La Programmazione Strutturata Uno stile di programmazione per la costruzione di programmi complessi Mario Capurso – http://info.bazarinfo.info

La Programmazione Strutturata E’ uno stile di programmazione … Introdotto da Edsger W. Dijkstra tra il 1968 e il 1969 (Università di Eindhoven-NL) … Durante le due Conferenze N.A.T.O. (1968, 1969) sull’Ingegneria del Software … Per produrre programmi usando tecniche di decomposizione simili a quelle usate in ingegneria meccanica o elettronica

Per capirne di più - Un po’ di storia La storia dell’informatica moderna viene di solito fatta iniziare dal 1950 Diciotto anni dopo, nel 1968, i principali utenti di tecnologia informatica, i comandi militari dei paesi occidentali riuniti nella N.A.T.O. , decidono di fare il punto della situazione

Le due Conferenze N.A.T.O. Vengono organizzate due Conferenze sulla Ingegneria del Software nel 1968 a Garmisch(D) e nel 1969 a Roma (I) I partecipanti rappresentano il mondo dell’industria, della ricerca e degli utenti Sotto accusa sono costi e qualità del software L’obiettivo è di mettere a punto tecniche ingegneristiche che migliorino costi e qualità

1968 - Garmisch Gillette Dijkstra Naur Randell Gries

1969 - Roma Randell Dijkstra Hoare Brinch Hansen Perlis Lampson Wirth

Ingegneria “Studio e realizzazione delle tecniche con cui si applicano le enunciazioni teoriche e le norme di funzionamento di una disciplina, allo scopo di evitare uno sviluppo casuale e frammentario” (Vocabolario Zingarelli)

I Risultati Le due conferenze puntualizzano tendenze e situazioni che richiedono un cambiamento di indirizzo nella produzione del software Esse avranno un impatto fondamentale nell’evoluzione dell’Informatica

L’andamento dei costi Gillette: “…The economics of software development are such that the cost of maintenance frequently exceeds that of the original development…” Gillette: “…Gli aspetti economici dello sviluppo del software sono tali che il costo della manutenzione frequentemente supera quello dello sviluppo originale…”

Distribuzione dei costi del Software - 1

Distribuzione dei costi del Software - 2

L’ Aumento della complessità del software “…d’Agapeyeff: In 1958 a European general purpose computer manufacturer often had less than 50 software programmers, now they probably number 1,000-2,000 people; what will be needed in 1978?…” “…d’Agapeyeff: Nel 1958 un costruttore di computer aveva spesso meno di 50 programmatori, oggi (1968) probabilmente ne ha 1000 o 2000. Di quanti ne avrà bisogno nel 1978 ?…”

Il peso della complessità – Troppi fattori da considerare

Il peso della complessità – Troppi livelli informatici da padroneggiare

Il peso della complessità – Troppe linee di codice da produrre

L’alto costo degli errori “…David and Fraser: Particularly alarming is the seemingly unavoidable fallibility of large software, since a malfunction in an advanced hardware-software system can be a matter of life and death…” “…David and Fraser: Allarma in maniera particolare la apparentemente inevitabile fallibilità di un software enorme, poiché un malfunzionamento in un sistema hardware e software avanzato può essere una questione di vita o di morte…”

Il confronto con l’hardware Legge di Moore e raddoppio dei transistor a parità di costo

Il rapporto fra i costi di hardware e software

La mancanza di metodo “…Graham: Today we tend to go on for years, with tremendous investments to find that the system, which was not well understood to start with, does not work as anticipated. We build systems like the Wright brothers built airplanes— build the whole thing, push it off the cliff, let it crash, and start over again…” “…Graham: Oggi tendiamo a continuare per anni con tremendi investimenti fino a scoprire che il sistema, non ben capito all’inizio, non funziona come previsto. Costruiamo sistemi come i fratelli Wright facevano gli aeroplani – li costruivano, li gettavano dalla collina, li distruggevano e li ricostruivano…”

La Crisi del Software Difficolta’ di reggere il confronto con l’hardware: Nella diminuzione dei prezzi Nella maturita’ come prodotto industriale Nella qualita’ Necessita’ di metodi ingegneristici paragonabili a quelli usati nello sviluppo dell’hardware

L’Industria del Software ha da imparare dall’Industria dell’Hardware Bisogna considerare il software come prodotto industriale Bisogna definire un ciclo produttivo ripetibile Bisogna definire il concetto di qualità Bisogna imparare a preventivare (e rispettare) tempi e costi

Serve Ingegneria e Qualita’ nel Software Qualita’ nel Prodotto Qualita’ nel Processo Qualita’ nel Progetto Ingegneria e Qualita’ sono i segni di una Disciplina che matura

Hardware e Software come prodotti industriali Costa produrlo E’ prodotto da aziende Ha un ciclo di vita E’ materiale Replicarlo costa Software Costa produrlo E’ prodotto da aziende Ha un ciclo di vita E’ immateriale Replicarlo non costa

Suggerimento 1 – Programmare per Moduli La produzione hardware usa il concetto di modulo Un modulo ha un nome, un obiettivo, inputs ed outputs Il modulo viene progettato, costruito, ordinato, venduto, comprato, riusato, sostituito Il modulo viene integrato per fare ulteriori moduli Costruendo programmi integrando moduli, la qualità ed i costi dovrebbero migliorare

Modulo Un modulo nasconde la sua realizzazione (Decision hiding) Un modulo si può impilare ed annidare Il modulo entra nel software con il concetto di sottoprogramma A B A B

Caratteristiche di un Modulo Ha un obiettivo chiaro e semplice E’ indipendente da altri moduli Le interfaccia sono documentate Non è più grande di una pagina Nasconde i dettagli realizzativi L’algoritmo usato è semplice e documentato

Suggerimento 2 – Definire la Qualità del Software Lo Standard ISO 9126 sulla Qualità del Software Funzionalità Affidabilità Manutenibilità Portabilità Efficienza Usabilità

Suggerimento 3 – Definire un Processo produttivo

Il Ciclo di Sviluppo Waterfall Analisi Progettazione Programmazione Test (Ricerca e correzione degli errori) Documentazione Installazione Manutenzione

Qualità del Processo e ISO 9001/2000 Standard ISO (Internazionale) In grado di certificare la qualita’ di un processo Definisce due stati (Certificato/Non Certificato) Usato a livello internazionale Obbligatorio per chi lavora per enti che richiedono qualità certificata

Le difficolta’ di fare Software Analizzare, Progettare, Testare il progetto con l’utente: DIFFICILE Programmare: RELATIVAMENTE FACILE Facciamo ancora errori di sintasssi, ma sono banali rispetto agli errori concettuali (Fonte: Frederick Brooks – No Silver Bullett)

Le Proprieta’ della Essenza del Software Complessita’ Conformita’ Cambiabilita’ Invisibilita’

Complessita’ Le entita’ software sono complesse per: la dimensione la mancanza di oggetti ripetuti la quantita’ enorme di stati la mancanza di scalabilita’

La complessita’ fa parte della essenza, e determina... Difficolta’ di comunicazione in un team Errori nei prodotti Esplosione nei costi Ritardi nelle consegne Difficolta’ nell’uso Difficolta’ di manutenzione Difficolta’ di apprendimento Difficolta’ nella sostituzione del personale

Conformita’ Non ci sono principi unificanti Il Software deve conformarsi ai voleri di molte istituzioni umane Il software deve interfacciarsi a molti sistemi Deve conformarsi perche e’ l’ultimo arrivato o e’ ritenuto il piu’ malleabile

Cambiabilita’ - 1 Il Software e’ sotto continua pressione per il cambiamento Anche i prodotti tangibili cambiano, ma meno frequentemente Il Software incorpora la funzione, che e’ cio’ che risente di piu’ del cambiamento Il Software e’ pensiero puro, infinitamente malleabile

Cambiabilita’ - 2 Il Software di successo viene cambiato L’utente lo prova in nuovi casi L’utente vuole nuove funzioni Il Software sopravvive all’hardware Il Software e’ inserito in una matrice culturale di leggi, usi, utenti, macchine, situazioni che cambiano in continuazione

Invisibilita’ Il Software e’ invisibile Gli oggetti sono visualizzabili, il Software puo’ essere rappresentato da una molteplicita’ di grafi sovrapposti Il Software e’ non visualizzabile Questo rende difficile la comunicazione tra menti differenti

Se il Software è cosi’… Va fatto in maniera da essere il più semplice possibile (Usabilità) Va fatto in maniera da essere cambiato il più facilmente possibile (Manutenibilità)

L’Hardware non è il Software, ma alcune idee sono trasportabili

Programmazione Strutturata Dijkstra:”…I have grown to regard a program as an ordered set of pearls, a “necklace”. The top pearl describes the program in its most abstract form, in all lower pearls one or more concepts used above are explained (refined)… The pearl seems to be a natural program module. Dijkstra:”…Sono cresciuto guardando a un programma come a un insieme ordinato di perle, una collana. La perla superiore descrive il programma nella sua forma astratta, mentre in tutte le perle inferiori uno o più concetti usati sopra sono spiegati (raffinati)…La perla sembra un modulo naturale

Un programma è fatto di Moduli La struttura del programma deve essere ad albero I costrutti di collegamento usati devono essere Sequenza Selezione Ripetizione Il programma deve essere costruito top-down per raffinamenti successivi

Ad Albero perché… La struttura è più semplice Ci sono meno scelte (nn-1 invece che 2n*n) Costruito top-down (prima il padre, poi i figli) Testato top-down (prima il padre, poi i figli) Compreso top-down Posso parallelizzare lo sviluppo e il test dei figli Il programma nasce modulare con moduli annidati La struttura è più semplice (niente più programmi spaghetti) Il modulo padre chiama i moduli figli passando i parametri Al modulo padre non interessa l’interno del modulo figlio (decision hiding: Parnas)

I costrutti devono essere solo tre Più semplice da capire Più semplice imparare a programmare E’ possibile (Teorema di Bohem-Jacopini) Un ingresso-una uscita Impilabili e annidabili Leggibili dall’alto in basso-da sinistra a destra Esprimibili con pseudocodice Il goto è pericoloso (Dijkstra)

I costrutti Sequenza Selezione Ripetizione A B A B If (P) then Else While (P) A A B Vero Falso P P A Vero

Programma e modulo Il programma nasce per raffinamenti successivi (Wirth) Ogni modulo si concentra sulla realizzazione del proprio obiettivo Ogni modulo ha precondizioni e post-condizioni (come trova il mondo e come lascia il mondo) Si rimandano le decisioni dettagliate ai livelli successivi di raffinamento