Лекция № 1 Визуальное программирование (конспекты лекций)

Объектно-ориентированная методология разработки больших программных комплексов

Парадигмы программирования

Парадигма– в методологии науки – совокупность ценностей, методов, технических навыков и средств, принятых в научном сообществе в рамках устоявшейся научной традиции в определенный период времени.

Парадигма программирования - это парадигма, определяющая стильпрограммирования, иначе говоря - некоторый цельный набор идей и рекомендаций, определяющих стиль написания программ.

Парадигма программирования представляет (и определяет) то, как программиствидит выполнение программы. Например, вобъектно-ориентированном программированиипрограммист рассматривает программу как набор взаимодействующих объектов, тогда как вфункциональном программированиипрограмма представляется в виде цепочки вычисления функций.

Рассмотрим одну из классификаций языков программирования.

Классическое операциональное и/или процедурное программирование требует от программиста детального описания того, как решать задачу, т.е. формулировки алгоритма и его специальной записи. При этом ожидаемые свойства результата обычно не указываются. Основные понятия языков этих групп – оператор и данные. При процедурном подходе операторы объединяются в группы – процедуры. Структурное программирование в целом не выходит за рамки этого направления, оно лишь дополнительно фиксирует некоторые полезные приемы технологии программирования. Дейкстра дал следующее определение: “Структурное программирование – это дисциплина, которую программист навязывает сам себе”.

Принципиально иное направление в программировании связано с методологиями (парадигмами) непроцедурного программирования. К ним можно отнести объектно-ориентированное и декларативное программирование.

При использовании декларативного языка программист указывает исходные информационные структуры, взаимосвязи между ними и то, какими свойствами должен обладать результат. При этом алгоритм получения результата программист не строит (по крайней мере в идеале). В этих языках отсутствует понятие «оператор». В декларативных языках можно выделить логические и функциональные языки.

Структурное и объектно-ориентированное программирование строятся на декомпозиции.

Декомпози́ция - научный метод, использующий структуру задачи и позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач.

Эдсгер Дейкстра 1 отмечал, "Способ управления сложными системами был известен еще в древности - divide et impera (разделяй и властвуй)" 2 . При проектировании сложной программной системы необходимо разделять ее на все меньшие и меньшие подсистемы, каждую из которых можно совершенствовать независимо. В этом случае не будет превышения пропускной способности человеческого мозга: для понимания любого уровня системы необходимо одновременно держать в уме информацию лишь о немногих ее частях, а не обо всех. Сложностью программирования системы вынуждает делить её на части, выполнять декомпозицию.

В
основе структурного программирования лежит алгоритмическая декомпозиция. Можно воспринимать декомпозицию как обычное разделение алгоритмов, где каждый модуль системы выполняет один из этапов общего процесса.

Объектно-ориентированная методология разработки программ

В объектно-ориентированной декомпозиции разделение задачи идет не по алгоритмам, а по объектам, использующимся в процессе решения задачи. Каждый выделяемый объект предметной области отвечает за выполнение некоторых действий, зависящих от полученных сообщений и параметров самого объекта.

По определению Гради Буча 3: “Объектно-ориентированное программирование (ООП) – это методология программирования, которая основана на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса (типа особого вида), а классы образуют иерархию на принципах наследуемости”.

Объектная декомпозиция уменьшает размер программных систем за счет повторного использования общих механизмов. Объектно-ориентированные системы более гибки и проще эволюционируют со временем, потому что их схемы базируется на устойчивых промежуточных формах

История объектно-ориентированного программирования берет свое начало в конце 60-х годов. Компьютерный центр в Норвегии создал первый объектно-ориентированный язык программирования Simula , предназначенный для моделирования ситуаций в реальном мире. Основная особенность языка Simula состояла в том, что программа была организована по объектам программирования. Объекты содержат инструкции (называемые методами ) и данные (называемые переменными ), которые определяют поведение объекта. В процессе моделирования объект выполняет свое стандартное поведение и, в случае необходимости, изменяет данные для отражения влияния назначенного ему действия.

Существует достаточно много объектно-ориентированных языков программирования, наиболее популярными из которых в настоящее время являются C ++, Delphi , Java , Visual Basic .

Визуальное программирование дополнительно предоставляет широкие возможности использования прототипов объектов (классы ), которые можно настроить по своему усмотрению.

В среде Delphiреализована новая характеристика (помимо инкапсуляции, полиморфизма и наследования) объекта – возможность обработки так называемых сообщений (или событий), получаемых от ОСWindowsили самой программы. Этот принцип лежит в основе работы всех визуальных компонентов Delphi, которые обрабатывают различные события, возникающие в процессе выполнения программы. Событие представляет собой некоторое действие, которое активизирует стандартную реакцию объекта. В качестве события могут рассматриваться нажатие кнопки мыши, выбор пункта меню, открытие таблицы и т.д. Порядок выполнения действий определяется, прежде всего, событиями, возникающими в системе, и реакцией на них объектов.

Объекты, которые нужны при создании различных приложений, могут неоднократно использоваться без расходования времени на их программирование.

Имеется четкое разграничение между понятиями объекта икласса . Класс – это тип данных (например,Real илиString ), а объект – конкретный существующий в памяти компьютераэкземпляр класса, переменная соответствующего типа.

Класс это структурный тип данных, который включает описание полей данных, а также процедур и функций, работающих с этими полями данных. Применительно к классам такие процедуры и функции получили название методов.

Классы имеют поля (как тип данных record ), свойства (напоминают поля, но имеют дополнительные описатели, определяющие механизмы записи и считывания данных, что позволяет повысить строгость декларирования внутренней структуры класса) и методы (подпрограммы, которые обрабатывают поля и свойства класса.

Когда описывается переменная типа class , для ее полей и свойств в памяти выделяется соответствующий объем (как и для записей), но машинный код, в который транслируются методы класса, находится в единственном экземпляре, так как меняться он не может, хранить несколько одинаковых копий подпрограмм не имеет смысла. Когда объект создается, однократно вызывается специальный метод называемыйконструктором . В нем выполняются различные действия по начальной инициализации полей объекта. Когда объект уничтожается (удаляется из памяти), вызывается другой метод –деструктор , который выполняет дополнительные действия по освобождению памяти, если это необходимо. Вызов конструктора и деструктора происходит автоматически.

Переменная, описанная как класс, фактически является указателем на экземпляр класса. Это сделано для повышения эффективности работы с ним. Однако при использовании таких переменных применять операции работы с указателями (^, @) не надо. К ним обращаются как к обычным переменным, а к членам класса (полям, свойствам и методам) как к полям записи.

Этапы реализации объектно-ориентированного подхода:

анализ предметной области задачи (выполняется объектная декомпозиция системы и определяются основные особенности поведения объектов, результаты представляют в виде диаграмм объектов);

проектирование системы

• логическое проектирование (разработка структуры классов: определение полей и алгоритмов методов);

  физическое проектирование (объединение описаний классов в модули, определение способов взаимодействия с оборудованием, ОС, другим ПО);

эволюция системы (поэтапная реализация классов и подключение объектов к системе, начиная с создания проекта будущего приложения);

модификация (добавление новых функциональных возможностей или изменение существующих свойств системы).

Инкапсуляция, наследование и полиморфизм

Объектно-ориентированное программирование обладает следующими характеристиками (помимо обработки событий), которые особенно полезны при создании тиражируемых и простых в сопровождении приложений: инкапсуляция; наследование; подклассы; полиморфизм.

Инкапсуляция.

Объект объединяет в себе методы и свойства объекта, которые не могут существовать отдельно от него. При удалении объекта удаляются его свойства и связанные с ним методы. При копировании объект копируется как одно целое. Эта характеристика объектно-ориентированного программирования называется инкапсуляцией .

Наследование и подклассы.

Все объекты создаются на основе классов и наследуют свойства и методы классов. Классы могут создаваться на основе других классов. Такие классы называют подклассами . Они наследуют все свойства и методы родительского класса. Дополнительно для подкласса можно определить новые свойства и методы. Изменение свойств и методов родительского класса отслеживается в подклассах, созданных на основе этого класса, а также в объектах, созданных на основе подклассов.

Полиморфизм.

Полиморфизм в языках программирования - взаимозаменяемость объектов с одинаковым интерфейсом. Класс-потомок наследует прототипы методов класса-родителя, но реализация этих методов может быть другой, соответствующей специфике класса-потомка.

При процедурном программировании имя вызываемой подпрограммы, процедуры или функции однозначно определяет выполняемый код. В объектно-ориентированном программировании можно использовать одни и те же имена методов для выполнения разных действий. Выполняемое действие зависит от типа объекта, к которому применяется данный метод.

Переменные объектных типов

Переменные объектных типов – экземпляры объектов – так же, как и записи представляют собой комбинированные структуры данных. Описание переменных объектного типа выполняется аналогично описаниям переменных типа “запись”. Первым синтаксическим отличием описания объектов от записей является использование ключевого слова object вместо ключевого слова record . Второе отличие объекта от записи состоит в том, что объект может включать действия, оформленные в виде процедур и функций, которые в данном случае называются методами .

Тип объект - это структура, состоящая из фиксированного числа компонент. Каждая компонента - это или поле, которое содержит данные определенного типа, или метод, который производит операции над объектом. Аналогично объявлению переменных, объявление поля, указывает тип данных поля и идентификатор имени этого поля; и аналогично объявлению процедуры или функции объявление метода указывает заголовок процедуры, функции.

Сфера действия типа объекта состоит из него самого и всех его порожденных типов.

В отличие от других типов, тип объект может быть объявлен в части объявления типов в самой внешней части программы или модуля. Тип объекта не может быть объявлен в части объявления переменных или внутри процедуры, функции или метода.

Чтобы ОО-методология работала четко, требуется, чтобы объекты сами выполняли все действия с помощью своих методов. Прямое обращение к полям объектов желательно исключить. Для любого действия, выполняемого над информационными полями объекта, должен быть написан отдельный метод.

Аналогично записям к полям переменных объектных типов разрешается обращаться как с помощью уточненных идентификаторов, так и с помощью оператора with .

В разделе типов при описании объектных типов указываются только заголовки методов. Полное же описание методов – их тело – указывается в разделе объявления процедур и функций.

Введение в визуальное программирование

Визуализация - это процесс графического отображения (построения) сложных процессов на экране компьютера в виде графических примитивов (графических фигур). Визуализировать можно абсолютно любые процессы: управления, построения, рисования и т.д.

Визуальное программирование - способ создания приложений без написания программных кодов. Часто под визуальным программированием понимают технологию программирования, предоставляющую программисту наглядные средства конструирования интерфейса. При этом программист показывает, что должно получиться в результате, а текст программы генерируется автоматически с помощью визуального прототипа. При таком способе программирование осуществляется помещением на специальные формы объектов и настройкой их свойств и поведения.

Объектно-ориентированное программирование удачно использует концепцию визуального программирования.

Для визуализации интерфейсов программного обеспечения существует целый ряд специально разработанных элементов интерфейса - визуальных компонент, позволяющих отображать различную информацию и осуществлять управление программой в целом. Простейший пример - визуальная кнопка на экране компьютера. Данная кнопка имитирует поведение обычной кнопки на пульте управления любого прибора. Ее можно "нажимать" как настоящую.

Визуализируемой моделью в Visual Basic и Delphi является окно (форма, диалог) Windows, а не код программы.

В настоящее время распространено большое количество систем визуального программирования. Это системы программирования для языков C++ (фирм Borland, Microsoft, Symantec), Basic (фирмы Microsoft), Pascal/Delphi (фирмы Borland). Кроме языков программирования, визуальный подход используется и в других системах (Visual FoxPro, Paradox для Windows, программы пакета Microsoft Office).

Использование визуального проектирования интерфейса предоставляет программисту (пользователю) следующие преимущества:

возможность легкого изменения размеров и расположения компонентов на форме (с помощью простых манипуляций мышью);

в процессе проектирования постоянно виден результат – изображение формы и расположенных на ней компонентов (не надо запускать приложение для проверки внешнего вида окна и последующего изменения программного кода для подбора более удачного размера и расположения компонентов);

во время проектирования формы и размещения на ней компонентов редактор кода (обычно) автоматически генерирует код программы, включая в нее фрагменты, описывающие данный компонент (далее можно изменять свойства компонентов и писать обработчики событий).

Визуальное проектирование интерфейса приложения состоит из следующих этапов:

размещение нужных компонентов на форме;

задание определенных свойств этих компонентов;

написание, при необходимости, обработчиков событий.

Таким образом, визуальное программирование делает проектирование интерфейса программы более наглядным и быстрым. При этом сохраняется возможность управлять всеми объектами и программно.

1Э́дсгер Ви́бе Де́йкстра (нидерл. Edsger Wybe Dijkstra ; 11 .05. 1930 - 6 .08. 2002 ) - выдающийся нидерландский учёный, идеи которого оказали огромное влияние на развитие компьютерной индустрии.

2 Dijktra, E. 1979. Programming Considered as a Human Activity. Classics in Software Engineering. New York, NY: Yourdon Press, p.5.

3Гради Буч (Grady Booch), главный исследователь корпорации Rational Software, признан всем международным сообществом разработчиков программного обеспечения благодаря его основополагающим работам в области объектно-ориентированных методов и приложений.

Визуальное программирование - способ создания программы для ЭВМ путём манипулирования графическими объектами вместо написания её текста. Визуальное программирование часто представляют как следующий этап развития текстовых языков программирования. Наглядным примером может служить утилита Визуальный Pascal или Microsoft Visual Studio , где редактируются графические объекты и одновременно отображается соответствующий текст программы. В последнее время визуальному программированию стали уделять больше внимания - в связи с развитием мобильных сенсорных устройств (КПК, планшеты). Визуальное программирование в основном используется для создания программ с графическим интерфейсом для операционных систем с графическим интерфейсом пользователя. Среда визуального программирования позволяет написать Веб-приложение для браузеров. Среда визуального программирования позволяет создать консольное приложение (программа без графического интерфейса и без вывода сообщений в консоль) для программирования микроконтроллеров, программируемых микросхем.

Необходимо различать:

Языки визуального программирования могут быть дополнительно классифицированы в зависимости от типа и степени визуального выражения, на следующие типы:

Графические, или визуальные, языки программирования [ | ]

• App Inventor - Cреда визуальной разработки android-приложений, требующая от пользователя минимальных знаний программирования.
• Sketchware - Среда визуальной разработки приложений для Android.
• Дракон-схемы - графический язык программирования, используется для программирования в ракетно-космической технике («Буран », «Морской старт », «Тополь »). Существует бесплатный Дракон-редактор. Этот язык имеет наиболее строгое теоретическое обоснование.
• Язык последовательных функциональных схем SFC (Sequential Function Chart) - графический язык программирования широко используется для программирования промышленных логических контроллеров PLC .
• HiAsm - это язык и среда разработки приложений, которая позволяет создавать приложения, управляя их моделью с помощью интуитивно понятного графического интерфейса HiAsm .
• В SFC программа описывается в виде схематической последовательности шагов, объединённых переходами.
• - язык релейно-контактных схем.
• FBD - язык Функциональных блоковых диаграмм.
• Язык CFC () - ещё один высокоуровневый язык графического программирования. CFC - это дальнейшее развития языка FBD. CFC был специально создан для проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами.
• Язык «G» системы LabVIEW - один из самых распространенных языков разработки программ, работающих с некомпьютерным оборудованием.
• VisSim - это визуальный язык программирования предназначенный для моделирования динамических систем , а также проектирования, базирующегося на моделях, для встроенных микропроцессоров .
• Скретч - это визуальная объектно-ориентированная среда и язык программирования для обучения школьников младших и средних классов.
• Блокли - это библиотека для создания среды визуального программирования, которая может быть встроена в произвольное веб-приложение.
• Кибор - Интегрированная среда создания бот программ автоматизации. Обладает визуальным инструментом для построения программ с помощью блок схем. Для визуального программирования требуется минимум навыков программирования.

Визуальные средства разработки [ | ]

Визуальное программирование позволяет описывать процессы в графическом виде, в отличии от текстового представления, где нужно приложить дополнительные усилия, чтобы мыслить так, как это должен выполнять компьютер. Звучит многообещающе, но попробуем разобраться в сути и выяснить, почему Вам стоит это попробовать.

Само по себе программирование подразумевает не только процесс написания кода, но зачастую на это тратится большая часть времени при разработке. Только представьте, сколько усилий приходится тратить на то, чтобы держать в голове множество правил и спецификаций к конкретному языку программирования, вместо того, чтобы сосредоточиться на решаемой проблеме. Особенно может раздражать разнообразие синтаксиса в языках: где-то нужна точка с запятой, где-то не нужны фигурные скобки, где-то вообще ни одно выражение не обходится без скобок . Что уж и говорить о холиварах, напоминающие религиозные споры.

Кадр из сериала "Кремниевая долина"

Часто советуют начать разработку ПО с графического описания будущей системы, ее компонентов и связей между ними, чтобы на ранних стадиях определить более выгодную структуру системы и минимизировать возможные проблемы в будущем. Графическое представление легче для понимания, чем текстовый вариант, но может иметь свои ограничения, к тому же это все равно придется переводить в понятный компилятору код. Конечно, на маленькие приложения (какими они могут казаться вначале) это не распространяется, можно сразу приступить к написанию кода, но проблема все равно остается - нужно думать в рамках определенного языка программирования. Тем более, когда вы это делаете в давно приевшемся вам императивном стиле.

Программисты по своей сути должны быть ленивыми, чтобы находить выгодные способы решения задач и не тратить силы на рутину, тем более, глядя на тенденции увеличения сложности ПО. Именно это стимулирует рождение парадигм, языков программирования и абсолютно новых, казалось бы, и малоизвестных инструментов визуального программирования.

Зачем и где применяют визуальное программирование

Одним из первых инструментов, более известных и дружелюбных для рядового гражданина, можно считать Scratch. Он предназначен исключительно для образовательных целей, так как представляет собой те же блоки кода, только обернутые в разноцветные пазлы. Практической пользы нет никакой, если вы уже умеете писать код.

Похожий инструмент от Google под название Blocky

Существует другой вид визуального программирования, более полезный на мой взгляд, это Data-flow programming. Он не такой гибкий как предыдущий и служит некоторой надстройкой для программирования процессов определенной тематики. Его суть состоит в манипуляции данными, передаваемыми между блоками (узлами).

Пример редактора узлов из Blender

Преимущество такого подхода в следующем: не нужно думать о том, что происходит с данными в узлах, а лишь знать, что они делают, получают на вход и отдают на выходе. Остается лишь выбрать нужные узлы и соединить их между собой линиями, по которым без особого затруднения можно понять, что и с чем связано.

Редактор узлов в Blender - именно тот случай, когда используется программирование потоков данных для управления рендерингом, создания шейдеров и текстур. Такой подход в 3D моделировании и рендеринге достаточно популярен, так как никому не хочется писать код, а создавать инструкции для нелинейного управления данными необходимо.

Также известный всем в сообществе 3D моделлеров это Substance Designer, который позволяет создавать 3D материалы по принципу, описанному выше.

Редактор для создания материала в Substance Designer

Хотя в официальных источниках упоминания о программировании нету, в нем используется самый настоящий data-flow. Наверное, это такой маркетинговый ход - не говорить о том, что может отпугнуть.

Итак, разобрались в том, почему визуальное программирование используется в 3D моделировании, но как насчет тех сфер деятельности, где без умения писать код не получится сделать достаточно функциональный продукт? Казалось бы, если умеешь писать код, то просто нужно развивать этот навык, но нет - именно в геймдеве одними из первых стали применяться инструменты для программирования без кодинга. С одной стороны, это было выгодно для популяризации геймдева среди тех, кого отпугивает код лишь одним видом, с другой - прогресс не стоит на месте и даже гуру программирования надоело ставить пробелы вместо табов чтение тысяч строк кода и его поддержка, и они решили попробовать новые методики описания логики и процессов.

Многие знают UE4 с его Blueprint"ом. Это уже не просто data-flow, а что-то большее, так как позволяет формировать инструкции, которые будут выполняться не за один проход, а в течении всего жизненного цикла.

Пример вывода строки по событию

Например, в нем есть узлы для отправки событий. Подключенные к ним узлы выполняются только в тот момент, когда срабатывает событие. Получается очень удобно, не нужно оперировать какими-то объектами и методами, а просто провести соединение от выхода к входу.

Существует еще много отдельных инструментов для визуального программирования (чаще их позиционируют как среда графического программирования), но они не так привлекательны, имеют узкую направленность или вовсе более похожи на конструкторы, чем на инструменты программирования.

Общие аспекты разработки редакторов узлов

Допустим, однажды вы увидели как делают магию программируют с использованием какого-то редактора с блоками и линиями. К вашему удивлению это оказалось именно тем, что позволит воплотить вашу идею (скажем, какой-то продвинутый генератор диалогов, которые представить в виде обычного графа не получится).

Главное, от чего будет зависеть процесс разработки - платформа и технологии. В последнее время много чего можно сделать прямо в браузере, пусть даже пожертвовав производительностью, что в большинстве случаев никак не отразится на качестве приложения (в ином случае asm.js/wasm в помощь). Одна из особенностей таких приложений - они могут быть встроены в другие нативные приложения. Выбор инструментов и языков программирования должен быть в интересах разработчика, чтобы сделать процесс разработки более комфортным и эффективным и снизить вероятность выстрелить себе в ногу появления проблем.

Определившись с платформой и языком, было бы хорошо использовать готовые решения (в нашем случае речь идет о редакторе узлов), но и здесь не все гладко.
Есть несколько вариантов:

1. вы используете готовое решение, которое вскоре окажется не таким подходящим и удобным, в придачу к этому вам лень не под силу подправлять его под себя
2. написать свою реализацию, заодно изучив как это все работает изнутри и куда прикручивать колеса .
3. использовать готовое решение, которое достаточно гибкое и позволяет без проблем настроить его под себя, не жертвуя при этом выгодными фичами для вашего продукта.

Проблема последнего в том, что это достаточно редкое явление, возникающее в последствии немалых усилий. Собственно, суть этой статьи и является в стимулирование достижения такого результата на примере представленной далее библиотеки.

Что такое D3NE

Это такие разъемы, которые могут представлять собой входы или выходы и необходимы для соблюдения правильности их подключения между собой. Назначив входам и выходам этот сокет, можно быть уверенными, что пользователь не сможет передать туда не те данные (вернее, он только назначает связи). Также есть возможность совместить сокеты для подключения между входами и выходами разного типа.

Узлы обычно представляют прямоугольниками (но можно это изменить в пределах вашей фантазии и возможностей CSS и HTML). Они могут иметь входы, выходы и контролы. Входы и выходы представляют сокеты и расположены в левой и правой части узла соответственно (опять таки вы можете их расположить как угодно, используя шаблоны).

Контролы нужны для того, чтобы добавлять в узлы произвольные элементы, а из них можно назначать данные к узлу на момент работы в редакторе (не при обработке данных). Например, с помощью простого поля ввода можно положить значение в узел, которое потом использовать при обработке.

Компоненты нужны для того, чтобы редактор знал какие в нем можно добавлять узлы и как их обрабатывать, а именно необходимы для поддержки импорта/экспорта. Используются так называемые билдеры и воркеры, обычные функции с соответствующим ключом, которые задаются при создании компонента (и должны находиться в одном месте).

Билдер отвечает за создание экземпляра узла - в функции вы создаете экземпляр, добавляете к нему нужные входы, выходы и контролы. Создается это именно программным путем, а не через конфиги (обычно такие реализации находил), чтобы позволить повторное использование, к примеру, контролов, а то и наследование узлов.

Воркер в качестве параметров дает вам входы, выходы и объект с данными узла (не экземпляр, который создается в билдере, а то, что из него достали через toJSON). Входной массив содержит данные, которые пришли на вход из другого узла и массив с выходными данными, в который вы должны положить данные, зависимо от того, что должен делать узел)

Один из основных объектов, который управляет всем вышеперечисленным с целью отображения и взаимодействия с пользователем. Ему передаются идентификатор, компоненты, контекстное меню .

Служит для обработки данных в узлах. Особенность в том, что ему нужны только данные, экспортированные из редактора, таким образом можно выполнять обработку узлов вовсе без наличия редактора (например, есть его реализация на С++). Именно этот компонент библиотеки отвечает за обход узлов, определяя с какого нужно начать обработку, вызывает ваши воркеры, передавая в них входные данные, полученные от предыдущих узлов. Может работать с асинхронными функциями, что не может не радовать на фоне поддержки браузерами async/await. Более того, за счет асинхронной обработки может параллельно выполнять несколько узлов.

Заключение

Как видим, визуальное программирование хоть и призвано заменить написание кода, но довольно редко используется в настоящий момент. Наверное потому, что многие скептически относятся к идее программирования мышкой. Это отчасти справедливо, так как большинство задач в разработке ПО привычнее будет решить на каком-либо языке программирования, чем использовать недостаточно проверенный инструмент.

Суть прогресса состоит в том, чтобы находить более выгодные пути в решении каких-либо задач. Так и в случае с визуальным программированием предоставляется возможность описывать процессы в легком для понимания представлении и достаточном уровне абстракции. Но в это же время нельзя избавиться от исходного кода, так как он является основой для всего этого.

Чтобы убедиться в этом и проверить, как говорится, на себе все описанные возможности, вы можете построить на основе D3NE свой редактор визуального программирования.

Теги: Добавить метки

Система визуального программирования Delphi обладает большой популярностью среди широкого круга пользователей: от неспециалистов до системных программистов, занимающихся разработкой сложных приложений и информационных систем.

Delphi позволяет быстро и удобно разрабатывать эффективные приложения, включая приложения для работы с базами данных. Система имеет развитые возможности по созданию пользовательского интерфейса, широкий набор функций, методов и свойств для решения прикладных расчетно-вычислительных задач. В системе имеются развитые средства отладки, облегчающие разработку приложений. Традиционно Delphi относят к системам быстрой разработки приложений. Вместе с тем эта система обладает практически всеми возможностями СУБД, таких как Microsoft Access и Visual FoxPro. Она позволяет удобно создавать приложения с помощью инструментальных программных средств, визуально подготавливать запросы к базам данных, а также непосредственно писать SQL- запросы к базам данных. Применительно к работе с базами данных Delphi обеспечивает широкий набор инструментальных средств, поддерживает современные технологии, в том числе многоуровневую технологию «клиент - сервер» .

Как любая подобная система программирования, Delphi предназначена для разработки программ и имеет две характерные особенности: создаваемые с ее помощью программы могут работать не только под управлением Windows, а сама она относится к классу инструментальных средств ускоренной разработки программ. Это ускорение достигается за счет двух характерных свойств Delphi: визуального конструирования форм и широкого использования библиотеки визуальных компонентов.

Визуальное конструирование форм избавляет программиста от многих аспектов разработки интерфейса программы, так как Delphi автоматически готовит необходимые программные заготовки и соответствующий файл ресурсов. Программист использует специальное окно, которое называется окном формы, как прототип будущего окна программы и наполняет его компонентами, реализующими нужные интерфейсные свойства (разного рода списки, кнопки, полосы прокрутки и т.п.). После размещения на форме очередного компонента Delphi автоматически вставляет в связанный с формой модуль ссылку на компонент и корректирует специальный файл описания формы с расширением DMF, который после компиляции преобразуется в ресурсный файл Windows.

Библиотека визуальных компонентов предоставляет программисту огромное разнообразие созданных разработчиками Delphi программных заготовок, которые немедленно или после несложной настройки готовы к работе в рамках вашей программы. Размещение объектов в Delphi связано с более тесными отношениями между объектами и реальным программным кодом. Объекты помещаются в созданную форму, при этом код, отвечающий объектам, автоматически записывается в исходный файл. Этот код компилируется, обеспечивая существенно более высокую производительность, чем визуальная среда, которая интерпретирует информацию лишь в ходе исполнения программы. Использование компонентов не только во много раз сокращает сроки разработки программ, но и существенно снижает вероятность случайных программных ошибок, от которых, увы, не защищен ни один крупный программный проект.

Ни один из инструментов ускоренной разработки программ не создается без средств прогона и отладки вновь созданной программы. В Delphi эти средства доведены до совершенства. Можно начать использование программы и последовательно - оператор за оператором - следить за ее выполнением по исходному тексту. В любой момент можно узнать текущее значение переменной и при необходимости изменить его без перекомпиляции программы .

Две вышеперечисленные особенности Delphi

1) визуальное конструирование форм

2) использование библиотеки визуальных компонентов отражают большие преимущества этого языка и являются положительными моментами в процессе дальнейшей разработки и создания пакета автоматизированных методик.

Мощность и гибкость языка программирования Delphi - безусловное достоинство Delphi, выгодно отличающее эту систему программирования от других инструментов для разработки программ. Ядром языка Delphi является язык Паскаль.

От Visual Basic язык Delphi отличают строгая типизированность, позволяющая компилятору еще на этапе компиляции обнаружить многие ошибки, а также средства работы с указателями. Delphi имеет самый быстрый среди продуктов подобного рода оптимизирующий компилятор, позволяющий создавать быстрые и относительно компактные программы.

Среда Delphi устраняет необходимость программировать такие компоненты Windows общего назначения, как метки, пиктограммы и даже диалоговые панели. Delphi позволяет приспособить компоненты диалоговой панели (например, Choose File и Save File) к имеющейся задаче, чтобы они работали именно так, как требуется создаваемому приложению. Также здесь имеются предварительно определенные визуальные и невизуальные объекты, включая кнопки, объекты с данными, меню и уже построенные диалоговые панели. С помощью этих объектов можно, например, обеспечить ввод данных просто несколькими нажатиями кнопок мыши, не прибегая к программированию. Это наглядная реализация применений CASE-технологий в современном программировании приложений .

В процессе создания проектов в среде Windows с помощью Delphi наблюдаются следующие выгоды: устраняется необходимость в повторном вводе данных; обеспечивается согласованность проекта и его реализации; увеличивается производительность разработки и переносимость программ.

Визуальное программирование как бы добавляет новое измерение при создании приложений, давая возможность изображать объекты на экране монитора до выполнения самой программы. Без визуального программирования процесс отображения требует написания фрагмента кода, создающего объект «по месту». Увидеть закодированные объекты было возможно только в ходе исполнения программы. При таком подходе достижение того, чтобы объекты выглядели и вели себя заданным образом, становится утомительным процессом, который требует неоднократных исправлений программного кода с последующей прогонкой программы и наблюдения за тем, что в итоге получилось.

Благодаря средствам визуальной разработки можно работать с объектами, держа их перед глазами и получая результаты практически сразу. Способность видеть объекты такими, какими они появляются в ходе исполнения программы, снимает необходимость проведения множества операций вручную, что характерно для работы в среде, не обладающей визуальными средствами - вне зависимости от того, является она объектно - ориентированной или нет. После того, как объект помещен в форму среды визуального программирования, все его атрибуты сразу отображаются в виде кода, который соответствует объекту как единице, исполняемой в ходе работы программы.

Cреда Delphi включает в себя полный набор визуальных инструментов для скоростной разработки приложений (RAD - rapid application development), поддерживающей разработку пользовательского интерфейса и подключение к корпоративным базам данных. VCL - библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE. Визуальные компоненты Delphi открыты для надстройки и переписывания.

Эта библиотека объектов включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE.

Среда Delphi состоит их четырех окон, управляемых как многооконное приложение с интерфейсом одного документа (рисунок 1). Главное окно Delphi управляет связанными с ним окнами - инспектора объектов, формы и окна редактора кода.

Рисунок 1 - Интерфейс основных окон среды Delphi

Главное окно (рисунок 2) является центром управления разработками. В нем размещены меню, панель быстрого доступа (SpeedВаг) и палитра компонентов. Строка меню дает возможность осуществлять контроль за всеми окнами среды разработки. Панель быстрого доступа обеспечивает оперативный доступ к общим операциям. Палитра компонентов состоит из нескольких групп, в каждой из которых расположены пиктограммы компонентов. Указав в палитре нужный компонент, можно перенести его (щелчком мыши) в окно формы. При этом создается активный объект, для которого с помощью инспектора объект нужно задавать свойства и описывать реакции на события, которые будут происходить с этим объектом при решении задачи.

Рисунок 2 - Главное окно

Окно инспектора объектов (рисунок 3) является многостраничным окном, содержащим помеченные ярлыками страницы свойств (Ргореperties) и событий (Events). На странице свойств показаны свойства объектов, расположенных в окне формы (Form). На странице событий представлены события, на которые реагирую объекты окна формы. Инспектор Объектов состоит из двух страниц, каждую из которых можно использовать для определения поведения данного компонента. Первая страница - это список свойств, вторая - список событий. Если нужно изменить что-нибудь, связанное с определенным компонентом, то Вы обычно делаете это в Инспекторе Объектов. К примеру, Вы можете изменить имя и размер компонента TLabel, изменяя свойства Caption, Left, Top, Height, и Width.

Можно использовать закладки внизу Инспектора Объектов для переключения между страницами свойств и событий. Страница событий связана с Редактором; если Вы дважды щелкнете мышкой на правую сторону какого-нибудь пункта, то соответствующий данному событию код автоматически запишется в Редактор, сам Редактор немедленно получит фокус, и Вы сразу же имеете возможность добавить код обработчика данного события. Данный аспект среды программирования Delphi будет еще обсуждаться позднее.

Инспектор Объектов позволяет определять свойства и поведение объектов, помещенных на форму. Информация в нем меняется в зависимости от объекта, выбранного на форме. Важно понять, что каждый компонент является настоящим объектом, и можно менять его вид и поведение с помощью Инспектора Объектов.

Программисты на Delphi проводят большинство времени переключаясь между Дизайнером Форм и Окном Редактора Исходного Текста (которое для краткости называют Редактор). Расскажем поподробнее о каждом окне среды Delphi.

Окно формы (окно дизайнера форм) (рисунок 4) содержит компоненты (объекты), с помощью которых пользователь задает и получает от программы всю информацию, необходимую для взаимодействия с задачей в ходе ее исполнения.

Рисунок 3 - Инспектор Объектов

Дизайнер Форм в Delphi - то место, где Вы создаете визуальный интерфейс программы. Он столь интуитивно понятен и прост в использовании, что создание визуального интерфейса превращается в детскую игру. Дизайнер Форм первоначально состоит из одного пустого окна, которое Вы заполняете всевозможными объектами, выбранными на Палитре Компонент. Несмотря на всю важность Дизайнера Форм, местом, где программисты проводят основное время, является Редактор. Логика является движущей силой программы и Редактор - то место, где Вы ее «кодируете» .

Рисунок 4 - Дизайнер Форм

Несмотря на всю важность Дизайнера Форм, местом, где программисты проводят основное время, является Редактор.

Окно редактора кода (рисунок 5) дает возможность набирать и редактировать код модуля программы на языке Object Pascal. Это окно является многостраничным, оно позволяет выполнять переходы между модулями программы. Логика является движущей силой программы и Редактор - то место, где Вы ее «кодируете». В окне Редактора Вы создаете логику управления программой.

Рисунок 5 - Окно Редактора

В главном окне принято выделять три основных выделенных элемента (не считая стандартной строки-заголовка):

Строка меню (Menu System);

Палитра компонентов;

Панель быстрого доступа (SpeedBar).

Меню (рисунок 6) предоставляет быстрый и гибкий интерфейс к среде Delphi, потому что может управляться по набору «горячих клавиш».

Рисунок 6 - Строка меню

В этом смысле проектирование в Delphi мало чем отличается от проектирования в интерпретирующей среде, однако после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10 - 20 раз быстрее, чем то же самое, сделанное при помощи интерпретатора.

Это удобно еще и потому, что здесь используются слова или короткие фразы, более точные и понятные, нежели иконки или пиктограммы. Вы можете использовать меню для выполнения широкого круга задач; скорее всего, для наиболее общих задач вроде открытия и закрытия файлов, управления отладчиком или настройкой среды программирования.

Палитра Компонент (рисунок 7) позволяет Вам выбрать нужные объекты для размещения их на Дизайнере Форм. Для использования Палитры Компонент просто первый раз щелкните мышкой на один из объектов и потом второй раз - на Дизайнере Форм. Выбранный Вами объект появится на проектируемом окне и им можно манипулировать с помощью мыши.

Палитра Компонент использует постраничную группировку объектов. Внизу Палитры находится набор закладок - Standard, Additional, Dialogs и т.д. Если Вы щелкнете мышью на одну из закладок, то Вы можете перейти на следующую страницу Палитры Компонент. Принцип разбиения на страницы широко используется в среде программирования Delphi и его легко можно использовать в своей программе (на странице Additional есть компоненты для организации страниц с закладками сверху и снизу).

Рисунок 7 - Палитра Компонент

SpeedBar (рисунок 8) находится непосредственно под меню, слева от Палитры Компонент. SpeedBar выполняет много из того, что можно сделать через меню. Если задержать мышь над любой из иконок на SpeedBar, то Вы увидите, что появится подсказка, объясняющая назначение данной иконки.

Рисунок 8 - SpeedBar

Последняя важная часть среды Delphi - Справочник (on-line help), (рисунок 9). Для доступа к этому инструменту нужно просто выбрать в системном меню пункт Help и затем Delphi Help.

Рисунок 9 - Справочник

Редактор Картинок (рисунок 10) работает аналогично программе Paintbrush из Windows. Вы можете получить доступ, к этому модулю выбрав пункт меню Tools | Image Editor.

Рисунок 10 - Редактор Картинок

А теперь нужно рассмотреть те элементы, которые программист на Delphi использует в повседневной жизни. В дополнение к инструментам, обсуждавшимся выше, существуют пять средств, поставляемых вместе с Delphi. Эти инструментальные средства: встроенный отладчик; внешний отладчик (поставляется отдельно); компилятор командной строки; WinSight; WinSpector.

Данные инструменты собраны в отдельную категорию не потому, что они менее важны, чем другие, но потому, что они играют достаточно абстрактную техническую роль в программировании .

Чтобы стать сильным программистом на Delphi, Вам понадобится понять, как использовать отладчик Delphi. Отладчик позволяет Вам пройти пошагово по исходному тексту программы, выполняя по одной строке за раз, и открыть просмотровое окно (Watch), в котором будут отражаться текущие значения переменных программы.

Встроенный отладчик, который наиболее важен из пяти вышеперечисленных инструментов, работает в том же окне, что и Редактор. Внешний отладчик делает все, что делает встроенный и кое - что еще. Он более быстр и мощен, чем встроенный. Однако он не так удобен в использовании, главным образом из-за необходимости покидать среду Delphi.

Внешний компилятор, называется DCC.EXE, полезен, в основном, если Вы хотите скомпилировать приложение перед отладкой его во внешнем отладчике. Большинство программистов, наверняка, посчитают, то гораздо проще компилировать в среде Delphi, нежели пытаться создать программу из командной строки. Однако, всегда найдется несколько оригиналов, которые будут чувствовать себя счастливее, используя компилятор командной строки. Но это факт - возможно, создать и откомпилировать программу на Delphi используя только DCC.EXE и еще одну программу CONVERT.EXE, которая поможет создать формы. Однако, данный подход неудобен для большинства программистов .

WinSight и WinSpector интересны преимущественно для опытных программистов в Windows. Это не значит, что начинающий не должен их запускать и экспериментировать с ними по своему усмотрению. Но эти инструменты вторичны и используются для узких технических целей.

Из этих двух инструментов WinSight определенно более полезен. Основная его функция - позволить наблюдать за системой сообщений Windows. Хотя Delphi делает много для того, чтобы спрятать сложные детали данной системы сообщений от неопытных пользователей, тем не менее Windows является операционной системой, управляемой событиями. Почти все главные и второстепенные события в среде Windows принимают форму сообщений, которые рассылаются с большой интенсивностью среди различными окнами на экране. Delphi дает полный доступ к сообщениям Windows и позволяет отвечать на них, как только будет нужно. В результате, опытным пользователям WinSight становится просто необходим . WinSpector сохраняет запись о текущем состоянии машины в текстовый файл; Вы можете просмотреть этот файл для того, чтобы узнать, что неправильно идет в программе. Данный инструмент полезен, когда программа находится в опытной эксплуатации - можно получить важную информацию при крушении системы.

Таким образом, работа в среде Delphi базируется на объектно-ориентированной технологии и визуализации процесса создания программ. Эта технология поддерживает построение программ путем определения объектов и действий над ними. Визуальная среда освобождает разработчика от необходимости знания множества технических деталей, что позволяет сконцентрировать внимание на существе решаемой задачи, сокращает сроки и повышает качество работы. Ознакомившись со средой программирования Delphi, рассмотрев ее явные преимущества - визуальное конструирование форм и использование библиотеки визуальных компонентов, можно использовать данный продукт ООП для создания пакета автоматизированных методик.

Что является в программе движущей силой? Что порождает полезный результат? Конечно, алгоритм. Алгоритм создает тот эффект, ради которого написана программа. Алгоритм работает не один. Он работает совместно со структурами данных. Но именно алгоритмы составляют наибольшую часть программы.

Исторически сложилось, что алгоритмы в программах записываются в виде исходных текстов. Почти никто не ставит под сомнение, что текст - это и есть лучшее средство представления алгоритмов. Алгоритм кодируется внутри функций на языке программирования, например, C или JavaScript. Для тех, кто хочет разобраться в алгоритме с высоты птичьего полёта, предусмотрен псевдокод. Однако с текстом есть серьезные проблемы. Дело в том, что человек не оптимизирован под сплошной текст. Человек оптимизирован на восприятие графики. Текст - это относительно новое изобретение, а вот графическую информацию организмы обрабатывают уже миллионы лет.

Исходя из этого, логично было бы составлять алгоритмы в графическом виде. Посмотрите на инженеров. Они повсеместно используют чертежи. Чем же программисты хуже? Они тоже могли бы составлять чертежи алгоритмов. Некоторые здесь возразят: визуальное программирование якобы неэффективно. UML неудобен, а в блок-схемах легко запутаться. Уж лучше программировать традиционным способом - текстом. В структурном программировании есть хотя бы структура, и она обеспечивает порядок и единообразие. А кроме того, рисовать диаграммы долго и трудно. Печатать быстрее, чем рисовать.

Так что же, программисты обречены всю жизнь работать только с текстом?
Возможно, не всё так плохо. Существуют визуальные языки для представления алгоритмов, в которых тоже есть порядок и структура, например ДРАКОН, BPMN и LML Action Diagrams. Здесь мы рассмотрим визуальный алгоритмический язык ДРАКОН.

Как программировать на языке ДРАКОН

ДРАКОН не является самостоятельным языком программирования. Он работает в паре с текстовым языком, например, с JavaScript, Python или C++. Вместе с текстовым языком, ДРАКОН образует гибридный язык: ДРАКОН-JavaScript, ДРАКОН-Python или ДРАКОН-C++.

Программирование на гибридном языке происходит следующим образом:

1. Рисуем ДРАКОН-схему.
2. Внутрь икон помещаем небольшие кусочки кода на соответствующем языке программирования.
3. Программа-транслятор преобразует ДРАКОН-схему в текстовый файл с исходным кодом.
4. Этот текстовый файл включается в проект обычным образом.
   Генерацию кода из диаграмм на сегодняшний день поддерживают несколько редакторов. Примеры в данной статье сделаны в DRAKON Editor.

Генерация кода из диаграммы

В диаграмме ДРАКОН берёт на себя управление потоком выполнения. Поэтому кусочки исходного кода в иконах не должны содержать ключевых слов типа if , else , switch , case , for , while и т. п.

Внутри икон должен быть только простой однозначный код: арифметические выражения, присваивания значений, вызовы функций, сравнения. А вот ветвление и циклы реализуются конструкциями языка ДРАКОН.

Генерация кода происходит следующим образом:

• Из каждой диаграммы создаётся функция.
• Название диаграммы становится названием функции.
• Параметры функции берутся из иконы «Формальные параметры», что расположена справа от названия диаграммы.
• Тело функции генерируется, исходя из структуры диаграммы и содержимого икон.

На рис. 1 представлен пример небольшой диаграммы на гибридном языке ДРАКОН-JavaScript и сгенерированный код на JavaScript:

Прямоугольник с текстом console.log(cat, dog) на рис. 1 - это икона «Действие». Сколько кода можно поместить в одну икону «Действие»? Следует стремиться к тому, чтобы в одной иконе содержалась одна мысль. Иногда это одна строка кода, иногда несколько.
Сгенерированный код снабжён комментариями, в которых указаны номера икон. Находясь в редакторе, можно быстро перескочить к любой иконе, нажав Ctrl+I.

Рис 1. Диаграмма на ДРАКОН-JavaScript и сгенерированный из неё код.

Икона «Вопрос»

Для ветвления применяются иконы «Вопрос» и «Выбор».

Икона «Вопрос» (рис. 2) соответствует конструкции if-then-else .

Обратите внимание, что вместо слов true и false используются слова Да и Нет (можно переключить на Yes и No ).

«Истина» и «ложь» - это звучит эффектно, по-учёному. Однако человеку ближе знакомые с раннего детства «да» и «нет».

Надписи Да и Нет можно менять местами. Неизменным остаётся расположение выходов из иконы «Вопрос». Один выход идёт вниз, а другой - вправо. Ветвление в языке ДРАКОН всегда направлено вправо, поэтому выход из левой стороны иконы запрещён. Такая предсказуемость облегчает чтение диаграммы, так как читатель заранее знает, где искать выходы.

Ещё одной особенностью языка ДРАКОН является то, что для ветвления используется не полный ромб, а усечённый. Это экономит место на диаграмме.

Рис 2. Икона «Вопрос»

Визуальные логические формулы

Язык ДРАКОН делает ненужными логические операторы И , ИЛИ и НЕ , а также оператор «не равно». Сами логические операции, конечно, необходимы. Но вместо текстовых операторов ДРАКОН вводит визуальные логические формулы.

Чтобы получить визуальную логическую формулу, следует соединить несколько икон «Вопрос» (как на рис. 3).

Особенно приятно избавиться от отрицания. Отрицание не интуитивно, оно приносит ошибки и неудобство. Отрицание (логический оператор НЕ ) достигается в языке ДРАКОН перестановкой меток Да и Нет .

Текстовая запись логических выражений, безусловно, более компактна. Однако визуальные формулы легче для прочтения. Каждую из возможных комбинаций значений операндов можно проследить пальцем.

Рис 3. Визуальные логические формулы

Цикл со стрелкой

Для обозначения обычного порядка выполнения в языке ДРАКОН стрелки не нужны. Следующая икона всегда находится внизу. Стрелка требуется только тогда, когда поток выполнения должен прыгнуть вверх по диаграмме. Такой прыжок вверх означает цикл. Следовательно, стрелка в языке ДРАКОН есть признак цикла. При беглом взгляде на ДРАКОН-схему стрелки сразу заметны. А значит, сразу видны и циклы. Это серьёзное преимущество ДРАКОНа по сравнению с другими графическими языками. Циклы не приходится выискивать.

Итак, если соединить икону «Вопрос» со стрелкой, получится цикл. Это аналог конструкций while и do-while . На рисунке 4 показаны несколько видов циклов со стрелками.
Икона «Вопрос» в цикле со стрелкой проверяет условие выхода из цикла. Конечно, вместо одной иконы «Вопрос» может быть несколько. Тогда за выход из цикла отвечает визуальная логическая формула.

Рис 4. Стрелочные циклы

Икона «Выбор»

Икона «Вопрос» содержит логическое выражение, то есть может принимать два значения: Да и Нет . Типичный пример - сравнение двух объектов. Если же нужно сравнить некое выражение с несколькими значениями, применяется икона «Выбор» (рис. 5). Это соответствует конструкции witch-case .

Значения, с которыми будет сравниваться выражение в иконе «Выбор», помещаются в иконы «Вариант». Если в самом правом варианте нет текста, это означает «все остальные значения». Такой пустой вариант похож на ключевое слово default внутри оператора switch .
Самый правый вариант может окончиться стрелкой, которая ведёт вверх. В таком случае мы опять имеем дело со стрелочным циклом. В таком цикле за условие выхода будет отвечать икона «Выбор», а не «Вопрос».

Рис 5. Икона «Выбор» и иконы «Вариант»

Икона «Цикл ДЛЯ»

Вместо циклов for и foreach в ДРАКОН-JavaScript применяется икона «Цикл ДЛЯ». Икона «Цикл ДЛЯ» (рис. 6) может быть нескольких видов.

Если после ключевого слова foreach и перед точкой с запятой находится одна переменная, то генерируется код для итерации по массиву. В переменную будут помещаться элементы массива (но не их индексы).

Если после ключевого слова foreach стоят две переменные, DRAKON Editor поймёт, что требуется итерация по свойствам объекта (записям хэш-таблицы). Только собственные свойства объектов попадут в перечисление.

Третий вариант цикла подразумевает наличие трёх выражений, разделённых точками с запятой. Это традиционный цикл for , характерный для языков C и Java.

Из цикла под управлением иконы «Цикл ДЛЯ» возможен досрочный выход при помощи иконы «Вопрос» или «Выбор». Такой выход примерно соответствует ключевому слову break .

Рис 6. Различные виды иконы «Цикл ДЛЯ» в ДРАКОН-JavaScript

Только один вход в цикл

В языке ДРАКОН на циклы наложено ограничение. Каждый цикл может иметь только один вход. Цель этого ограничения - обеспечение читаемости. Это ограничение удерживает ДРАКОН в рамках структурного программирования, как его описывал Дейкстра.

Несколько выходов из цикла - это допустимо, но вход должен быть только один. На рис. 7 показаны циклы, у которых есть по два выхода. Это разрешено. На рис. 8 представлены примеры запрещённых циклов. Запрещённых потому, что в них можно войти разными путями.
Однако не стоит заучивать наизусть внешний вид этих запрещённых циклов. DRAKON Editor автоматически обнаружит такие циклы и выдаст ошибку.

Рис 7. Разрешённые циклы, у которых по два выхода

Рис 8. Запрещённые циклы, у которых по два входа

Отличия от текстового структурного программирования

Как видим, иконы и макроиконы языка ДРАКОН имеют соответствие со стандартными конструкциями текстового структурного программирования. Однако есть и различия. Текст, пусть даже с индентацией, - одномерный объект. А диаграмма - двумерный. В диаграмме появляется дополнительная степень свободы, которая повышает выразительность. Попробуйте, например, на текстовом языке программирования без повторов и goto изобразить такой алгоритм, как на рис. 9.

Несмотря на дополнительную по сравнению с текстом свободу, ДРАКОН всё же не позволяет удариться в анархию. Его правила достаточно суровы, чтобы не допустить беспорядка. ДРАКОН предоставляет разумный компромисс между гибкостью и строгостью.

Рис 9. Алгоритм, который трудно изобразить только текстом

Преимущества графического языка

Язык ДРАКОН имеет интересную судьбу. Его основные принципы были заложены ещё самим Дейкстрой. Нынешнюю свою форму ДРАКОН приобрёл в недрах российской космической отрасли. Примечательно то, что правила языка ДРАКОН не возникли случайно. Они были сначала обкатаны в фокус-группах, а потом отточены в реальных космических проектах.
Так в чём же именно заключаются сильные стороны ДРАКОНа?

Начнем с того, что ДРАКОН - это графический язык. А у графического языка имеются фундаментальные преимущества по сравнению с текстом.

Во-первых, мысли не размазаны случайным образом по строкам, а заключены внутри квадратиков, или икон. Одна мысль - один квадратик. Разные мысли не склеиваются в одно месиво.

Во-вторых, путь через алгоритм можно проследить пальцем (или взглядом). После if не нужно искать else . Идите по линии и попадёте в нужный квадратик. Не требуется бегать глазами по исходному коду в поисках ответа на вопрос: что же было дальше?

А ещё у диаграмм есть одно почти волшебное свойство. Бывает, смотрит человек на диаграмму, и вдруг приходит какое-то дополнительное понимание. Становятся очевидными ранее невидимые связи. С текстом так бывает редко.

Особые эргономические правила

Но ДРАКОН - это не просто диаграммы, это тщательно продуманные диаграммы. ДРАКОН-схемы воспринимаются легче, чем обычные блок-схемы. Это обеспечивается особыми эргономическими приемами. Вот некоторые из них.

• Пересечения линий запрещены. Вообще. Пересечения заставляют наш зрительный анализатор подозревать, что линии касаются, а значит, каким-то образом связаны. Эти подозрения создают дополнительную умственную работу. Ненужную работу следует отбросить.
• Начало содержит название алгоритма и всегда расположено в левом верхнем углу диаграммы. Поэтому начало даже и искать не надо. Оно есть там, где обычно.
• Диаграмма имеет только один конец. Что бы ни случилось по дороге (кроме исключений), мы всегда придём в конец.
• Разрешены только прямые линии. Никаких кривых и изгибов, а также ненужных изломов.
• Разрешены только строго вертикальные и строго горизонтальные линии. Наклонные линии запрещены. Пояснение для любителей математики: ДРАКОН-схема представляет собой плоский прямоугольный граф (манхэттенский граф). Зрительный аппарат человека моментально схватывает объекты, соединённые прямыми ортогональными линиями. А вот отслеживание того, куда приведёт «кривая американской мечты», требует от читателя дополнительной концентрации.
• ДРАКОН-схема исполняется сверху вниз. Данное правило позволяет избежать необходимости лихорадочно сканировать глазами диаграмму в поисках следующей иконы. Следующая икона всегда внизу. Вход у иконы сверху, а выход снизу. Раз мы знаем где следующая икона, то и стрелки не нужны. Достаточно простых линий. Стрелки возле каждой иконы - это зрительный шум. Сняв со стрелок задачу соединения икон, можно возложить на них особую миссию. В ДРАКОНе стрелка означает цикл.
• Ветвление происходит только вправо. Это огромное подспорье в разрезе предсказуемости и единообразия.
• Иконы, находящиеся на одной вертикали, должны иметь одну и ту же ширину. Это даёт ощущение принадлежности икон к единому целому. Когда ширина у всех одна, и нет икон-выскочек, глаз легко и свободно скользит по диаграмме.

Приведенные выше правила имеют громадную практическую ценность. С одной стороны, они призваны обуздать безумство художника. Создать запутанную диаграмму с ними сложнее. С другой стороны, они привносят в диаграммы узнаваемость. Диаграммы становятся понятными не только их авторам.

Диаграммы на рис. 10 и 11 демонстрируют эргономические приёмы языка ДРАКОН на реальных примерах.

Рис 10. Эргономические приёмы языка ДРАКОН на примере

Рис 11. Ещё один пример диаграммы на языке ДРАКОН
Помимо эргономических приемов, язык ДРАКОН имеет уникальные особенности, которых больше нигде нет.

Чем правее, тем хуже

ДРАКОН имеет средство для изображения happy path , или царской дороги . Царская дорога - это наиболее удачный путь через алгоритм. В некоторых алгоритмах понятия «удачный/неудачный», «хороший/плохой» не применимы. В них царская дорога показывает наиболее ожидаемый путь. Царская дорога проходит по вертикали, расположенной в левой части диаграммы. Эта вертикаль называется шампур. Менее вероятные и менее удачные сценарии, а также обработка ошибок помещаются в правой части диаграммы. Причём чем ситуация хуже, тем правее она должна быть расположена. Хорошим стилем является размещение кода, который бросает исключения или возвращает код ошибки, справа на диаграмме.

Общая судьба

Иногда бывает так, что на разных путях через алгоритм надо осуществить различные, но каким-то образом связанные действия. Например положить разные значения в одну переменную. Общая судьба - это когда связанные действия сидят на разных вертикальных линиях, но на одной горизонтали.

Рис. 12 показывает шампур с царской дорогой, а также применение приёма «общая судьба».

Рис 12. Царская дорога и общая судьба

Силуэт

Силуэт - это настоящий бриллиант ДРАКОНа. Силуэт позволяет разбить диаграмму на логические части. В программировании для этого обычно используют декомпозицию при помощи подпрограмм. Подпрограммы - действенный метод. Но иногда хотелось бы расположить подпрограмму визуально недалеко от основной программы, а также избежать возни с передачей параметров и возвратом значений. Для этих целей отлично подходит силуэт. Ещё одно применение силуэта - конечные автоматы. Но об этом мы поговорим в другом месте.
Случается, что алгоритм не получается разложить на плоскости так, чтобы не было пересечения линий. В таком случае, в зависимости от ситуации, применяют либо декомпозицию при помощи подпрограмм, либо силуэт.

Силуэт состоит из нескольких малых диаграмм, соединённых в один целостный блок. Эти малые диаграммы называются ветками силуэта. Наверху каждой ветки расположена икона «Шапка ветки», внизу - икона «Адрес». В шапке ветки помещают название данной ветки, а в адресе указывают название следующей ветки. Названия веток расположены на одной горизонтальной линии в верхней части диаграммы. Благодаря этому, можно ухватить суть алгоритма, пробежав лишь по шапкам веток. Силуэт отвечает на три царских вопроса:

1. Как называется проблема?
2. Из скольких частей она состоит?
3. Как называются эти части?

Рассмотрим пример на рис. 13. Вот ответы на царские вопросы:

1. Как называется проблема? Упорядочить связанный список.
2. Из скольких частей она состоит? Из четырёх.
3. Как называются эти части? Построить матрицу связей. Проверить наличие циклов. Пройтись по матрице связей. Завершить.

Рис 13. ДРАКОН-схема «силуэт»

Силуэтный цикл

Ветки силуэта следует упорядочивать слева-направо. В некоторых случаях необходимо выполнить какую-то ветку или группу веток несколько раз. Такая конструкция называется силуэтный цикл. Если икона «Адрес» указывает на свою собственную ветку, либо на ветку, которая расположена левее, её следует пометить специальной меткой. Такую же метку нужно поставить на соответствующую икону «Шапка ветки» (см рис. 14). Назначение метки - сделать силуэтный цикл заметным.

Рис 14. Силуэтный цикл и метки

Соединение веток силуэта запрещено

Соединения двух веток силуэта (как на рис. 15) запрещены. Каждая ветка внутри силуэта должна быть самостоятельной.

Рис 15. Соединение веток силуэта запрещено.

Размер диаграмм

Во время программирования на языке ДРАКОН возникает вопрос: какого размера должны быть диаграммы? Ответ такой: чем меньше, тем лучше. Чем меньше объектов на зрительной сцене, тем понятней. В текстовом программировании есть такой ориентир: хорошо, если вся функция целиком помещается на экране. Похожий совет можно дать и для ДРАКОН-схем. Избегайте огромных диаграмм. Когда весь алгоритм виден полностью, его гораздо легче понять.
Для программирования на ДРАКОНе лучше иметь большой монитор. Хотя бы 1080 точек в высоту. Тогда не придётся искусственно укорачивать ДРАКОН-схемы.

ДРАКОН-схема силуэт должна помещаться на экране по высоте, но не обязательно по ширине. Диаграммы силуэт могут быть довольно широкими, гораздо шире, чем 2000 пикселей. Это нормально. Не обязательно видеть одновременно все ветки силуэта. Главное, чтобы та ветка, с которой вы сейчас работаете, была полностью видна на экране.

Критика программирования на ДРАКОНе

Рассмотрим основные направления критики программирования на ДРАКОНе и попытаемся дать на них ответ.

• «ДРАКОН-схемы занимают больше места на экране, чем текстовые программы.» Это правда. Но надо иметь в виду, что задача ДРАКОНа - показать сложность, как она есть. Читатель программы не должен распаковывать в голове сложные структуры. Они должны быть показаны ему в явном виде.
• «Простые алгоритмы лучше смотрятся в текстовом виде». Возможно. Hello world на любом языке смотрится элегантно. Но в реальной жизни не всё просто. Как только появляется хотя бы один if , вложенный в другой if , ДРАКОН выигрывает.
• «ДРАКОН не имеет средств для отображения исключений (exceptions).» Такая проблема есть. Исключения были недавно добавлены в язык ДРАКОН, но не все реализации их поддерживают. Пока реализации не подоспели, можно писать блоки try/catch на соответствующем языке программирования.
• «ДРАКОН-схемы долго рисовать.» В специализированных редакторах рисовать ДРАКОН-схемы гораздо легче, чем, например, в Visio. А в некоторых из них рисовать стало почти так же просто, как писать.
• «Отсутствует инструменты для diff и merge.» Это, к сожалению, так. При работе с системой контроля версий сравнивать приходится сгенерированные исходные файлы.
• «Отсутствуют средства отладки ДРАКОН-схем.» Это правда. Но можно отлаживать сгенерированный код. В нём есть метки, которые указывают, к какому месту в диаграмме относится данный кусок кода.

Обзор языка дракон

На рисунке 16 представлен обзор языка ДРАКОН.

Рис 16. Обзор языка ДРАКОН

Инструменты для работы с языком дракон

Самой первой реализацией языка ДРАКОН была система ГРАФИТ-ФЛОКС (рис. 17). ГРАФИТ-ФЛОКС создавалась в 1986-1996 гг. специалистами ФГУП НПЦ АП им. Пилюгина под руководством В.Д. Паронджанова. Эта среда предназначалась для проектирования систем управления ракет-носителей и космических аппаратов.

ГРАФИТ-ФЛОКС - закрытая разработка, поэтому о ней известно относительно немного. Список космических аппаратов, созданных с применением ГРАФИТ-ФЛОКС, можно посмотреть .

В начале 90-х годов был создан ещё один ДРАКОН-редактор. Разработка велась в Институте прикладной математики имени М.В. Келдыша под руководством Л.К. Эйсымонта. Редактор Эйсымонта (рис. 18) можно скачать и запустить, но он более не поддерживается. Редактор написан под MS DOS, поэтому для запуска на современных компьютерах может потребоваться DOSBox.

В 2008 году увидел свет редактор ИС Дракон от Геннадия Тышова (рис. 19). ИС Дракон активно поддерживается и развивается. В ИС Дракон реализована генерация программного кода из диаграмм. Одной из интересных возможностей ИС Дракон является возможность помещать в одной иконе код на языке программирования и описание на естественном языке. Безусловное достоинство ИС Дракон - так называемое «исчисление икон». Исчисление икон - это способ редактирования, который помогает пользователю рисовать диаграмму и гарантирует, что диаграмма не нарушит правила языка ДРАКОН. Среди недостатков ИС Дракон можно отметить нестандартный интерфейс пользователя и некоторые неудобства при генерации кода. ИС Дракон - коммерческий продукт.

DRAKON Editor - ещё один современный ДРАКОН-редактор (рис. 20). DRAKON Editor был разработан группой энтузиастов под руководством Степана Митькина. DRAKON Editor не поддерживает исчисление икон. Это означает, что ДРАКОН-схемы собираются в нём вручную из примитивов, как в векторных графических редакторах. Но зато интерфейс пользователя в DRAKON Editor максимально прост. Он построен по более привычной схеме, чем ИС Дракон. Основным преимуществом среды DRAKON Editor является удобство программирования и генерации кода. DRAKON Editor поддерживает несколько языков программирования, включая C, C++, C#, Java, Processing, JavaScript, Lua, Erlang, Python, Tcl, Verilog, AutoHotkey, D и Go. Для некоторых языков имеется возможность генерировать конечные автоматы. Поддерживаются правила для экспертной системы nools. Реализовано подмножество языка УТОПИСТ Э. Тыугу. DRAKON Editor имеет открытый исходный код.

Интересное применение для языка ДРАКОН придумал Олег Гарипов в своём проекте Integrator CodeView. CodeView позволяет визуализировать имеющийся код в виде взаимосвязанного набора ДРАКОН-схем. Особенность Integrator CodeView заключается в том, что визуализируются не отдельные методы, а проект целиком, включая граф вызовов, стек и т. п. Integrator CodeView уникален ещё и тем, что он наглядно показывает не только алгоритмы, но и данные. Движок визуализации данных в системе Integrator работает совместно с ДРАКОНом.

DRAKON Editor Web - это коммерческое облачное решение на базе языка ДРАКОН. DRAKON Editor Web предназначен для технических заданий, бизнес-процедур и чек-листов. DRAKON Editor Web никак не связан с DRAKON Editor и не поддерживает генерацию кода из диаграмм. Среди плюсов DRAKON Editor Web следует отметить удобный редактор, совместную работу и поддержку мобильных устройств.

Рис 17. ДРАКОН-схема в системе ГРАФИТ-ФЛОКС

Рис 18. ДРАКОН-редактор Эйсымонта

Рис 19. Программа с пояснениями в ИС Дракон

Рис 20. DRAKON Editor

Выводы

Подведем итоги. ДРАКОН - закалённый в космосе практический язык. Он привнёс в блок-схемы структуру, порядок и единообразие. Предсказуемость и опрятность ДРАКОН-схем приводят к тому, что визуальное программирование работает .

Опыт реальных проектов показал: программировать на ДРАКОНе можно. С одной стороны, ДРАКОН более выразителен, чем текст. С другой - повышает читаемость программ. А кроме того, программы в виде ДРАКОН-схем выглядят, ну прямо как из космического корабля пришельцев (хотя многое зависит от цветовой схемы). Лично я легко перешёл на ДРАКОН. Неудобно бывает, когда наоборот, приходится иногда программировать в традиционном текстовом стиле.

Добавить метки