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

Dijkstra GilletteNaur

Randell

Gries

1969 - Roma

Dijkstra Brinch Hansen Hoare

LampsonWirth

Randell

Perlis

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

50%

50%

Produzione

Manutenzione

Distribuzione dei costi del Software - 2

15%20%

40%

25% Analisi eProgettazione

Programmazione

Documentazione

Testing

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

Hardware• 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– A– B

• Selezione– If (P) then

• A

– Else• B

• Ripetizione– While (P) A

A

B

P

P A

A B

Vero Falso

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