Как используется инструментарий программирования кратко
Инструментарий технологии программирования
Инструментарий технологии программирования – это программные продукты, предназначенные для поддержки технологии программирования (рис. 2.4).
Средства для создания приложений – совокупность языков и систем программирования, инструментальные среды пользователя, а также различные программные компоненты для отладки и поддержки создаваемых программ.
Рис. 2.4. Инструментарий технологии программирования
Язык программирования – это формализованный язык для описания алгоритма решения задач на компьютере. Языки программирования можно условно разделить на следующие классы:
• машинные языки – языки программирования, предназначенные для представления программ и данных в форме, пригодной для непосредственного восприятия их устройствами вычислительной машины;
• машинно-ориентированные языки, языки программирования, отражающие структуру конкретного типа компьютера (ассемблер);
• процедурно-ориентированные языки – это языки, в которых имеется возможность описания программы как совокупности процедур или подпрограмм (Си, Паскаль и др.);
• проблемно-ориентированные языки, предназначенные для решения задач определенного класса (ЛИСП, ПРОЛОГ).
Другой классификацией языков является их деление на языки, ориентированные па реализацию основ структурного программирования, основанного на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей, и объектно-ориентированные языки, поддерживающие понятие объектов, их свойств и методов обработки.
Системы программирования включают:
• интегрированную среду разработки программ (не всегда);
• средства оптимизации кода программ;
• сервисные средства (утилиты) (для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными файлами);
• систему поддержки и управления продуктами программного комплекса.
Компилятор транслирует всю программу без ее выполнения. Трансляторы (интерпретаторы) выполняют пооперационную обработку и выполнение программы.
Отладчики – специальные программы, предназначенные для трассировки и анализа выполнения других программ.
Трассировка – это обеспечение выполнения в пооператорном варианте.
Инструментальная среда пользователя – это специальные средства, встроенные в пакеты прикладных программ, такие, как:
• библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;
• конструкторы экранных форм и объектов;
• языки запросов высокого уровня;
• конструкторы меню и др.
Интегрированные среды разработки программ объединяют набор средств для их комплексного применения на технологических этапах создания программы.
CASE-технология (CASE – Computer-Aided System Engineering) – программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем.
Средства CASE-технологий делятся на:
• встроенные в систему реализации – все решения по проектированию и реализации привязки к выбранной СУБД;
• независимые от системы реализации – все решения по проектированию ориентированы на унификацию (определение) начальных этапов жизненного цикла программы и средств их документирования, обеспечивают большую гибкость в выборе средств реализации.
Основное достоинство CASE-технологии – это поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной сети разработчиков, экспорта (импорта) любых фрагментов проекта, организованного управления проектами.
В некоторых CASE-системах поддерживается создание каркаса программ и создание полного продукта.
Инструментарий технологии программирования
Инструментарий технологии программирования – совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программ.
Выделяют следующие группы инструментальных средств программирования:
Локальные средства разработки приложений включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.
Язык программирования – искусственный язык со строго определенным синтаксисом и семантикой, служащий для описания алгоритма решения задачи на компьютере.
Синтаксис языка – совокупность правил, определяющих допустимые конструкции (слова, предложения) языка
Семантика языка – совокупность правил, определяющих значения (смысл) конструкций языка, составленных в соответствии с синтаксическими правилами этого языка.
Языки программирования подразделяются:
— на машинные, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды)
— машинно-ориентированные, структура операторов которых определяется форматами команд конкретной ЭВМ (мнемокоды, автокоды, язык ассемблера)
— процедурно-ориентированные, имеющие возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм) (фортран, бейсик, паскаль и т.д.)
— объектно-ориентированные, базирующиеся на объектной декомпозиции предметной области программы (Delphi, Visual Basic, Visual Си++)
— проблемно – ориентированные, предназначенные для решения задач определенного класса, например, задач искусственного интеллекта (Пролог, Лисп и т.д.)
В представленной классификации машинные и машинно-ориентированные языки относятся к языкам низкого уровня (например, ассемблер), остальные считаются языками высокого уровня (Фортран, Бейсик, Паскаль, Си). Языки низкого уровня тесно связаны с конкретным микропроцессором, его системой команд. Использование языков высокого уровня позволяет значительно упростить написание программы, ускорить их отладку. При этом любая программа должна быть преобразована в машинную программу, воспринимаемую аппаратной частью компьютера. Для этих целей служат специальные программы трансляторы. Трансляторы делятся на компиляторы и интерпретаторы.
Компилятор – формирует полный текст программы в машинных кодах, лишь после этого она может быть выполнена.
Интерпретатор последовательно преобразует каждый отдельный оператор входной программы в машинный код и сразу его выполняет.
После того как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор больше не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом запуске программы.
Развитием процедурных языков является объектно-ориентированный подход, основанный на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию с наследованием свойств. Данный подход базируется на объектной декомпозиции предметной области программы и позволяет безболезненно вносить изменения в уже отлаженный программный продукт.
Дальнейшим развитием технологий программирования, основанных на объектном подходе, стало визуальное программирование, реализованное в языках для разработки Windows-приложений: Visual Basic, Си++, Delphi. Данные языки позволяют создавать программы с применением визуальных средств добавления и настройки специальных библиотечных компонентов.
Другим примером объектно-ориентированного языка может служить созданный в 1990 году на основе Си++ язык программирования Java. Разработанные с его помощью приложения не зависят от типа используемой ЭВМ и ОС, поскольку результаты компиляции программ представляются не в машинных кодах, а в независимых байт-кодах, при этом каждая команда занимает один байт. Эти байт-коды могут выполняться с помощью интерпретатора – виртуальной Java-машины, версии которой созданы сегодня практически для всех архитектурных платформ. Язык Java широко используется в web-технологиях.
Примерами проблемно-ориентированных языков могут служить Пролог и Лисп. Эти языки являются декларативными языками, у которых отсутствует понятие «оператор» или «команда», а программа строится на основе указания исходных информационных структур, взаимосвязей между ними и того, какими свойствами должен обладать результат. Пролог – это язык логического программирования, предназначенный для решения логических задач, моделирования процесса логического умозаключения человека. Лисп – язык функционального программирования, изначально разработанный для обработки символьной информации и исследований по проблематике искусственного интеллекта.
Современные системы программирования обычно представляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ, включающие компилятор и интерпретатор, обширные библиотеки стандартных программ и функций, отладочные программы, мощные графические библиотеки, утилиты для работы с библиотеками и т.д.
Инструментальная среда пользователя включает специальные средства, встроенные в пакеты прикладных программ: библиотеки функций, процедур, объектов и методов обработки; макрокоманды; языковые и клавишные макросы; конструкторы экранных форм и отчетов, генераторы приложений; языки запросов высокого уровня; языки манипулирования данными и т.д.
Дальнейшим развитием локальных средств разработки программ являются интегрированные программные среды разработчиков. Основное их назначение – повышение производительности труда программистов, автоматизация создания кодов программ, разработка приложений для архитектуры клиент-сервер и др. Например, визуальная среда Visual InterDev, предназначенная для коллективной работы над web-проектами.
CASE–технологии – автоматизированные технологии разработки и сопровождения программного обеспечения. Позволяют использовать специальный комплекс средств автоматизации для проектирования, анализа ПО и его сопровождения, которые существенно повышают производительность труда программистов и улучшают качество создаваемого программного обеспечения. При этом Case-средства обеспечивают:
— автоматизированный контроль совместимости спецификаций проекта;
— сокращение времени создания прототипа системы, позволяющего на ранних стадиях оценить ожидаемый результат
— ускорение процесса проектирования и разработки;
— автоматизацию формирования проектной документации для всех этапов жизненного цикла в соответствии с современными стандартами и т.д.
Состав и назначение инструментария технологии программирования
. 
Рис. 17 Классификация инструментария технологии программиррования.
В настоящее время бурно развивается направление, связанное с технологией создания программных продуктов. Это обусловлено переходом на промышленную технологию производства программ, стремлением к сокращению сроков, трудовых и материальных затрат на производство и эксплуатацию программ, обеспечению гарантированного уровня их качества. Это направление часто называют программотехникой. Программотехника— технология разработки, отладки, верификации и внедрения программного обеспечения. Инструментарийтехнологии программирования— программные продукты поддержки (обеспечения) технологии программирования.
В рамках этих направлений сформировались следующие группы программных продуктов (рис.17):
Средства для создания приложений, включающие:
o локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созданию программ;
o интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие выполнение комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ;
САSE-технология (Computer-Aided System Engineering),представляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная для автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.
Локальные средства разработки программ.Эти средства на рынке программных продуктов наиболее представительны и включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.
Язык программирования— формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере. Средства для создания приложений— совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ. Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:
Низкоуровневые языки, близкие к программированию непосредственно в машинных кодах используемого процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. К таким языкам относятся:
машинные языки (computer language) — языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);
машинно-ориентированные языки (computer-oriented language) — языки программирования, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры, этот язык в настоящее время в основном используется для написания драйверов- программ управления устройствами);
Высокоуровневые языки программирования, разработанные для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это ведение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.
алгоритмические языки (algorithmic language) — не зависящие от архитектуры компьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);
процедурно-ориентированные языки (procedure-oriented language) — языки программирования, где имеется возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм);
проблемно-ориентированные языки (universal programming language) — языки программирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);
Языки высокого уровня, т.е. все компьютерные языки, отличающиеся от языка машинных кодов и ассемблера, предназначены для того, чтобы устранить громоздкость и подверженность ошибкам языка ассемблера, возлагая на сам компьютер большую часть работы по образованию подробных машинных команд. Языки высокого уровня опираются на две идеи. Одна из них заключается в объединении многих машинных команд в одну команду (оператор) программы. Вторая идея состоит в устранении тех тонких деталей, которые учитывают действия компьютера, но не относятся к требуемой программисту работе (например, какие регистры и для чего использовать).
Системы программирования(programming system) включают:
интегрированную среду разработчика программ;
средства оптимизации кода программ;
набор библиотек (возможно с исходными текстами программ);
сервисные средства (утилиты) для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными файлами;
документатор исходного кода программы;
Инструментальная среда пользователяпредставлена специальными средствами, встроенными в пакеты прикладных программ, такими как:
библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;
языки запросов высокого уровня и т.п.
Примером такой среды является система Delphi. Разработчику программ с использованием Delphi предоставлены:
объектно-ориентированный язык программирования;
средства наглядного (визуального) создания программ (для создания системы меню, экранных форм, отчетных форм и т.п.);
специальная технология работы с базами данных;
принцип “открытой” системы: возможность добавления новых средств и перенос на другие платформы.
CASE-технология— программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем.
Средства CASE-технологий делятся на две группы:
встроенные в систему реализации — все решения по проектированию и реализации привязаны к выбранной системе управления базами данных (СУБД);
Основное достоинство CASE-технологии — поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной сети разработчиков, экспорта/импорта любых фрагментов проекта, организационного управления проектом.
Некоторые CASE-технологии ориентированы только на системных проектировщиков и предоставляют специальные графические средства для изображения различного вида моделей:
диаграмму потоков данных (DFD — data flow diagrams) совместно со словарями данных и спецификациями процессов;
диаграмму «сущность-связь» (ERD — entity relationship diagrams), являющуюся инфологической моделью предметной области.
Состав и назначение инструментария технологии программирования
В рамках этих направлений сформировались следующие группы программных продуктов (рис.8.1.):
— средства для создания приложений, включающие:
локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созданию программ;
интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие выполнение комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ;
— СASE-технология (Computer-Aided System Engineering), представляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная дли автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.
Средства для создания приложений.
Локальные средства разработки программ. Эти средства на рынке программных продуктов наиболее представительны и включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.
Язык программирования- формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.
Средства для создания приложений— совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ.
Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:
— интегрированные системы программирования.
Другой классификацией языков программирования является их деление на языки, ориентированные на реализацию основ структурного программирования, и объектно-ориентированные языки, поддерживающие понятие объектов и их свойств и методов обработки. Более подробно об этом делении см. гл. 18 и 19.
Программа, подготовленная на языке программирования, проходит этап трансляции, тогда происходит преобразование исходного кодапрограммы (source code) в объектный код (object code), который далее пригоден к обработке редактором связей.Редактор связей- специальная программа, обеспечивающая построениезагрузочного модуля(load module), пригодного к выполнению (рис, 8.12.).
Рис. 8.12. Схема процесса создания загрузочного модуля программы.
Трансляция может выполняться с использованием средств компиляторов (compiler) или интерпретаторов (interpreter). Компиляторы транслируют всю программу, но без ее выполнения. Интерпретаторы, в отличие от компиляторов, выполняют пооператорную обработку и выполнение программы.
Существуют специальные программы, предназначенные для трассировки и анализа выполнения других программ, так называемые отладчики(debugger). Лучшие отладчики позволяют осуществить трассировку (отслеживание выполнения программы в пооператорном варианте), идентификацию места и вида ошибок в программе, «наблюдение» за изменением значений переменных, выражений и т.п. Для отладки и тестирования правильности работы программ создается база данных контрольного примера.
Системы программирования (programming system) включают:
— интегрированную среду разработчика программ;
— средства оптимизации кода программ;
— набор библиотек (возможно с исходными текстами программ);
— сервисные средства (утилиты) для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными файлами;
— документатор исходного кода программы;
— систему поддержки и управления проектом программного комплекса.
— отслеживания изменений, выполненных разработчиками программ;
— поддержки версий программы с автоматической разноской изменений;
— получения статистики о ходе работ проекта.
Инструментальная среда пользователяпредставлена специальными средствами, встроенными в пакеты прикладных программ, такими, как:
— библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;
— конструкторы экранных форм и отчетов;
— языки запросов высокого уровня;
— языки манипулирования данными;
— конструкторы меню и многое другое.
Более подробно эти средства рассмотрены в гл. 19.
Средства отладки и тестирования программ предназначены для подготовки разработанной программы к промышленной эксплуатации.
CASE-технология создания информационных систем.
Средства CASE-технологий делятся на две группы:
Некоторые CASE-технологии ориентированы только на системных проектировщиков и предоставляют специальные графические средства для изображения различного вида моделей:
Диаграмма DFD устанавливает связь источников информации с потребителями, выделяет логические функции (процессы) преобразования информации, определяет группы элементов данных и их хранилища (базы данных).
Описание структуры потоков данных, определение их компонентов хранятся в актуальном состоянии в словаре данных, который выступает как база данных проекта. Каждая логическая функция может детализироваться с помощью DFD нижнего уровня согласно методам нисходящего проектирования (см. гл. 18).
Выполняются автоматизированное проектирование спецификаций программ (задание основных характеристик для разработки программ) и ведение словаря данных.
Другой класс CASE-технологий поддерживает только разработку программ, включая:
— автоматическую генерацию кодов программ на основании их спецификаций;
— проверку корректности описания моделей данных и схем потоков данных;
— документирование программ согласно принятым стандартам и актуальному состоянию проекта;
— тестирование и отладку программ.
Кодогенерация программ выполняется двумя способами; создание каркаса программ и создание полного продукта. Каркас программы служит для последующего ручного варианта редактирования исходных текстов, обеспечивая возможность вмешательства программиста; полный продукт не редактируется вручную.
Программные продукты для создания приложений.
Данный класс программных средств, как уже отмечалось выше, весьма представителен. Приведем характеристику некоторых продуктов, которые предлагает фирма Microsoft.
Visual Basic for Windows 4.0-система программирования объектно-ориентированного типа, транслирующая команды по мере их ввода, позволяющая создавать и управлять множеством объектов (кнопками, флажками, комбинированными списками, окнами ввода, переключателями, линейками и т.п.), поддержку объектов OLE 2.0. Данный язык является языковой платформой приложений Microsoft Office (см. гл. 18) и имеет диалект Microsoft Basic for Application.
Средства поддержки проектов Microsoft Delta for Windows, используемые для независимой от всего проекта новой версии программного модуля, отслеживания новых версий, автоматической разноски изменений по копиям проекта программной системы.
Технологические стандарты Microsoft, которые могут быть использованы разработчиками прикладных программ.
Объект имеет две составляющие:
— внешнее представление объекта (presentation data);
— способ редактирования объекта (native data).
Любой объект может либо внедряться (embedding), либо связываться (linking) с приложением.
Технология OLE 2.0 обеспечивает:
— редактирование «чужого» объекта внутри приложения;
— экономию трудовых затрат на разработку программ за счет ссылок на существующие внешние объекты;
— информационную интеграцию приложений.
MAPI поддерживает стандарт Х.400 Association’s Common Messaging Calls (CMC), a также ряд других интерфейсов (API, SDK, DDK).
Существуют также и интегрированные инструментальные среды для разработчиков программ других фирм:
— Clarion for Windows 1.5 и др.
Специфика современной информационной технологии состоит в бурном развитии сетевых комплексов вычислительных машин, в создании программ для работы в архитектуре сети типа файл-сервер и клиент-сервер, ожидается, что начиная с середины 90-х годов 90% вновь создаваемых приложений будут являться приложениями типа клиент-сервер.
Рассмотрим систему Delphi 2.0, позволяющую создавать приложения типа клиент-сервер. Разработчику программ с использованием Delphi 2.0 предоставлены:
— объектно-ориентированный язык программирования;
— объектно-ориентированная модель многократно используемых компонентов;
Все создаваемые программы средствами Delphi 2.0 разрабатываются как экранные формы, которые играют функцию окна и диалоговой панели одновременно. Форма содержит элементы управления: поля ввода, списки, текстовые метки, кнопки, которые поддерживают интерфейс пользователя с базой данных, обеспечивает запуск управляемых событиями процедур. Программа создается на визуальном уровне, т. е. разработчик размещает в форме интерфейсные элементы, каждый из которых рассматривается как объект, имеющий список свойств, реагирует на наступление указанных событий типа:
— нажатие левой кнопкой мыши один раз;
— двукратное нажатие левой кнопкой мыши;
— перемещение мыши (уход от объекта, фокусировка объекта и т.п.).
Свойства объектов можно заранее фиксировать либо изменять программным способом во время работы программы. Для каждого события создается программный код.
В состав системы входит менеджер проектов, который предназначен для управления проектами в среде Delphi, позволяя объединять ряд форм в единое приложение, добавлять и удалять файлы, перемещаться по файлам проекта, просматривая исходные тексты программ обработки событий и т.п. Для удобства редактирования объектов используется так называемый браузер объектов (Browser). Интегрированный отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку кода, задавать точки останова (Break points). Для создания пользовательских меню приложений служит редактор меню, позволяющий использовать готовые либо создавать новые шаблоны меню. Графический редактор дает возможность разработчику приложения создавать графические изображения, кнопки, иконки, использовать масштабирование и вставку внешних графических изображений.
Для повышения производительности труда разработчиков обеспечивается многократное использование программных модулей. Например, объекты OLE можно импортировать и встраивать в любое место. По отзывам экспертов, Delphi наиболее перспективная среда разработчика Windows-ориентированных приложений, функционирующих в архитектуре клиент-сервер.
Инструментарий ИТ
Техническими средствами производства информации являются аппаратное, программное и математическое обеспечение процесса. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной технологии.
В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), экспертные системы и т.д.