Тема №2.
Учебная цель: изучить объектно-ориентированное моделирование
Учебные вопросы: 1. Понятие и роль моделирования
2. Объектно-ориентированное моделирование
Первый учебный вопрос. Проектирование прикладной программной системы начинается с анализа требований, которым она должна будет удовлетворять. Такой анализ проводится с целью понять назначение и условия эксплуатации системы настолько, чтобы суметь составить ее предварительный проект.
При объектно-ориентированном подходе анализ требований к системе сводится к разработке моделей этой системы. Моделью системы (или какого-либо другого объекта или явления) мы называем формальное описание системы, в котором выделены основные объекты, составляющие систему, и отношения между этими объектами. Построение моделей - широко распространенный способ изучения сложных объектов и явлений. В модели опущены многочисленные детали, усложняющие понимание. Моделирование широко распространено и в науке, и в технике.
Модели помогают:
проверить работоспособность разрабатываемой системы на ранних этапах ее разработки;
общаться с заказчиком системы, уточняя его требования к системе;
вносить (в случае необходимости) изменения в проект системы (как в начале ее проектирования, так и на других фазах ее жизненного цикла).
В настоящее время существует несколько технологий объектно-ориентированной разработки прикладных программных систем, в основе которых лежит построение и интерпретация на компьютере моделей этих систем. Мы подробно ознакомимся с одной из таких технологий - OMT (Object Modeling Techniques). Эта технология оказала большое влияние на других разработчиков объектно-ориентированных технологий, а книга, в которой она описана, является одной из наиболее часто цитируемых книг по данному направлению. Более того, система обозначений (графический язык) для описания моделей, предложенная в этой книге, широко применяется в других технологиях и в статьях по объектно-ориентированной разработке программных систем.
В технологии OMT проектируемая программная система представляется в виде трех взаимосвязанных моделей:
объектной модели, которая представляет статические, структурные аспекты системы, в основном связанные с данными;
динамической модели, которая описывает работу отдельных частей системы;
функциональной модели, в которой рассматривается взаимодействие отдельных частей системы (как по данным, так и по управлению) в процессе ее работы.
Эти три вида моделей позволяют получить три взаимно-ортогональных представления системы в одной системе обозначений. Совокупность моделей системы может быть проинтерпретирована на компьютере (с помощью инструментального программного обеспечения), что позволяет продемонстрировать заказчику характер работы с будущей системой и существенно упрощает согласование предварительного проекта системы.
Модели, разработанные и отлаженные на первой фазе жизненного цикла системы, продолжают использоваться на всех последующих его фазах, облегчая программирование системы, ее отладку и тестирование, сопровождение и дальнейшую модификацию.
Модели системы не связаны с языком программирования, на котором будет реализована система.
Второй учебный вопрос. Объектная модель описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.
Объекты
По определению будем называть объектом понятие, абстракцию или любую вещь с четко очерченными границами, имеющую смысл в контексте рассматриваемой прикладной проблемы. Введение объектов преследует две цели:
понимание прикладной задачи (проблемы);
введение основы для реализации на компьютере.
Примеры объектов: форточка, Банк "Империал", Петр Сидоров, дело № 7461, сберкнижка и т.д.
Цель разработки объектной модели - описать объекты, составляющие в совокупности проектируемую систему, а также выявить и указать различные зависимости между объектами. Декомпозиция проблемы на объекты - творческий, плохо формализуемый процесс.
Все объекты могут быть отличены один от другого: пусть у нас есть два яблока, имеющие одинаковый цвет, форму, вес и вкус; все равно это два яблока (а не одно), в чем легко убедиться, съев одно из них (другое останется). Между объектами можно установить отношение тождества: объекты, удовлетворяющие этому отношению, одинаковы (тождественны), как вышеупомянутые яблоки. В случае с яблоками иногда говорят о двух экземплярах объекта яблоко. Мы будем считать здесь, что объект иэкземпляр объекта - это одно и то же.
Классы
Два яблока из предыдущего примера принадлежат одному и тому же классу объектов (именно с этим связана их одинаковость). Цвет, форма, вес и вкус яблока - это его атрибуты: совокупность атрибутов и их значений (например, красное, овальное, стограммовое, кисло-сладкое) характеризует объект.
Все объекты одного и того же класса характеризуются одинаковыми наборами атрибутов. Однако объединение объектов в классы определяется не наборами атрибутов, а семантикой. Так, например, объекты конюшня и лошадь могут иметь одинаковые атрибуты: цена и возраст. При этом они могут относиться к одному классу, если рассматриваются в задаче просто как товар, либо к разным классам, что более естественно.
Рис. 1. Пример класса и объекта этого класса
Объединение объектов в классы позволяет ввести в задачу абстракцию и рассмотреть ее в более общей постановке. Класс имеет имя (например лошадь), которое относится ко всем объектам этого класса. Кроме того, в классе вводятся имена атрибутов, которые определены для объектов. В этом смысле описание класса аналогично описанию типа структуры (записи); при этом каждый объект имеет тот же смысл, что и экземпляр структуры (переменная или константа соответствующего типа). Пример класса и объекта этого класса приведен на рисунке 1.
Тема №4.
Учебная цель: изучить основные принципы построения интерфейса
Учебные вопросы: 1. Понятие интерфейса
2. Основные принципы построения
Интерфе́йс (англ. interface — сопряжение, поверхность раздела, перегородка) — граница раздела двух систем, устройств или программ, определённая их характеристиками, характеристиками соединения, сигналов обмена и т. п. Совокупность унифицированных технических и программных средств и правил (описаний, соглашений, протоколов), обеспечивающих взаимодействие устройств и/или программ в вычислительной системе или сопряжение между системами. Понятие интерфейса распространяется и на системы, не являющиеся вычислительными или информационными.
Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют однотипный интерфейс).
В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. Соответственно, согласно этому, интерфейсы могут существовать как:
Способ взаимодействия физических устройств
Сетевой интерфейс
Сетевой шлюз — устройство, соединяющее локальную сеть с более крупной, например, Интернетом
Шина (компьютер)
Способ взаимодействия виртуальных устройств (Программный интерфейс)
Интерфейс функции
Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.
Удалённый вызов процедур
COM-интерфейс
Интерфейс объектно-ориентированного программирования
Способ взаимодействия человек-машина (Интерфейс пользователя)
Совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами.
Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд).
Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана.
Диалоговый интерфейс: например, Поиск
Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.
Тактильный интерфейс: руль, джойстик и т. д.
Нейрокомпьютерный интерфейс: отвечает за обмен между нейронами и электронным устройством при помощи специальных имплантированных электродов.
и др.
Во втором учебном вопросе рассматриваются основные принципы разработки интерфейсов.
Золотое сечение
Золотое сечение - это самая комфортная для глаза пропорция, форма, в основе построения которой лежит сочетание симметрии и золотого сечения, способствует наилучшему зрительному восприятию и появлению ощущения красоты и гармонии.
В математике пропорцией называют равенство двух отношений: a:b=с:d.
Отрезок прямой АВ можно разделить точкой С на две части следующими способами:
на две равные части АВ:АС=АВ:ВС,
на две неравные части в любом отношении (такие части пропорции не образуют);
таким образом, когда АВ:ВС=ВС:АС.
Последнее и есть золотое деление или деление отрезка в крайнем и среднем отношении.
Золотое сечение - это такое пропорциональное деление отрезка на неравные части, при котором весь отрезок так относится к большей части, как сама большая часть относится к меньшей; или другими словами, меньший отрезок так относится к большему, как больший ко всему.
а:b=b:с или с:b=b:а.
Отрезки золотой пропорции выражаются бесконечной иррациональной дробью 0,618..., если с принять за единицу, а=0,382. Отношение же отрезков а и b составляет 1,618.
Прямоугольник с таким отношением сторон стали называть золотым прямоугольником. Он также обладает интересными свойствами. Если от него отрезать квадрат, то останется вновь золотой прямоугольник. Этот процесс можно продолжать до бесконечности. А если провести диагональ первого и второго прямоугольника, то точка их пересечения будет принадлежать всем получаемым золотым прямоугольникам.
Есть и золотой треугольник (равнобедренный треугольник, у которого отношение длины боковой стороны к длине основания равняется 1,618), и золотой кубоид (прямоугольный параллелепипед с ребрами, имеющими длины 1,618, 1 и 0,618).
Золотое сечение не является искусственным явлением. Оно очень широко распространено в природе: золотое сечение можно найти в пропорциях тел многих растений и животных, а также морских раковин и птичьих яиц. Но наиболее впечатляющий пример "применения" природой принципа золотого сечения - человеческое тело. Оно целиком и его части (лицо, руки, кисти рук и т. п.) насквозь пронизаны пропорцией 1,618.
Принцип золотого сечения был открыт людьми еще в глубокой древности. Знаменитые египетские пирамиды в Гизе, например, основаны на пропорциях золотого сечения. Более молодые мексиканские пирамиды и античный храм Парфенон также содержат в себе пропорцию 1,618.
С развитием дизайна и технической эстетики действие закона золотою сечения распространилось на конструирование машин, мебели и т. д. Проектирование компьютерных интерфейсов - не исключение. Формы диалоговых окон и элементов управления, стороны которых относятся как 1,618, очень привлекательны для пользователей. Например, очень много восторгов у пользователей программы Chameleon Clock (http://www.softshape.com) вызывает такая, казалось бы, обыденная вещь, как вид диалогового окна Свойства. А все потому, что при его проектировании использовался именно принцип золотого сечения.
Кошелек Миллера
Этот принцип назван так в честь ученого-психолога Г. А. Миллера, который исследовал кратковременную память, проверяя выводы, сделанные ранее его коллегой, Г. Эббингаузом. Эббингауз пытался выяснить, сколько информации может запомнить человек без каких-либо специальных мнемонических приемов. Оказалось, что емкость памяти ограничена семью цифрами, семью буквами или названиями семи предметов. Это "магическое число" семь, служащее своего рода меркой памяти, и было проверено Миллером, который показал, что память действительно в среднем не может хранить более семи элементов; в зависимости от сложности элементов это число может колебаться в пределах от пяти до девяти.
Если необходимо в течение короткого времени сохранить информацию, включающую больше семи элементов, мозг почти бессознательно группирует эту информацию таким образом, чтобы число запоминаемых элементов не превышало предельно допустимого. Например, номер банковского счета 30 637 402 710, состоящий из одиннадцати элементов, будет, скорее всего, запоминаться как 30 63 740 27 10, т. е. как пять числовых элементов, или восемь слов (тридцать, шестьдесят, три, семьсот, сорок, двадцать, семь, десять).
Применяя принцип кошелька Миллера в дизайне интерфейсов, следует группировать элементы в программе (кнопки на панелях инструментов, пункты меню, закладки, опции на этих закладках и т. п.) с учетом этого правила- т. е. не более семи в группе, в крайнем случае - девяти. Взгляните, например, на главное окно программы-словаряABBYY Lingvo 6.0: четырнадцать кнопок на верхней панели, между которыми нет ни одного разделителя, воспринимаются гораздо хуже, чем кнопки на панели внизу, которые разделены на группы.
Итак, принцип кошелька Миллера говорит о семи плюс-минус двух элементах. Но если взглянуть на программы, интерфейс которых совершенствовался годами (тот же Microsoft Word), то можно заметить, что число объектов (пунктов меню, кнопок на панелях инструментов) в группах доходит до шести-семи довольно редко, а в основном элементы сгруппированы по три-четыре объекта. Такие небольшие группы объектов наиболее хорошо воспринимаются взглядом пользователя, уже слегка утомленного сложными интерфейсами современных программ. Я думаю, при проектировании интерфейсов программ верхнюю границу кошелька Миллера - семь-девять элементов - нужно применять очень осторожно, стараясь обходиться группами, содержащими максимум пять объектов.
Принцип группировки
Согласно этому правилу, экран программы должен быть разбит на ясно очерченные блоки элементов, может быть, даже с заголовком для каждого блока. При этом группировка, естественно, должна быть осмысленной: как расположение элементов в группах, так и расположение самих групп друг от друга должны быть продуманы.
Примеров реализации этого принципа очень много: это уже упоминавшиеся при разговоре о кошельке Миллера пункты меню, кнопочные панели инструментов, а также сгруппированные по назначению флажки и переключатели, с помощью которых настраиваются параметры работы программы в диалоговых окнах Свойства, Настройка и т. п..
Бритва Оккама или KISS
Философский принцип, носящий название "Бритва Оккама", гласит: "Не множить сущности без надобности". Или, как говорят американцы, KISS ("Keep It Simple, Stupid" - "He усложняй, болван").
На языке интерфейсов это означает, что:
любая задача должна решаться минимальным числом действий;
логика этих действий должна быть очевидной для пользователя;
движения курсора и даже глаз пользователя должны быть оптимизированы.
Простым на первый взгляд требованиям из этого списка на самом деле не так уж легко следовать. Для проектирования сложного по своим функциям и простого для понимания интерфейса требуется немалые опыт, знания и особое чутье. Как пишет Лу Гринзоу: "Если и есть в мире что-то такое, что почти все программисты постоянно повторяют наизусть, как мантры, но при этом откровенно игнорируют, так это - принцип KISS'".
Принцип KISS перекликается с несколькими из эвристических правил Якоба Нильсена - "Эстетичный и минималистический дизайн", "Равенство между системой и реальным миром", "Понимание лучше, чем запоминание". KISS более универсален и применяется практически во всех сферах человеческой деятельности, в том числе и в области, очень близкой к теме книги-в программировании.
Видимость отражает полезность
Смысл этого принципа состоит в том, чтобы вынести самую важную информацию и элементы управления на первый план и сделать их легкодоступными пользователю, а менее важную - переместить, например, в меню
Этот вопрос уже немного затрагивался при разговоре о принципе Якоба Нильсена "Эстетичный и минималистический дизайн", правда, в привязке к отражению полезности.
Отличие принципа "Видимость отражает полезность" как раз и состоит в том, что интерфейс программы должен быть построен вокруг объектов, с которыми манипулирует пользователь, и отражать состояние текущего объекта. Реализацию этого принципа вы видите каждый раз, когда пользуетесь компьютером: контекстные панели инструментов в программах пакета Microsoft Office, которые меняются в зависимости от того, с какой частью программы (редактором, предварительным просмотром, рисованием и т. п.) и данный момент работает пользователь. Еще один пример - уже упоминавшееся меню Пуск в Windows ME и Windows 2000: по умолчанию в них видимы наиболее часто используемые, т. е. полезные для пользователя, пункты.
Умное заимствование
Заимствование широко распространенных приемов дизайна интерфейсов и удачных находок авторов конкурирующих программ позволяет резко сократить время обучения и повысить комфорт пользователя. При работе он будет использовать уже приобретенные навыки - этот вопрос затрагивает и принцип равенства между системой и реальным миром.
Заимствование чужих интерфейсных находок не является чем-то зазорным. Программы, лидирующие па рынке, являются неистощимым источником вдохновения для разработчиков более мелких программ, поразительно напоминающих легендарный Norton Commander: FAR, Volcov Commander, DOS Navigator, DISCo Commander.
Тема №5.
Учебная цель: научится работать с Object Pascal и Delphi
Учебные вопросы: 1. Object Pascal и Delphi
Object Pascal (Объектный Паскаль) — язык программирования, разработанный в фирме Apple Computer в 1986 году группой Ларри Теслера, который консультировался с Никлаусом Виртом. Произошёл от более ранней объектно-ориентированной версии Паскаль, называвшейся Clascal, который был доступен на компьютере Apple Lisa.
Delphi - интегрированная среда разработки ПО для Microsoft Windows на языке Delphi (ранее носившем название Object Pascal), созданная первоначально фирмой Borland и на данный момент принадлежащая и разрабатываемая Embarcadero Technologies. Embarcadero Delphi является частью пакета Embarcadero RAD Studio и поставляется в четырёх редакциях: Starter, Professional, Enterprise и Architect.
Пример программы
program ObjectPascalExample;
type
THelloWorld = class { определение класса }
procedure Put;
end;
procedure THelloWorld.Put; { описание процедуры метода Put класса THelloWorld }
begin
Writeln('Hello, World!');
end;
var
HelloWorld: THelloWorld; { определение переменной-указателя на экземпляр класса }
begin
HelloWorld := THelloWorld.Create; { конструктор возвращает значение указателя на экземпляр класса }
HelloWorld.Put;
HelloWorld.Free; { деструктор уничтожает экземпляр класса и освобождает область памяти }
end.
В рамках этого занятия студенты пишут программы (например, калькулятор,
графический редактор (метод drag and drop)).
|
