Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы ( Программные продукты, применяемые для реализации объектно-ориентированного подхода).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Современное общество живет в период, характеризующийся небывалым ростом информационных потоков. Информация может принести колоссальные деньги или сделать процветающее предприятие банкротом. Сегодня управление предприятием становится немыслимым без применения информационных технологий. Для принятия любого грамотного управленческого решения в условиях неопределенности и риска необходимо постоянно держать под контролем различные аспекты финансово-хозяйственной деятельности. Компьютерная обработка, информации давно и прочно вошла в такие области управления, как бухгалтерский учет, управление складом, ассортиментом, закупками. Однако современный бизнес требует гораздо более широкого применения информационных технологий в управлении предприятием.

В основе решения любых экономических задач лежит обработка информации. Для облегчения обработки информации создаются информационные системы.

В зависимости от предметной области информационные системы могут очень сильно различаться по своим функциям, архитектуре, реализации. Однако можно выделить ряд свойств, которые являются общими:

1. информационные системы предназначены для сбора, хранения, и обработки информации, поэтому в основе любой из них лежит среда хранения и доступа к данным;
2. информационные системы ориентируются на конечного пользователя, поэтому клиентские приложения информационной системы должны обладать простым, удобным, легко осваиваемым интерфейсом.

Таким образом, при разработке информационной системы приходится решать две задачи:

1. задачу разработки базы данных, предназначенной для хранения информации;
2. задачу разработки графического интерфейса пользователя.

Одним из эффективных направлений развития производства и совершенствования правления является разработка и внедрение на предприятии передовых информационных технологий, включающих в себя:

- определение функций, которые должны быть решены с целью обеспечения служб предприятия надежной и качественной информацией для принятия решений;

- определение задач, которые необходимо решить с целью обеспечения решения функций, определенных па первом этапе;

- определение перечня количественных и качественных показателей информации, необходимых для решения задач, определенных на втором этапе;

- определение форм и методов, основываясь на которых и/или используя которые с помощью количественных и качественных показателей достигается решение требуемых задач и определение заданных функций для принятия необходимых решений.

Несмотря на продолжительную историю создания в вузах информационных систем (ИС) поддержки управления и примеры успешного решения этой задачи в отдельных вузах, она по-прежнему является одной из важнейших задач вузовской информатизации. Необходимость ее решения становится еще более актуальной в связи с внедрением в университетах стратегического планирования, создания системы управления качеством.

Программные проекты зачастую достаточно сложны, и их декомпозиция (по принципу «разделяй и властвуй») - это основная стратегия борьбы со сложностью. Она состоит в разбиении проблемы на мелкие управляемые элементы. До появления объектно-ориентированного подхода к анализу и проектированию наиболее популярной методологией декомпозиции являлись структурный анализ и проектирование. Этот подход заключается в декомпозиции задачи на функции или процессы, приводящей к созданию иерархии процессов и подпроцессов.

Основная идея объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем состоит в рассмотрении предметной области и логического решения задачи с точки зрения объектов (понятий или сущностей).

В процессе объектно-ориентированного анализа основное внимание уделяется определению и описанию объектов (или понятий) в терминах предметной области. В процессе объектно-ориентированного проектирования определяются логические программные объекты, которые будут реализованы средствами объектно-ориентированного языка программирования. Эти программные объекты включают в себя атрибуты и методы. И наконец, в процессе конструирования или объектно-ориентированного программирования обеспечивается реализация разработанных компонентов на языке C++, C#, Java, Smalltalk или Visual Basic.

Целью данной работы является раскрытие современных методов и средств проектирования, в частно­сти в объектно-ориентированном подходе к проектированию информационных систем. Также будут приведены достоинства и недостатки ООП, рассмотрены программные продукты, применяемые при объектно-ориентированном подходе. На основании всего вышеперечисленного будет дано заключение.

1. Структура объектно-ориентированного программирования

1.1. Технологии программирования

Технология программирования - это совокупность методов и средств разработки (написания) программ и порядок применения этих методов и средств. На ранних этапах развития программирования, когда программы писались в виде последовательностей машинных команд, какая-либо технология программирования отсутствовала. Первые шаги в разработке технологии состояли в представлении программы в виде последовательности операторов. Написанию последовательности машинных команд предшествовало составление операторной схемы, отражающей последовательность операторов и переходы между ними. Операторный подход позволил разработать первые программы для автоматизации составления программ - так называемые составляющие программы. 

С увеличением размеров программ стали выделять их обособленные части и оформлять их как подпрограммы. Часть таких подпрограмм объединялась в библиотеки, из которых подпрограммы можно было включать в рабочие программы и затем вызывать из рабочих программ. Это положило начало процедурному программированию - большая программа представлялась совокупностью процедур-подпрограмм. Одна из подпрограмм являлась главной и с нее начиналось выполнение программы. 

В 1958 году были разработаны первые языки программирования, Фортран и Алгол-58. Программа на Фортране состояла из главной программы и некоторого количества процедур - подпрограмм и функций. Программа на Алголе-58 и его последующей версии Алголе-60 представляла собой единое целое, но имела блочную структуру, включающую главный блок и вложенные блоки подпрограмм и функций. Компиляторы для Фортрана обеспечивали раздельную трансляцию процедур и последующее их объединение в рабочую программу, первые компиляторы для Алгола предполагали, что транслируется сразу вся программа, раздельная трансляция процедур не обеспечивалась. 

Процедурный подход потребовал структурирования будущей программы, разделения ее на отдельные процедуры. При разработке отдельной процедуры о других процедурах требовалось знать только их назначение и способ вызова. Появилась возможность перерабатывать отдельные процедуры, не затрагивая остальной части программы, сокращая при этом затраты труда и машинного времени на разработку и модернизацию программ. 

Следующим шагом в углублении структурирования программ стало так называемое структурное программирование, при котором программа в целом и отдельные процедуры рассматривались как последовательности канонических структур: линейных участков, циклов и разветвлений. Появилась возможность читать и проверять программу как последовательный текст, что повысило производительность труда программистов при разработке и отладке программ.

С целью повышения структурности программы были выдвинуты требования к большей независимости подпрограмм, подпрограммы должны связываться с вызывающими их программами только путем передачи им аргументов, использование в подпрограммах переменных, принадлежащих другим процедурам или главной программе, стало считаться нежелательным.

Процедурное и структурное программирование затронули прежде всего процесс описания алгоритма как последовательности шагов, ведущих от варьируемых исходных данных к искомому результату. Для решения специальных задач стали разрабатываться языки программирования, ориентированные на конкретный класс задач: на системы управления базами данных, имитационное моделирование и т.д.

При разработке трансляторов все больше внимания стало уделяться обнаружению ошибок в исходных текстах программ, обеспечивая этим сокращение затрат времени на отладку программ.

Применение программ в самых разных областях человеческой деятельности привело к необходимости повышения надежности всего программного обеспечения. Одним из направлений совершенствования языков программирования стало повышения уровня типизации данных. Теория типов данных исходит из того, что каждое используемое в программе данное принадлежит одному и только одному типу данных. Тип данного определяет множество возможных значений данного и набор операций, допустимых над этим данным. Данное конкретного типа в ряде случаев может быть преобразовано в данное другого типа, но такое преобразование должно быть явно представлено в программе. В зависимости от степени выполнения перечисленных требований можно говорить об уровне типизации того или иного языка программирования.

Стремление повысить уровень типизации языка программирования привело к появлению языка Паскаль, который считается строго типизированным языком, хотя и в нем разрешены некоторые неявные преобразования типов, например, целого в вещественное. Применение строго типизированного языка при написании программы позволяет еще при трансляции исходного текста выявить многие ошибки использования данных и этим повысить надежность программы. Вместе с тем строгая типизация сковывала свободу программиста, затрудняла применение некоторых приемов преобразования данных, часто используемых в системном программировании. Практически одновременно с Паскалем был разработан язык Си, в большей степени ориентированный на системное программирование и относящийся к слабо типизированным языкам.

Все универсальные языки программирования, несмотря на различия в синтаксисе и используемых ключевых словах, реализуют одни и те же канонические структуры: операторы присваивания, циклы и разветвления. Во всех современных языках присутствуют предопределенные (базовые) типы данных (целые и вещественные арифметические типы, символьный и, возможно, строковый тип), имеется возможность использования агрегатов данных, в том числе массивов и структур (записей). Для арифметических данных разрешены обычные арифметические операции, для агрегатов данных обычно предусмотрена только операция присваивания и возможность обращения к элементам агрегата.

Вместе с тем при разработке программы для решения конкретной прикладной задачи желательна возможно большая концептуальная близость текста программы к описанию задачи. Например, если решение задачи требует выполнения операций над комплексными числами или квадратными матрицами, желательно, чтобы в программе явно присутствовали операторы сложения, вычитания, умножения и деления данных типа комплексного числа, сложения, вычитания, умножения и обращения данных типа квадратной матрицы. Решение этой проблемы возможно несколькими путями:

- Построением языка программирования, содержащего как можно больше типов данных, и выбором для каждого класса задач некоторого подмножества этого языка. Такой язык иногда называют языком-оболочкой. На роль языка-оболочки претендовал язык ПЛ/1, оказавшийся настолько сложным, что так и не удалось построить его формализованное описание. Отсутствие формализованного описания, однако, не помешало широкому применению ПЛ/1 как в Западной Европе, так и в СССР.

- Построением расширяемого языка, содержащего небольшое ядро и допускающего расширение, дополняющее язык типами данных и операторами, отражающими концептуальную сущность конкретного класса задач. Такой язык называют языком-ядром. Как язык-ядро были разработаны языки Симула и Алгол-68, не получившие широкого распространения, но оказавшие большое влияние на разработку других языков программирования.

Дальнейшим развитием второго пути явился объектно-ориентированный подход к программированию, рассматриваемый в следующем параграфе.

1.2. Сущность объектно-ориентированного подхода

Принципиальное различие между структурным и объектно-ориентированным подходом заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира. Понятие "объект" впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем абстрагирования на уровне компьютеров. С объектно-ориентированной архитектурой также тесно связаны объектно-ориентированные операционные системы. Однако наиболее значительный вклад в объектный подход был внесен объектными и объектно-ориентированными языками программирования: Simula, Smalltalk, C++, Object Pascal. На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования баз данных, в особенности подход "сущность-связь".