализ данных методов структурного анализа проводится по следующим параметрам:

адекватность средств решаемым задачам;

согласованность с другими средствами структурного анализа;

интеграция с другими процессами жизненного цикла программного обспечения (прежде всего с процессом проектирования).

Адекватность средств решаемым задачам. Модели SADT (IDEF0) традиционно используются для моделирования организационных систем (бизнес-процессов). С другой стороны, не существует никаких принципиальных ограничений на использовании DFD в качестве средства моделирования бизнес-процессов. Следует отметить, что метод SADT успешно работает только при описании хорошо специфицированных и стандартизованных бизнес-процессов в зарубежных корпорациях, поэтому он и принят в CШA в качестве типового. Достоинствами применения моделей SADT для описания бизнес-процессов являются:

полнота описания бизнес-процесса (управление, информационные и материальные потоки, обратные связи) ;

комплексная декомпозиция; возможность агрегирования и детализации потоков данных и управления (разделение и слияние стрелок) ;

жесткие требования метода, обеспечивающие получение моделей стандартного вида;

соответствие подхода к описанию процессов стандартам ISO 9000.

В большинстве российских организаций бизнес-процессы начали формироваться и развиваться сравнительно недавно, они слабо типизированы, поэтому разумнее ориентироваться на модели, основанные на потоковых диаграммах. Кроме того, на практике у большинства моделей SADT отмечается ряд недостатков, в частности:

сложность восприятия (большое количество стрелок) ;

большое количество уровней декомпозиции;

трудность увязки нескольких процессов, представленных в различных моделях одной и той же организации.

Практически любой класс систем успешно моделируется при помощи DFD-ориентированных методов. SADT-диаграммы оказываются значительно менее выразительными и удобными при моделировании программного обеспечения. Так, дуги в SADT жестко типизированы (вход, выход, управление, механизм). В то же время применительно к программному обеспечению стирается смысловое различие между входами и выходами, с одной стороны, и управлениями и механизмами, с другой: входы, выходы и управления являются потоками данных и правилами их преобразования. Анализ системы при помощи потоков данных и процессов, их преобразующих, является более прозрачным и недвусмысленным.

В SADT вообще отсутствуют выразительные средства для моделирования особенностей ИС. DFD же с самого начала создавались как средство проектирования ИС (тогда как SADT — как средство моделирования систем вообще) и имеют более богатый набор элементов, адекватно отражающих специфику таких систем (например, хранилища данных являются прообразами файлов или баз данных, внешние сущности отражают взаимодействие моделируемой системы с внешним миром).

Наличие в DFD спецификаций процессов нижнего уровня позволяет преодолеть логическую незавершенность SADT (а именно, обрыв модели на некотором достаточно низком уровне, когда дальнейшая ее детализация становится бессмысленной) и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

Жесткие ограничения SADT, запрещающие использовать более 6−7 блоков на диафрагме, в ряде случаев вынуждают искусственно детализировать процесс, что затрудняет понимание модели заказчиком, резко увеличивает ее объем и, как следствие, ведет к неадекватности модели реальной предметной области. В качестве примера достаточно рассмотреть модель операции по снятию денег с вклада физического лица в банке. В настоящий момент существуют более тридцати типов таких вкладов. Для моделирования соответствующих операций целесообразно использовать единственную DFD, поскольку все без исключения операции имеют одни и те же входы (сберегательная книжка и расходный ордер) и выходы (сберегательная книжка и наличные деньги) и различаются лишь механизмами начисления процентов. Если же попытаться структурировать эти операции путем группирования по какому-либо признаку (срочные, пенсионные, размеры процентов и т. п.) в соответствии с ограничениями SADT, то получится как минимум 6 диаграмм (верхний уровень и округленная в большую сторону дробь 30/7), сложность каждой из которых не меньше сложности единственной диаграммы, моделирующей все операции.

Согласованность с другими средствами структурного анализа. Главным достоинством любых моделей является возможность их интеграции с моделями других типов. В данном случае речь идет о согласованности функциональных моделей со средствами моделирования данных. Согласование SADT-модели с ERM практически невозможно или носит искусственный характер. В свою очередь, DFD и ERM взаимно дополняют друг друга и являются согласованными, поскольку в DFD присутствует описание структур данных, непосредственно используемое для построения ERM.

Интеграция с другими процессами жизненного цикла программного обеспечения. Важная характеристика модели — ее совместимость с моделями, используемыми в последующих процессах (прежде всего в процессе проектирования).

DFD могут быть легко преобразованы в модели проектируемой системы. Известен ряд алгоритмов автоматического преобразования иерархии DFD в структурные карты различных видов, что обеспечивает логичный и безболезненный переход от формирования требований к проектированию системы. С другой стороны, формальные методы преобразования SADT-диаграмм в проектные решения отсутствуют.

Необходимо отметить, что рассмотренные разновидности средств структурного анализа примерно одинаковы с учетом возможностей изобразительных средств моделирования. При этом одним из основных критериев выбора того или иного метода является степень владения им со стороны консультанта или аналитика, грамотность выражения своих мыслей на языке моделирования. В противном случае в моделях, построенных с использованием любого метода, будет невозможно разобраться.

В потоках событий варианта использования выявляются классы трех типов:

Граничные классы (Boundary) — служат посредниками при взаимодействии внешних объектов с системой. Типы граничных классов: пользовательский интерфейс (обмен информацией с пользователем, без деталей интерфейса — кнопок, списков, окон), системный интерфейс и аппаратный интерфейс (используемые протоколы, без деталей их реализации).

Классы-сущности (Entity) — представляют собой основные абстракции (понятия) разрабатываемой системы, рассматриваемые в рамках конкретного варианта использования.

Управляющие классы (Control) — обеспечивают координацию поведения объектов в системе. Примеры управляющих классов: менеджер транзакций, координатор ресурсов, обработчик ошибок.

Классы анализа отражают функциональные требования к системе и моделируют объекты предметной области. Совокупность классов анализа представляет собой начальную концептуальную модель системы Наиболее важной частью объектно-ориентированного анализа является распределение обязанностей между классами (в виде операций классов). Оно выполняется с помощью диаграмм взаимодействия. При построении диаграмм взаимодействия возникают проблемы правильного распределения обязанностей между классами. Для их решения существует ряд образцов [14].

Атрибуты классов анализа определяются, исходя из знаний о предметной области и требований к системе. Связи между классами (ассоциации) определяются на основе анализа кооперативных диаграмм, затем анализируются и уточняются.

Целью объектно-ориентированного проектирования является адаптация предварительного системного проекта (набора классов «анализа»), составляющего стабильную основу архитектуры системы, к среде реализации с учетом всех нефункциональных требований.

Объектно-ориентированное проектирование включает два вида деятельности:

проектирование архитектуры системы;

проектирование элементов системы.

Проектирование архитектуры системы выполняется архитектором системы и включает в себя:

идентификацию архитектурных решений и механизмов, необходимых для проектирования системы;

анализ взаимодействий между классами анализа, выявление подсистем и интерфейсов;

формирование архитектурных уровней;

проектирование конфигурации системы.

Проектирование элементов системы включает в себя:

проектирование классов (детализация классов, уточнение операций и атрибутов, моделирование состояний, уточнение связей между классами) ;

проектирование баз данных (в зависимости от типа используемой для хранения данных СУБД — объектной или реляционной).