Язык программирования является лишь средством разработки проектов. Важное место в построении правильных проектов играет методология проектирования. При разработке программ на этапе проектирования обычно используется два подхода: нисходящий и восходящий. Суть нисходящего проектирования можно объяснить следующей схемой (рис. 4.2).
Рис. 4.2 — Пример базисной схемы
На приведенной базисной схеме каждый блок — это модуль системы. При этом вызов каждого модуля производится модулем более высокого уровня.
При нисходящем проектировании вначале проектируется управляющая программа — драйвер. Управляющий модуль может быть представлен программой на PDL.
DRIVER: procedure;
Выполнить задачу A;
do while (условие истинно);
Выполнить задачу B;
end;
Выполнить задачу C;
end DRIVER;
Затем более подробно представляются каждый из операторов псевдокода и разрабатываются другие модули. Например, если задачи A, B, C достаточно сложны, их можно оформить как отдельные процедуры. В этом случае проект драйвера можно представить следующим образом:
DRIVER: procedure;
Инициировать задачу A;
call A;
do while (условие истинно);
Инициировать задачу B;
call B;
end;
Инициировать задачу C;
call C;
end DRIVER;
Затем, таким же образом, можно определить процедуры A, B и C. Очевидно, что язык PDL хорошо подходит для нисходящего проектирования.
Нисходящее проектирование также называют пошаговым совершенствованием: программы иерархически структурируются и разбиваются путем последовательного уточнения. На каждом шаге функционирование модуля описывается с помощью ссылок на предыдущие более подробные шаги.
При восходящем проектировании вначале проектируются программы нижнего уровня. Обычно такой подход используется при проектировании операционных систем, где самым нижним уровнем иерархии являются аппаратные средства (технология виртуальных машин). Например, один из модулей может обеспечить доступ к аппаратным средствам страничного механизма ЭВМ и предоставить виртуальную память для всех остальных модулей. Вследствие этого большинство систем реального времени проектируется снизу вверх.
На этапах кодирования и тестирования ситуация противоположная. Хотя большинство систем проектируется сверху вниз, кодирование и тестирование удобнее осуществлять снизу вверх, так как модули ААА и ААВ не вызывают других компонент, их кодируют и тестируют (рис. 4.3).
Рис. 4.3 — Восходящее кодирование и тестирование
Когда задача хорошо определена, пользоваться этим подходом очень удобно.
Однако если решаемая задача не понятна или детально не определена, то тестирование снизу вверх может вызвать серьезные проблемы. Например, пользователь не может убедиться в правильности функционирования системы согласно спецификациям, пока не будет проверен модуль верхнего уровня. Однако этого нельзя сделать до тех пор, пока не будет проверена вся иерархическая структура системы, т.е. до завершения проекта. А внесение изменений на этом этапе сопряжено со значительными затратами и обходится дорого.
Чтобы избежать этого, можно использовать нисходящее кодирование. В этом случае в первую очередь проверяют модули управляющей программы, а также модули A, B, C. Пользователь системы проверяет функционирование верхнего уровня на начальном этапе разработки, поэтому сделать любые необходимые изменения в спецификациях гораздо легче.
Единственное неудобство при таком методе кодирования заключается в том, что для проверки модулей A, B, C требуются также модули АА, АВ, АС, ВА, ВВ и СА. Для этих целей служат подыгрывающие программы — заглушки. Это короткие программы, которые составляются специально для того, чтобы моделировать ненаписанные модули и передавать управляющим программам необходимые тестовые данные (рис. 4.4).
Рис. 4.4 — Нисходящее тестирование
Подобные средства оказываются полезными, если ими пользоваться достаточно осторожно, так как корректность системы не может быть доказана, пока не убрана последняя заглушка.
Нисходящее проектирование не так просто, как это кажется на первый взгляд. Это связано с тем, что в любой программной системе имеется три вершины:
1) начало работ;
2) управляющая программа;
3) программа связи пользователя с системой.
Основные различия между этими моментами можно показать на примере компилятора. Для разработчика аппаратных средств «вершиной» системы является модуль, инициирующий работу системы. Этот модуль — основное средство интерфейса с операционной системой. С его помощью с диска считываются фрагменты программы, реализующие различные этапы компилирования, и передается управление на их выполнение. Все остальные части системы можно рассматривать как подпрограммы этого модуля.
Для системного программиста «вершиной» является управляющая программа. В компиляторе «вершиной» можно считать основной цикл анализа, который осуществляет поиск очередного анализируемого оператора (лексемы). Таким образом, логической вершиной является цикл вида:
do while (продолжить до конца компилирования);
Чтение до начала следующего оператора;
Анализ введенного оператор;
end;
Что касается пользователя, то, с его точки зрения, компилятор читает операторы, а затем их транслирует. Таким образом, для него «вершиной» является программа ввода данных.
От искусства и квалификации программиста зависит правильный выбор вершины для всей системы. Однако для прикладных программ всегда целесообразно «вершиной» считать управляющую программу.
При нисходящей разработке пользователь видит взаимодействие верхних уровней системы на начальных этапах. Изменения в этот период можно вносить относительно легко. Такими же свойствами обладает и метод последовательной модификации (модернизации). При использовании этого метода вначале проектируется и реализуется некоторый вариант системы. Пользователь очень быстро получает работающую систему. Процесс модернизации с последующим расширением функций системы продолжается до тех пор, пока не будет получена окончательная версия.