Инструмент разработчика ПО: реализация
Начнем с нескольких предварительных замечаний. Считаем, что разработка ведется в объектно-ориентированной среде. Следовательно, будем моделировать объекты, но больше обращать внимание на их алгоритмическую и поведенческую часть. Однако разработчикам, не использующим ООП, не следует переживать: инструмент может использоваться и в классическом процедурном программировании. Этот инструмент - метод «Автоматно-алгоритмических схем».
Определение состава элементов уже в значительной степени выполнено выше: колонка «Базовое понятие» содержит все необходимое: Состояние, Событие, Действие, и Решение. Именно такой состав элементов, с небольшой коррекцией, содержится и в нашем методе. Рассмотрим их подробнее.
Состояние. В излагаемом методе состояние - элемент конечно-автоматного происхождения. Оно означает, что моделируемый объект в нем «находится». Находясь в некотором состоянии, объект не выполняет никаких действий. Состояние обозначается подобно UML, в виде вытянутого по горизонтали прямоугольника с закругленными углами, выполненного жирной линией (Рисунок 4). Содержимое состояния - только его название. Ширина фигуры должна быть достаточной для размещения названия элемента. Высота - как правило, достаточная для размещения одной строки текста.
Рисунок 4.
Находясь в некотором состоянии, объект может реагировать на события посредством принадлежащих этому состоянию реакций. По сути, реакция также конечно-автоматного происхождения, но в нашем методе ее смысл несколько отличается от автоматных понятий: она является следствием наступления конкретного события. В схеме может быть несколько реакций на одно и то же событие, но одному состоянию может принадлежать только одна реакция на это событие. Имя реакции совпадает с именем инициирующего ее события, поскольку в нашем представлении они тождественны. Реакция всегда принадлежит конкретному состоянию, и является единственным возможным путем выхода объекта из него.. Она изображается квадратом со скошенными углами, выполненным жирной линией, и примыкающим непосредственно к нижней грани состояния-владельца (Рисунок 5).
Рисунок 5.
Реакция является также отправной точкой некоторой последовательности действий - алгоритма. Все элементы алгоритма соединяются между собой направленными дугами - линиями обычной толщины со стрелками на конце. Дуги, в отличие от переходов в диаграммах состояний, не несут никакой смысловой нагрузки, кроме указания направления передачи (перемещения) действия объекта (Рисунок 6), что существенно упрощает восприятие схем. Алгоритм может ветвиться практически неограниченно, но конечными точками всех его ветвей должны быть те или иные состояния.
Рисунок 6.
Рассмотрим далее элемент «Действие» (Рисунок 6). Под ним понимается любой оператор действия какого-либо языка, или некоторая неразрывная последовательность действий. Это чисто алгоритмический символ, аналог символа «Процесс» по стандарту []. Он изображается прямоугольником с линиями обычной толщины, и с размерами, достаточными для размещения внутри него однозначного описания сути выполняемых действий. Например, описание может быть оператором присвоения, вызовом кого-либо метода, и т.д., а также может быть группой из нескольких подобных операций (Рисунок 7).
Рисунок 7.
Наконец, последний элемент нашего представления - Решение. По смыслу он аналогичен алгоритмическому символу «Решение» по []. Фактически это аналог операторов if - else, switch (case) в языках программирования. Он выполняется в виде ромба, усеченного сверху и снизу (Рисунок 8). Подобный вариант изображения предлагается стандартом [], считаю его весьма удобным.
Рисунок 8.
Он имеет две формы. Первая - простое решение - аналог операторов if - else (Рисунок 9).
Рисунок 9.
Здесь дуга, выходящая из бокового угла фигуры, всегда соответствует невыполнению условия (else). Дуга, выходящая снизу, соответствует выполнению условия (if). Такое жесткое сопоставление смысла выходных дуг с пространственным расположением их выходных точек существенно упрощает чтение схем: разработчику не надо вчитываться в текст дуги, чтобы понять, куда идет алгоритм при каких-либо условиях. Кроме того, обозначения дуг становятся ненужными, а схема освобождается от избыточной информации.
Вторая форма элемента «решение» - аналог операторов switch (case) (Рисунок 10). В отличие от первой, она дополняется колонкой выбора - узким вертикальным прямоугольником из линий обычной толщины, примыкающим к середине нижней грани основной фигуры. Колонка выбора служит для размещения на ней отправных точек специальных дуг - ветвей выбора, обозначающих варианты ветвления аналогично вхождениям case оператора switch (метки ветвления оператора case).
Рисунок 10.
Над первым отрезком ветви выбора указывается конкретное значение проверяемого в операторе выражения.
Такое расположение точек ветвления во многом соответствует стандарту []. Считаю его удобным, поскольку это напоминает структуру оператора многозначного выбора, и удобно для обозначения перечислимых типов, которые часто используются в подобных операторах.
Дуга, выходящая из бокового угла основной фигуры, всегда соответствует предложению default (otherwise, else) оператора switch (case). То есть переход по ней происходит, если не выполняется ни одно из условий ветвей выбора. Поэтому она также не нуждается в обозначении.
Несколько слов о правилах соединения элементов дугами. Основное направление развития действия - сверху вниз. Но не запрещены и другие направления, в том числе и возвраты, что позволяет отображать даже весьма сложные варианты алгоритмов. Сами дуги изображаются в виде ломаной линии с прямыми углами. При этом изгибы дуг изображаются закругленными, или виде скоса, что позволяет легко проследить каждую дугу от источника до целевого элемента (Рисунок 11). Дуги, идущие к одному элементу, могут частично совмещаться (сливаться) в одну линию, что освобождает схему от лишних линий, упрощая тем самым ее восприятие.
У каждого элемента, кроме реакции, имеется единственная входная точка в середине верхней грани фигуры. К ней подключаются все входные дуги элемента.
Рисунок 11.
Вот собственно, и все, что касается нотации автоматно-алгоритмических схем. Как видно, все элементы схем являются концептуально простыми, количество их минимально, правил - минимум. И при этом метод обладает весьма приличными возможностями в моделировании программных средств. Как уже было отмечено, программные блоки здесь начинаются с реакции, и заканчиваются на каком-либо состоянии. Это практически полная аналогия метода объекта в ООП, или функции в классическом программировании. В реальной модели такие блоки могут быть весьма сложными, разветвленными, причем каждая ветвь может заканчиваться на отдельном состоянии.
Вернемся к , и рассмотрим его в терминах изложенного метода. Фактически, содержимое блока Состояние 1 представляет собой некоторый алгоритм, управляемый событиями. В нашей системе обозначений изображенное на состояние будет выглядеть следующим образом:
Рисунок 12.
Читатель может возразить: вместо одного элемента - шесть: где же здесь упрощение? Ответ такой:
- В схеме всего 4 типа элементов, и каждый элемент отражает однозначное, односложное, и единственное понятие. Очень легко запомнить, легко читать, анализировать схемы. Для оценки содержимого схемы нет необходимости знать внутреннюю сложность элементов, вчитываться в текст внутри них.
- Достоинством схем является органичное совмещение двух представлений: автоматного и алгоритмического (отсюда и название метода), что дает уменьшение количества отображений, являющегося мультипликативным коэффициентом в отношении трудоемкости.
- Схема является фактически моделью поведения объекта, и в этом отношении она самодостаточна. То есть для представления поведения объекта не требуется никаких дополнительных средств.
Все это существенно упрощает, делает более предсказуемым и однозначным процесс создания программного обеспечения.
В качестве примера применения схем на представлена простейшая модель буфера сообщений (очереди) между двумя объектами. Он реагирует на три события: Готовность к записи (Готов), Запись в буфер (Запись), и Передача из буфера (Передача). Первые два события генерируются источником данных, последнее - приемником данных. Реакция «Запись» содержит параметр «Вход» - входное сообщение буфера. Реакция на событие «Готов» имеет возвращаемое источнику данных значение логического типа «Возврат», которое означает возможность записи в буфер. Реакция на событие «Запись» также имеет возвращаемое значение, которое означает, что запись в буфер выполнена. Для простоты операция перемещения указателей в пределах кольцевого буфера показана в виде инкремента «++». Буфер может находиться в одном из трех состояний: Свободен, Занят, и Переполнен.
Автоматно-алгоритмические схемы в силу своей простоты могут применяться программистами даже невысокой квалификации, при разработке программных средств и систем средней и малой сложности. Особенно они эффективны при разработке объектов, модулей с нетривиальным поведением, или со сложными алгоритмами, так как в этих случаях наиболее полно «работает» эффект наглядности поведения объекта. Метод полностью соответствует сформулированным выше , и вполне может служить основой для CASE-средств если не массового, то, как минимум, достаточно широкого применения.
