FEINDLICHE VERWENDUNG

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1 1 2 Letzte Aktualisierung: 16. April 2004 Programmierung im Grossen Bertrand Meyer Vorlesung 2: Modularität, Wiederverwbarkeit Programm für heute 3 Software Qualität 4 Software Qualität Modularität Wiederverwbarkeit Externe Faktoren: für Kunden sichtbar (nicht nur der Endbenutyer, zb auch Käufer) Beispiele: leichte Benutzbarkeit, Erweiterbarkeit Interne Faktoren: nur von Entwicklern wahrnehmbar Beispiele: guter Programmier-Stil, Information Hiding Letztlich zählen nur die externen Faktoren, aber die internen ermöglichen erst deren Erreichung. Externe Qualitäts-Faktoren 5 Zuverlässigkeit 6 KORREKTHEIT ROBUSTHEIT INTEGRITÄT LEICHTE BENUTZBARKEIT WIEDERVERWENDBARKEIT ERWEITERBARKEIT PORTABILITÄT EFFIZIENZ SPEZIFIKATION FEHLER Korrektheit Robustheit FEINDLICHE VERWENDUNG Integrität Korrektheit + Robustheit Techniken werden genau diskutiert werden: Typisierung, Design by Contract, Korrektheit: Die Fähigkeit eines Software Systems, entsprech der Spezifikation zu arbeiten, in durch die Spezifikation definierten Fällen. Robustheit: Die Fähigkeit eines Software Systems, sich in Fällen, die nicht von der Spezifikation abgedeckt werden, angemessen zu verhalten. 1

2 Modularität 7 Modularität 8 Wiederverwbarkeit + Erweiterbarkeit Begünstigt durch architektonische Techniken, die zur Sicherstellung dezentralisierter Module tieren Einige Prinzipien von Modularität: Zerlegbarkeit Zusammensetzbarkeit Kontinuität (manchmal Geheimnisprinzip ) Das Offen-Geschlossen Prinzip Das Einzige Auswahl Prinzip Zerlegbarkeit 9 Top-down funktionales Design 10 Diese Methode hilft komplexe Probleme in Teil-Probleme zu zerlegen. Folgerung: Aufspaltung der Arbeit. Beispiel: Top-down Design-Methode (folgt). Gegenbeispiel: Allgemeines Initialisierungs- Modul. Oberste funktionale Abstraktion A Sequenz B D C Schleife Bedingung C1 I I1 C2 I2 Top-down Design 11 Zusammensetzbarkeit 12 Siehe Niklaus Wirth, Program Construction by Stepwise Refinement, Communications of the ACM, 14, 4, (April 1971), p Diese Methode bevorzugt die Erzeugung von Software-Elementen die frei untereinander zusammengesetzt werden können, um neue Software zu erzeugen. Beispiel: Unix Shell Konventionen Programm1 Programm2 Programm3 2

3 Direktes Abbilden 13 Prinzip der wenigen Schnittstellen 14 Diese Methode ergibt ein Software-System dessen modulare Struktur kompatibel bleibt mit irgeiner modularen Struktur, die beim modellieren der Problem-Domäne erdacht wird. Jedes Modul redet mit so wenigen anderen Modulen wie möglich. (A) (B) (C) Prinzip der kleinen Schnittstellen 15 Prinzip der expliziten Schnittstellen 16 Wenn zwei Module kommunizieren, tauschen sie so wenig Information aus wie möglich. Wenn zwei Module A und B kommunizieren, ist das aus dem Text von A oder B oder von beiden offensichtlich. x, y Modul A Modul B z Modifiziert Daten x Liest Kontinuität 17 Prinzip des einheitlichen Zugriffs 18 Diese Methode stellt sicher, dass kleine Änderungen an der Spezifikation auch kleine Änderungen an der Architektur ergeben. Design Methode: Spezifikation Architektur Funktionen die von einem Modul verwaltet werden sind für Kunden in der selben Weise zugreifbar, egal ob sie mit Berechnung oder Speicherung implementiert sind. Definition: Ein Kunde eines Moduls ist irgein Modul, dass seine Funktionen benutzt. Beispiel: Prinzip des einheitlichen Zugriffs (folgt) Gegenbeispiel: Programme mit Mustern nach der physikalischen Implementierung der Datenstrukturen. 3

4 Einheitlicher Zugriff: Beispiel balance = list_of_deposits.total list_of_withdrawals.total list_of_deposits Zugrundeliege Frage: Wie bewirbt man die Möglichkeiten eines Moduls? (A1) list_of_withdrawals balance list_of_deposits (A2) list_of_withdrawals Ada, Pascal, C/C++, Java, C#: a.balance balance (a) a.balance() Simula, Eiffel: a.balance Jedes Modul sollte der externen Welt durch eine offizielle, öffentliche, public Schnittstelle bekannt sein. Die restlichen Eigenschaften des Moduls sind seine Geheimnisse. Es soll unmöglich sein auf die Geheimnisse von aussen zuzugreifen. Das Prinzip Der Designer jedes Moduls muss eine Teilmenge der Eigenschaften des Moduls als offizielle Information über das Modul auswählen. Diese Teilmenge wird den Entwicklern von Kunden-Modulen zur Verfügung gestellt. Öffentlicher Teil Geheimer Teil 23 Das Offen-Geschlossen Prinzip 24 Begründungen: Kontinuität Zerlegbarkeit Module sollen Offen und Geschlossen sein. Definitionen: Offenes Modul: Kann erweitert werden. Geschlossenes Modul: Für Kunden verwbar. Kann freigegeben, als Grundlinie (baseline) verwet und (falls eine Programmeinheit) kompiliert werden. Die Begründungen ergänzen sich: Ein Modul zu schliessen (Manager-Perspektive): Kunden benötigen es jetzt. EinModuloffenzulassen(Entwickler-Perspektive): Man übersieht oft Aspekte des Problems. 4

5 Ein Objekt hat eine Schnittstelle 25 Ein Objekt hat eine Implementierung 26 item index put_right before after item index put_right before after 27 Das Offen-Geschlossen Prinzip 28 B A C E D item index put_right before after F A G H I Zu frühes schliessen eines Moduls 29 Das Einzige Auswahl Prinzip 30 type PUBLICATION = record author, title: STRING; publication_year: INTEGER case pubtype: (book, journal, conference) of book: (publisher: STRING); journal: (editor: STRING); conference: (place, chair: STRING) Verwung in Kunden: p: PUBLICATION ; case p.pubtype of book:... p.publisher...; journal:... p.editor...; conference:... p.place... Immer wenn ein Software-System eine Menge von Alternativen unterstützen muss gibt es genau ein Modul im System, dass die komplette Liste kennt. Editor: Menge von Kommandos (Einfügen, Löschen, etc.) Graphik-System: Menge von Formen (Rechteck, Kreis, etc.) Kompiler: Menge von Sprach-Konstrukten (Anweisung, Schleife, Ausdruck, etc.) 5

6 Wiederverwbarkeits-Probleme 31 Wiederverwbarkeit: Techn. Probleme 32 Organisations- und Management-Probleme: (Werden hier nicht behandelt.) Technische Probleme: Welche Form von Komponenten? Prozedur-Bibliotheken Packete (Ada) Klassen-Bibliotheken Welche Form von Klassen? Allgemeines Muster für eine Such-Routine: has (t: ; x: ELEMENT): BOOLEAN is -- Erscheint Element x in der Tabelle t? local pos: POSITION do from pos := initial_position (t) until exhausted (t, pos) or else found (t, x, pos) loop pos := next (t, pos) Result := found (t, x, pos) Probleme eines allgemeinen Such-Moduls 33 Probleme (fortgesetzt) 34 Typ-Varianten: Was sind die Tabellen-Elemente? Routinen-Groupierung: Eine Such-Routine ist nicht genug: sie sollte mit Routinen für die Tablellen-Erzeugung, das Einfügen und Löschen, etc. kombiniert sein. Repräsentations-Unabhängigkeit: Kann ein Kunde Operationen verwen, wie zb Tabellen-Suche (has), ohne zu wissen welche Implementierung intern verwet wird? has (t1, y) Implementierungs-Varianten: Viele mögliche Alternativen für die Datenstrukturen und Algorithmen: sequentielle Tabelle (sortiert oder unsortiert), Array, binärer Such-Baum, Dateien,... Probleme (fortgesetzt) 35 Ausgliedern von Gemeinsamkeiten 36 Ausgliedern von Gemeinsamkeiten: Wie kann der Autor von Zuliefer-Modulen die Gemeinsamkeiten von Teilen der möglichen Implementierungen positiv ausnutzen? before item after Beispiel: Die Menge an sequentiellen Tabellen- Implementierungen. Gemeinsamer Routinen-Text für has: 1 back count has (...; x: T): BOOLEAN is -- Erscheint x in der Tabelle? do from until after or else found (x) loop Result := found (x) index 6

7 Ausgliedern von Gemeinsamkeiten 37 Implementierungs-Varianten 38 has after found (x) after found SEQUENTIAL_ TREE_ HASH_ Array i := 1 i := i + 1 i > count t [i] = x ARRAY_ LINKED_ FILE_ Linked list c := first_cell c := c.right c = Void c.item = x File rewind read _of_file f = ξ Kapselungs-Sprachen ( Object-based ) 39 Ergänzes Material 40 Ada, Modula-2, CLU... Grundidee: Sammle eine Gruppe von Routinen, die einen ähnlichen Zweck dienen, zb has, insert, remove, etc., zusammen mit den entsprechen Beschreibungen der Datenstrukturen. OOSC2: Kapitel 3: Modularity Kapitel 4: Approaches to reusability Das behandelt das verwandte Routinen-Problem. Vorteile: Für Zuliefer-Autoren: Alles unter einem Dach. Vereinfacht Konfigurations-Management, Veränderung der Implementierung, hinzufügen von neuen Basisfunktionen. Für Kunden-Autoren: Man findet alles an einem Platz. Vereinfacht die Suche nach existieren Routinen und Erweiterungs-Anfragen. 41 Ende Vorlesung 2 7