Сопоставление и взаимосвязь сруктурного и объектно-ориентированного программирования

Структурное проектирование работает хорошо, потому что оно позволяет нам одновременно сосредотачиваться на меньшем количестве деталей. Это логичная методика, которая поощряет организованную доводку системы и уменьшает уровень сложности (степени интеграции) на каждой из последующих стадий проекта. По очевидным причинам, нисходящее (структурное) проектирование подходит лучше всего тогда, когда применяется к проблемам, которые имеют ясно выраженный иерархический характер. К сожалению, многие из реальных проблем не иерархические. Проект, основанный на построении сверху вниз, имеет также и следующие ограничения, которые станут очевидными при разработке и сопровождении больших программных систем:

функциональную точку зрения трудно развивать;

реальные системы трудно охарактеризовать функционально;

фокусирование на функциональности теряет из виду данные;

функциональная ориентация производит код, менее пригодный для многократного использования.

Методы структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков. Аналогично, методы объектно-ориентированного проектирования созданы, чтобы помочь разработчикам применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты.

Структурное проектирование характеризуется перемещением от общей формулировки того, что программа делает к все более детализированным формулировкам этого относительно каждой специфической задачи.

Структурное проектирование не подходит для разработки больших программных систем, потому что оно выторговывает краткосрочное удобство в обмен на отсутствие гибкости при длительном сопровождении. Существует незаконная привилегия одной функции над другими, теряются из виду данные, оставаясь на заднем плане задачи. Затрудняется возможность многократного использования.

Первое отличие структурного подхода от объектно-ориентированного подхода заключается в принципах декомпозиции и структурной организации элементов (компонентов, модулей) системы. Согласно этим принципам система представляет собой структуру, состоящую из четко выраженных модулей, связанных между собой определенными отношениями.

При использовании структурного подхода (первый вид декомпозиции) выполняется функциональная (процедурная, алгоритмическая) декомпозиция системы, т. е. она представляется в виде иерархии (дерева) взаимосвязанных функций. На высшем уровне система представляется единым целым с наивысшей степенью абстракции и по мере детализации (добавления уровней) разбивается на функциональные компоненты с более конкретным содержанием.

Второй вид декомпозиции – объектно-ориентированный. В рамках этого подхода система разбивается на набор объектов, соответствующих объектам реального мира, взаимодействующих между собой путем посылки сообщений.

Вторым отличием является объединение в объекте как атрибутивных данных (характеристики, свойства), так и поведения (функции, методы). В функционально-ориентированных системах функции и данные хранятся (существуют) отдельно.

Третье отличие двух подходов заключается в структурной организации внутри модулей системы. В структурном подходе модуль состоит из функций, иерархически связанных между собой отношением композиции, т. е. функция состоит из подфункций, подфункция из подподфункций и т.д. В объектно-ориентированном подходе иерархия выстраивается с использованием двух отношений: композиции и наследования. При этом в объектно-ориентированном подходе «объект-часть» может включаться сразу в несколько «объектов-целое». Таким образом, модуль в структурном подходе представляется в виде дерева, а в объектно-ориентированном подходе – в виде ориентированного графа, т. е. с помощью более общей структуры.

Объектно-ориентированное проектирование – это конструирование программных систем как структурных коллекций, реализующих абстрактные типы данных.

Объектно-ориентированное проектирование и объектно-ориентированное программирование улучшают возможности нисходящего проектирования, концентрируя больше внимание на данных системы, а не на том, что система делает. Это подход позволяет создавать системы, которые легче сопровождать, они более гибкие, более устойчивые и более приспособлены к многократному использованию, чем создаваемые при нисходящем структурном подходе.

Преимущества объектно-ориентированного метода:

- работают на более высоком  уровне абстракции;

- нет «прыжков» между фазами;

- поддерживают данные, которые  имеют тенденцию, к большей стабильности, чем функции;

- поощряют и поддерживают классические  достоинства хорошего программирования  и проектирования;

- сопровождаются инструментами, обеспечивающими  поддержку повторного использование  кода.

Объектно-ориентированный подход имеет два аспекта:

объектно-ориентированная разработка программного обеспечения;

объектно-ориентированная реализация программного обеспечения.

Объектно-ориентированная разработка программного обеспечения связана с применением объектно-ориентированных моделей при разработке программных систем и их компонентов. К объектно-ориентированной разработке относятся:

- объектно-ориентированные технологии  разработки программных систем;

- инструментальные средства, поддерживающие  эти технологии.

Объектно-ориентированная разработка может начаться на самом первом этапе жизненного цикла; она не связана с языком программирования, на котором предполагается реализовать разрабатываемую программную систему: этот язык может и не быть объектно-ориентированным.

Объектно-ориентированная разработка программного обеспечения связана с применением объектно-ориентированных технологий. Обычно эти объектно-ориентированные методологии поддерживаются инструментальными программными средствами, но и без таких средств они полезны, так как позволяют хорошо понять различные аспекты и свойства разрабатываемой программной системы, что в последующем существенно облегчает ее реализацию, тестирование, сопровождение, разработку новых версий и более существенную модификацию.

Можно выделить следующие объектно-ориентированные методологии разработки программного обеспечения:

- RUP (Rational Unified Process);

- OMT (Object Modeling Technique);

- SA/SD (Structured Analysis/Structured Design);

- JSD (Jackson Structured Development);

- OSA (Object-Oriented System Analysis)

Объектно-ориентированный подход в проектировании, как и функционально-ориентированный, предполагает декомпозицию информационных систем. Если в функционально-ориентированном подходе декомпозиции подлежат процессы обработки, то в объектно-ориентированном подходе декомпозиции подлежат объекты, которые характеризуются определенной структурой данных. Здесь декомпозиция идет от данных. В объектно-ориентированном подходе выделяют классы объектов. Каждый класс содержит однородные объекты. Объектам одного класса присуще одинаковое множество методов реагирования на внешние сообщения. Иерархическая декомпозиция системы представляется в виде иерархии классов объектов, а функционирование системы – в виде взаимодействия объектов, обменивающихся сообщениями.

Среди свойств объектов в объектно-ориентированном подходе можно отметить:

- инкапсуляция, что означает скрытие  информации. Смысл этого свойства  в том, что состав и структура  атрибутов объекта не зависит  от сообщений, поступающих извне;

- наследование – это свойство, связанное с выделением иерархических классов объектов, то есть существуют родительские и дочерние классы. Оно проявляется в том, что, методы реагирования объекта, предусмотренные родительским классом, автоматически присваивают объектам дочерних классов, то есть родительские классы имеют общие методы, а дочерние – как общие, так и частные;

- полиморфизм – возможность  выбора объектом в ответ на  получаемые им сообщения какого-либо  метода из множества методов  в зависимости от того, какое  пришло сообщение.

Наличие этих свойств у объекта позволяет в объектно-ориентированном подходе добиться параллельности и автономности разработки отдельных компонент системы, т.е. возможно создание прототипов с дальнейшей интеграцией отдельных прототипов в единую систему и использование итерационного подхода к разработке информационных систем.

Другое достоинство объектно-ориентированного подхода состоит в упрощении накопления типовых проектных решений с тем, чтобы в дальнейших разработках новых информационных систем осуществить сбор новой системы из готовых компонент. Эта особенность связана с тем, что классы объектов повторяются в определенной мере при переходе от одной информационной системы к другой, а для повторяющихся классов уже запрограммированы методы, разработаны и описаны структуры объектов данных.

Модель проектирования информационных систем на основе объектно-ориентированного подхода представлена в приложении (Приложение Д)

Отличительной чертой модели объектно-ориентированного проектирования является отсутствие строгой последовательности в выполнении стадий как в прямом, так и в обратном направлениях процесса проектирования по отдельным компонентам.

Основное преимущество объектно-ориентированного подхода состоит в упрощении проектирования информационных систем, при наличии типовых проектных решений по отдельным компонентам, а также легкости модификации, поскольку модификация касается лишь отдельных компонент.

 

3.4. Сопоставление и взаимосвязь  структурного и объектно-ориентированного  подходов

Гради Буч сформулировал главное достоинство объектно-ориентированного подхода следующим образом: объектно-ориентированные системы более открыты и легче поддаются внесению изменений, поскольку их конструкция базируется на устойчивых формах. Это дает возможность системе развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований.

Буч отметил ряд следующих преимуществ объектно-ориентированного подхода:

объектная декомпозиция дает возможность создавать программные системы меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств. Использование объектно-ориентированного программирования существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программного обеспечения, но и проектов, что в конце концов ведет к сборочному созданию программного обеспечения. Системы зачастую получаются более компактными, чем их не объектно-ориентированные эквиваленты, что означает не только уменьшение объема программного кода, но и удешевление проекта за счет использования предыдущих разработок;

объектная декомпозиция уменьшает риск создания сложных систем программного обеспечения, так как она предполагает эволюционный путь развития системы на базе относительно небольших подсистем. Процесс интеграции системы растягивается на все время разработки, а не превращается в единовременное событие;

объектная модель вполне естественна, поскольку в первую очередь ориентирована на человеческое восприятие мира, а не на компьютерную реализацию;

объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности объектных и объектно-ориентированных языков программирования.

К недостаткам объектно-ориентированного программирования относятся некоторое снижение производительности функционирования программного обеспечения (которое, однако, по мере роста производительности компьютеров становится все менее заметным) и высокие начальные затраты. Объектная декомпозиция существенно отличается от функциональной, поэтому, переход на новую технологию связан как с преодолением психологических трудностей, так и дополнительными финансовыми затратами.

Объектно-ориентированный подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения начинает сказываться после разработки двух-трех проектов и накопления повторно используемых компонентов, отражающих типовые проектные решения в данной области. Переход организации на объектно-ориентированную технологию - это смена мировоззрения, а не просто изучение новых CASE-средств и языков программирования.

Таким образом, структурный подход по-прежнему сохраняет свою значимость и достаточно широко используется на практике. На примере языка UML хорошо видно, что его авторы заимствовали то рациональное, что можно было взять из структурного подхода: элементы функциональной декомпозиции в диаграммах вариантов использования, диаграммы состояний, диаграммы деятельности и др. Очевидно, что в конкретном проекте сложной системы невозможно обойтись только одним способом декомпозиции. Можно начать декомпозицию каким-либо одним способом, а затем, используя полученные результаты, попытаться рассмотреть систему с другой точки зрения.

Основой взаимосвязи между структурным и объектно-ориентированным подходами является общность ряда категорий и понятий обоих подходов (процесс и вариант использования, сущность и класс и др.). Эта взаимосвязь может проявляться в различных формах. Так, одним из возможных вариантов является использование структурного анализа как основы для объектно-ориентированного проектирования. При этом структурный анализ следует прекращать, как только структурные модели начнут отражать не только деятельность организации (бизнес-процессы), а и систему программного обеспечения. После выполнения структурного анализа можно различными способами приступить к определению классов и объектов. Так, если взять какую-либо отдельную диаграмму потоков данных, то кандидатами в классы могут быть элементы структур данных.