Интегрированная среда разработки для информационно-расчётных задач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат физико-математических наук Иссам Мустафа Ибрагим

• Иссам Мустафа Ибрагим
• кандидат физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Иссам Мустафа Ибрагим

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ 11 1.1. Паттерны проектирования 14 1.1.1.Структурные паттерны

1.1.1.1. Мост - паттерн (Bridge Pattern)

1.1.1.2. Фасад - паттерн ( Facade Pattern) 16 1.1.1.2. Порождающие паттерны, Фабричный метод (Factory method) 17 1.1.1.2. Паттерны поведения (Template метод) 19 1.2 Объектно-ориентированные базы данных

1.2.1. Основные принципы организации объектно-ориентированной базы данных

I 1.2.1.1. Идентификация объектов

1.2.1.2. Структура объекта

1.2.1,З.Операции

1.2.1.4. Временные характеристики и механизм именования объектов

1.3. Объектная Модель

1.3.1,Основные понятия

1.3.2. Спецификация и реализация типов

1.3.3.Подтипы и наследование поведения

1.3.4. Наследование состояния 29 1.4 Примеры фреймов разработки

1.4.1 ЕТ++ SwapsManager (Менеджер обмена)

1.4.2 ITHACA

1.4.3 San Francisco

2. ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 32 2.1. Введение

2.2. Основы алгебраического подхода

2.2.1. Классы объектов

2.2.1.1. Структура Классов

2.2.1.2. Поведение классов

2.2.1.2.1. События

2.2.1.2.2. Методы классов

2.2.1.2.3. Операции над классами

2.2.2. Механизм наследования

2.2.3. Множественное наследование 40 2.4 Агрегация

3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФРЕЙМА РАЗРАБОТКИ

3.1. Концептуальная модель Фрейма разработки

3.2 Класс уровня взаимодействия данных (FWCursor)

3.2.1. Определение параметров и Методов Класса "FWCursor"

3.2.1.1. Параметры класса "FWCursor"

3.2.1.2. Методы класса "FWCursor"

3.3. Объекты предметной области (Business Objects)

Класс среды данных «FWDataEnvironment» 51 3.3.1. Определение параметров и методов класса FWDataEnvironment "

3.3.1.1 Параметры класса " FWDataEnvironment "

3.3.1.2 Методы, операции и события класса "FWDataEnvironment"

3.4. Интерфейсный уровень

3.4.1. Атрибуты класса "AForm"

3.4.2. Функции класса "AForm"

3.4.3. Атрибуты и Функции класса формы для входных данных "DataentryForm"

3.4.4. Регистрационная Экранная Форма (Login Form - "Fwloginform")

3.5. Библиотека классов Фрейма разработки 64 3.5.1. Классы Конфигурирования Среды

3.5.1.2. Параметры и Функции класса "AppEnv"

3.5.1.3. Класс "DataSessionEnv" 69 3:5:2. Классы для Совокупности 70 3.5.2.1. Класс "FWColIection"

3.6. Взаимодействие классов фрейма разработки

3.6.1 Взаимодействие классов "dataentryform" и "fwdataenvironment"

3.6.2 Взаимодействие классов "Dataentryform" и "FWColIection"

3.6.3 Взаимодействие классов "Fwdataenvironmenf'H "DataSessionEnv"

3.6.4 Описание Основных операций фрейма разработки

3.6.4.1. Операция "SaveO"

3.6.4.2. Операция "New" 80 3.6.4:3. Операция "DeleteQ"

3.6.4.4. Операция "EditO" 84 3.6.4:5. Операция "UnDoO"

4. СЛУЖБЫ ФРЕЙМА РАЗРАБОТКИ

4.1. Служба безопасности

4.1.1. Функции модуля безопасности

4.1.2. Защита элементов,не принадлежащих объектно-ориентированной среде

4.2. Служба сообщений

5. ДЕМОНСТРАЦИОННОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 98 5.2. Создание демонстрационного приложения

5.2.1. База данных демонстрационного приложения

5.2.2. Бизнес-классы демонстрационного приложения

5.2.3. Пользовательский интерфейс демонстрационного

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интегрированная среда разработки для информационно-расчётных задач»

Представляемая работа посвящена построению объектно-ориентированной модели программных систем, ориентированных на автоматизацию решения так называемых информационно - расчетных задач, в число которых включаются задачи компьютерной бухгалтерии, делопроизводства, статистики и т.п. Основной особенностью упомянутого класса задач является использование относительно простых структур данных, в большинстве случаев адекватно представляемых аппаратом реляционной алгебры. Однако, такое важное понятие, как иерархия абстракций, определяющее один из основных принципов объектно-ориентированного подхода, в рамках реляционной модели представляется далеко неадекватными способами, что может существенно отразиться на эффективности функционирования соответствующей интегрированной среды разработки программных приложений. Особенностью предлагаемого подхода является расширение реляционной модели путем включения аппарата фреймов с целью гибкого сочетания простоты реляционной модели со средствами эффективного представления иерархии абстракций. Основное предназначение включаемого фрейма - это построение специализированной интегрированной среды разработки, обеспечивающей возможность эффективного создания различных приложений для автоматизации решения информационно - расчетных задач, связанных с иерархической организацией данных и процессов их обработки. Поэтому в дальнейшем подобные; фреймы будут называться фреймами разработки:

Одним из ключевых принципов создания подобной интегрированной среды, основанной на объектно-ориентированной модели, является возможность повторного использования' различных компонент из разработанных ранее программных средств (так называемых паттернов проектирования). Объектно-ориентированный фрейм разработки реализуется в виде множества абстрактных классов, образующих функциональный базис, а также множества классов, специфичных для соответствующей предметной области.

Основу аппарата объектно-ориентированных фреймов разработки составляет набор гибких инструментальных средств, обеспечивающих удобство разработки и требуемую функциональную полноту создаваемых приложений для соответствующей проблемной области на основе иерархии абстракций. Иерархия абстракций предусматривает упорядочение абстракций путем их распределения по различным уровням, называемых уровнями абстракции. Уровни абстракций соответствуют степеням специализации фреймов разработки и позволяют разработчикам приложений проектировать свои специализированные фреймы разработки с целью эффективного создания различных требуемых приложений из соответствующей проблемной области. Объектно-ориентированные технологии представляют естественную среду для фреймов разработки. Аналогично тому, что одни классы могут представляться как экземпляры других более- абстрактных классов, каждое приложение также можно рассматривать как результат специализации некоторого абстрактного фрейма разработки. Использование фреймов разработки при создании приложений предусматривает построение специализированных классов или конкретных объектов для соответствующей проблемной области на основе множества абстрактных классов.

Цель работы: Основной целью диссертационной работы является создание методологии построения специализированной интегрированной программной среды, обеспечивающей увеличение производительности процессов проектирования, разработки и реализации приложений для автоматизации решения информационно-расчетных задач. Кроме этого предусматривается выбор формальной математической теории, которая позволила бы адекватно описать модель упомянутой выше специализированной интегрированной среды •разработки, а также возможность проведения исследований свойств модели. Для программной реализации поставленных задач использована программная среда, основанная на средствах объектно-ориентированной СУБД Visual FoxPro.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. изучить стандартные средства объектно-ориентированных баз данных;

2. изучить механизм так называемых паттернов проектирования (Design Patterns);

3.построить математическую модель для представления классов фрейма разработки, используемого для создания специализированной интегрированной программной среды, обеспечивающей увеличение производительности процессов создания программ автоматизации решения информационно-расчетных задач;

4. разработать множество абстрактных классов, образующих функциональный базис для соответствующей предметной области;

5. построить приложение в области информационно-расчётных задач на* основе предложенного фрейма разработки с целью демонстрации и оценки* адекватности предлагаемого множества абстрактных классов, образующих функциональный базис фрейма.

Методы исследования: При решении поставленных в диссертационной работе задач использован аппарат алгебраических спецификаций в сочетании с операциями теории категорий для формализованного описания внутренней структуры классов и отношений между классами.

Научная новизна результатов:

1. Создание специализированной объектно-ориентированной модели и интегрированной программной среды на основе аппарата фреймов разработки с целью повышения производительности процессов создания приложений из области информационно-расчетных задач.

2. Построение адекватных средств формализованного описания спецификаций классов фрейма разработки, обеспечивающих математическую строгость описания и возможность эффективной реализации методов автоматической генерации программного кода.

3. Разработка механизма безопасности, обеспечивающего сохранность данных и устранение возможности появления конфликтных ситуаций путем ограничения доступа пользователя в пределах выполняемого приложения.

Практическая ценность результатов: Расширение реляционной модели путем включения аппарата фреймов обеспечивает процесс эффективного построения и упорядочения иерархии абстракций при проектировании и разработке приложений из области информационно-расчетных задач. Уровни абстракций, получаемые при этом, соответствуют степеням специализации разрабатываемого приложения и позволяют разработчику адекватно выделять обобщающие аспекты различных частей приложения на каждом уровне. Такой подход уменьшает вероятность появления в разрабатываемом проекте дублирующих компонент и исключает в идеале необоснованную избыточность разрабатываемого проекта. С другой стороны, этот подход, предусматривающий адекватную структуризацию процесса разработки и проектирования приложения, оказывается полезным для повторного использования созданных при этом компонент в практической разработке других подобных приложений. I

На защиту выносятся:

1. Объектно-ориентированная модель программных систем, основанная на фрейме разработки, определяемая в виде множества абстрактных классов, образующих функциональный базис, а также в виде множества классов, специфичных для соответствующей предметной области.

2. Формализованные средства для адекватного описания спецификаций классов, составляющих фрейм разработки.

3. Реализация механизма безопасности в виде совокупности модулей, предназначенных для обеспечения сохранности данных и устранения конфликтов между различными компонентами приложения в процессе его выполнения.

4. Демонстрационное приложение из области информационно-расчётных задач с целью проверки адекватности и эффективности построенного множества абстрактных классов, образующих функциональный базис фрейма разработки.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Иссам Мустафа Ибрагим

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе построена объектно-ориентированная модель интегрированной программной среды, обеспечивающая эффективное создание приложений для автоматизации решения информационно - расчетных задач на основе аппарата фрейма разработки.

При решении поставленных в диссертационной работе задач предложены адекватные' средства формализованного описания модели на основе аппарата алгебраических спецификаций вместе с операциями теории категорий для эффективного представления внутренней структуры классов объектов и отношений между ними.

В диссертационной работе решены следующие задачи:

- разработано множество абстрактных классов, образующих функциональный базис для соответствующей предметной области.

- разработана математическая модель для представления классов фрейма разработки, используемых для построения специализированной интегрированной среды разработки, которая предназначена для увеличения производительности процессов проектирования , разработки- и реализации программ автоматизации решения информационно-расчетных задач.

- на основе классов фрейма разработки спроектирована и выполнена программная реализация модуля безопасности и модуля передачи сообщений.

- создано приложение в области информационно-расчётных задач на основе аппарата фрейма разработки с целью оценки эффективности и демонстрации способов применения упомянутого аппарата.

107

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Иссам Мустафа Ибрагим, 2008 год

1. Adair, D. (1995а). Building Object-Oriented Frameworks Parti // AlXpert online,February-1995,http://www.developer.ibm.com/library/aixpert/feb95/feb95toc.html>

2. Ader M., Nierstrasz O., McMahon S., Miiller G., Profrock A-K.: The ITHACA Technology: A Landscape for Object-Oriented Application Development. In: Proc. Of ESPRIT'90 Conference, pp. 31-51. Kluwer Academic Publishers, 1990.

3. Beck, K. and Johnson, R. 1994. Patterns Generate Architectures. Proceedings of ECOOP 94.139-149.

4. Cline M.P. Pros and Cons of Adapting and Applying Patterns in the RealWorld // Communications ofthe ACM. October 1996 , vol.39(10). - P. 47-49.

5. DeLoach, S. A., Hartrum, Т. C. A theory-based representation for object oriented domain models // IEEE Transactions on Software Engineering, Vol.26, No. 6, 2000, P.500-517.

6. Eggenschwiler Т., Gamma E.: ET++ SwapsManager: Using Object Technology in the Financial Engineering Domain. In: Proc. of OOPSLA^92, ACM SIGPLAN

7. Notices, Vol. 27, No. 10, 1992, pp. 166-177: ' •

8. Eroehlich, G., Hoover, H.J., Liu L. and Sorenson, P.G. Hooking into Object-Oriented Application Frameworks // Proceedings of the 19th International Conference on Software.Engineering, Bostonj May 1997, P. 491-50L '

9. Fugini M., Nierstrasz.O., Pernici В.: Application Development Through Reuse: The ITHACA Tools Environment. ACM SIGOIS Bulletin, vol. 13, no. 2, August 1992, pp. 38-47.

10. Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. // Reading Mass., Addison-Wesley, 1995.

11. Garry Froehlich, H. James Hoover, Ling Liu, Paul Sorenson. "Handbook of Object Technology", CRC Press, 1998.

12. IBM Inc.: "IBM Shareable Frameworks.", http:// www.softmall.ibm.com/ sf/overview.html., August 1996.

13. IBM Inc.: "IBM Shareable Frameworks Technical Overview." http://www.softmall.ibm.com/ sf/ techov.html. October 1996.

14. M. Fontoura, W. Pree, B. Rumpe; "The UML Profile for Framework Architectures", Addison Wesley, 2001, 240 pages.

15. Navathe, Elmasri; "Fundamentals of database systems", third edition, Addison Wesley, 2000, 917 pages.

16. Pree W. Design patterns for object-oriented software development. // Reading (Mass.): Addison-Wesley,1995. — 268p.

17. R.G.G. Gattell, Douglas K. Barry. The Object Data Standard: ODMG 3.0// Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, California, 2000.

18. Schmidt D.C., Fayad M., Johnson R.E; "Introduction to Software Patterns", CACM, 1996, volume 39(10): 37-39.

19. Scott A. DeLoach, Thomas G. Hartrum, "A Theory-Based Representation for Object-Oriented Domain Models", IEEE transactions on. software engineering, vol. 26, no. 6, June 2000.

20. Srinivas Y.V. , "Algebraic specifications for domains in software development and maintenance", Communications of the ACM, v.33 n.6, June 1990, P.658-667.109/

21. Wolfgang Pree; "Design PatternsMbr Object Oriented Software Development", Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1995, 268 pages.

22. Y.V. Srinivas, "Category Theory Definitions and Examples," Technical Report TR 90-14, Dept. of Information and Computer Science, Univ. of California at Irvine, Feb. 1990.

23. Y.V. Srinivas, "Algebraic Specification: Syntax, Semantics, Structure," Technical report TR 90-15, Dept. of Information and Computer Science, Univ. of California at Irvine, June 1990.