(Prog.Inf. Szakon) (Prog.Mat. Szakon) Szendrei Rudolf

Átírás

1 Modellek és s formális eszközök (Prog.Inf. Szakon) Programozási Módszertan M elmélete lete 1. EA (Prog.Mat. Szakon) Szendrei Rudolf swap@inf.elte.hu people.inf.elte.hu/swap/

2 Tematika Rendszerleírások aspektusai, leírások, specifikációk és modellek Probléma, modell, követelmény, specifikáció, program Objektumelvű programfejlesztés Nem determinisztikus szekvenciális program, szintaxisa, szemantikája Specifikációs módszerek Konkurencia alapfogalmai, konkurens programok és rendszerek

3 Tematika Objektum elvű konkurens programok Konkurens és nem determinisztikus program Konkurens program szintaxisa, szemantikája Osztott nem determinisztikus programrendszer Csatorna és csatornautasítások Csatornautasítások szintaxisa, szemantikája Csatornautasítások illesztése Diszjunkt csatornák összekötése Ágensrendszerek

4 Irodalom Kozma László, Varga László: Szoftvertechnológia elméleti problémái. Pázmány Eötvös Kiadó, 2007, Ehring H., Mahl B.: Fundamentals of Algebraic Specification 1, 2. Module specifications and constraints. Springer-Verlag, 1990, Jacques Loeckx, Hans-Dieter Ehrich, Markus Wolf: Specification of Abstract Data Types. John Wiley and Sons, 1996, Krzysztof R. Apt, Ernst-Rüdiger Olderog: Verification of Sequential and Concurrent Program, Springer-Verlag, 1997 Willem-Paul de Roever et al.: Concurrency Verification; Introduction to Compositional and Noncompositional methods; Cambridge University Press, 2001 Mclver A., Morgan C.: Programming Methodology, Springer-Verlag, 2003

5 Szoftverfejlesztés, s, mérnm rnöki tevékenys kenységként

6 Számítástechnikai eszközök k fejlődése Neumann János J ENIAC számítógépe (Ballisztikus röppr ppályák k számítására) Manhattan projekt (atombomba kifejlesztése) se) Műveleti sebesség és s kapacitás s növekedn vekedése Hálózatok létrejl trejötte, tte, hálózatin h keresztüli problémamegold mamegoldás Magas szintű programnyelvek (Algol, Fortran, Cobol) Sok programnyelv jött j létre, l pl. SIMULA, CLU, ADA, Prolog, LISP, C, Monitor a kényelmesebb k grafikus kommunikáci cióhoz Batch operáci ciós s rendszerek kötegelt k feldolgozáshoz Mai értelemben vett operáci ciós s rendszerek megjelenése

7 Számítás s eszközök k fejlődése Magyarországon gon 1956: M3-as számítógép p MTA, Gépi G kód. k 1960-as évek eleje: Ural számítógépek; Gépi G kód; k 1960-as évek közepe: k Gler gép. g Monitor; Assembly; Algol; ICT 1905 gép. g Monitor; Batch vezérl rlő; ; Assembly; Algol, Fortran, Cobol; 1960-as évek vége: v Hazai fejlesztések sek TPA (DEC) gépek; g operáci ciós s rendszer; 1970-es évek. IBM/360-as gépek; g operáci ciós s rendszer; PL1; Kisgépek, TPAI; KFKI. VIDEOTON hazai fejlesztések; sek; 1980-as évektől l a programnyelvek sokasága: ADA; CLU; Prolog; C...

8 Az objektumelvű programozás megjelenése és s a szoftverfejlesztés 1. mérfm rföldköve a SIMULA 67, mely a 60-as években jelent meg Korábban Vezérl rlés s központk zpontú gépi kódúk utasítások sok Egyszerűbb, kisebb terjedelmű programok Szekvenciális végrehajtv grehajtás, párhuzamossp rhuzamosság g hiánya, interaktivitás s hiánya Utána Nagy méretm retű programok és s komplex rendszerek fejlesztése se Osztott rendszerek, párhuzamossp rhuzamosság, aszinkron interaktivitás Az utóbbi három h évtizedben az egyetemi projektekben szerzett tapasztalatok alapján n az objektum elvű megközel zelítés flexibilisebb a gyorsan változv ltozó követelmények mellett, mint az imperatív, funkcionális vagy logikai programozási stílus.

9 Objektum elvű programozás P. Wegner: Objektum elvű programozás Adatabsztrakció Absztrakt adattípus Típusöröklődés Objektum elvű programozási nyelvek típusrendszeret Típus: : Egyszerű vagy összetett Egyszerű típus: : char, int, float, bool, Összetett típus: : string, vector, list, set, map, array, record, absztrakt adattípus, öröklődéssel származtatatott adattípus (lásd: programozási nyelvek tárgy) t

10 Objektumelvűség g elvei napjainkban Osztály: : (attribútumok, tumok, metódusok), mely a program struktúrálts ltságát írja le Felületek hozzáférésének szabályozása: láthatóság, metódusok és s azok attribútumainak tumainak segíts tségével Az objektumok az osztály példp ldányaiként nt jönnek j létrel Adatbeburkolás (encapsulation) Adatabsztrakció, információ elrejtés Objektumok azonosítókkal való elérése,, megnevezése Öröklődés, polimorfizmus Egyes objektum elvű programozási nyelvek megengednek többet t is: Portabilitás, kód k d hordozhatóságának biztosítása sa (pl. Java)

11 Programfejlesztés, s, mint matematika A programfejlesztés a matematika része? Sok matematikát kell tanulni ahhoz, hogy egy problémát számítógép segítségével oldjunk meg? Igaz ez az állítás? 1. A számítógép a megoldás során szimbólum-manipulációt végez. 2. A számítógéppel megoldandó problémák jelentős része megfogalmazható formális matematikai leírással. 3. A programfejlesztési módszerek többnyire formálisak. 4. Intuitivitásra van szükség a módszerek használatakor. 5. Szükséges a problémák pontos leírása. 6. A megoldásnak a leírás szerint kell helyesnek lennie (formális eszközök). 7. Számos probléma számítógéppel való helyes megoldása a szimbólum-manipulációt erősíti (rendezés, keresés, gráf bejárások, programfordítás stb.)

12 A problémák k közös k s jellemzője: je: a jól j l megfogalmazható algoritmikusság; g; tárgyuk absztrakt; Tehát t matematika. Hermann Weyl (1940) "Amikor a matematikus eljut az absztrakcióhoz, elfelejti azt, hogy a szimbólumai miket is helyettesítenek. Rendelkezésére áll egy sor operáció, amelyeket a szimbólumokkal elvégezhet, függetlenül attól, hogy ezek mit helyettesítenek". "Az informatikusnak ez kevés, mivel ő a valóságos problémát akarja megoldani. Neki azt a valóságos objektumot is figyelembe kell venni, amit a szimbólum reprezentál".

13 Mérnöki munka jellemzői Technológia: módszerek, szabványok, eszközök, szervezés Módszer: Olyan elvek halmaza, amelyek alapján kiválasztjuk és alkalmazzuk a technikát és az eszközöket. Struktúrált programozás Absztarkció + modularizáció; Szintekre bontás: absztrakt (leírás) konkrét (megvalósítás) Módszertan: a módszerrel kapcsolatos vizsgálatok és ismeretek Programfejlesztés: leírások készítése.

14 Leírások 1. Domain (problémakör) leírása Annak leírása, amelyre a követelmk vetelmények vonatkozni fognak. 2. Követelmények Annak a leírása, amit a felhasználó elvár r a program által nyújtott szolgáltat ltatásoktól. 3. Specifikáció A szolgáltat ltatások bemeneti és s kimeneti kapcsolatának a leírása. (Kívülr lről l megfigyelhető viselkedés) s) 4. Modell, rendszerterv Annak leírása, hogy milyen egységek gek együttm ttműködésén keresztül l valósulnak meg a szolgáltat ltatások. 5. Program A szolgáltat ltatások végrehajtv grehajtásának, a szolgáltat ltatásokat eredményez nyező kiszámítások sok leírása.

15 Specifikáci ciós s interfész számítógép specint Specifikációs interfész (kiszámítás input-output relációja: billentyűzet, képernyő) Követelmény: interfész, mely egy közös felület a gép és a felhasználó között a rendszerben. felhasználó Alapvető közös felületek: Billentyűzet: a felhasználó vezérli, a gép pedig érzékeli az adatait. Képernyő: a gép vezérli, a felhasználó pedig érzékeli a láttottakat, felhasználja.

16 Az interfész, mint specifikáci ciós tűzfal Hard: formális rész (fejlesztő) Soft: informális rész (elemző) A tűzfal elválasztja lasztja egymást stól a rendszer-elemzőt,, aki a számítógépen kívüli k világ g informális problémáival foglalkozik, Dijkstra a szoftver fejlesztőtől,, aki a számítógépes megoldással foglalkozik. A funkcionális specifikáció megválasztása, annak jelölésrendszere, amellyel azt leírjuk, nem feltétlen kell, hogy világos legyen. Szerepe egy tűzfal létesítése két különböző dolog között.

17 Példa forgalomirány nyító lámpára Ügyfél igénye: A gyakorlatban felmerülő problémáját oldják meg. Probléma: A lámpa 45 mp-ig tilost, majd 15 mp-ig szabad jelzést adjon. számítógép forgalmi lámpa Specifikációs interfész { pjel, zjel } követelmény interfész { stop, go }

18 Példa forgalomirány nyító lámpára számítógép forgalmi lámpa Specifikációs interfész { pjel, zjel } követelmény interfész { stop, go } Az ügyfelet inkább a követelmk vetelmény interfész, a szimbólum lum-manipuláció probléma érdekli: 1. Milyen feltételek telek mellett garantálja a program / rendszer a szolgáltat ltatás s nyújt jtását? t? 2. Milyen megfigyelhető hatásai legyenek a szolgáltat ltatásoknak? (felhasználó / ügyfél l kérdk rdése)

19 A forgalomirány nyító lámpa követelmk vetelménye forever { show only stop for 45 seconds; show only go for 15 seconds; } Követelmény interfész Egy külvilág felé nyitott kapu, amit az ügyfél a gépen kívüli világban érzékelhet. Az ügyfelet nem érdeklik a szimbólum manipuláci ciós s kérdk rdések vagy az elektromos jelek, csak az, hogy a lámpa l zöld vagy piros.

20 A számítógép, a külvilk lvilág és s a felhasználó számítógép forgalmi lámpa Specifikációs interfész { pjel, zjel } követelmény interfész { stop, go } A gépi g rész r specifikáci ciója: A specifikáci ció-interfész a gépig pi-,, valamint a problémat matér r közös k s része. r Problématér: : lámpal Közösen használt fenomén: : { pjel, zjel } { Pjel; forever { wait 45 seconds; Pjel; Zjel; wait 15 seconds; Zjel; Pjel; } }