Moderne Softwareentwicklungsmethoden

Transkript

1 Moderne Softwareentwicklungsmethoden Volker Schnauder Schnauder 1

2 Vorstellung Überblick der SW- Entwicklungsmethoden Grundlagen des Software-Engineering Aktuelle Methoden der Softwareentwicklung Unified Modeling Language Ausblick: Plattformunabhängige Lösungen mit C# und.net Schnauder 2

3 Warum Softwareengineering? Durch Leidensdruck: Software wird immer komplexer Die Software(weiter)entwicklung dauert zu lang Der erzeugte Code ist oft unzuverlässig Die Wartung und Fortschreibung von Softwareprodukten ist problematisch Schnauder 3

4 Was ist Softwareengineering? Systematisches Vorgehen Methodische Unterstützung Intensiver Einsatz von Instumenten Entwicklungsarbeit und Projektorganisation treten stets paarweise auf Schnauder 4

5 Aktuelle Methoden der Softwareentwicklung Funktional: Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design (rückläufig) Programmiersprachen: C, Pascal Objektorientiert: Unified Modeling Language (zunehmend) Programmiersprachen: C++, C#, Java Schnauder 5

6 Ziele der methodischen Unterstützung (Methodische Unterstützung rechnet sich nur bei größeren Systemen) Vermeidung von frühen Fehlern Unterstützung bei der Anforderungsdefinition Unterstützung bei der Systemarchitektur Unterstützung bei der Programmierung Unterstützung bei Planungs- und Organisationsfragen Kommunikationsplattform zwischen fachwissenschaftlichen Bedürfnissen und informationstechnischen Belangen Schnauder 6

7 Methodenneutrale Grundprinzipien des Softwareentwicklung Abstraktion Hierarchien Kapselung (Verhinderung von sog. Seiteneffekten) Modularisierung Schnauder 7

8 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Kernelemente: Datenflußdiagramme und Datenwörterbuch Bestandteile der Datenflußdiagramme: Funktionsknoten, Datenstöme, Speicher, Terminatoren Vorgehensweise: Funktionsknoten werden mit einem das Ganze benennende Kontext- Diagramm zunehmend kokretisiert Schnauder 8

9 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Sukzessive Konkretisierung, jeder Knoten wird in einem neuen Datenflußdiagramm (neue Ebene) solange verfeinert, bis eine für die Weiterbearbeitung angemessene Granularität erreicht ist. Die so entstandene Vielfalt von Funktionsknoten unterstützt Planungs- und Organisationsfragen Die Vorgehensweise für das Datenwörterbuch ist analog Schnauder 9

10 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Später wurde das Entity Relationship Modeling (ERM) integriert, eine bedeutsame Erweiterung, mit der die ganze Datenlogik zuverlässig definiert werden konnte Speicher der Datenflußdiagramme der Datenflußdiagramme gelten als Entitätskandidaten Schnauder 10

11 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Zur Abbildung der Prozeßdynamik wurden später noch Elemente der Zustandsänderungsdiagramme der Methode zugefügt die Schaltlogik wurde von Schalt- Datenströmen gesteuert, die Prozesse (Funktionsknoten) aktivieren und deaktivieren Schnauder 11

12 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Entity Relationship Modeling Datenflußdiagramme und Datenwörterbuch Zustandsänderungsdiagramme Schnauder 12

13 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Nach einem bestimmten Algorithmus wurden die so erstellten Datenflußdiagramme in einen hierarchischen Systementwurf umgewandelt, ganz oben stand die main() Start-Funktion Schnauder 13

14 Strukturierte Analyse & Strukturiertes Design Diese Vorgehensweise erzwang Systematik (Top-Down), taugte auch als Kommunikationsebene, jedoch war die Fortschreibbarkeit unsicher, die Übernahme und Anpassung von Standard-Geschäftsmodellen war schwierig das Zusammenbauen der verschiedenen Methoden in eine überdachende wurde von Entwickler wenig akzeptiert Schnauder 14

15 Umbruch der Vorgehensweisen Mit der Entwicklung und Akzeptanz der objektorientierten Programmiersprachen (C++, Java) und erweiterten Zielsetzungen wurde ein Umdenken der Entwurfsinstrumente unabdingbar. In 1979 wurde C zu C/C++ weiterentwickelt, Mitte der Neunziger das rein objektorientierte Java. Diese Sprachen erweiterten die Möglichkeiten (konstruktiven Freiheiten) der Entwickler beträchtlich. Die Grundprinzipien Abstraktion, Hierarchien, Kapselung, Modularisierung, blieben weiter gültig - wenngleich in einer anderen Ausprägung Schnauder 15

16 Umbruch der Vorgehensweisen Das mächtige Element der Vererbung repräsentiert bei der Objektorientierung Abstraktion und Hierarchien die Datenkapselung wurde durch Vergabe von Klassenprivilegien (public, private,..) sichergestellt. Eine Überleitung von Strukturierten Entwürfen zu Klassendiagrammen ist unter Zuhilfenahme von ERM-Tabellen möglich Schnauder 16

17 Umbruch der Vorgehensweisen C- Beispiel: Keine Kapselung #include <stdio.h> struct Hello { char *h; void ausgabe(void) { h="hello World"; printf("%s\n", h); } }; main(void) {struct Hello begruessung; begruessung.ausgabe(); begruessung.h="testausgabe";printf("%s\n", begruessung.h); } Schnauder 17

18 Umbruch der Vorgehensweisen C++-Beispiel: Kapselung erzeugt Compilerfehler #include <stdio.h> class Hello {private: char *h; public: void ausgabe(void) { h="hello World"; printf("%s\n", h); } }; main(void) {class Hello begruessung; begruessung.h;} //begruessung.ausgabe();} Schnauder 18

19 Unified Modeling Language (UML) Eine Sprache zur Beschreibung & Modellierung von Softwaresystemen Grundgedanke - einheitliche Notation Darstellung verschiedener Sichtweisen Rahmenwerk zur Darstellung von Prozessen Code Generierung (Code-Hülsen) Ab 1997 Unified Modeling Language Schnauder 19

20 Diagrammbeschreibung - Diagrammtypen Nutzungsumgebung: Use Cases Statische Beschreibung: Klassendiagramme Dynamische Beschreibung: Sequenzdiagramme Interaktionsdiagramme Zustandsdiagramme Aktivitätsdiagramme Implementierung Komponentendiagramme Package Diagramme Schnauder 20

21 Statische Beschreibung: Use Cases (Anwendungsfalldiagramme) Geschäftsprozesse, allgemeine Einsatzmöglichkeiten Zusammenwirken von Personen (Akteuren) mit einem System Die durch Use Cases abgebildeten Tätigkeiten sind verbal zu beschreiben Schnauder 21

22 Use Cases (Symbole) <<extend>>, <<uses>> erweitert den Basis Use Case, der Basis Use Case kann auch ohne die Erweiterung arbeiten Basis Use Case (Reise verkaufen) <<extend>> Erweiterung (Flug buchen) Schnauder 22

23 Use Cases (Symbole) <<include>>die gemeinsame Funktionalität zweier Use Cases wird durch einen Dritten beschreiben. Der Dritte ist stets Bestandteil der ersten beiden. Dritter (Ware einlagern) <<include>> Wareneingang <<include>> Zukauf Wareneingang Produktion Schnauder 23

24 Use Cases (Geschäftsvorfälle) Schnauder 24

25 Statische Beschreibung: Klassendiagramme sind die wichtigsten Diagramme der UML dokumentieren die statische Struktur der Klassen in einem System und ihre Beziehungen untereinander insbesondere Vererbung Assoziation Aggregation und Komposition Schnauder 25

26 Klassendiagramme, Symbole Klassen Attribute, Methoden Fahrzeug -PS-Zahl : double -Kennzeichen : string +setpszahl() : double +setkennzeichen() : string +zeigefahrzeugrechneflaeche() : void +beschleunige() : void +lenke() : void Schnauder 26

27 Statische Beschreibung: Klassendiagramme, Symbole Vererbung Fahrzeug -PS-Zahl : double -Kennzeichen : string +setpszahl() : double +setkennzeichen() : string +zeigefahrzeugrechneflaeche() : void +beschleunige() : void +lenke() : void PKW -Sitzplaetze : int +setsitzplaetze() : int +getsitzplaetze() : void LKW -Nutzlast : double +setnutzlast() : void +getnutzlast() : void Schnauder 27

28 Fahrer -Name : string -Führerschein : int +setname() : int +setführerschein() : Fahrer +fahrbeginn() : Fahrer -End1 Klassendiagramme, -End2 Symbole * Assoziation, Aggregation und Komposition * Motor -Typ : string +settyp() +gettyo() * -End4 1 -End3 1 PKW -Sitzplaetze : int +setsitzplaetze() : int +getsitzplaetze() -End5 : void * -End6 1 * -End9 -End10 Raeder Fahrgestellteile -Typ : string -Typ : string +settyp() +settyp() +gettyo() +gettyo() Schnauder 28

29 Fahrer -Name : string -Führerschein : int +setname() : int +setführerschein() : Fahrer +fahrbeginn() : Fahrer -End1 Statische Beschreibung: Klassendiagramme Motor -Typ : string +settyp() +gettyo() * -End4 * 1 -End3 1 -End2 * -Sitzplaetze : int Fahrzeug -PS-Zahl : double -Kennzeichen : string +setpszahl() : double +setkennzeichen() : string +zeigefahrzeugrechneflaeche() : void +beschleunige() : void +lenke() : void PKW +setsitzplaetze() : int +getsitzplaetze() -End5 : void LKW -Nutzlast : double +setnutzlast() : void +getnutzlast() : void * -End6 1 * -End9 -End10 Raeder Fahrgestellteile -Typ : string -Typ : string +settyp() +settyp() +gettyo() Schnauder +gettyo() 29

30 Dynamische Beschreibung: Interaktionsdiagramme Nachrichten und Zusammenarbeit der Objekte im zeitlichen Ablauf Sequenzdiagramm: Zeitliche Aufrufstruktur mit wenigen Klassen Kollaborationsdiagramm: Zeitliche Aufrufstruktur mit wenigen Nachrichten Schnauder 30

31 Dynamische Beschreibung: Interaktionsdiagramme, Symbole Sequenzdiagramm afahrzeug : Fahrzeug afahrer : Fahrer setfahrzeugdaten() Objekt Nachricht bschleunige() Objekt- Lebenslinie Schnauder 31

32 Dynamische Beschreibung: Zum statischen Klassendiagramm Buch * 1 Person name : Object pname : Object Konstruktor() person(object) : Void Konstruktor() merkebuch(object) : Void ausgeliehen(object) : Void buch(object) : Void Schnauder 32

33 Dynamische Beschreibung: wird ein Sequenzdiagramm hinzugefügt abuch : Buch aperson : Person person(nr) : Void buch(signatur) : Void ausgeliehen(person) : Void merkebuch(signatur) : Void Schnauder 33

34 Dynamische Beschreibung: Interaktionsdiagramme - Sequenzdiagramme Schnauder 34

35 Dynamische Beschreibung: Zustandsdiagramme Kennwort eingetroffen Weiterbearbeitung Aktionen Zustand Ereignis Zustandsübergang Schnauder 35

36 Dynamische Beschreibung: Aktivitätsdiagramme Sachbearbeiter Reisebuchungssystem Angebotsnummer eingeben Angebot suchen und... Kundendaten erfassen Kunde suchen [Kunde vohanden] [Kunde nicht vorhanden] Neuen Kunden anlegen Reservierung auslösen Schnauder 36

37 erfassen Kunde suchen Dynamische Beschreibung: [Kunde vohanden] Aktivitätsdiagramme anlegen Neuen Kunden [Kunde nicht vorhanden] Reservierung auslösen Reservierung vornehmen [Reservierung scheitert] Buchung : TourBooking [reserviert] Reiseunterla Schnauder 37

38 Package-Diagramm Aufteilung in Unterprojekte, Bibliotheken Schnauder 38

39 Implementierungsdiagramme Darstellung von verteilten Anwendungen und Komponenten (Übersetzungseinheiten, ausführbare Programme, Hardwarestruktur) Komponentendiagramme Zusammenhänge der Software Verteilungsdiagramme Hardwareaufbau Schnauder 39

40 Implementierungsdiagramme - Komponentendiagramme Schnauder 40

41 Implementierungsdiagramme Verteilungsdiagramme Schnauder 41

42 Was haben die einzelnen Diagramme miteinander zu tun? Verbale Beschreibung der Use-Case- Diagramme liefert Objekt-, Attributs- und Methodenkandidaten: Sequenzdiagramm Sequenzdiagramm definiert Nachrichten zwischen den Objekten: Klassendiagramm (weitere Attribute und Methoden) mit Beziehungen zwischen den Klassen entsprechend der Nachrichten Die Aussagen von Sequenz- und Kollaborationsdiagramm sind äquivalent Schnauder 42

43 Ausblick: Plattformunabhängige Lösungen Die rasche Akzeptanz des Internet erforderte plattformunabhängige Lösungen. Dies wird derzeit nur von Java geleistet. Plattformunabhängigkeit ist aber keine Frage der Programmiersprache, sondern vielmehr eine Frage des erzeugten Zwischencodes, etwa der class-dateien von Java, die dann von einer JVM (Java Virtual Maschine, standardisiertes Bestandteil aller gängigen Betriebssysteme) interpretiert wird Schnauder 43

44 Erstellung ausführbarer Dateien Vergleich zwischen C/C++ und Java C/C++: Compiler Linker Quellcode -> Objektcode -> exe-datei.cpp,.h.obj.exe Java: Compiler Ausführung Quellcode -> Zwischendatei <- per JVM.java.class Schnauder 44

45 Inhaltliche Verbesserungen von Java gegenüber C/C++: Keine Header-Dateien mehr Exception-Handler mehr Sicherheit Packages flexibler als Header-Dateien Garbage-Collector Vermeidet Datenmüll u. a. Vergleich C/C++ mit Java C C++ Java Performance Unabhängigkeit Schnauder 45

46 Ausblick: Gegenüberstellung der Microsoft (C++, C#) und Sun/Oracle (Java) - Konzepte Schnauder 46

47 Ausblick: C# und.net Einzel-PC sind weniger nützlich als Netz-PC Internet-Hardware wird immer billiger Internet-Software zeigt neue Problemklassen Hauptproblem: Sicherheit braucht generische Infrastruktur Die.NET Technik unterstützt vorfabrizierte Infrastrukturen zur Problemlösung beim Erstellen von Internet-Software.NET-Technik: Neue Laufzeitumgebung.NET- Framework Schnauder 47

48 C# und.net.net: Neues Programmiermodell für die Entwicklung von HTML-Dokumenten ASP.NET.NET: Unterstützt Support für DB-Zugriffe innerhalb des.net-frameworks COM (Common Object Modeling) half Applikationsentwicklern durch das Zusammenfügen gekaufter Komponenten- ist aber plattformabhängig, besitzt keine Versionsbeachtung etc., Schnauder 48

49 C# und.net Wunsch: objektorientierte Leistungsmerkmale in und zwischen allen Programmiersprachen, also nahtlose Zusammenarbeit zwischen Client und Server..NET-Lösungsansatz: COMMON LANGUAGE RUNTIME (CLR) Schnauder 49

50 C# und.net Quellcodes verschiedener Sprachen werden in eine Zwischensprache übersetzt, die MS Intermediate Language (MSIL). Diese wird von einem jit-compiler (jit= just in time) in plattformspezifischen Code übersetzt. Entwicklungsumgebung VS.NET jit-compiler VB, C/C++, Cobol, etc.->msil->plattformspez. Code Schnauder 50