Forelesningsnotat. Kapittel 9 Designing and Constructing Software Code related Issues. Design og utvikling av programvare

Transkript

1 Forelesningsnotat Kapittel 9 Designing and Constructing Software Code related Issues 1 Design og utvikling av programvare Grunnleggende metoder (Kap 9.1) Utvikling av kode (Kap 9.2) Programmeringsspråk (Kap 9.3) Valg av høynivå programmeringsspråk (Kap 9.4) 2 1

2 Grunnleggende metoder monolittisk design En total designplan og en utviklingsprosess Egner seg best for prosjekter utført av en person Enkel angrepsmetode, brukbar for små prosjekter Ulemper Vanskelig å håndtere store applikasjoner Kompleks dokumentasjon Vanskelig å inkludere flere personer Endringer kan medføre uønskede effekter 3 Grunnleggende metoder modulært design Flere underordnede designprosesser som integreres til slutt, og systemet utvikles etter integrert design Plan 1 Overall structure Plan 2 Chassis Plan 3 Wheels Global information (stores data - nuts and bolts Design integration Make to design plan 4 2

3 Grunnleggende metoder modulært design Fordeler Overordnet struktur kan synliggjøres Design kan deles på flere personer Lettere å implementere endringer Reduksjon av uønskede effekter ved endring Standard subprogram kan utvikles Ulemper Endringer medfører rekompilering av hele programmet Globale variable kan være et problem 5 Grunnleggende metoder uavhengig design Endelig produkt deles opp, der hver del gjennomgår eget design og utvikling Overall structure plan Chassis plan Wheels plan Nuts and bolts Make chassis Make wheels Produce assembly instructions Assemble parts 6 3

4 Grunnleggende metoder uavhengig design Fordeler Samme som for modulært design Minimalisering av globale data Begrenset rekompilering ved endringer Ulemper Komplekse kryssreferanser mellom deler 7 UML programvarekomponenter Components Example file types Source code component (compilable component).h.cpp Compile Binary code component (linkable component).dll Link Run-time component (executable component).exe 8 4

5 Alternativer for kompilering Monolithic Modular Independent/separate 10 REM REM k = STOP procedure LIFT_CONTROL is SPEED : INTEGER; use TEXT_IO; procedure RUN_CONTROL is end FOR_LOOP; begin Subprogram code Using the subprogram procedure CONTROL1 is SPEED : INTEGER; use TEXT_IO; begin end CONTROL1; procedure CONTROL2 is SPEED : INTEGER; use TEXT_IO; begin end CONTROL2; RUN_CONTROL; end LIFT_CONTROL; Compile Compile Compile Link Compile Object code 9 Programvarekomponenter Byggeklosser i konstruksjon av programvare Del av et system som utfører en spesifikk handlig Behandles som en enkelt enhet Består av Spesifikasjon (grensesnitt) Implementasjon (utførelseskode) Kommunikasjon mellom komponenter går gjennom grensesnitt 10 5

6 Programmeringsspråk Hvilket språk skal man velge? Kostnad og krav til opplæring Designaspekter Høynivåaspekter Lavnivåaspekter Hensyn mot målmaskin 11 Modularitet, innkapsling og skjuling av informasjon Oppdeling og avgrensing av kode Spesifisert grensesnitt for tilgang Metode for pakking Formell og strukturert Mulighet for innkapsling Mulighet for skjuling av innkapslede enheter Tilgangskontroll til innkapslede enheter (import/eksport) 12 6

7 Programsyntaks og layout Case sensitiv Mulighet for blanding av store og små bokstaver Identifikasjon av reserverte ord Ord som ikke kan benyttes som variable må markeres Upper case, markørkjennetegn osv Navngiving av variable Antall og utvalg av tegn tilgjengelig Forbedrer lesbarhet dersom variable kan navngis skikkelig 13 Programsyntaks og layout Matematiske symboler og funksjoner Lett gjenkjennelig og tilnærmet matematiske uttrykk +, -, *, /, sin(), cos() osv Regler for formatering Krav til layout på kode Mye kode på samme linje er lite lesbart Lave krav gir fleksibilitet og mulighet for standardisering 14 7

8 Bruk av variable Synlighet og fokus (scope) Område der en variabel er potensielt synlig kalles scope Globale variable har scope i hele systemet Lokale variable gir pålitelige og vedlikeholdbare program Blanding av lokale og globale variable Levetid på variable Statisk (globale, static) og dynamiske (lokale) variable Variabel deklarasjon Implisitt første gangs bruk innebærer deklarasjon Eksplisitt variabel må deklareres før bruk (anbefalt!) 15 Datatyper Abstraksjon - spesifisering av egenskaper Sett med verdier (område, oppløsning) Mulige operasjoner Eks: Integer ( til , oppløsning 1) Strong typing: Hvert objekt må tilhøre en unik type Hver type har ett sett med verdier og operatorer (operasjoner) Hver operator brukt med objektet må tilhøre det definerte sett Tilordning (a = b) krever begge objekt av samme type (evt. casting) 16 8

9 Datatyper Mulighet for å definere egne datatyper Få grunnleggende datatyper i programmeringsspråk Kan ofte være generelle, typisk integer, double osv Nummererte (enumerated) typer Ved deklarasjon spesifiseres mulige verdier Variabel kan kun tilordnes en av de spesifiserte verdier Logisk assosiering av verdier til type Ved feil vil kompilator oppfange disse Områdebegrensning Tilgjengelig område i datatype kan begrenses Kompilator vil fange opp tilordning utenfor område 17 Datatyper Avledede typer Basert på standardtyper, men med nye navn Forbedrer lesbarhet Prosedyre typer Definering av prosedyrer (funksjonskall) som en type Fjerner matematiske feil Forbedrer lesbarhet Strukturerte typer Arrays Sets Records (struct) Dynamiske strukturer 18 9

10 Styring av programflyt Enkle valg IF-THEN IF-THEN-ELSE NESTED-IF Multiple valg ELSE-IF SWITCH-CASE Løkker (loops) REPEAT-UNTIL (DO-WHILE) WHILE-DO FOR-TO 19 Grensesnitt mot andre språk Integrering av assembler-kode Inline kode eller linking Økt hastighet og mindre kode Grensesnitt mot høynivå språk Fint å ha ved overgang til nytt språk Eksisterende rutiner kan fortsatt brukes Mer avhengig av kompilator enn språk 20 10

11 Unntakshåndtering (exception handling) Unntak: Feil som gjør videre eksekvering meningsløs (og/eller farlig) Hvilke feil skal detekteres? Hvem detekterer feil? Unntakshåndtering: Rutine som utfører korrigerende aksjon Språk bør ha grunnleggende automatiske detekteringsmekanismer (overflyt, divide-by-zero, overskridelse av grenser på array osv) Utvikler bør kunne slå av detektering for å øke hastighet Språk bør tilby håndteringsmekanismer det bruker kan spesifisere aksjon 21 Maskinvaretilgang Nødvendig når det ikke benyttes OS Funksjonalitet Minnetilgang Styring av og grensesnitt mot eksterne enheter Interrupthåndtering Spesielle operasjoner 22 11

12 Assembler kode Kan være nødvendig å benytte dette i enkelte tilfeller Mangel på høynivå språk Testing av maskinvare Interrupthåndtering Grensesnitt mot eksterne enheter og subsystem Hurtighet og størrelse 23 Annen funksjonalitet Makroer representasjon av programsekvens Inline kode genereres ved hver utplassering av makro Hurtig ingen lagring av prosessorinfo (som ved funksjoner) Automatisk initialisering av variable Konstanter Sammenløpende aktiviteter 24 12

13 Valg av høynivå språk Essensielle krav det vi må ha Primære krav det vi må ha for å høyne kvalitet Sekundære krav det som er veldig nyttig for oss Det som hadde vært kult! 25 Essensielle krav Grensesnitt mot assemblerkode Absolutt adressering Maskinvaretilgang bithåndtering Interrupthåndtering Prosessorspesifikke utvidelser Pekere Timing kontroll 26 13

14 Primære krav Omfattende og veldefinert språkstandard Veldefinert oppførsel Sterk datatyping Strengt definerte strukturer for programflyt Modulære strukturer med god innkapsling Separate og uavhengige kompilatorer Unntakshåndtering Funksjonalitet for utvikling av aktiviteter Grensesnitt mot kommersielle RTOS Minnekontroll Språk for sikkerhetskritiske deler 27 Sekundære krav God lesbarhet klar syntaks og layout Omfattende standardbibliotek Mulighet for objektorientering Støtte for multitasking Grensesnitt mot høynivå språk 28 14

15 Definisjon og vurdering av ytelse Veldig ønskelig, men sjelden inkludert i språk Sekvensielle program Forutsigbar kode med øvre grense på eksekveringstid Mulighet for å bestemme eksekveringstid statisk (fra kode) Dynamisk måling av eksekveringstid Multitasking Valg av algoritmer for scheduling Spesifisering av deadlines Håndtering av task overload Analyse av ytelse for en aktivitet 29 Programmeringsspråk Ada C C++ EC++ Java 30 15