Анализ совместимости приложения
В дополнение к определению ситуаций использования в документе требований следует четко описать предполагаемых клиентов системы, ограничения и требования к вычислительной аппаратуре и операционным системам. Документ требований к приложению можно представить как первого абстрактного пользователя вашей системы, желания и предпочтения которого следует учесть при разработке приложения. От того, насколько точно документ требований будет отражать чаяния, умения и навыки реальных клиентов, зависит успех вашего проекта.
На требования к приложению часто накладывают отпечаток реалии существующих аппаратных и программных систем, под которые разрабатывается проект. Очень важно, чтобы новая система органично влилась в те системы и структуры, которые на данный момент уже существуют у заказчика.
В идеале программист разрабатывает проект решения поставленных задач, а затем определяет, какая платформа и операционная система максимально подходят для проекта. Этот сценарий сколь идеален, столь и уникален. Чаще заказчик уже давно потратил деньги на определенную операционную систему или аппаратное обеспечение, а теперь хочет с их помощью реализовать новый проект. Важно еще на ранней стадии проектирования зафиксировать реальное программное и аппаратное обеспечение заказчика, чтобы строить новый проект в соответствии с этими реалиями.
Анализ существующих систем
Некоторые программы пишутся, чтобы работать самостоятельно вне каких бы то ни было систем, напрямую взаимодействуя лишь с конечным пользователем. Однако часто приходится разрабатывать проекты, которые необходимо внедрить в уже существующую систему. В таком случае следует проанализировать все детали и механизмы работы систем, с которыми требуется наладить взаимодействие. Будет ли создаваемая система сервером, обслуживающим существующую систему, или ее клиентом? Сможете ли вы добиться однотипности интерфейсов двух систем и адаптировать свой проект к имеющимся стандартам? Будут ли взаимосвязи с существующей системой статическими или динамическими?
На эти и аналогичные вопросы следует отвечать на этапе анализа, прежде чем вы приступите к проектированию новой системы. Кроме того, необходимо зафиксировать те ограничения, которые могут возникнуть косвенно в результате взаимодействия двух систем. Не замедлит ли новая система работу существующей системы, не исчерпает ли она предоставляемые ресурсы и машинное время и т.д.
Прочая документация
Когда наконец-то придет понимание того, что система должна делать и как себя вести, необходимо уточнить бюджет и сроки проекта. Часто крайний срок диктуется заказчиком: "На эту работу у вас 18 месяцев". У программиста на этот счет может быть свое мнение, которое необходимо высказать. Идеально, если заказчик и исполнитель придут к компромиссу, но в любом случае время и бюджет всякого проекта всегда ограничены. Уложиться в сроки и не превысить бюджет часто бывает труднее, чем написать программу.
При определении бюджета и сроков следует учесть два момента.
• Если вы определили, во сколько в среднем обойдется проект, то попросите немного больше, тогда, может быть, вам дадут ту сумму, на которую вы рассчитывали.
• Закон Либерти утверждает, что на все требуется больше времени, чем ожидалось,
даже если был учтен закон Либерти.
После того как время и бюджет будут установлены, определитесь с приоритетами. Вы все равно не уложитесь в срок, будьте к этому готовы. Важно, чтобы к тому моменту, когда нужно будет что-то показывать, у вас уже было что показать. Если вы строили мост, а время уже истекло, то позаботьтесь о том, чтобы была проложена хотя бы велосипедная дорожка. Это, конечно, не Бог весть что, но лучше чем ничего. По крайней мере, можно будет попросить денег на продолжение. Если же время истекло, а вы дошли только до середины реки, то это еще хуже.
Ко всем цифрам, зафиксированным в документации, следует относиться серьезно, но не "брать дурного в голову". В начале работ фактически невозможно точно оценить сроки выполнения проекта. Желательно приберечь для себя от 20 до 25% времени для маневра, если в ходе выполнения проекта возникнут неожиданности. В конце концов, для всех важен успех проекта и обоснованные колебания в сроках всегда допустимы.
Примечание: Мы вовсе не призываем к бесшабашному отношению к срокам, зафиксированным в документе. Просто реалии таковы, что на ранних этапах планирования невозможно точно определить, сколько времени и денег потребуется на разработку этого проекта. Приоритетом при этом должна быть максимальная реализация требований заказчика, что, вполне вероятно, может вызвать необходимость корректировки исходных цифр при выполнении проекта.
Визуализация
Визуализация является финальной частью документа требований. Такое модное название носят диаграммы, рисунки, изображения экранов, прототипы и другие визуальные средства, созданные для того, чтобы помочь в проектировании графического интерфейса пользователя создаваемого продукта.
При создании больших проектов бывает полезно разработать полный прототип проекта, чтобы лучше представить, как поведет себя система в тех или иных ситуациях. Часто графическое приложение к документации лучше всего справляется с функцией определения требований к проекту, так как позволяет наглядно увидеть, какой должна быть система и как она должна работать в конечном варианте.
Артефакты
К концу каждого этапа анализа и проектирования накапливается ряд документов, называемых артефактами. Приблизительный набор таких документов показан в табл. 18.1. Эти документы используются для организации взаимодействия и протоколирования отношений между заказчиком и исполнителем. Их подписание обеими сторонами гарантирует, что исполнитель четко понял и принял все требования заказчика и обязуется разработать в указанные сроки проект, который в окончательном варианте должен выполнять точно определенный ряд функций.
Таблица 18.1. Артефакты, составляющие документацию проекта
Проектирование
Во время анализа основное внимание уделяется рассмотрению домена и определению задач и требований к проекту, в то время как проектирование сосредоточено на поиске решений. Проектирование — это планирование практической реализации нашей идеальной модели средствами программирования. Результатом этого процесса является создание документа проекта приложения.
Документ проекта состоит из двух разделов: проекта классов и архитектуры приложения. Первый раздел, в свою очередь, содержит статический (описание различных классов, их структуры и характеристик) и динамический (описание взаимодействий классов) подразделы.
В разделе "Архитектура приложения" определяется время жизни различных объектов, их взаимоотношения, системы передачи объектов и другие механизмы реализации классов. Далее на этом занятии основное внимание уделяется проектированию классов, а все оставшиеся занятия посвящены рассмотрению различных структур архитектуры приложения.
Что такое классы
Изучая материалы этой книги, вы уже не раз делали попытку создавать классы в программах на языке C++. Но поскольку в данный момент речь идет не о разработке программы, а о ее проектировании, следует различать проекты классов и их реализацию средствами C++, хотя, безусловно, эти моменты тесно взаимосвязаны. Каждому классу в проекте будет соответствовать класс в программном коде, но все же не надо их путать. Ведь для реализации спроектированного класса можно использовать другой язык программирования, и даже в пределах C++ для реализации класса можно использовать различные средства программирования.
Далее не будем заострять на этом внимание, просто помните, что если планируется создать класс Кот с методом Мяу(), то в программу будут добавлены класс Cat с методом
Meow(), хотя реализовать их можно по-разному. Обратите внимание, что в тексте книги для классов проекта и классов программы использованы разные стили, чтобы помочь вам отличать их. Классы модели приложения отображаются в диаграммах UML, а классы C++ — в коде программы, который можно скомпилировать и запустить.
У начинающих программистов часто возникает проблема с определением необходимого количества классов для программы и функций, которые должен выполнять каждый отдельный класс. Один из наиболее упрощенных подходов к решению этой проблемы состоит в записи сценария для ситуации использования приложения. Затем можно попытаться создать классы для каждого сушествительного (объекта), упоминающегося в этом сценарии. Возьмем для примера приведенный ниже сценарий.
Клиент выбирает операцию снятия наличных с расчетного счета. На счете в банке имеется достаточная сумма, в ATM достаточно наличных и заправлена лента для квитанций, а сеть включена и работает. Кассовый аппарат ATM просит указать сумму, которая не должна превышать $300. Машина выдает указанную сумму и печатает квитанцию для клиента.
Из этого сценария можно извлечь такие классы:
• клиент;
• сумма;
• наличные;
• расчетный счет;
• счет;
• квитанция;
• лента для квитанций;
• банк;
• ATM;
• сеть;
• снятие со счета;
• машина.
Объединив синонимы и явно взаимосвязанные объекты, получаем следующий список:
• клиент;
• наличные (суммы на счете и снимаемая со счета);
• расчетный счет;
• счет;
• квитанции;
• ATM (кассовый аппарат);
• сеть.
Пока что неплохо для начала. Можно затем отобразить отношения между классами, как показано на рис. 18.12.
Рис. 18.12. Предварительная схема отношений между классами
Преобразования
Описанный в предыдущем разделе подход называется преобразованием объектов домена в объекты проекта. Большинству объектов домена в проекте соответствуют суррогаты. Термин "суррогат" вводится для того, чтобы отличать реальную квитанцию, выданную кассовым аппаратом, от виртуального объекта в программе, являющегося абстракцией, реализованной в программном коде.
Многие объекты домена имеют в проекте изоморфное представление, т.е. между объектами домена и проекта существует отношение один-к-одному. В других случаях, однако, один объект домена представлен в проекте целым рядом объектов. Иногда множества объектов домена могут быть представлены одним объектом в проекте.
Обратите внимание: на рис. 18.12 уже зафиксирован факт, что Расчетный счет является специализацией Счета. Аналогично, из анализа объектов домена известно, что кассовый аппарат ATM подготавливает и выдает Наличные и Квитанцию, поэтому данные отношения зависимости классов также отображены на рис. 18.12.
Отношение между Клиентом и Расчетным счетом менее очевидно. Известно, что такое отношение существует, но детали его пока скрыты, поэтому оставим анализ этого отношения на потом.
Другие преобразования
После преобразования объектов домена можно начинать поиск других полезных объектов этапа проектирования. Неплохо начать с создания интерфейсов. Каждый интерфейс между новой системой и любой из существующих (унаследованных) систем должен быть инкапсулирован в класс интерфейса. (Напомним, что мы занимаемся проектированием, а не написанием программы, поэтому не путайте класс интерфейса в проекте приложения с интерфейсом класса в коде приложения. Подмена этих терминов вызовет бессмыслицу.) Если будет осуществляться взаимодействие с базой данных определенного типа, это тоже следует зафиксировать в классе интерфейса.
Классы интерфейса инкапсулируют протоколы интерфейса и таким образом защищают код программы от изменений в другой системе. Они позволяют менять ваш собственный проект или подстраиваться к изменениям структуры других систем, не нарушая остального кода. Пока две системы продолжают поддерживать согласованный интерфейс, они могут развиваться независимо друг от друга.
Обработка данных
Аналогично создаются классы обработки данных. Если надо сделать преобразование из одного формата в другой (например, из градусов Фаренгейта в градусы Цельсия или из английской системы в метрическую), то эти операции можно инкапсулировать внутри класса обработки данных. Этот прием можно использовать при отправке данных в другие системы в определенном формате или для передачи данных в Internet. В общем, каждый раз, когда надо преобразовать данные в определенный формат, протокол следует инкапсулировать в классе обработки данных.
Отчеты
Каждый отчет, выводимый системой (или связанная группа отчетов) является кандидатом в классы. Протокол формирования отчета, куда входит сбор информации и способ ее отображения, следует инкапсулировать в класс обзора.
Устройства
Если система взаимодействует с устройствами или управляет ими (такими как принтеры, модемы, сканеры и т.п.), то особенности протокола устройства следует инкапсулировать в классе устройства. Благодаря этому, внося изменения в класс устройства, можно подключать к системе новые устройства, не нарушая остального кода.
Статическая модель
Когда создан первоначальный набор классов, пора начинать моделировать их отношения и взаимодействия. Для большей ясности сначала объясним статическую модель, а затем — динамическую. При реальном процессе проектирования можно свободно переходить от одной модели к другой, заполняя обе подробностями, фактически добавляя новые классы и описывая их по мере продвижения.
Статическая модель сосредоточена в трех областях: распределении ответственности, атрибутах и взаимодействии. Наиболее важная из них (на что в первую очередь обратим внимание) — это распределение ответственности между классами. Перед каждым классом должна быть поставлена одна конкретная задача, за выполнение котб- рой он несет ответственность.
Это не означает, что у каждого класса есть только один метод. Класс может содержать десятки методов. Однако все они должны быть согласованными и взаимосвязанными, т.е. должны обеспечивать выполнение единой задачи.
В хорошо спроектированной системе каждый объект является экземпляром класса, имеющего четко определенный набор функций и отвечающего за выполнение конкретной задачи. Классы обычно делегируют несвойственные им задачи другим, связанным с ними классам. Создание классов, имеющих одну область ответственности, — основа написания читабельного и легко поддерживаемого кода.
Чтобы разобраться с ответственностью классов, следует начать проектирование с создания карточек CRC.
Карточки CRC
CRC означает Class (класс), Responsibility (ответственность), Collaboration (сотрудничество). CRC представляет собой обычную бумажную карточку размером, не превышающим используемые в картотеках. Работая с такими карточками, вы, как Чапаев с помощью картошки, сможете наглядно объяснить коллегам, которым будет поручена разработка отдельных классов, как вы мыслите наладить распределение ответственности за выполнение тактических и стратегических задач между классами проекта.