Процессы и этапы жизненного цикла программного обеспечения. Жизненный цикл ПО. Стадии и этапы. Область применения Каскадной модели

Жизненный цикл программного обеспечения (ПО) - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл - процесс построения и развития ПО.

Этапы жизненного цикла :

2. Проектирование

3. Реализация

4. Сборка, тестирование, испытание

5. Внедрение (выпуск)

6. Сопровождение

Различают 2 случая производства ПО: 1) ПО делается для конкретного заказчика. В этом случае нужно прикладную задачу преврашать в программистскую. Нужно понять как функционирует та среда, которую нужно автоматизировать (анализ бизнес-процессов). В результате появляется документация-спецификация требования, где указаны какие именно задачи д.б. решены и при каких условиях. Эту работу выполняет системный аналитик (аналитик бизнес-процессов).

2) ПО разрабатывается для рынка. Нужно проводить маркетинговые исследования и найти какого продукта на рынке нет. Это связано с большим риском. Цель – разработка спецификации требований.

Проектирование

Цель – определение общей структуры (архитектуры) ПО. Результат – спецификация ПО. Эту работу выполняет системный программист.

Реализация

Написание программного кода. Реализация включает и разработку, и тестирование, и документацию.

Сборка, тестирование, испытние

Сборка всего, что сделано разными программистами. Тестирование всего программного комплекса. Отладка – поиск и устранение причин ошибок. Испытание – уточнение технических характеристик. В результате – гарантия работоспособносит программы.

Внедрение (выпуск)

Внедрение – когда работают на одного заказчика. Включает постановку программы у заказчика, обучение заказчика, консультации, устранение ошибок и явных недостатков. Должно произойти отчуждение ПО – пользователь может работать с ПО без участия автора.

Выпуск – когда ПО разрабатывается на рынок. Начинается с этапа бета-тестирования. Соотв. версия – бета-версияю. Альфа-тестирование – тестирование людьми из той же организации, не участвовавших в разработке программ. Бета-тестирование – изготовление нескольких экземпляров ПО и отправка потенциальным заказчикам. Цель – еще раз проверить разработку ПО.

Если на рынок выпускается принципиально новый ПО, то возможно несколько бета-тестирований. После бета-тестирование – выпуск коммерческой версии.

Сопровождение

Устранение замеченных в ходе эксплуатации ошибок. Внесение непринципиальных усовершенствований. Накопление предложений для разработки следующей версии.

Модели жизненного цикла

1. Waterfall («водопад», каскадная модель)

2. Прототипирование

Сначала разрабатывается не сам программный продукт, а его прототип, содержащий решение главных проблем, стоящих перед разработчиками. После успешного завершения разработки прототипа по тем же принципам разрабатывается и настоящий программный продукт. Прототип позволяет лучше понимать требования к разрабатываемой программе. Используя прототип заказчик также может точнее сформулировать свои требования. Разработчик имеет возможность с помощью прототипа предъявить заказчику предварительные результаты своей работы.

3. Итерационная модель

Задача разделяется на подзадачи и определяется очередность их реализации т.о., чтобы каждая следующая подзадачи расширяла возможности ПО. Успех существенно зависит от того сколь удачно разделены задачи на подзадачи и как выбрана очередность. Преимущества: 1) возможность активного участия заказчика в разработке, он имеет возможность уточнить свои требования в ходе разработки; 2) возможность тестирования вновь разрабатываемых частей совместно с ранее разработанными, это уменьшит затраты на комплексную отладку; 3) во время разработки можно начинать внедрение по частям.

Жизненный цикл программного обеспечения

Жизненный цикл программного обеспечения - период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. (Стандарт IEEE Std 610.12)

Необходимость определения этапов жизненного цикла (ЖЦ) ПО обусловлена стремлением разработчиков к повышению качества ПО за счет оптимального управления разработкой и использования разнообразных механизмов контроля качества на каждом этапе, начиная от постановки задачи и заканчивая авторским сопровождением ПО. Наиболее общим представлением жизненного цикла ПО является модель в виде базовых этапов - процессов, к которым относятся:

Системный анализ и обоснование требований к ПО;

Предварительное (эскизное) и детальное (техническое) проектирование ПО;

Разработка программных компонент, их комплексирование и отладка ПО в целом;

Испытания, опытная эксплуатация и тиражирование ПО;

Регулярная эксплуатация ПО, поддержка эксплуатации и анализ результатов;

Сопровождение ПО, его модификация и совершенствование, создание новых версий.

Данная модель является общепринятой и соответствует как отечественным нормативным документам в области разработки программного обеспечения, так и зарубежным. С точки зрения обеспечения технологической безопасности целесообразно рассмотреть более подробно особенности представления этапов ЖЦ в зарубежных моделях, так как именно зарубежные программные средства являются наиболее вероятным носителем программных дефектов диверсионного типа.

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90

ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Графическое представление моделей ЖЦ позволяет наглядно выделить их особенности и некоторые свойства процессов.

Первоначально была создана каскадная модель ЖЦ, в которой крупные этапы начинались друг за другом с использованием результатов предыдущих работ. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Неточность какого-либо требования или некорректная его интерпретация в результате приводит к тому, что приходится «откатываться» к ранней фазе проекта и требуемая переработка не просто выбивает проектную команду из графика, но приводит часто к качественному росту затрат и, не исключено, к прекращению проекта в той форме, в которой он изначально задумывался. Основное заблуждение авторов водопадной модели состоит в предположениях, что проект проходит через весь процесс один раз, спроектированная архитектура хороша и проста в использовании, проект осуществления разумен, а ошибки в реализации легко устраняются по мере тестирования. Эта модель исходит из того, что все ошибки будут сосредоточены в реализации, а потому их устранение происходит равномерно во время тестирования компонентов и системы. Таким образом, водопадная модель для крупных проектов мало реалистична и может быть эффективно использована только для создания небольших систем.

Наиболее специфической является спиралевидная модель ЖЦ. В этой модели внимание концентрируется на итерационном процессе начальных этапов проектирования. На этих этапах последовательно создаются концепции, спецификации требований, предварительный и детальный проект. На каждом витке уточняется содержание работ и концентрируется облик создаваемого ПО, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации. На каждой итерации оцениваются:

Риск превышения сроков и стоимости проекта;

Необходимость выполнения ещё одной итерации;

Степень полноты и точности понимания требований к системе;

Целесообразность прекращения проекта.

Стандартизация ЖЦ ПО проводится по трем направлениям. Первое направление организуется и стимулируется Международной организацией по стандартизации (ISO - International Standard Organization) и Международной комиссией по электротехнике (IEC - International Electro-technical Commission). На этом уровне осуществляется стандартизация наиболее общих технологических процессов, имеющих значение для международной кооперации. Второе направление активно развивается в США Институтом инженеров электротехники и радиоэлектроники (IEEE - Institute of Electrotechnical and Electronics Engineers) совместно с Американским национальным институтом стандартизации (American Na-tional Standards Institute-ANSI). Стандарты ISO/IEC и ANSI/IEEE в основном имеют рекомендательный характер. Третье направление стимулируется Министерством обороны США (Department of Defense-DOD). Стандарты DOD имеют обязательный характер для фирм, работающих по заказу Министерства обороны США.

Для проектирования ПО сложной системы, особенно системы реального времени, целесообразно использовать общесистемную модель ЖЦ, основанную на объединении всех известных работ в рамках рассмотренных базовых процессов. Эта модель предназначена для использования при планировании, составлении рабочих графиков, управлении различными программными проектами.

Совокупность этапов данной модели ЖЦ целесообразно делить на две части, существенно различающихся особенностями процессов, технико-экономическими характеристиками и влияющими на них факторами.

В первой части ЖЦ производится системный анализ, проектирование, разработка, тестирование и испытания ПО. Номенклатура работ, их трудоемкость, длительность и другие характеристики на этих этапах существенно зависят от объекта и среды разработки. Изучение подобных зависимостей для различных классов ПО позволяет прогнозировать состав и основные характеристики графиков работ для новых версий ПО.

Вторая часть ЖЦ, отражающая поддержку эксплуатации и сопровождения ПО, относительно слабо связана с характеристиками объекта и среды разработки. Номенклатура работ на этих этапах более стабильна, а их трудоемкость и длительность могут существенно изменяться, и зависят от массовости применения ПО. Для любой модели ЖЦ обеспечение высокого качества программных комплексов возможно лишь при использовании регламентированного технологического процесса на каждом из этих этапов. Такой процесс поддерживается средствами автоматизации разработки, которые целесообразно выбирать из имеющихся или создавать с учетом объекта разработки и адекватного ему перечня работ.

Следует начать с определения, Жизненный цикл программного обеспечения (Software Life Cycle Model) — это период времени, который начинается с момента принятия решения о создании программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл — процесс построения и развития ПО.

Модели Жизненного цикла программного обеспечения

Жизненный цикл можно представить в виде моделей. В настоящее время наиболее распространенными являются: каскадная , инкрементная (поэтапная модель с промежуточным контролем ) и спиральная модели жизненного цикла.

Каскадная модель

Каскадная модель (англ . waterfall model ) — модель процесса разработки программного обеспечения, жизненный цикл которой выглядит как поток, последовательно проходящий фазы анализа требований, проектирования. реализации, тестирования, интеграции и поддержки.

Процесс разработки реализуется с помощью упорядоченной последовательности независимых шагов. Модель предусматривает, что каждый последующий шаг начинается после полного завершения выполнения предыдущего шага. На всех шагах модели выполняются вспомогательные и организационные процессы и работы, включающие управление проектом, оценку и управление качеством, верификацию и аттестацию, менеджмент конфигурации, разработку документации. В результате завершения шагов формируются промежуточные продукты, которые не могут изменяться на последующих шагах.

Жизненный цикл традиционно разделяют на следующие основные этапы :

  1. Анализ требований,
  2. Проектирование,
  3. Кодирование (программирование),
  4. Тестирование и отладка,
  5. Эксплуатация и сопровождение.

Достоинства модели:

  • стабильность требований в течение всего жизненного цикла разработки;
  • на каждой стадии формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
  • определенность и понятность шагов модели и простота её применения;
  • выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие ресурсы (денежные. материальные и людские).

Недостатки модели:

  • сложность чёткого формулирования требований и невозможность их динамического изменения на протяжении пока идет полный жизненный цикл;
  • низкая гибкость в управлении проектом;
  • последовательность линейной структуры процесса разработки, в результате возврат к предыдущим шагам для решения возникающих проблем приводит к увеличению затрат и нарушению графика работ;
  • непригодность промежуточного продукта для использования;
  • невозможность гибкого моделирования уникальных систем;
  • позднее обнаружение проблем, связанных со сборкой, в связи с одновременной интеграцией всех результатов в конце разработки;
  • недостаточное участие пользователя в создании системы — в самом начале (при разработке требований) и в конце (во время приёмочных испытаний);
  • пользователи не могут убедиться в качестве разрабатываемого продукта до окончания всего процесса разработки. Они не имеют возможности оценить качество, т.к.нельзя увидеть готовый продукт разработки;
  • у пользователя нет возможности постепенно привыкнуть к системе. Процесс обучения происходит в конце жизненного цикла, когда ПО уже запущено в эксплуатацию;
  • каждая фаза является предпосылкой для выполнения последующих действий, что превращает такой метод в рискованный выбор для систем, не имеющих аналогов, т.к. он не поддается гибкому моделированию.

Реализовать Каскадную модель жизненного цикла затруднительно ввиду сложности разработки ПС без возвратов к предыдущим шагам и изменения их результатов для устранения возникающих проблем.

Область применения Каскадной модели

Ограничение области применения каскадной модели определяется её недостатками. Её использование наиболее эффективно в следующих случаях:

  1. при разработке проектов с четкими, неизменяемыми в течение жизненного цикла требованиями, понятными реализацией и техническими методиками;
  2. при разработке проекта, ориентированного на построение системы или продукта такого же типа, как уже разрабатывались разработчиками ранее;
  3. при разработке проекта, связанного с созданием и выпуском новой версии уже существующего продукта или системы;
  4. при разработке проекта, связанного с переносом уже существующего продукта или системы на новую платформу;
  5. при выполнении больших проектов, в которых задействовано несколько больших команд разработчиков.

Инкрементная модель

(поэтапная модель с промежуточным контролем)

Инкрементная модель (англ . increment — увеличение, приращение) подразумевает разработку программного обеспечения с линейной последовательностью стадий, но в несколько инкрементов (версий), т.е. с запланированным улучшением продукта за все время пока Жизненный цикл разработки ПО не подойдет к окончанию.


Разработка программного обеспечения ведется итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

В начале работы над проектом определяются все основные требования к системе, подразделяются на более и менее важные. После чего выполняется разработка системы по принципу приращений, так, чтобы разработчик мог использовать данные, полученные в ходе разработки ПО. Каждый инкремент должен добавлять системе определенную функциональность. При этом выпуск начинают с компонентов с наивысшим приоритетом. Когда части системы определены, берут первую часть и начинают её детализировать, используя для этого наиболее подходящий процесс. В то же время можно уточнять требования и для других частей, которые в текущей совокупности требований данной работы были заморожены. Если есть необходимость, можно вернуться позже к этой части. Если часть готова, она поставляется клиенту, который может использовать её в работе. Это позволит клиенту уточнить требования для следующих компонентов. Затем занимаются разработкой следующей части системы. Ключевые этапы этого процесса — простая реализация подмножества требований к программе и совершенствование модели в серии последовательных релизов до тех пор, пока не будет реализовано ПО во всей полноте.

Жизненный цикл данной модели характерен при разработке сложных и комплексных систем, для которых имеется четкое видение (как со стороны заказчика, так и со стороны разработчика) того, что собой должен представлять конечный результат. Разработка версиями ведется в силу разного рода причин:

  • отсутствия у заказчика возможности сразу профинансировать весь дорогостоящий проект;
  • отсутствия у разработчика необходимых ресурсов для реализации сложного проекта в сжатые сроки;
  • требований поэтапного внедрения и освоения продукта конечными пользователями. Внедрение всей системы сразу может вызвать у её пользователей неприятие и только “затормозить” процесс перехода на новые технологии. Образно говоря, они могут просто “не переварить большой кусок, поэтому его надо измельчить и давать по частям”.

Достоинства и недостатки этой модели (стратегии) такие же, как и у каскадной (классической модели жизненного цикла). Но в отличие от классической стратегии заказчик может раньше увидеть результаты. Уже по результатам разработки и внедрения первой версии он может незначительно изменить требования к разработке, отказаться от нее или предложить разработку более совершенного продукта с заключением нового договора.

Достоинства:

  • затраты, которые получаются в связи с изменением требований пользователей, уменьшаются, повторный анализ и совокупность документации значительно сокращаются по сравнению с каскадной моделью;
  • легче получить отзывы от клиента о проделанной работе — клиенты могут озвучить свои комментарии в отношении готовых частей и могут видеть, что уже сделано. Т.к. первые части системы являются прототипом системы в целом.
  • у клиента есть возможность быстро получить и освоить программное обеспечение — клиенты могут получить реальные преимущества от системы раньше, чем это было бы возможно с каскадной моделью.

Недостатки модели:

  • менеджеры должны постоянно измерять прогресс процесса. в случае быстрой разработки не стоит создавать документы для каждого минимального изменения версии;
  • структура системы имеет тенденцию к ухудшению при добавлении новых компонентов — постоянные изменения нарушают структуру системы. Чтобы избежать этого требуется дополнительное время и деньги на рефакторинг. Плохая структура делает программное обеспечение сложным и дорогостоящим для последующих изменений. А прерванный Жизненный цикл ПО приводит еще к большим потерям.

Схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к ПО. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ПО зафиксированы в виде технического задания на всё время её создания. Таким образом, пользователи зачастую получаю ПП, не удовлетворяющий их реальным потребностям.

Спиральная модель

Спиральная модель: Жизненный цикл — на каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки — анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов.


Данная модель представляет собой процесс разработки программного обеспечения, сочетающий в себе как проектирование, так и постадийное прототипировнаие с целью сочетания преимуществ восходящей и нисходящей концепции, делающая упор на начальные этапы жизненного цикла: анализ и проектирование. Отличительной особенностью этой модели является специальное внимание рискам, влияющим на организацию жизненного цикла.

На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

Жизненный цикл на каждом витке спирали — могут применяться разные модели процесса разработки ПО. В конечном итоге на выходе получается готовый продукт. Модель сочетает в себе возможности модели прототипирования и водопадной модели . Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. Главная задача — как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Достоинства модели:

  • позволяет быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований;
  • допускает изменение требований при разработке программного обеспечения, что характерно для большинства разработок, в том числе и типовых;
  • в модели предусмотрена возможность гибкого проектирования, поскольку в ней воплощены преимущества каскадной модели, и в то же время разрешены итерации по всем фазам этой же модели;
  • позволяет получить более надежную и устойчивую систему. По мере развития программного обеспечения ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации;
  • эта модель разрешает пользователям активно принимать участие при планировании, анализе рисков, разработке, а также при выполнении оценочных действий;
  • уменьшаются риски заказчика. Заказчик может с минимальными для себя финансовыми потерями завершить развитие неперспективного проекта;
  • обратная связь по направлению от пользователей к разработчикам выполняется с высокой частотой и на ранних этапах модели, что обеспечивает создание нужного продукта высокого качества.

Недостатки модели:

  • если проект имеет низкую степень риска или небольшие размеры, модель может оказаться дорогостоящей. Оценка рисков после прохождения каждой спирали связана с большими затратами;
  • Жизненный цикл модели имеет усложненную структуру, поэтому может быть затруднено её применение разработчиками, менеджерами и заказчиками;
  • спираль может продолжаться до бесконечности, поскольку каждая ответная реакция заказчика на созданную версию может порождать новый цикл, что отдаляет окончание работы над проектом;
  • большое количество промежуточных циклов может привести к необходимости в обработке дополнительной документации;
  • использование модели может оказаться дорогостоящим и даже недопустимым по средствам, т.к. время. затраченное на планирование, повторное определение целей, выполнение анализа рисков и прототипирование, может быть чрезмерным;
  • могут возникнуть затруднения при определении целей и стадий, указывающих на готовность продолжать процесс разработки на следующей и

Основная проблема спирального цикла — определение момента перехода на следующий этап. Для её решения вводятся временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла и переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование производится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах и личного опыта разработчиков.

Область применения спиральной модели

Применение спиральной модели целесообразно в следующих случаях:

  • при разработке проектов, использующих новые технологии;
  • при разработке новой серии продуктов или систем;
  • при разработке проектов с ожидаемыми существенными изменениями или дополнениями требований;
  • для выполнения долгосрочных проектов;
  • при разработке проектов, требующих демонстрации качества и версий системы или продукта через короткий период времени;
  • при разработке проектов. для которых необходим подсчет затрат, связанных с оценкой и разрешением рисков.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.


Введение

Промышленное применение компьютеров и растущий спрос на программы поставили актуальные задачи существенного повышения производительности разработки ПО , разработки индустриальных методов планирования и проектирования программ, переноса организационно-технических, технико-экономических и социально-психологических приемов, закономерностей и методов из сферы материального производства в сферу применения компьютеров. Комплексный подход к процессам разработки, эксплуатации и сопровождения ПО выдвинул ряд насущных проблем, решение которых исключит «узкие места» в проектировании программ, уменьшит сроки завершения работ, улучшит выбор и адаптацию существующих программ, а может быть и определит судьбу систем со встроенными ЭВМ.

В практике разработок больших программных проектов зачастую отсутствует единый подход к оцениванию затрат труда, сроков проведения работ и материальных затрат, что сдерживает повышение производительности разработки ПО, а в конечном счете – эффективное управление жизненным циклом ПО. Поскольку программа любого типа становится изделием (кроме, может быть, учебных, макетных программ), подход к ее изготовлению во многом должен быть аналогичен подходу к производству промышленной продукции, и вопросы проектирования программ становятся чрезвычайно важными. Эта идея лежит в основе книги Б.У. Боэма «Инженерное проектирование программного обеспечения», которую мы использовали при написании данной курсовой работы. В этой книге под проектированием ПО понимается процесс создания проекта программного изделия.


1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

ЖЦПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Существует несколько подходов при определении фаз и работ жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦПО), шагов процесса программирования, каскадная и спиральная модели. Но все они содержат общие основополагающие компоненты: постановка задачи, проектирование решения, реализация, обслуживание.

Наиболее известной и полной, пожалуй, является структура ЖЦПО по Боэму, включающая восемь фаз. Она и будет представлена в дальнейшем наиболее подробно.

Одним из возможных вариантов может послужить описание верхнего уровня по Леману, включающее три основные фазы и представляющее описание ЖЦПО в самом общем случае.

И, для разнообразия, – приведем шаги процесса программирования, представленные Д.Райли в книге «Использование языка Модула-2». Это представление, по-моему, является весьма простым и привычным, с него и начнём.

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

проектирование решения уже поставленной задачи (в общем, такое решение является менее формальным, чем окончательная программа);

кодирование программы, т. е. перевод спроектированного решения в программу, которая может быть выполнена на машине;

сопровождение программы, т.е. непрекращающийся процесс устранения в программе неполадок и добавления новых возможностей.

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающийпрограммист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

В случае большого программного проекта число пользователей, системных аналитиков и алгоритмистов может оказаться значительным. Кроме того, может возникнуть необходимость вернуться к предшествующим шагам в силу непредвиденных обстоятельств. Все это служит дополнительным аргументом в пользу тщательного проектирования программного обеспечения: результаты каждого шага должны быть полными, точными и понятными.

1.1.1 Постановка задачи

Одним из наиболее важных шагов программирования является постановка задачи. Она выполняет функции контракта между пользователем и программистом (программистами). Как и юридически плохо составленный контракт, плохая постановка задачи бесполезна. При хорошей постановке задачи как пользователь, так и программист ясно и недвусмысленно представляют задачу, которую необходимо выполнить, т.е. в этом случае учитываются интересы как пользователя, так и программиста. Пользователь может планировать использование еще несозданного программного обеспечения, опираясь на знание того, что оно может. Хорошая постановка задачи служит основой для формирования ее решения.

Постановка задачи (спецификация программы ); по существу, означает точное, полное и понятное описание того, что происходит при выполнении конкретной программы. Пользователь обычно смотрит на компьютер, как на черный ящик: для него неважно, как работает компьютер, а важно, что может компьютер из того, что интересует пользователя. При этом основное внимание фокусируется на взаимодействии человека с машиной.

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Точность , т.е. исключение любой неоднозначности. Не должно возникать вопросов относительно того, каким будет вывод программы при каждом конкретном вводе.

Полнота , т.е. рассмотрение всех вариантов для заданного ввода, включая ошибочный или непредусмотренный ввод, и определение соответствующего вывода.

Ясность , т.е. она должна быть понятной и пользователю и системному аналитику, поскольку постановка задачи – это единственный контракт между ними.

Часто требование точности, полноты и ясности находятся в противоречии. Так, многие юридические документы трудно понять, потому что они написаны на формальном языке, который позволяет предельно точно сформулировать те или иные положения, исключая любые самые незначительные разночтения. Например, некоторые вопросы в экзаменационных билетах иногда сформулированы настолько точно, что студент тратит больше времени на то, чтобы понять вопрос, чем на то чтобы на него ответить. Более того, студент вообще может не уловить основной смысл вопроса из-за большого количества деталей. Наилучшая постановка задачи та, при которой достигается баланс всех трех требований.

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

Такая постановка не удовлетворяет приведенным выше требованиям: она не является ни точной, ни полной, ни понятной. Действительно, должны ли числа вводиться по одному на строке или все числа на одной строке? Означает ли выражение «в порядке» упорядочение от большего к меньшему, от меньшего к большему или тот же порядок, в каком они были введены.

Очевидно, что подобная постановка не отвечает на множество вопросов. Если же учесть ответы на все вопросы, то постановка задачи станет многословной и трудной для восприятия. Поэтому Д. Райли предлагает для постановки задачи пользоваться стандартной формой, которая обеспечивает максимальную точность, полноту, ясность и включает:

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

ошибки (явно перечислены необычные варианты ввода, чтобы показать пользователям и программистам те действия, которые предпримет машина в подобных ситуациях);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

Вводятся три целых числа по одному числу на строке. При этом целым числом является одна или несколько последовательных десятичных цифр, которым может предшествовать знак плюс «+» или знак минус «–».

Выводятся три введенных целых числа, причем все три выводятся на одной строке. Смежные числа разделяются пробелом. Числа выводятся от меньшего к большему, слева направо.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

Жизненный цикл ПО. Стадии и этапы

Жизненный цикл ИС - ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования.

Стадия - часть процесса создания ПО, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

Жизненный цикл традиционно моделируется в виде некоторого числа последовательных этапов (или стадий, фаз). В настоящее время не выработано общепринятого разбиения жизненного цикла программной системы на этапы. Иногда этап выделяется как отдельный пункт, иногда - входит в качестве составной части в более крупный этап. Могут варьироваться действия, производимые на том или ином этапе. Нет единообразия и в названиях этих этапов.

Традиционно выделяются следующие основные этапы ЖЦ ПО:

Анализ требований,

Проектирование,

Кодирование (программирование),

Тестирование и отладка,

Эксплуатация и сопровождение.

Жизненный цикл ПО. Каскадная модель

каскадная модель (70-80г.г.) ≈ предполагает переход на следующий этап после полного окончания работ по предыдущему этапу,

Основным достижением каскадной модели является завершенность стадий. Это дает возможность планирования затрат и сроков. Кроме того, формируется проектная документация, обладающая полнотой и согласованностью.

Каскадная модель применима к небольшим программным проектам, с четко поставленными и не изменяемыми требованиями. Реальный процесс может выявить неудачи на любой стадии, что приводит к откату на одну из предыдущих стадий. Модель такого производства ПО – каскадно-возвратная

Жизненный цикл ПО. Поэтапная модель с промежуточным контролем

поэтапная модель с промежуточным контролем (80-85г.г.) ≈ итерационная модель разработки ПО с циклами обратной связи между этапами. Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной моделью; однако, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки,

Основные этапы решения задач

Целью программирования является описание процессов обработки данных (в дальнейшем - просто процессов).

Данные (data) - это представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и переработке в некоем процессе, а информация (information) - это смысл, который придается данным при их представлении.

Обработка данных (data processing) - это выполнение систематической последовательности действий с данными. Данные представляются и хранятся на носителях данных.

Совокупность носителей данных, используемых при какой-либо обработке данных называется информационной средой (data medium).

Набор данных, содержащихся в какой-либо момент в информационной среде - состояние информационной среды.

Процесс можно определить как последовательность сменяющих друг друга состояний некоторой информационной среды.

Описать процесс - значит определить последовательность состояний информационной среды. Чтобы по заданному описанию требуемый процесс порождался автоматически на каком-либо компьютере, необходимо, чтобы это описание было формализованным.

Критерии качества ПО

Коммерческое изделие (продукт, услуга) должны удовлетворять требованиям потребителя.

Качество – объективная характеристика товара (продукции, услуги), показывающая степень удовлетворенности потребителя

Характеристики качества:

› Работоспособность – система работает и реализует требуемые функции.

› Надежность – система работает без отказов и сбоев.

› Восстанавливаемость .

› Эффективность – система реализует свои функции наилучшим образом.

› Экономическая эффективность – минимальная стоимость конечного продукта при максимальной прибыли.

Характеристики качества:

› Учет человеческого фактора - удобство эксплуатации, быстрота обучения работе с ПП, удобство сопровождения, внесения изменений.

› Переносимость (мобильность) – переносимость кода на другую платформу или систему.

› Функциональная полнота – возможно наиболее полная реализация внешних функций.

› Точность вычисления

Свойства алгоритма.

Результативность означает возможность получения результата после выполнения конечного количества операций.

Определенность состоит в совпадении получаемых результатов независимо от пользователя и применяемых технических средств.

Массовость заключается в возможности применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных.

Дискретность - возможность расчленения процесса вычислений, предписанных алгоритмом, на отдельные этапы, возможность выделения участков программы с определенной структурой.

Способы описания алгоритмов

Существуют следующие способы описания (представления) алгоритмов:

1. словесное описание;

2. описание алгоритма с помощью математических формул;

3. графическое описание алгоритма в виде блок-схемы;

4. описание алгоритма с помощью псевдокода;

5. комбинированный способ изображения алгоритма с использованием словесного, графического и др. способов.

6. с помощью сетей Петри.

Словесное описание алгоритма представляет собой описание структуры алгоритма на естественном языке. Например, к приборам бытовой техники, как правило, прилагается инструкция по эксплуатации, т.е. словесное описание алгоритма, в соответствии с которым данный прибор должен использоваться.

Графическое описание алгоритма в виде блок-схемы – это описание структуры алгоритма с помощью геометрических фигур с линиями связи.

Блок схема алгоритма – это графическое представление метода решения задачи, в котором используются специальные символы для отображения операций.

Символы, из которых состоит блок-схема алгоритма, определяет ГОСТ 19.701-90. Этот ГОСТ соответствует международному стандарту оформления алгоритмов, поэтому блок-схемы алгоритмов, оформленные согласно ГОСТ 19.701-90, в разных странах понимаются однозначно.

Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, но частично формализованном языке. В псевдокоде используются некоторые формальные конструкции и общепринятая математическая символика. Строгих синтаксических правил для записи псевдокода не предусмотрено.

Рассмотрим простейший пример. Пусть необходимо описать алгоритм вывода на экран монитора наибольшего значения из двух чисел.


Рисунок 1 - Пример описания алгоритма в виде блок-схемы

Описание этого же алгоритма на псевдокоде:

2. Ввод чисел: Z, X

3. Если Z > X то Вывод Z

4. Иначе вывод Х

Каждый из перечисленных способов изображения алгоритмов имеет и достоинства и недостатки. Например, словесный способ отличается многословностью и отсутствием наглядности, но дает возможность лучше описать отдельные операции. Графический способ более наглядный, но часто возникает необходимость описать некоторые операции в словесной форме. Поэтому при разработке сложных алгоритмов лучше использовать комбинированный способ.

Виды алгоритмов

линейные;

ветвящиеся;

циклические.

· Линейный алгоритм - набор команд (указаний), выполняемых последовательно друг за другом.

· Разветвляющийся алгоритм - алгоритм, содержащий хотя бы одно условие, в результате проверки которого ЭВМ обеспечивает переход на один из двух возможных шагов.

· Циклический алгоритм - алгоритм, предусматривающий многократное повторение одного и того же действия (одних и тех же операций) Над новыми исходными данными. К циклическим алгоритмам сводится большинство методов вычислений, перебора вариантов. Цикл программы - последовательность команд (серия, тело цикла), которая может выполняться многократно (для новых исходных данных) до удовлетворения некоторому условию.

Си.Типы данных.

Тип данных – это описание диапазона значений, которые может принимать переменная, указанного типа. Каждый тип данных характеризуется:
  1. количеством занимаемых байт(размером)
  2. диапазоном значений которые может принимать переменная данного типа.

Все типы данных можно разделить на следующие виды:
  1. простые (скалярные) и сложные (векторные) типы;
  2. базовые (системные) и пользовательские(которые определил пользователь).
 В языке СИ систему базовых типов образуют четыре типа данных:
  1. символьный,
  2. целочисленный,
  3. вещественный одинарной точности,
  4. вещественный двойной точности.

Структура программы на Си.

1. Операторы языка C++

Операторы управляют процессом выполнения программы. Набор операторов языка С++ содержит все управляющие конструкции структурного программирования.
Составной оператор ограничивается фигурными скобками. Все другие операторы заканчиваются точкой с запятой.
Пустой оператор – ;
Пустой оператор – это оператор, состоящий только из точки с запятой. Он может появиться в любом месте программы, где по синтаксису требуется оператор. Выполнение пустого оператора не меняет состояния программы.
Составной оператор – {...}
Действие составного оператора состоит в последовательном выполнении содержащихся в нем операторов, за исключением тех случаев, когда какой-либо оператор явно передает управление в другое место программы.
Оператор обработки исключений

try { <операторы> }
catch (<объявление исключения>) { <операторы> }
catch (<объявление исключения>) { <операторы> }
...
catch (<объявление исключения>) { <операторы> }

Условный оператор

if (<выражение>) <оператор 1>

Оператор-переключатель

switch (<выражение>)
{ case <константное выражение 1>: <операторы 1>
case <константное выражение 2>: <операторы 2>
...
case <константное выражение N>: <операторы N>
}
Оператор-переключатель предназначен для выбора одного из нескольких альтернативных путей выполнения программы. Вычисление оператора-переключателя начинается с вычисления выражения, после чего управление передается оператору, помеченному константным выражением, равным вычисленному значению выражения. Выход из оператора-переключателя осуществляется оператором break. Если значение выражения не равно ни одному константному выражению, то управление передается оператору, помеченному ключевым словом default, если он есть.
Оператор цикла с предусловием

while (<выражение>) <оператор>

Оператор цикла с постусловием

do <оператор> while <выражение>;
В языке C++ этот оператор отличается от классической реализации цикла с постусловием тем, что при истинности выражения происходит продолжение работы цикла, а не выход из цикла.
Оператор пошагового цикла

for ([<начальное выражение>];
[<условное выражение>];
[<выражение приращения>])
<оператор>
Тело оператора for выполняется до тех пор, пока условное выражение не станет ложным (равным 0). Начальное выражение и выражение приращения обычно используются для инициализации и модификации параметров цикла и других значений. Начальное выражение вычисляется один раз до первой проверки условного выражения, а выражение приращения вычисляется после каждого выполнения оператора. Любое из трех выражений заголовка цикла, и даже все три могут быть опущены (не забывайте только оставлять точки с запятой). Если опущено условное выражение, то оно считается истинным, и цикл становится бесконечным.
Оператор пошагового цикла в языке С++ является гибкой и удобной конструкцией, поэтому оператор цикла с предусловием while используется в языке С++ крайне редко, т.к. в большинстве случаев удобнее пользоваться оператором for.
Оператор разрыва

break;
Оператор разрыва прерывает выполнение операторов while, do, for и switch. Он может содержаться только в теле этих операторов. Управление передается оператору программы, следующему за прерванным. Если оператор разрыва записан внутри вложенных операторов while, do, for, switch, то он завершает только непосредственно охватывающий его оператор.
Оператор продолжения

continue;
Оператор продолжения передает управление на следующую итерацию в операторах цикла while, do, for. Он может содержаться только в теле этих операторов. В операторах do и while следующая итерация начинается с вычисления условного выражения. В операторе for следующая итерация начинается с вычисления выражения приращения, а затем происходит вычисление условного выражения.
Оператор возврата

return [<выражение>];
Оператора возврата заканчивает выполнение функции, в которой он содержится, и возвращает управление в вызывающую функцию. Управление передается в точку вызывающей функции

If (логическое выражение)

оператор;

If (логическое выражение)

оператор_1;

оператор_2;

<логическое выражение> ? <выражение_1> : <выражение_2>;

Если значение логического выражения истинно, то вычисляется выражение_1, в противном случае вычисляется выражение_2.

switch (выражение целого типа)

case значение_1:

последовательность_операторов_1;

case значение_2:

последовательность_операторов_2;

case значение_n:

последовательность_операторов_n;

default:

последовательность_операторов_n+1;

Ветку default можно не описывать. Она выполняется, если ни одно из вышестоящих выражений не удовлетворено.

Оператор цикла.

В Турбо Си имеются следующие конструкции, позволяющие программировать циклы: while, do while и for . Их структуру можно описать следующим образом:

Цикл с проверкой условия наверху:

Оператор выбора

Если действия, которые необходимо выполнить в программе, зависят от значения некоторой переменной, можно использовать оператор выбора. При этом в C++ в качестве переменных в операторе выбора можно использовать только численные. В общем виде запись оператора выбора выглядит так:

switch(переменная)
{
case значение1:
действия1
break;

case значение2:
действия2
break;
...

default:
действия по умолчанию
}

Ключевое слово break необходимо добавлять в конец каждой ветви. Оно останавливает выполнение операции выбора. Если его не написать, после выполнения действий из одной ветви выбора продолжится выполнение действий из следующих ветвей. Однако иногда такое свойство выбора бывает полезным, например если необходимо выполнить одни и теже действия для различных значений переменной.

switch(переменная)
{
case значение1:
case значение2:
действия1
break;

case значение3:
действия2
break;
...
}

Пример использования выбора:

int n, x;
...
switch(n)
{
case 0:
break; //если n равна 0, то не выполняем никаких действий

case 1:
case 2:
case 3:
x = 3 * n; //если n равна 1, 2 или 3, то выполняем некоторые действия
break;

case 4:
x = n; //если n равна 4, то выполняем другие действия
break;

default:
x = 0; //при всех других значениях n выполняем действия по умолчанию
}

Си.Цикл: цикл с параметром

Общая форма записи

for (инициализация параметра; проверка условия окончания; коррекция параметра) {

блок операций;

for - параметрический цикл (цикл с фиксированным числом повторений). Для организации такого цикла необходимо осуществить три операции:

§ инициализация параметра - присваивание параметру цикла начального значения;

§ проверка условия окончания - сравнение величины параметра с некоторым граничным значением;

§ коррекция параметра - изменение значения параметра при каждом прохождении тела цикла.

Эти три операции записываются в скобках и разделяются точкой с запятой (;). Как правило, параметром цикла является целочисленная переменная.
Инициализация параметра осуществляется только один раз - когда цикл for начинает выполняться. Проверка условия окончания осуществляется перед каждым возможным выполнением тела цикла. Когда выражение становится ложным (равным нулю), цикл завершается. Коррекция параметра осуществляется в конце каждого выполнения тела цикла. Параметр может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Пример

#include
int main() {

for(num = 1; num < 5; num++)

printf("num = %d\n",num);

Си. Цикл с предусловием

Общая форма записи

while(выражение) {

блок операций;
}

Если выражение истинно (не равно нулю), то выполняется блок операций, заключенный в фигурные скобки, затем выражение проверяется снова. Последовательность действий, состоящая из проверки и выполнения блока операций, повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным (равным нулю). При этом происходит выход из цикла, и производится выполнение операции, стоящей после оператора цикла.

Пример

int k=5;
int i=1;
int sum=0;
while(i <=k) {

При построении цикла while, в него необходимо включить конструкции, изменяющие величину проверяемого выражения так, чтобы в конце концов оно стало ложным (равным нулю). Иначе выполнение цикла будет осуществляться бесконечно (бесконечный цикл), например

блок операций;
}

while - цикл с предусловием, поэтому вполне возможно, что тело цикла не будет выполнено ни разу если в момент первой проверки проверяемое условие окажется ложным.

Си. Цикл с постусловием

Цикл с постусловием do...while

Общая форма записи

блок операций;

} while(выражение);

Цикл с постусловием

Цикл do...while - это цикл с постусловием, где истинность выражения проверяется после выполнения всех операций, включенных в блок, ограниченный фигурными скобками.Тело цикла выполняется до тех пор, пока выражение не станет ложным, то есть тело цикла с постусловием выполнится хотя бы один раз.

Использовать цикл do...while лучше использовать в тех случаях, когда должна быть выполнена хотя бы одна итерация, либо когда инициализация объектов, участвующих в проверке условия, происходит внутри тела цикла.

Пример . Ввести число от 0 до 10

#include
#include
int main() {

system("chcp 1251");

printf("Введите число от 0 до 10: ");

scanf("%d", &num);

} while((num < 0) || (num > 10));

printf("Вы ввели число %d", num);

getchar(); getchar();

Определение функций

Рассмотрим определение функции на примере функции sum.

В языках C и C++, функции не должны быть определены до момента их использования, но они должны быть ранее объявлены. Но даже после всего этого, в конце концов, эта функция должна быть определена. После этого прототип функции и ее определение связываются, и эта функция может быть использована.

Если функция ранее была объявлена, она должна быть определена с тем же возвращаемым значением и типами данных, в противном случае, будет создана новая, перегруженная функция. Заметьте, что имена параметров функции не должны быть одинаковыми.

 

Возможно, будет полезно почитать: