Все мы хотим, чтобы наше ПО было быстродействующим, надежным, легким в использовании, читаемым, модульным, структурным и т.д. Но эти определения описывают два разных типа качества. Наличие или отсутствие таких качеств, как скорость и простота использования ПО, может быть обнаружено его пользователями. Эти качества можно назвать внешними факторами качества.

Такие характеристики ПО, как модульность или читаемость, являются внутренними факторами, понятными только для профессионалов, имеющих доступ к тексту ПО.

В конечном счете, только внешние факторы имеют значение. Но ключ к достижению внешних факторов спрятан во внутренних факторах: для того, чтобы достичь видимого качества, проектировщики и конструкторы должны иметь внутренние приемы, позволяющие улучшать скрытые от пользователя качества.

Последующие лекции представляют описание набора современных технических средств достижения внутреннего качества. Однако за частностями не следует терять из вида общую картину; внутренние технические приемы не являются самоцелью - они лишь средство достижения внешних качеств нашего продукта.

Рассмотрим самые важные внешние факторы качества, стремление к которым есть центральная задача ОО-построения ПО.

Определение: корректность

Корректность - это способность ПО выполнять точные задачи так, как они определены их спецификацией.

Корректность является важнейшим качеством. Если система не делает того, что она должна делать, то все остальное - ее быстродействие, хороший пользовательский интерфейс - не имеет особого значения.

Но легче сказать, чем сделать. Даже первый шаг к корректности уже труден: необходимо в точной форме специфицировать технические требования к системе, что само по себе является тяжелой задачей.

Методы обеспечения корректности обычно условны. Серьезная система ПО, даже небольшая по нынешним меркам, использует столь многое, что невозможно гарантировать ее корректность, работая со всеми компонентами на одном уровне. Необходим многоуровневый подход:

Рис. 1.1.  Слои в разработке ПО

В условном подходе к корректности мы заботимся только о том, чтобы обеспечить корректность каждого уровня, основываясь на предположении, что нижележащие уровни корректны. Это единственно реалистичный подход, поскольку он позволяет разделить проблему и на каждой ступени сконцентрироваться на ограниченном круге задач. Нельзя проверить, что программа на языке высокого уровня корректна, если не предположить, что используемый компилятор корректно реализует язык. Это не слепое доверие компилятору, а разделение проблемы на две: проверка корректности компилятора и проверка корректности программы относительно семантики языка.

В методе, описанном в нашей книге, слоев даже больше: разработка ПО будет основываться на библиотеках компонентов повторного использования, используемых во многих приложениях.

Рис. 1.2.  Уровни в процессе разработки, включающем повторное использование

Здесь также применим условный подход: следует обеспечить корректность библиотек и корректность приложения при условии, что библиотеки корректны.

Многие практики полагают, что достижение корректности ПО связано с тестированием и исправлением ошибок. Мы же более амбициозны: в дальнейших лекциях исследуется ряд технических приемов, в частности типизация и метод утверждений, направленных на построение ПО, корректного с самого начала. Исправление ошибок и тестирование, конечно, остаются необходимыми как средства дополнительной проверки результата. Можно было бы пойти дальше и принять совсем формальный подход к построению ПО. Это не является целью наших лекций, как ясно из несколько "робких" терминов - "проверять", "гарантировать", "обеспечивать", используемых выше вместо слова "доказывать". Все же многие из описанных ниже технических приемов происходят непосредственно от математических методов формальной спецификации и верификации программ, проходя длинный путь к обеспечению идеала корректности.

Определение: устойчивость

Устойчивость - это способность ПО соответствующим образом реагировать на аварийные ситуации.

Устойчивость дополняет корректность. Корректность относится к поведению системы в случаях, определенных спецификацией; устойчивость характеризует то, что происходит за пределами этой спецификации.

Рис. 1.3.   Устойчивость против корректности

Как видно из определения, устойчивость по своей природе более нечеткое понятие, чем корректность. Невозможно сказать, как в случае с корректностью, что в аварийных ситуациях система должна "выполнять свои задачи", поскольку ситуации выходят за пределы спецификации. Если бы эти задачи были известны, аварийный случай стал бы частью спецификации, и мы бы снова вернулись в область корректности.

Термин "нормальный" в этом смысле не означает "желательный", а просто "запланированный в проекте ПО". Хотя на первый взгляд может показаться парадоксальным, что ошибочный ввод может называться нормальным случаем, любой другой подход опирается на субъективные критерии и, таким образом, бесполезен.

Всегда будут существовать случаи, на которые спецификация явно не распространяется. Роль требования устойчивости - удостовериться, что и в таких случаях система не приводит к непоправимой ситуации; она должна выдать соответствующее сообщение об ошибке, гладко завершить работу или войти в так называемый режим "постепенного вывода из работы".

Определение: расширяемость

Расширяемость - это легкость адаптации ПО к изменениям спецификации.

Предполагается, что ПО должно быть гибким (soft) , и в принципе, оно такое и есть; ничего нет проще, чем изменить программу, если у вас есть доступ к ее исходному коду. Просто используйте свой любимый текстовый редактор.

Проблема расширяемости это проблема масштаба. Для маленьких программ изменение не является обычно большой проблемой, но по мере увеличения ПО адаптация становится все труднее. Большая программная система часто видится как огромный карточный дом, удаление одного элемента может привести к разрушению всего построения.

Нам нужна расширяемость, поскольку в основе ПО лежит человеческий феномен, склонный к изменчивости. Даже в научных расчетах, где можно ожидать, что законы физики неизменны, наше понимание этих законов и их моделирование будет изменяться.

Традиционные подходы к построению ПО не уделяли должного внимания изменениям. Они скорее исходили из идеального взгляда на жизненный цикл ПО, где требования замораживаются после завершения первоначальной ступени анализа. Последующий процесс посвящался проектированию и построению решения при фиксированных требованиях. Это вполне понятно: на том этапе развития дисциплины задача состояла в разработке надежных технических приемов для постановки и решения фиксированных проблем. Но сейчас стало возможным признать и рассмотреть центральный вопрос - что делать, если проблема изменяется в ходе ее решения. Изменения характерны для процесса разработки ПО: меняются требования, наше понимание требований, алгоритмы, представление данных, приемы реализации. Поддержка изменений является основной целью объектной технологии и постоянной темой нашей книги.

Хотя многие из технических приемов, улучшающих расширяемость, можно объяснить во вводных курсах и на небольших примерах, их значимость становится явной только для больших проектов. Для улучшения расширяемости важны два принципа:

[x]. Простота построения: простая архитектура легче адаптируется к изменениям, чем сложная.

[x]. Децентрализация: чем более автономны модули, тем выше вероятность того, что простое изменение затронет только один или небольшое количество модулей и не вызовет цепную реакцию изменений во всей системе.

ОО-метод - это, прежде всего, метод создания архитектуры системы, позволяющий проектировщику производить системы с простой и децентрализованной структурой даже для больших систем. Простота и децентрализация будут в следующих лекциях постоянными темами обсуждений, ведущих к ОО-принципам.

Определение: повторное использование

Повторное использование есть способность элементов ПО служить для построения многих различных приложений.

Необходимость и возможность повторного использования возникает из наблюдений сходства систем - системы ПО часто имеют похожую схему. Следует использовать это сходство и не изобретать велосипед заново. Понимание этой схемы даст возможность повторно применять созданный элемент ПО во многих других разработках.

Повторное использование влияет на все остальные аспекты качества ПО. Поскольку решение проблемы повторного использования в сущности означает, что нужно писать меньше программ, следовательно, можно прилагать больше усилий (при той же общей стоимости) к улучшению других факторов, таких как, например, корректность и устойчивость.

При создании индустрии ПО необходимость повторного использования становится насущной проблемой.

Повторное использование будет играть важную роль в обсуждениях в последующих лекциях, одна из которых (лекция 4) фактически полностью посвящена углубленному рассмотрению этого фактора качества, его конкретной пользе и связанным с ним возникающим проблемам.

Определение: совместимость

Совместимость - это легкость сочетания одних элементов ПО с другими.

Совместимость важна, поскольку мы не разрабатываем элементы ПО в вакууме: им необходимо взаимодействовать друг с другом. Но при этом слишком часто возникают проблемы, поскольку суждения разных элементов об остальном мире противоречивы. Простейшим примером может служить широкое разнообразие несовместимых файловых форматов, из-за чего, например, одна программа не может непосредственно использовать результат работы другой программы.

Ключ к совместимости находится в однородности построения и в стандартных соглашениях на коммуникации между программами. Эти подходы включают:

[x]. Стандартные форматы файлов, как в системе Unix, где каждый текстовый файл - это просто последовательность символов.

[x]. Стандартные структуры данных, как в системе Lisp, где все данные, а также программы, представлены бинарными деревьями (называемыми списками).

[x]. Стандартные пользовательские интерфейсы, как в различных версиях Windows, OS/2 и MacOS, где все инструменты опираются на единую парадигму для коммуникации с пользователем, основанную на стандартных компонентах, таких как окна, значки, меню и т. д.

Большая общность достигается при определении стандартных протоколов доступа ко всем важным элементам, управляемым программами. Такова идея, лежащая в основе абстрактных типов данных и ОО-подхода, а также так называемого связующего программного обеспечения (middleware), например CORBA и Microsoft's OLE-COM (ActiveX).

Определение: эффективность

Эффективность - это способность ПО как можно меньше зависеть от ресурсов оборудования: процессорного времени, пространства, занимаемого во внутренней и внешней памяти, пропускной способности, используемой в устройствах связи.

Почти синонимом эффективности является слово "производительность" (performance). В программистском сообществе есть два типичных отношения к эффективности:

[x]. Некоторые разработчики одержимы проблемами производительности, что заставляет их прилагать много усилий к предполагаемой оптимизации.

[x]. Существует общая тенденция недооценки вопросов эффективности, вытекающая из справедливых убеждений, существующих в промышленности:"сделай правильно, прежде чем сделать быстро" и "модель компьютера будущего года все равно будет на 50% быстрее".

Часто один и тот же человек в разное время высказывает разные типы отношения и является то доктором Abstract, то мистером Microsecond - происходит раздвоение личности, как в известной истории про доктора Джекила и мистера Хайда.

Где же истина? Разработчики часто явно излишне заботятся о микрооптимизации. Как уже отмечалось, эффективность не дорого стоит, если ПО некорректно. Можно привести новое изречение: "не беспокойтесь о быстродействии ПО, если оно к тому же и неверно". Забота об эффективности должна сопоставляться с другими целями, такими как расширяемость и возможность повторного использования. Оптимизация может сделать ПО настолько специализированным, что оно не будет годно для повторного использования и в случаях изменения спецификации. Более того, постоянно растущая мощь компьютерного оборудования позволяет нам слегка расслабиться и не стараться использовать последний байт или микросекунду.

Все это, однако, не умаляет важности эффективности. Никому не нравится, когда приходится ждать ответа от интерактивной системы или покупать дополнительную память для работы программы. Поэтому необдуманное отношение к производительности неприемлемо. Если конечная система медленно работает или громоздка, то начинают жаловаться и те, кто заявлял, что "скорость не так уж важна".

В этом вопросе отражается то, что я считаю главной характеристикой создания ПО. Построение ПО трудно именно потому, что оно требует принятия во внимание многих различных требований, часть из которых, например корректность, абстрактны и концептуальны, в то время как другие, например эффективность, конкретны и связаны со свойствами компьютерного оборудования.

Некоторые ученые считают разработку ПО отраслью математики, для некоторых инженеров - это отрасль прикладной технологии. На самом деле это и то, и другое. Разработчик ПО должен соединить абстрактные понятия с их конкретными реализациями, математику корректных вычислений с временными и пространственными ограничениями, возникающими из физических законов и ограниченности оборудования. Необходимость ублажать и ангелов, и чудищ - центральная проблема создания ПО.

Постоянное увеличение компьютерной мощи, каким бы оно ни было впечатляющим, не может заменить эффективность, по крайней мере, по трем причинам:

[x]. Тот, кто покупает больший и более быстрый компьютер, хочет видеть действительные выгоды от дополнительной мощности - решать новые задачи, более быстро работать со старыми задачами, решать более важные версии старых задач за то же время. Если новый компьютер решает старые задачи за то же самое время - это нехорошо!

[x]. Явный эффект повышения мощности компьютера сказывается тогда, когда велика доля "хороших" алгоритмов по отношению к плохим. Предположим, что новая машина работает в два раза быстрее, чем старая. Пусть n - размер решаемой задачи, а N - максимальный размер, при котором удается решить задачу на старом компьютере за приемлемое время. Если используется линейный алгоритм, временная сложность которого O(n) , то новый компьютер даст возможность решить задачу вдвое большего размера - 2*N. Для квадратичного алгоритма со сложностью O(n²) увеличение N составит только 41%. Переборный алгоритм со сложностью O(2ⁿ) добавит к N только единицу - небольшое улучшение за такие деньги.

[x]. В некоторых случаях эффективность может влиять на корректность. Спецификация может устанавливать, что ответ компьютера на определенное событие должен произойти не позже, чем за определенное время, например, бортовой компьютер должен быть готов определить и обработать сообщение с сенсора рычага управления двигателя достаточно быстро, чтобы сработало корректирующее действие. Эта связь между эффективностью и корректностью не ограничивается приложениями, работающими "в реальном времени"; немногие люди заинтересуются моделью предсказания погоды, которой требуется 24 часа, чтобы предсказать погоду на завтра.

Поскольку эта книга сосредоточивается на концепциях создания ОО-ПО, а не на вопросах реализации, только немногие разделы явным образом имеют дело с производительностью. Но проблема эффективности присутствует везде. Когда представляется ОО-решение некоторой проблемы, рассматривается не только элегантность решения, но и его эффективность. Когда вводится новый ОО-механизм, будь это сборка мусора, динамическое связывание, параметризация или повторное наследование, за этим стоит знание того, что затраты на реализацию механизма будут приемлемы по времени и памяти. Всегда, по возможности, будут упоминаться последствия изучаемых технических приемов на производительность.

Эффективность - только один из факторов качества; мы не должны (как некоторые специалисты) позволять ему главенствовать в наших разработках. Но это один из важных факторов, и он должен приниматься во внимание и в построении систем ПО, и в создании языков программирования. Если вы забудете о производительности, производительность забудет о вас.

Определение: переносимость

Переносимость - это легкость переноса ПО в различные программные и аппаратные среды.

Переносимость имеет дело с разнообразием не только физического оборудования, но чаще аппаратно-программного механизма, того, который мы действительно программируем, включающего операционную систему, систему окон, если она применяется, и другие основные инструменты. В дальнейшем в нашей книге будет использоваться слово "платформа" для обозначения аппаратно-программного механизма; примером платформы может служить "Intel X86 + Windows NT" (известная как "Wintel").

Существующие сегодня несовместимости различных платформ неоправданны. Для наивного наблюдателя единственным объяснением, кажется, заговор с целью ввести в заблуждение человечество вообще, и программистов в частности. Однако каковы бы ни были причины, разнообразие платформ делает переносимость главной заботой и разработчиков, и пользователей ПО.

Определение: простота использования

Простота использования - это легкость, с которой люди с различными знаниями и квалификацией могут научиться использовать ПО и применять его для решения задач. Сюда также относится простота установки, работы и текущего контроля.

Определение подчеркивает наличие различных уровней опытности потенциальных пользователей. Это требование ставит одну из важных проблем перед проектировщиками ПО, занимающимися простотой использования: как обеспечить подробное руководство и объяснения начинающим пользователям, не мешая умелым пользователям, которые сразу хотят приняться за работу?

Как и для многих других качеств, описанных в этой лекции, ключ к легкости использования - это структурная простота. Хорошо спроектированная система, построенная в соответствии с ясной хорошо продуманной структурой, будет более простой для изучения и использования, чем построенная беспорядочно. Выполнение этого условия способствует простоте системы, но его, конечно, недостаточно. То, что просто и ясно для проектировщиков, может быть трудным и неясным для пользователей, особенно если объяснение дается в терминах проектировщика, а не в терминах, доступных пользователю.

Простота использования - одна из областей, где ОО-метод особенно продуктивен; многие приемы, появившиеся вначале для решения вопросов проектирования и реализации, дали новые яркие идеи для построения интерфейса, ориентированного на конечного пользователя. В последних лекциях приводятся примеры на эту тему.

Желательно, чтобы проектировщики ПО, озабоченные простотой использования, с некоторым недоверием рассматривали принцип "знай пользователя". Изложенный в статье Хансена^1.1), он часто цитируется в литературе, посвященной пользовательским интерфейсам. Подразумевается, что хороший проектировщик должен приложить усилие для понимания того, для каких пользователей предназначена система. Этот взгляд игнорирует одно из свойств успешной системы: она всегда выходит за пределы предполагаемого круга пользователей. Напомню два старых известных примера - язык Fortran разрабатывался как инструмент для решения задачи небольшого сообщества инженеров и ученых, программирующих на IBM 704, операционная система Unix предназначалась для внутреннего использования в Bell Laboratories. Система, изначально спроектированная для особой группы людей, исходит из предположений, которые просто не будут работать для более широкой группы.

Хорошие проектировщики пользовательского интерфейса придерживаются более осмотрительной политики. Они делают как можно меньше предположений относительно своих пользователей. При проектировании интерактивной системы можно считать, что пользователи просто люди и что они умеют читать, двигать мышью, нажимать кнопки и набирать текст (медленно), и не более. Если ПО создается для специализированной области приложения, вероятно, можно, предположить, что пользователи знакомы с ее основными концепциями. Но даже это рискованно. Если перевернуть и перефразировать совет Хансена, то получим следующий принцип:

Принцип построения пользовательского интерфейса

Не делайте вид, что вы знаете пользователя - это не так.

Определение: функциональность

Функциональность - это степень возможностей, обеспечиваемых системой.

Одна из самых трудных проблем, с которой сталкивается руководитель проекта, - определение достаточной функциональности. Всегда существует желание добавлять в систему все новые и новые свойства. Желание, известное на языке индустрии как фичеризм (featurism) , часто ползучий фичеризм (creeping featurism) . Его последствия плачевны для внутренних проектов, где давление исходит от разных групп пользователей внутри одной и той же компании. Они еще хуже для коммерческих продуктов, испытывающих давление, например от журналистских сравнительных обзоров, представляющих чаще всего таблицу, включающую одновременно свойства разных конкурирующих продуктов.

Расширение свойств системы приводит к двум проблемам, одна сложнее другой. Более простая проблема - потеря непротиворечивости, которая может возникнуть при добавлении новых свойств, затрагивающих простоту использования. Известно, что пользователи жалуются, что все украшения новой версии продукта делают его ужасно сложным. Однако таким комментариям не стоит слишком доверять. Новые свойства не возникают из ничего - в основном они возникают из спроса пользователей, других пользователей. Что для меня выглядит ненужной безделушкой, может для вас быть необходимым свойством.

Каково же решение проблемы? Необходимо снова и снова работать над состоянием всего продукта, пытаясь привести его в соответствие с общим замыслом. Хорошее ПО основывается на небольшом количестве сильных идей. У него может быть много специальных свойств - все они должны быть следствиями основных положений. "Великий план" должен быть виден, и в нем всему должно отводиться свое место.

Более сложная проблема - слишком большое внимание к одним свойствам в ущерб другим качествам системы. В проектах часто встречается ошибка, ситуация, которую описал Роджер Осмонд в виде двух возможных путей работы над проектом:

Рис. 1.4.  Кривые Осмонда; по [Osmond 1995]

Нижняя кривая описывает фичеризм: в лихорадочной погоне за дополнительными свойствами теряется нить общего качества. Завершающая фаза такого проекта, предполагающая общую корректировку всех свойств, может быть долгой и напряженной. Если под давлением пользователей или конкурентов вы вынуждены выпустить продукт достаточно быстро - на стадиях, отмеченных на рисунке квадратами, - результат может повредить вашей репутации.

Осмонд предлагает (верхняя кривая) во время создания проекта поддерживать на высоком постоянном уровне качество всех факторов, кроме функциональности. Никаких компромиссов по надежности, расширяемости и прочим факторам: вы просто отказываетесь от добавления новых свойств до тех пор, пока вас удовлетворяют существующие.

Этот метод трудно осуществить в повседневной практике из-за упомянутого давления, но он в конечном итоге дает более эффективный процесс создания качественного ПО. Даже если окончательный результат тот же, что показан на рисунке, он достигается быстрее (хотя на рисунке время не отражено). Решение выпустить "скорую" версию становится если не легче, то проще: оно будет основываться на вашей оценке того, имеете ли вы уже достаточную долю полного набора свойств, способных привлечь, но не отвратить возможных клиентов. Может возникать вопрос: "достаточно ли это хорошо?", но не будет стоять вопрос: "будет ли это работать?"

Как знает любой читатель, который возглавлял проект создания ПО, легче одобрить такой совет, чем его использовать. Но каждый проект должен стараться следовать подходу, соответствующему лучшей кривой Осмонда. Этот подход соответствует кластерной модели, вводимой в одной из лекций книги в качестве общей схемы для дисциплинированной ОО-разработки. (См. лекцию 10 курса "Основы объектно-ориентированного проектирования" Кластерная модель жизненного цикла ПО)

Определение: своевременность

Своевременность - это выпуск ПО в нужный момент, то есть тогда или незадолго до того, как у пользователей появилась соответствующая потребность в подобной системе.

Несвоевременность - одно из больших разочарований нашей промышленности. Прекрасное ПО, появляющееся слишком поздно, может совсем не достичь своей цели. Так обстоит дело и в других отраслях промышленности, разница в том, что немногие продукты появляются так же быстро как программные.

Своевременность - до сих пор необычное явление для больших проектов. Когда корпорация Microsoft объявила, что его операционная система, находящаяся в разработке несколько лет, будет выпущена на месяц раньше, это была новость, достойная заголовка первой полосы Computer World^1.2) (в статье упоминались значительные задержки в предыдущих проектах).

Другие качества, кроме тех, которые до сих пор обсуждались, затрагивают пользователей систем ПО и людей, покупающих эти системы или заказывающих их разработки. В частности:

[x]. Верифицируемость (Verifiability) - это легкость подготовки процедур приемки, особенно тестовых данных, процедур обнаружения неполадок и трассировки ошибок на этапах заключительной проверки и введения проекта в действие.

[x]. Целостность (Integrity) - это способность ПО защищать свои различные компоненты (программы, данные) от несанкционированного доступа и модификации.

[x]. Восстанавливаемость (Repairability) - это способность облегчать устранение дефектов.

[x]. Экономичность (Economy) сочетается c своевременностью - это способность системы завершиться, не превысив выделенного бюджета или даже не истратив его.

Казалось бы, наличие хорошей документации это тоже один из факторов качества ПО. Но это не так - напротив, необходимость документации является следствием других факторов качества, рассмотренных выше. Выделим три вида документации:

[x]. Внешнюю, дающую пользователям возможность понять сильные стороны системы и удобство их использования. Необходимость в ней является следствием простоты использования системы.

[x]. Внутреннюю, дающую разработчикам ПО возможность понять структуру и реализацию системы, - следствие требования расширяемости.

[x]. Описывающую интерфейс модулей. Она дает возможность разработчикам понять функции, реализованные модулем, без изучения его реализации. Этот вид документации является следствием требования повторного использования и расширяемости, поскольку документация позволяет определить, будет ли данное изменение влиять на определенный модуль.

Документацию не следует считать независимой частью проекта. Предпочтительнее в максимально возможной степени создавать самодокументируемое ПО. Это справедливо для всех трех видов документации:

[x]. Включение возможности получения справки проясняет соглашения пользовательского интерфейса. Тем самым облегчается задача авторов руководств пользователей и других форм внешней документации.

[x]. Хороший язык реализации устраняет необходимость большой части внешней документации. Это будет одним из главных требований ОО-нотации, разработанной в этой книге.

[x]. Нотация будет поддерживать сокрытие информации и другие технические приемы (такие как утверждения), позволяющие отделить интерфейс модуля от его реализации. При этом становится возможным из текстов автоматически извлекать документацию интерфейса модулей. Эта тема подробно изучается в лекциях книги. Все эти приемы уменьшают роль традиционной документации, хотя, конечно, не следует ожидать, что они полностью ее заменят.

В данном обзоре внешних факторов качества ПО мы встретились с требованиями, которые могут конфликтовать друг с другом.

Как можно достичь целостности, если не вводить защиты различного рода, что неизбежно затруднит простоту использования? Экономичность часто конфликтует с функциональностью.

Оптимальная эффективность требует полной адаптации к определенному оборудованию и программной среде, что является противоположностью переносимости. Повторное использование требует решения общих задач, что расширяет границы, заданные спецификацией. Давление своевременности может склонить нас к технике RAD - быстрой разработки приложения (Rapid Application Development), что может повредить расширяемости. Хотя во многих случаях удается найти решение, примиряющее явно конфликтующие факторы, иногда приходится идти на компромисс.

Разработчики слишком часто и без колебаний идут на компромисс, не давая себе труда рассмотреть соответствующие вопросы и имеющиеся варианты. В таких молчаливых решениях доминирующим фактором обычно является эффективность. По-настоящему инженерный подход к созданию ПО подразумевает работу по ясной формулировке критериев и осознанного выбора вариантов.

Как бы ни были необходимы компромиссы между факторами качества, один из факторов стоит в стороне от остальных - корректность. Нет никакого оправдания тому, что корректность подвергается опасности ради других факторов, таких как эффективность. Если ПО не выполняет свою функцию, все остальное не имеет смысла.

Все описанные выше факторы важны. Но при современном состоянии индустрии ПО четыре фактора имеют особую важность:

[x]. Корректность и устойчивость: все еще слишком трудно создавать ПО без ошибок (bugs), и слишком сложно исправлять ошибки, когда они появляются. Разновидности технических приемов для улучшения корректности и устойчивости одни и те же: более систематические подходы к построению ПО; более формальные спецификации; встроенный контроль в течение всего процесса построения ПО (не просто испытания и отладка после создания); более совершенные языковые механизмы, такие как статическая типизация, утверждения, автоматическое управление памятью и упорядоченное управление исключительными ситуациями, обеспечение возможности разработчикам устанавливать требования корректности и устойчивости в сочетании с возможностью инструментов обнаруживать случаи несостоятельности до того, как они приведут к ошибкам. Близость вопросов корректности и устойчивости делает удобным введение общего термина для обозначения обоих факторов - надежность (reliability) .

[x]. Расширяемость и повторное использование: ПО должно быть легко изменяемым; компоненты создаваемого ПО должны быть широко применимы, и должен существовать больший перечень общецелевых компонентов, которые можно повторно использовать при разработке новой системы. Здесь также одни и те же идеи полезны для улучшения обоих качеств: любая идея, помогающая производить продукт с более децентрализованной архитектурой, компоненты которой автономны и взаимодействуют только через ограниченные и ясно определенные каналы, будет полезной. Термин модульность (modularity) включает повторное использование и расширяемость.

ОО-метод, детально изучаемый в последующих лекциях, может значительно улучшить четыре основных фактора качества, вот почему он так привлекателен. Он также может внести значительный вклад в другие аспекты, в частности:

[x]. Совместимость: метод обеспечивает общий стиль проектирования и стандартизацию интерфейсов модулей и систем, что помогает совместно работать разным системам.

[x]. Переносимость: уделяя особое внимание абстракции и скрытию информации, объектная технология способствует тому, что проектировщики начинают отделять спецификацию от особенностей реализации, что и облегчает перенос. Полиморфизм и динамическое связывание делает возможным создание системы, автоматически адаптируемой к аппаратно-программному механизму, например, различным системам окон или различным системам управления базами данных.

[x]. Простота использования: вклад ОО-инструментов в современные интерактивные системы, и особенно их пользовательские интерфейсы, так хорошо известен, что иногда он затмевает другие аспекты (люди, создающие рекламу - не единственные, кто называет "объектно-ориентированной" любую систему, использующую значки, окна и ввод с помощью мыши).

[x]. Эффективность: как отмечалось выше, повторное использование компонентов профессионального качества часто может значительно улучшить производительность.

[x]. Своевременность, экономичность и функциональность: ОО-техника дает возможность тем, кто ее освоил, производить ПО быстрее и по более низкой стоимости; она облегчает добавление функций и даже сама может предложить новые функции.

Несмотря на все эти успехи, мы должны помнить, что ОО-метод - это не панацея, и что многие обычные вопросы проектирования ПО остаются нерешенными. Помощь в решении проблемы - это не то же самое, что ее решение.

Приведенный список факторов не включил обычно приводимое качество: возможность сопровождения (maintainability). Чтобы понять почему, мы должны поближе взглянуть на лежащее в его основе понятие: сопровождение (maintenance) . Сопровождение начинается с момента поставки ПО пользователям.

Обсуждения методологии создания ПО обычно сосредоточивается на фазе разработки; то же находим и во вводных курсах по программированию. Но широко известно, что 70% стоимости ПО приходится на его сопровождение. Никакое изучение качества ПО не может быть удовлетворительным, если оно игнорирует этот аспект.

Что означает сопровождение для ПО? Если на минуту задуматься, то становится ясно, что этот термин употребляется неправильно: ПО не изнашивается от постоянного использования, и ему не требуется такое "обслуживание", как автомобилю или телевизору. Специалисты по программным продуктам используют это слово для описания уважаемых (noble) и не очень уважаемых функций сопровождения. К уважаемой, достойной части работы можно отнести модификацию системы. Поскольку спецификации компьютерных систем меняются, отражая изменения во внешнем мире, должны меняться и сами системы. Наименее уважаемая часть - это запоздалая отладка: удаление ошибок, которых не должно было быть в начале.

Рис. 1.5.  Распределение расходов на сопровождение. Источник: [Лиенц, 1980]

Вышеприведенная диаграмма, взятая из ключевого исследования Лиенца и Свонсона, проливает некоторый свет на то, что на самом деле значит включающий разнообразные понятия термин "сопровождение". Исследование рассмотрело 487 систем, разрабатывающих ПО разного рода; возможно, оно немного устарело, но более поздние публикации подтверждают те же общие результаты. Оно показывает долю стоимости, приходящуюся на каждый идентифицированный авторами вид работ по сопровождению.

Более двух пятых стоимости идет на расширения и модификации, требующиеся пользователям. Это то, что мы выше назвали уважаемой частью сопровождения, без которой работающая система обойтись не может. Неразрешенный вопрос в том, какую долю общей работы промышленность может сэкономить, если с самого начала она будет строить ПО, уделяя больше внимание расширяемости. Мы можем законно ожидать, что объектная технология здесь будет полезна.

Второй значимый фактор в распределении стоимости сопровождения особенно интересен: изменение формата данных. При изменении физической структуры файлов и других элементов данных приходится адаптировать программы. Например, американская почтовая служба несколько лет назад ввела почтовый код "5+4", использующий девять цифр вместо пяти. Пришлось переписывать многочисленные программы, имеющие дело с адресами и "знающих", что почтовый код состоит точно из пяти цифр. По сообщениям прессы, затраты оценивались в сотни миллионов долларов.

Другая известная проблема - Millenium - переход компьютеров на даты нового тысячелетия.

Вопрос не в том, что некоторая часть программы знает физическую структуру данных: это неизбежно, поскольку доступ к данным необходим. Но при традиционных методах построения это знание распространяется слишком на многие части системы, приводя к неоправданно большим программным изменениям при изменении физической структуры. Другими словами, если почтовые коды изменяются с пяти до девяти цифр или даты требуют еще одной цифры, то резонно ожидать, что программа, манипулирующая кодами и датами, будет требовать адаптации. Недопустимо лишь, чтобы изменения в программе были несоизмеримы по сравнению с концептуальным размером изменения спецификации.

Теория абстрактных типов данных даст ключ к этой проблеме (Лекция 6 подробно описывает абстрактные типы данных), позволяя программам иметь доступ к данным с помощью внешних свойств, а не физической реализации.

Следующие пункты в списке Лиенца и Свонсона также интересны, но не так непосредственно связаны с темами этой книги. Аварийная отладка (производимая в спешке, когда пользователь сообщает, что программа не дает ожидаемых результатов или ведет себя катастрофически) стoит больше, чем обычные плановые исправления. Это так не только потому, что она производится в короткие сроки, но и потому, что она прерывает плановый процесс выпуска новых (безошибочных) вариантов и может дать новые ошибки.

Еще одно интересное наблюдение в распределении затрат по видам деятельности - это сравнительно низкая доля (5,5%) стоимости документации. Помните, что это - стоимость задач, решаемых в период эксплуатации. Наблюдение здесь - или скорее, догадка, при отсутствии более точных данных - таково: проект должен либо заботиться о том, чтобы создание документации стало частью разработки, либо совсем не делать этого. Мы научимся использовать стиль построения, в котором большая часть документации действительно встроена в ПО, и есть специальные инструменты для ее извлечения.

Последние два вида работ дают очень малую долю:

[x]. Первый - это улучшение эффективности; похоже, предполагается, что когда система работает, менеджеры проекта и программисты неохотно прерывают ее работу с целью улучшения производительности, предпочитая не трогать довольно хорошую систему. (При рассмотрении принципа "сначала сделай ее хорошо, а потом сделай ее быстрой" многие проекты, возможно, вполне довольствуются первым шагом.)

[x]. Небольшие средства тратятся и на "переход к новой аппаратной среде". Из-за отсутствия более детальных данных можно высказать лишь некоторое предположение. Все системы относятся к двум крайним случаям, промежуточные варианты практически отсутствуют. В первом случае системы изначально строятся как переносимые, и потому для них этот вид затрат невелик. Другие настолько тесно привязаны к своей первоначальной платформе и перенос был бы так труден, что разработчики даже не пытаются делать что-то в этом направлении.

[x]. Целью программной инженерии является нахождение путей построения ПО высокого качества.

[x]. Качество ПО лучше всего видится как компромисс между целым рядом различных целей, а не как единый фактор.

[x]. Внешние факторы, понятные пользователям и клиентам, следует отличать от внутренних факторов, понятных проектировщикам и конструкторам.

[x]. Действительное значение имеют внешние факторы, но управление системой возможно только через внутренние факторы, благодаря которым достигается нужный эффект.

[x]. Список основных внешних факторов качества приведен выше. ОО-метод направлен на улучшение качества тех факторов, которые прежде всего нуждаются в лучших подходах. К ним относятся факторы корректности и устойчивости, связанные с безопасностью, вместе известные как надежность, и факторы, требующие децентрализованной архитектуры ПО, - повторное использование и расширяемость, вместе известные как модульность.

[x]. Сопровождение ПО, потребляющее большую долю его стоимости, находится в невыгодном положении из-за трудности реализации изменений в ПО и из-за слишком большой зависимости программ от физической структуры данных, которыми они манипулируют.

Примечания:

ХансенаХансена 1.1

Computer WorldComputer World 1.2