Адаптируемость программык модификациям Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

3. Аверкин AM., Батырин ИЗ., Блиншун А.Ф., Силаев Б.В., Тарасов Б.И. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. - М.: Наука, 1986. -312 с.

4. Финаев В.И., Белоглазое ДА. Микропроцессорный нечеткий регулятор подачи топлива // Материалы VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». - Таганрог, 2004.

5. Заде Л. Понятие лингвистических переменных и его применение к принятию приближенных решений. - М.: Мир, 1976. - 165 с.

Белоглазое Денис Александрович

Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: d.beloglazov@gmail.com.

347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.

.: 88634371689.

Кобереи Искандер Сулейман E-mail: salouma1@mail.ru.

Финаев Валерий Иванович

E-mail fin_val_iv@tsure.ru.

Beloglazov Denis Aleksandrovich

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: d.beloglazov@gmail.com.

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: 88634371689.

Kobersy Iskandar Syleiman

E-mail: salouma1@mail.ru.

Finaev Valery Ivanovich

E-mail fin_val_iv@tsure.ru.

УДК 004.416.6

И.А. Колоколов, A.H. Литвиненко АДАПТИРУЕМОСТЬ ПРОГРАММЫ К МОДИФИКАЦИЯМ

Рассматривается важное свойство программы - "адаптируемость к модификациям" и методы его достижения. Вводится понятие "виртуальные однородные пространст-". -венно повысить "адаптируемость к модификациям" программ за счет применения ассоциативных связей и дополнительной косвенности.

Адаптируемость; безболезненность; однородное пространство; виртуальное однородное пространство; регулярные правила; инвариантность; ассоциативные связи; мета.

I.A. Kolokolov, A.N. Litvinenko PROGRAM ADAPTABILITY TO MADIFICATIONS

The paper studies the important property of program - "adaptability to modifications" and methods of it achievement. The concept of "virtual homogeneous spaces" is introduced. Using of homogeneous spaces and regular agreements allows greatly to raise the "adaptability to modifications" of programs due to applying associative relations and additional indirection.

Aadaptability; painlessness; homogeneous space; virtual homogeneous space; regular rules; invariance; associative relations; metaprogramming.

Любая крупная программа (семейство программ) в своем жизненном цикле претерпевает революционные и эволюционные изменения. Революционные изменения кардинально преобразуют программу, однако потребность в них возникает . , -вило, на эволюционные изменения [6]. Эволюция программы идет частыми, но относительно небольшими шагами. На каждом шаге имеющийся код меняется (добавляется/удадяется/изменяется некоторая функциональность). Как сделать так, чтобы новые изменения органично вписались в уже существующую программу и чтобы эти эволюционные изменения проходили безболезненно, не угрожая работоспособности ранее написанных частей программы? Ответ на данный вопрос дается в данной статье.

Сформулируем основную задачу: необходимо повысить надежность (безболезненность) изменений и уменьшить требуемые ресурсы (временные, людские, требования к квалификации) при внесении эволюционных модификаций в программу.

Проблема внесения эволюционных изменений в сложную программу. Сегодня опытному программисту, да и вообще любому программисту, достаточно редко выпадает шанс начать работу над проектом "с чистого листа". В основном , -шихся или разработкой почти сформировавшихся программных продуктов.

, , ,

" " , , выкристаллизовавшиеся с опытом, для того чтобы возможные дальнейшие модификации его программы не нарушали ее работоспособности. И, напротив, как мучается программист, когда, достигнув некоего предела сложности своей програм, -сти внесения в нее новых изменений или дополнений, поскольку в памяти у него свежи воспоминания о небольших изменениях программы, приведших к ее некорректной работе или даже к ее неработоспособному состоянию на несколько дней,

n- . ,

, , желанию и своим принципам идет к компьютеру, вносит все необходимые изменения ... и надеется, что ничего "жизненно" важного не затронул в "организме"

, .

Пока размер вашей программы невелик и исчисляется несколькими файлами, вы можете даже и не задумываться о возможных проблемах и сложностях ее со.

файлов со сложной логикой и структурой, вы начинаете осознавать, что теряете контроль над программой и что уже не программа работает на вас, а вы на про. . Нередко эволюционные изменения в программе приводят к нарушению ее работоспособности, но самое страшное заключается в том, что большая часть програм,

без редактирования ранее отлаженного исходного кода либо вообще невозможно, либо для этого нужны какие-то немыслимые усилия и жертвы со стороны про, .

, " ". -ществует ряд механизмов, предназначенных для обеспечения надежности внесения очередного изменения в программу:

♦ Модуляризация с использованием цепочечного или каркасного подхода -расчленение программного материала на модули с цепочечной или каркасной организацией [5].

♦ Порождающее программирование (generative programming) - парадигма технологии разработки программного обеспечения, основанная на моделировании семейства программных систем, используя которые можно по конкретным техническим требованиям автоматически получить специализированный и оптимизированный промежуточный или конечный программный продукт из элементарных многократно используемых компо-

[4].

♦ Аспектно-ориентированное программирование (Aspect-oriented programming) - , -ности, особенно сквозной функциональности, для улучшения разбиения программы на модули, которые называются аспектами (aspects) [1].

В данной статье предлагаются новые механизмы для обеспечения программы важнейшим свойством - "адаптируемости к модификациям" и показывается плодотворность применения предлагаемого подхода для сопровождения работающих приложений.

Основной тезис данной статьи: чтобы писать программы, адаптируемые к модификациям, необходимо мыслить и программировать в стиле "дня всех сущностей, удовлетворяющих некоторому условию", т.е. выделять и использовать однородные пространства вместо явного перечисления (в том или ином виде) обраба-

. , -

гулярности.

Понятия безболезненности изменений и однородного пространства. Приведем несколько ключевых определений, которые помогут нам в дальнейшем лучше ориентироваться в рассуждениях и примерах данной статьи.

Безболезненность внесения очередного изменения - внесение очередного изменения в программу называется безболезненным, если после его внесения не нарушается работоспособность всей программы (функций и свойств, существо) [5, 6].

Однородное пространство - это набор однотипных элементов, имеющих одинаковые свойства и методы обработки. Элементы могут обладать достаточно сложной структурой и логикой. Однородное пространство имеет две составляющие: само хранилище однородных элементов (данные) и .механизм обработки дан-( ), элементов в хранилище этого пространства.

Элементы называются однотипными, если они принадлежат одному и тому же семейству и решают один и тот же класс задач. Например: индексы таблицы, пункты меню, операции по правой кнопке и т.д.

Постоянное однородное пространство - это однородное пространство, хранилище которого представляется созданной заранее структурой данных, содержащей некоторые элементы. Чаще всего оно имеет конкретное физическое представление на жестком диске в виде файла, таблицы и т.д. Постоянство является характеристикой хранилища однородных элементов. Например, таблица, содержащая список всех операций по правой кнопке мыши проекта. В данном случае

- , -

( ) .

Виртуальное однородное пространство - однородное пространство, которое заранее не задано и всегда собирается (строится) в динамике по определенным

правилам в результате выполнения некоторого "запроса построения однородного ". , так и в виртуальной или оперативной памяти. Виртуальность является характеристикой хранилища однородных элементов. Например, курсор (являющийся результатом запроса SELECT), содержит список всех индексов базы данных. В данном случае курсор - однородное пространство, а индексы - это однотипные (однородные) элементы.

Элементы однородного пространства могут быть разных типов:

♦ декларативные - элементы, содержащие только декларативную информацию (определение каких-нибудь параметров или переменных);

♦ процедурные - элементы, содержащие только процедурную информацию ( - );

♦ смешанные - элементы, содержащие одновременно и декларативную и процедурную информацию.

Одним из важных атрибутов элемента однородного пространства является "утовие применимости" данного элемента, причем для виртуальных однородных пространств это условие может быть вынесено на этап построения самого пространства. Например, имея однородное пространство пунктов меню, часть пунктов может отсутствовать в зависимости от какого-нибудь условия, например, под каким пользователем был произведен вход в программу.

Самые распространенные типы хранилища для однородных пространств -это таблицы (или курсоры) и XML-файлы (или строковые переменные с XML), , разметкой, массивы и т.д.

Постоянные однородные пространства программист создает заранее руками или с помощью специальных запросов, т.е. они всегда предопределены, а виртуальные однородные пространства всегда создаются в динамике с помощью специальных "запросов построения однородного пространства". Запросы построения

- ( ), -рых является хранилище однородного пространства. Их можно реализовать разными способами, с помощью языка SQL (дня обработки таблиц), XQuery или XSLT [7] (для обработки XML-файлов), или же с помощью процедур и функций целевого языка программирования (для обработки любых текстовых файлов). Принцип работы таких "запросов" заключается в том, что они делают выборку однотипных объектов из программного фонда проекта (программный фонд - совокупность программ, данных, тестов, документов и других материалов, накапливаемых при реализации программного проекта [5]), удовлетворяющих определен-( ), " -са" является хранилище однородного пространства, содержащее набор однотипных элементов. Например, для получения однородного пространства, содержаще-

Table1 Table2 -

: , ,

SQL :

Select object name(i1.object id) As tablename,

col_name(i1.object_id,i1.column_id) As colname, i2.name AS indexname

Into #indexinfo

From sys.index_columns i1

Inner Join sys.indexes i2 On i1.object_id=i2.object_id and i1.index_id=i2.index_id

Where object_name(i1.object_id) In ('Table1','Table2')

Результатом данного запроса будет временная таблица #1Мех1пРэ (виртуальное однородное пространство), содержащая информацию об индексах таблиц ТаЬ1е1 и ТаЬ1е2. И далее с этой временной таблицей мы можем работать как с однородным пространством, применяя механизмы обработки данного пространства. Например, можно удалить эти индексы, можно их переименовать или сменить их режим сортировки и т.д. Причем добавление/удадение/изменение индекса в одной из таблиц ТаЬ1е1 или ТаЬ1е2 не влечет за собой изменения ранее отлаженных , / / -мом однородном пространстве. Создавая данное однородное пространство, мы вынесли обработку "уыовия применимости" (берем только индексы таблиц ТаЬ1е1 и ТаЬ1е2) на этап построения самого пространства.

Ключевым этапом проектирования/р^работки любой крупной системы является работа с однородными пространствами. Важно вовремя увидеть, сформировать и применить однородное пространство. Некоторые однородные пространства видны сразу и очевидны, а некоторые мы замечаем позднее. Почему мы не сразу видим однородность? Это происходит из-за того, что со временем наша программа ,

логики, в связи с этим могут появляться однотипные элементы системы, количество которых может определить появление однородного пространства.

Однородные пространства - это своего рода конфигурационный ориентир

[5]. , - -

вании [2], выделение аспектов в аспектно-ориентированном программировании [1], вертикальные и горизонтальные слои Фуксмана [3] - это все конфигурацион-. , Горбуновым-Посадовым М.М. в книге "Расширяемые программы" [5], конфигурационный ориентиры - это решения и механизмы, к которым априорно тяготеет программист при разработке программы.

Адаптируемость и инвариантность

Инвариантность (лат. шуапаЫ^ - неизменный) - неизменность, независимость от некоторых условий или по отношению к некоторым преобразованиям.

Адаптируемость к модификациям можно определить как возможность внесения в программу безболезненных эволюционных модификаций. Важно отметить, что "адаптируемость к модификациям" - это не только внесение эволюционных модификаций без нарушения работоспособности программы, но и возможность внесения изменений без редактирования ранее отлаженных работоспособных фрагментов программы (инвариантность программы относительно измене). , -бой, а именно, понятие "адаптируемости к модификациям" включает в себя поня-.

, - -

низаций, где хранится информация об организациях (наименование, адрес, телефон и т.д.), то возникает необходимость в добавлении нового атрибута "ИНН" для организаций, которая влечет за собой внесение изменений в следующих местах: в таблице организаций; в обновляемых курсорах, в определении которых участвует таблица организаций; в экранной форме, реализующей справочник организаций; в отчетах по организациям. То есть приходится вносить изменения в ранее отлаженные работоспособные фрагменты программы, а это может повлечь за собой нарушение работоспособности программы. В идеале, необходимы механизмы, которые позволяли бы не редактировать ранее отлаженный программный код при появлении нового атрибута "ИНН" у организаций, и таким механизмом являются одно.

Напомним еще раз основной тезис данной статьи: чтобы писать программы, адаптируемые к модификациям, необходимо мыслить и программировать в стиле "дня всех сущностей, удовлетворяющих некоторому условию", т.е. выделять и использовать однородные пространства вместо явного перечисления (в том или ином виде) обрабатываемых элементов.

Регулярность

Часто, чтобы было возможно выделять однородные пространства, необходимо вносить в программирование больше регулярности.

Регулярность бывает нескольких видов:

♦ регулярность в наименованиях - определенные правила в наименованиях переменных, процедур, функций, файлов, индексов, связей (relation), свойств объектов и так далее;

♦ регулярность в ограничениях - определенные правила, следуя которым

/ / -системы. Например, ограничение целостности в базах данных;

♦ регулярность в умолчаниях - определенные правила, которые выполняются всегда по умолчанию, если разработчик их не переопределил или же вообще всегда по умолчанию без доступа переопределения для программиста. Яркий пример такой регулярности - это наследование в объектно-ориентированном программировании.

Используя больше регулярности в программе, нам, во-первых, будет проще разбираться в программе, а во-вторых, мы можем строить однородные пространства однотипных элементов, удовлетворяющих каким-то регулярным правилам.

, -, , -

граммы.

, .

рассмотрим простейший пример "Select * From", который повышает свойство "адаптируемость к модификациям" программы.

Пример "Select * from"

SQL :

select * from mytable (a)

позволяет сделать выборку всех столбцов из указанной таблицы mytable.

Существует и альтернативный способ выборки всех столбцов из таблицы, это достигается путем перечисления наименований всех столбцов таблицы:

select column1,column2,...,columnNfrom mytable (6)

Таких фрагментов, как (а) и (б), в программе может быть n-e количество, переплетенных с другими фрагментами, совместно реализующих некий функционал. Добавление нового столбца в таблицу mytable или удаление старого повлечет за собой изменение всех фрагментов типа (б) (при этом надо найти все , , изменить какой-либо фрагмент типа (б)), а фрагменты типа (а) останутся без изменения.

, "* "

заметно повысит скорость и надежность эволюционных модификаций, т.е. повысит адаптируемость программы к модификациям.

Пример с заменой нескольких элементов справочника на заданный.

-

другие с сохранением целостности базы данных. Рассмотрим один из таких при-

меров. Имеется справочник организаций, необходимо удалить из него организации "ПромСтрой" и "Пром-Строй", заменив при этом все ссылки на данные организации ссылкой на организацию ООО "ПромСтрой" во всех таблицах базы данных, связанных со справочником организаций. При этом целостность базы данных не .

Данная задача сводится к выделению множества "всех вхождений ссылок на заменяемые организации по всей базе данных" (такие вхождения могут быть в разных строках разных таблиц) и к действию по замене этих ссылок на нужную ссылку.

Один из вариантов построения данного множества - это явное перечисление всех вхождений ссылок на заменяемые организации по всей базе данных. Но это «путь в пропасть», так как появление новых таблиц (колонок) или удаление старых таблиц (колонок) со ссылкой на заменяемые организациями в базе данных всегда будет вести к редактированию фрагмента программы, связанного с построением множества "всех вхождений ссылок на заменяемые организации по всей базе данных". То есть необходимо будет изменять ранее написанные и отлаженные фрагменты программного кода, а если этого не делать, то будут возникать ошибки на этапе обработки полученного множества. Таким образом, адаптируемость программы к модификациям не достигается.

Следуя принципу адаптируемости программы к модификациям (чтобы пи, , -мировать в стиле "дая всех сущностей, удовлетворяющих некоторому условию", . . -ния (в том или ином виде) обрабатываемых элементов), необходимо в качестве " -ных" использовать виртуальное хранилище однородного пространства, построенное с помощью 8рЬ-скрипта (учитывая связи между таблицами), и работать уже напрямую с этим пространством. Таким образом, появление новых записей или удаление старых записей с заменяемыми организациями в базе данных всегда автоматически будет учитываться в динамике, и не нужно будет каждый раз менять ранее написанные механизмы, решающие проблему с заменой вхождения одних данных на другие. А это и есть адаптируемость программы к модификациям.

,

явного перечисления обрабатываемых элементов делает программу инвариантной относительно данного класса задач.

Из рассмотренных примеров можно сделать вывод, что использование однородных пространств вместо явного перечисления обрабатываемых элементов повышает скорость внесения эволюционных изменений и дает возможность производить эволюционные изменения без нарушения работоспособности программы и без редактирования ранее отлаженных работоспособных фрагментов программы, . . .

Безболезненные модификации с помощью ассоциативных связей

Ассоциативные свят - способы неявной связи программных компонент. Эти способы обеспечивают связь фрагментов программного кода, реализующих

,

, .

одном отдельном файле, а связь с остальной программой происходит через ассоциативные механизмы по некоторым регулярным правилам или через дополни. -мы, существующий до внесенного изменения. Ассоциативные связи позволяют

выделять сквозную функциональность в отдельные модули. Сквозная функциональность - функциональность, реализация которой разбросана по различным .

и запутанному программному коду. Запутанным называется такой код, в котором одновременно реализована различная функциональность. Рассредоточенный код -это такой код, когда реализация одной функциональности распределена по разным местам программного кода.

Приведем несколько ассоциативных механизмов связи фрагментов изменений с остальной программой:

♦ однородные пространства - хранилище однородного пространства само по себе обладает необходимой ассоциативностью, так как любое изменение в хранилище моментально отражается в программе по определению принципов работы самого однородного пространства;

♦ регулярное описание (правило) определения мест вставки модификации -все модификации осуществляются в отдельных модулях, которые по определенным регулярным правилам подключаются к основной программе.

, -мое программных модулей, наименование которых построено по следующему регулярному правилу: Begin_<HMfl файла>_<имя функции> или БМ_<имя файла>_<имя функции>. Для этого необходимо реализовать соответствующий ассоциативный механизм и придерживаться необходимых регулярных правил;

♦ аспектно-ориентированное программирование (Aspect-oriented programming) - парадигма программирования, основанная на идее разде-

, , улучшения разбиения программы на модули, которые называются аспектами (aspects) [1].

Обсуждение и анализ предлагаемого подхода. Конечно же, чтобы программировать в стиле "адаптируемости к модификациям", необходима более высокая квалификация программиста и дополнительные временные затраты на написание такого первичного кода, которые немного, а иногда и намного (все зависит ) , помощью явных перечислений. Но, тем не менее, это плодотворно влияет на даль-

( . 1).

( Классический подход (явные перечисления):

разработка ^ сопровождение проекта

временные ресурсы

-----------И-------------------------------

[ Подход удовлетворяющий "адаптируемости к модификациям11:1

сопровождение разработка г проекта

временные ресурсы

■--------------------------

Рис. 1. Временные затраты разработки и сопровождение проекта

Необходимо отметить, что дополнительные усилия на разработку специальных механизмов, повышающих адаптируемость программы к модификациям, нужно проделать один раз, а сопровождение программы происходит многократно, на протяжении всего жизненного цикла программы.

Схематически подход с использованием однородных пространств показан рис. 2.

Рис. 2. Подход с использованием однородных пространств

Здесь метаданные - это хранилище однородного пространства, метапрограмма -механизм обработки данного хранилища (процедуры обработки), инвариантный относительно количества элементов в хранилище этого пространства и программа

- это результат взаимодействия хранилища и механизмов его обработки. Это своего рода метапрограммирование. Метапрограммирование - создание программ, которые создают другие программы как результат своей работы (в частном случае, , ).

Ключевым методом повышения адаптируемости программы является выделение и использование однородных пространств как одного из конфигурационных .

А путями достижения этой цели являются: внесение в программу большей , -, , программы в "структуру данных", которая обрабатывается метапрограммами.

Ключевая идея использования однородных пространств состоит в замене явного перечисления (в том или ином виде) обрабатываемых элементов, введении дополнительной косвенности, т.е. вводится хранилище однородного пространства и используются методы обработки данного однородного пространства, инвариантные относительно количества элементов в хранилище этого пространства.

Однородные пространства фактически являются местами возможных эволюционных расширений программы. Чем больше таких мест мы предусмотрим при , .

Основным преимуществом при использовании данного подхода является то, что можно построить программную систему, эволюционные модификации которой будут производиться безболезненно и технологично, а также без редактирования ранее отлаженных, работоспособных фрагментов программы.

Заключение. Основные результаты, полученные авторами данной работы, их новизна и отличие от результатов, полученных другими авторами:

♦ Предложены способы повышения адаптируемости и инвариантности программы относительно широкого класса эволюционных модификаций.

♦ Впервые введено понятие виртуального однородного пространства, обоснована обязательность атрибута с условием применимости для элементов любого однородного пространства.

♦ Использование виртуальных однор одных пространств позволяет применять ассоциативную (неявную) схему подключения элементов в одно.

♦ Показано удобство использования регулярных правил для выделения од-

.

♦

.

♦

подхода для повышения адаптируемости и инвариантности программы. Достигнута основная задача: повышение надежности (безболезненности) и уменьшение требуемых ресурсов (временные, людские и требования к квалифика-) .

Используя изложенный подход к программированию, можно построить про,

безболезненно и технологично, без редактирования ранее отлаженных работоспособных фрагментов программы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Kiczales G., Lamping J., Mendhekar A., etc. Aspect-oriented programming. Published in proceedings of the European Conference on Object-Oriented Programming (ECOOP). Finland, Springer-Verlag LNCS 1241. June 1997. URL: http://www.oberon2005.ru/paper/gk1997.pdf (дата обращения 10.08.2009)

2. . . - .

- М.: Финансы и статистика, 2000. - 192 с.

3. Фуксман АЛ. Технологические аспекты создания программных систем. - М.: Статистика, 1979. - 184 с.

4. Чарнецки К., Айзенекер У. Порождающее программирование: методы, инструменты, применение. - СПб.: Питер, 2005. - 736 с.

5. Горбунов-Пжадов М.М. Расширяемые программы. - М.: Полиптих, 1999. - 336 с.

6. Горбунов-Посадов М.М. Как растет программа. - Препринт Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. - М., 2000 - 16 с.

7. Холзнер С. XSLT. Библиотека программиста. - СПб.: Питер, 2002. - 544 с.

Колоколов Иван Анатольевич

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Ростове-на-Дону.

E_mail: i_one@list.ru.

344015, г. Ростов-на-Дону, ул. Еременко, 60/2.

.: 89044456227.

Литвиненко Александр Николаевич

E_mail: litva@rsu.ru.

Kolokolov Inan Anatolevich

Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education "Southern Federal University".

E_mail: i_one@list.ru.

60/2, Eremenko street, Rostov-on-Don, 344015, Russia.

Phone: 89044456227.

Litvinenko Alexander Nikolaevich

E_mail: litva@rsu.ru.