Datenorientierter Entwurf - Institut für Pervasive Computing - JKU
Datenorientierter Entwurf - Institut für Pervasive Computing - JKU
Datenorientierter Entwurf - Institut für Pervasive Computing - JKU
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5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Entwurf</strong><br />
Software Engineering 2<br />
Analyse und Synthese<br />
<strong>Entwurf</strong>sebenen<br />
Subsysteme und Module<br />
Algorithmenentwurf<br />
Top-Down und Bottom-Up<br />
01000101 11100110<br />
10110110 00011010<br />
© G. Blaschek, <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Pervasive</strong> <strong>Computing</strong>, <strong>JKU</strong> Linz
2<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Motivation (1)<br />
Häufiger Fehler: übereilter Beginn mit<br />
Implementierung<br />
Software Engineering 2<br />
Folgen daraus:<br />
unzureichendes Problemverständnis<br />
Selbstüberschätzung, Optimismus<br />
Hackertum<br />
Orientierung an Sprach- und Maschinendetails<br />
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3<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Motivation (2)<br />
Software Engineering 2<br />
Sparen beim <strong>Entwurf</strong> (oder überhaupt Einsparen<br />
des <strong>Entwurf</strong>s) ist<br />
bei kleinen (Mini-) Projekten noch akzeptabel<br />
bei mittleren Projekten gefährlich<br />
bei großen Projekten katastrophal<br />
Folgen:<br />
es entsteht eine vorläufige Lösung<br />
Lösung hat „kleine“ Mängel<br />
Verbesserungen sollen die Mängel beseitigen<br />
=> Flickwerk<br />
hohe Fehlerwahrscheinlichkeit<br />
Produkt kann kaum gewartet werden<br />
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4<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Fazit<br />
daher: erst denken, dann handeln…<br />
Software Engineering 2<br />
typischer <strong>Entwurf</strong>saufwand:<br />
doppelter Implementierungsaufwand!<br />
(aus 40:20:40-Regel)<br />
Je sauberer der <strong>Entwurf</strong>, desto weniger Probleme<br />
beim Komponenten- und Integrationstest<br />
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5<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Entwurf</strong> ≈ Analyse<br />
Software Engineering 2<br />
<strong>Entwurf</strong> wird oft auch als Analyse bezeichnet.<br />
manchmal nur der erste (grobe) <strong>Entwurf</strong>sschritt<br />
z.B. bei OOP:<br />
OOA = Object-Oriented Analysis<br />
OOD = Object-Oriented Design<br />
nach dem eigentlichen Wortsinn:<br />
Analyse = Zerlegung<br />
Synthese = Zusammensetzung<br />
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6<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Analyse und Synthese (1)<br />
Problem<br />
?<br />
Lösung<br />
!<br />
<strong>Entwurf</strong> Analyse Synthese Integration<br />
Software Engineering 2<br />
? ?<br />
? ?<br />
Implementierung<br />
! !<br />
! !<br />
Teilprobleme<br />
Teillösungen<br />
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7<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Analyse und Synthese (2)<br />
In der Praxis mehrstufig:<br />
?<br />
Software Engineering 2<br />
Je nach Komplexität<br />
der Gesamtaufgabe:<br />
• unterschiedliche Detaillierung<br />
• unterschiedliche Tiefe<br />
(vgl. schrittweise Verfeinerung)<br />
? ?<br />
? ?<br />
?<br />
?<br />
?<br />
?<br />
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8<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Entwurf</strong>sebenen<br />
1. Zerlegung in Subsysteme<br />
Software Engineering 2<br />
2. Modularisierung<br />
3. Algorithmen<br />
„Architektur“<br />
In allen Ebenen:<br />
parallele Behandlung<br />
von Algorithmen<br />
und Datenstrukturen<br />
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9<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Zerlegung in Subsysteme<br />
Software Engineering 2<br />
Orientiert sich an den Ergebnissen der<br />
Problemanalyse<br />
Teilsysteme sind oft eigenständige Programme<br />
typische Abgrenzungen:<br />
Benutzergruppen<br />
Reihenfolge<br />
Benutzungshäufigkeit (z.B. Buchungen, Bilanz)<br />
Interaktivität (Client/Server; Batch-Abläufe)<br />
schwache Kopplung zwischen den Teilen<br />
Kommunikation über Dateien, Datenbanken,<br />
Netzwerk<br />
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10<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Modularisierung<br />
Software Engineering 2<br />
Zerlegung eines Teilsystems in handhabbare<br />
Brocken, die unabhängig voneinander entwickelt<br />
werden können.<br />
Module sind nicht allein ablauffähig<br />
enge Kopplung<br />
Kommunikation über Aufrufschnittstellen<br />
(Parameter), gemeinsame Speicherbereiche<br />
(siehe Kapitel 7 „Modularisierung“)<br />
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11<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Algorithmenentwurf<br />
Software Engineering 2<br />
Parallele Verfeinerung von Algorithmen und<br />
Datenstrukturen<br />
Was davon steht im Vordergrund?<br />
Funktionsorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Datenorientierter</strong> <strong>Entwurf</strong><br />
Objektorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
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12<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Funktionsorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
(1)<br />
Eingabe<br />
Input<br />
I<br />
Algorithmus<br />
Process<br />
P<br />
Ausgabe<br />
Output<br />
O<br />
Software Engineering 2<br />
Typische Verfahren:<br />
schrittweise Verfeinerung (Wirth 1971)<br />
HIPO (Hierarchical Input Process Output; IBM 1974)<br />
SADT (Structured Analysis and Design Technique; Schomann<br />
1977)<br />
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13<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Funktionsorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
(2)<br />
Grundidee:<br />
Zerlegung eines Problems in Teilprobleme<br />
Getrennte Betrachtung der Teilprobleme (rekursiv)<br />
Terminierung, wenn direkt implementierbar<br />
Software Engineering 2<br />
hilfreich: Abstraktion von der<br />
Implementierungssprache!<br />
allgemeingültiger <strong>Entwurf</strong>; erhöht Portabilität<br />
endet bei „hinreichender“ Konkretisierung<br />
vermeidet Einfluss spezieller Spracheigenschaften<br />
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14<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Systematische Verfeinerung<br />
Reihenfolge des weiteren Vorgehens:<br />
Software Engineering 2<br />
1<br />
4<br />
2<br />
Initialisieren<br />
Lesen<br />
Ende<br />
?<br />
Verarbeiten<br />
Ausgeben<br />
Terminieren<br />
3<br />
1. Sequentiell: 1. Teil schafft Voraussetzungen<br />
<strong>für</strong> den nächsten, etc.<br />
2. Datenquelle: Eingabedaten bestimmen<br />
den Ablauf (z.B. interaktive Programme).<br />
3. Datensenke: Ergebnisse sind bekannt; aus<br />
den Berechnungsalgorithmen ergeben sich<br />
die erforderlichen Eingabedaten.<br />
4. „Hardest First“: frühes Erarbeiten von<br />
Details; vermeidet Fehlentscheidungen<br />
wegen falscher Annahmen.<br />
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15<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Datenorientierter</strong> <strong>Entwurf</strong> (1)<br />
Daten stehen im Mittelpunkt:<br />
Software Engineering 2<br />
Aktion A<br />
Daten X<br />
Daten Y<br />
Aktion B<br />
Aktion C<br />
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16<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Datenorientierter</strong> <strong>Entwurf</strong> (2)<br />
Software Engineering 2<br />
Konzentration auf Datenfluss und<br />
Datenstrukturen<br />
Typische Verfahren und Hilfsmittel:<br />
JSD (Jackson Structured Programming; 1975)<br />
ER (Entity Relationship; Chen 1976)<br />
SA; Data Dictionary (Structured Analysis; Datenfluss;<br />
DeMarco 1979)<br />
Entscheidungstabellen<br />
attributierte Grammatiken<br />
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17<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Eignung des<br />
datenorientierten <strong>Entwurf</strong>s<br />
besonders günstig bei:<br />
Software Engineering 2<br />
komplexen Daten<br />
vielen (verschiedenen) Daten<br />
Datenbanken<br />
(ER-Diagramme)<br />
strukturierten Datenströmen<br />
(attributierte Grammatiken)<br />
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18<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Anwendungen des<br />
datenorientierten <strong>Entwurf</strong>s<br />
Software Engineering 2<br />
besonders häufig bei kaufmännischen<br />
Anwendungen:<br />
Ausgangspunkt Dokumentenanalyse<br />
(Formulare, Listen, Berichte, …)<br />
Untersuchung des Datenflusses<br />
(aus Struktur- und Ablaufanalyse)<br />
Ermitteln von Datentypen, Relationen und<br />
Konsistenzbedingunen (aus Datenanalyse)<br />
Rückschluss auf erforderliche Algorithmen<br />
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19<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Notationen<br />
Jackson<br />
Data Dictionary<br />
Bibliothek<br />
Bibliothek = { Buch }.<br />
Buch<br />
*<br />
Buch = Fachbuch | Lehrbuch.<br />
Software Engineering 2<br />
Fachbuch<br />
o<br />
Lehrbuch<br />
o<br />
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20<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Data Dictionary<br />
Software Engineering 2<br />
systematische Aufstellung der beteiligten Daten in<br />
BNF-ähnlicher Notation mit Erweiterungen:<br />
minimale u. maximale Anzahl von Wiederholungen<br />
Seminar = 5 { Teilnehmer } 20<br />
Wertebereiche von Datenelementen<br />
Tag = 1 .. 31<br />
ungeordnete Aufzählung von Elementen<br />
Name = Vorname + Zuname<br />
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21<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
<strong>Datenorientierter</strong> <strong>Entwurf</strong><br />
(Fortsetzung)<br />
Alle Daten und Beziehungen fixiert, dann…<br />
Software Engineering 2<br />
Aufstellen von typischen Benutzungsfolgen<br />
(vgl. „Use Cases“, „Szenarien“)<br />
Sammlung der erforderlichen Operationen<br />
weiter mit algorithmischem Detailentwurf<br />
Algorithmen sind üblicherweise einfach<br />
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22<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Objektorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
Software Engineering 2<br />
Kombination aus funktions- und<br />
datenorientiertem <strong>Entwurf</strong><br />
beginnt üblicherweise datenorientiert (z.B. nach<br />
Abbott), im weiteren Verlauf Szenarien („Use<br />
Cases“)<br />
Konzentration auf Objekt-Schnittstellen,<br />
Einbeziehung zentraler Spracheigenschaften:<br />
Vererbung<br />
Polymorphie<br />
dynamische Bindung<br />
Klassenbibliotheken und Frameworks<br />
OO-<strong>Entwurf</strong> ist kaum<br />
sprachunabhängig<br />
durchzuführen!<br />
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23<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Objektorientierter <strong>Entwurf</strong><br />
Verfahren und Hilfsmittel<br />
Software Engineering 2<br />
RDD (Responsibility-Driven Design; Wirfs-Brock 1989)<br />
CRC (Class, Responsibility, Collaboration; Beck,<br />
Cunningham 1989)<br />
OOA (Object-Oriented Analysis; Coad 1990)<br />
OOSD (Object-Oriented Structured Design;<br />
Wasserman 1990)<br />
OOD (Object-Oriented Design; Booch 1991)<br />
OMD (Object-Oriented Modeling and Design;<br />
Rumbaugh 1991)<br />
<strong>Entwurf</strong>smuster (Design Patterns; Gamma, Johnson,<br />
Vlissides 1995)<br />
UML (Unified Modeling Language; OMG, 1997)<br />
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24<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Top-Down und Bottom-Up-<br />
<strong>Entwurf</strong><br />
Top-Down<br />
Bottom-Up<br />
Software Engineering 2<br />
Zerlegung<br />
in Teilprobleme<br />
(Analyse)<br />
Ausgangspunkt:<br />
Vision vom<br />
Gesamtsystem<br />
Zusammenbau<br />
von Teillösungen<br />
(Synthese)<br />
Ausgangspunkt:<br />
Bibliotheken und<br />
Teilfunktionen<br />
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25<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Top-Down-<strong>Entwurf</strong><br />
Beginnt mit Problemstellung; zerlegt sie in Teilprobleme,<br />
endet schließlich bei nicht weiter zerlegbaren „Mini-<br />
Problemen“, die direkt implementiert werden können.<br />
Software Engineering 2<br />
Vorteile:<br />
+ gutes Problemverständnis<br />
+ maschinen- und<br />
sprachunabhängig<br />
+ kein Verirren in Details<br />
+ saubere Schnittstellen<br />
+ <strong>Entwurf</strong> noch im Produkt<br />
erkennbar<br />
Nachteile:<br />
– kritische Integration<br />
am Ende<br />
– Übersehen von<br />
existierenden<br />
(Teil-) Lösungen<br />
– gravierende Änderungen<br />
bei spät erkannten<br />
Problemen<br />
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26<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Bottom-Up-<strong>Entwurf</strong><br />
Beginnt mit konkreter Maschine, baut darauf immer<br />
weitere „abstrakte Maschinen“, die Teilprobleme lösen;<br />
endet bei „Problemlösungsmaschine“<br />
Software Engineering 2<br />
Vorteile:<br />
+ hoher Wiederverwendungsgrad<br />
+ hohe Funktionssicherheit<br />
durch<br />
inkrementellen Test<br />
+ schrittweise<br />
Integration<br />
Nachteile:<br />
– beginnt mit vermuteten<br />
Teilproblemen<br />
– Orientierung an<br />
technischen<br />
Gegebenheiten statt an<br />
Benutzeranforderungen<br />
– Gefahr der frühzeitigen<br />
Optimierung<br />
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27<br />
5. <strong>Entwurf</strong><br />
Mischform: Outside-In-<strong>Entwurf</strong><br />
Software Engineering 2<br />
Bei objektorientiertem <strong>Entwurf</strong> mit Hilfe eines<br />
Frameworks<br />
Framework gibt die Grobstruktur vor<br />
wird schrittweise „von außen nach innen“ mit<br />
anwendungsspezifischen Funktionen gefüllt<br />
Inkrementelle Software-Entwicklung:<br />
„Design a little, implement a little, test a little.“<br />
Mini-Zyklen mit hoher Funktionssicherheit<br />
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