ПАКПС 1

1. Проектирование, архитектура и конструирование программных систем

П.Сычев Университет «Дубна»
Лекция 1

2. Введение

› Современное программного обеспечение – это очень
сложная программная система, часто содержащая
много тысяч и, даже, миллионов строк кода.
› Как проектируются и создаются такие программные
системы?

3. Сложность программирования

› Истребитель F-35
› Разработка – 1996 г.
› Прототип – 2001 г.
› Ввод в эксплуатацию –
2016-2018 г.
› Цена – 70-100 млн.$
› Количество деталей –
около 1 млн.
› Размер программного кода
– около 10 млн строк.

4. Основные этапы разработки ПО

1. Требования к системе;
2. Архитектура системы;
3. Конструирование системы;
4. Кодирование;
5. Приемочные испытания;
6. Сопровождение системы.
› Тестирование – не этап. Оно производится на всех
этапах, непрерывно!!!

5. Литература

› Р.Мартин Чистая архитектура.
Искусство разработки
программного обеспечения –
Спб.:Питер,2018

6. Литература

› Р.Мартин Чистый код.
Создание, анализ и
рефакторинг –Спб.:
Питер,2019

7. Литература

› Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р.,
Влиссидес Дж. Приемы объектноориентированного проектирования.
Паттерны проектирования. – СПб.:
Питер, 2016.
› Тепляков С. Паттерны
проектирования на платформе .Net.
– СПб.: Питер, 2016.
› Мартин Р. Принципы, паттерны и
методики гибкой разработки на
языке С# - СПб.: Символ, 2012..

8. Конструирование (design) ПС

› Мы начнем с середины - с вопросов построения
системы. Архитектуру мы рассмотрим позже, будем
считать, что требования и архитектура у нас есть.
› Как построить программу чуть более сложную, чем
“Hello world!”?
› Как и в любой другой инженерии в программной
инженерии накоплен богатый опыт хороших проектных
решений, который оформлен в виде шаблонов (или
паттернов) проектирования.

9. Откуда берутся шаблоны проектирования?

› Шаблоны проектирования не изобретаются именно в
этом качестве. Они возникают в реальных проектах, как
удачные решения возникающих проблем
проектирования при создании конкретных программных
продуктов. Впоследствии, как правило, другими
людьми, они вычленяются из этого проекта,
обобщаются и публикуются как шаблон
проектирования.

10. Шаблоны проектирования

› Идея шаблонов проектирования
возникла в конце 80-х годов
прошлого века. Ключевой стала
публикация книги четырех авторов
(bang of four - банда четырех)
› Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р.,
Влиссидес Дж. Приемы объектноориентированного проектирования.
Паттерны проектирования. – СПб.:
Питер, 2016.
› Оригинал книги вышел в 1994 году

11. Перечень шаблонов

› Мы с вами будем рассматривать 22 паттерна из
классической книги. Паттерны разбиты на три группы:
порождающие паттерны (5), структурные паттерны (7),
поведенческие паттерны (10).
› Порождающие паттерны связаны с созданием новых
объектов.
- Singleton
- Factory method
- Prototype
- Abstract factory
- Builder

12. Перечень шаблонов

› Структурные паттерны позволяют создать сложный
объект из простых, не используя наследования
- Adapter
- Decorator
- Composite
- Proxy
- Façade
- Bridge
- Flyweight

13. Перечень шаблонов

› Поведенческие паттерны
- Chain of Responsibility
- Command
- Iterator
- Observer
- State
- Strategy
- Mediator
- Memento
- Template method
- Visitor

14. Перечень шаблонов

› Кроме этих базовых паттернов проектирования, мы
рассмотрим несколько паттернов более высокого
уровня, часто используемых при разработке
распределенных приложений.
› Особое место в курсе занимают принципы объектноориентировнного проектирования, обычно
обозначаемые аббревиатурой SOLID.

15. Пример паттерна - Singleton

› На собеседовании при приеме на работу на позицию
разработчика, часто задают вопрос:
Имеет ли смысл создание класса, у которого нет ни
одного публичного конструктора?
Правильный ответ – да! Пример – Singleton.
› Сформулируем проблему. Необходимо спроектировать
класс, который бы:
- гарантировано имел бы единственный экземпляр
этого класса во всем приложении;
- этот единственный экземпляр должен быть доступен
в любой точке приложения.

16. Singleton

› Пример класса (на
C#) приведен
справа.
› Пример
использования –
ниже.
public class Singleton
{
private Singleton() { }
private static Singleton _instance = null;
public void DoSome() { }
public static Singleton GetInstance()
{
if (_instance == null)
_instance = new Singleton();
return _instance;
}
}
Singleton single = Singleton.GetInstance();
single.DoSome();

17. Singleton

› Сделаем формальное описание этого шаблона.
› Этот формат мы будем использовать для описания
всех шаблонов.

18. Singleton

› Тип:
порождающий.
› Синоним: нет.
› Назначение:
гарантирует, что у класса есть только один экземпляр, и
предоставляет к нему глобальную точку доступа.
› Мотивация:
для многих программных систем иногда нужно, чтобы
существовал единственный экземпляр класса.
Например оконный менеджер. Как гарантировать
единственность и доступность этого экземпляра?

19. Singleton

› Структура:
Singleton
-Singleton()
+Some()
(s)+GetInstance():Singleton
(s) -_instance:Singleton

20. Singleton

› Реализация:
здесь приводится пример реализации,
рассматриваются особенности реализации в тех или
иных ситуациях.
› Например есть проблемы использования этого
шаблона в многониточных приложениях из-за
необходимости блокировок и, как результат, возможно
неэффективного кода.

21. Singleton

› Результаты:
Здесь рассматриваются плюсы и минусы данного
шаблона
(+) гарантируется единственность экземпляра класса и
его глобальная доступность;
(+) большая гибкость в сравнении со статическим
классом;
(-) может создавать проблемы в параллельных и/или
распределенных приложениях. В этих случаях
необходимо более сложное решение.