Технологии программирования

Абстракция через спецификацию позволяет абстрагироваться от процесса вычислений, описанных в теле процедуры, до уровня знания лишь того, что данная процедура должна в итоге реализовать. Это достигается путем задания для каждой процедуры спецификации, описывающей эффект ее работы, после чего смысл обращения к данной процедуре становится ясным через анализ этой спецификации, а не самого тела процедуры.

При анализе спецификации для уяснения смысла обращения к процедуре нужно придерживаться следующих двух правил.

Правило 1. После выполнения процедуры можно считать, что выполнено конечное условие. Выполнение конечного условия при соблюдении начальных условий — это собственно то, ради чего и построена процедура. Если это процедура поиска максимального значения в массиве, то конечное условие — факт, что максимальный элемент найден. Если это процедура вычисления квадратного корня, то конечное условие — нахождение квадратного корня.

Правило 2. Можно ограничиться только той информацией, которую подразумевает конечное условие.

Эти правила демонстрируют два преимущества абстракции через спецификацию. Первое состоит в том, что программисты, использующие данную процедуру, не обязаны знакомиться с текстом ее тела. Следовательно, им не нужно уяснять, например, подробности алгоритма отыскания квадратного корня, устанавливая, действительно ли возвращенный результат — искомое число.

Второе правило показывает, что на самом деле имеем дело с абстракцией: абстрагируясь от тела процедуры, можно не обращать внимания на несущественную информацию. Именно такое «игнорирование» информации и отличает абстракцию от декомпозиции. Конечно, анализируя тело процедуры, можно извлечь некоторое количество информации, не следующей из конечного условия (как, например, то, что найденный элемент первый или последний в рассмотренном выше примере). В спецификации подобная информация о возвращаемом результате отбрасывается.

Абстракции через параметризацию и через спецификацию являются мощным средством для создания программ. Они позволяют определить два вида абстракций: процедурную абстракцию и абстракцию данных. В общем случае каждая процедурная абстракция и абстракция данных используют оба способа.

Например, абстракцию SQRT (извлечение квадратного корня) можно сравнить с операцией: она абстрагирует отдельное событие или задачу. Мы будем ссылаться к абстракциям такого рода, как к процедурным абстракциям. Отметим, что абстракция SQRT включает в себя как абстракцию через параметризацию, так и абстракцию через спецификацию.

На процедурной абстракции основана разработка структуры программы в технологии структурного программирования. Базовая компонента технологии структурного программирования — модуль, которому обычно соответствует подпрограмма (процедура или функция на языках программирования высокого уровня).

Рассматривая программу не как набор процедур, а прежде всего как некоторые наборы данных, каждый из которых имеет разрешенную группу процедур, получаем абстрактное представление программы, представленное на рис. 1.4. Анализ рис. 1.4 позволяет также получить абстракцию данных, показанную на рис. 1.5.

В технологии абстрактных данных Дейкстры применяется функциональная модель в виде набора диаграмм потоков данных (далее — ДПД; DFD — Data Flow Diagram), которые описывают смысл операций и ограничений. ДПД отражает функциональные зависимости значений, вычисляемых в системе, включая входные значения, выходные значения и внутренние хранилища данных. ДПД — это граф, на котором показано движение значений данных от их источников через преобразующие их процессы к их потребителям в других объектах. Фрагменты ДПД показаны на рис. 1.6.

Рис. 1.4. Абстракция программы как набора данных, обрабатываемых процедурами

Рис. 1.5. Абстракция данных

Поток данных соединяет выход объекта (или процесса) с входом другого объекта (или процесса). Он представляет промежуточные данные вычислений.

Хранилище данных — это пассивный объект в составе ДПД, в котором данные сохраняются для последующего доступа. Хранилище данных допускает доступ к хранимым в нем данным в порядке, отличном от того, в котором они были туда помещены. Агрегатные хранилища данных, как, например, списки и таблицы, обеспечивают доступ к данным в порядке их поступления либо по ключам.

ДПД показывает все пути вычисления значений, но не показывает, в каком порядке эти значения вычисляются. Решения о порядке вычислений связаны с управлением программой, которое отражается в динамической модели. Эти решения, вырабатываемые специальными функциями, или предикатами, определяют, будет ли выполнен тот или иной процесс, но при этом не передают процессу никаких данных, так что их включение в функциональную модель необязательно. Тем не менее иногда бывает полезно включать указанные предикаты в функциональную модель, чтобы в ней были отражены условия выполнения соответствующего процесса.