Ingegneria del software e i formalismi

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1 Ingegneria del software e i formalismi Lezione n. 5 Ingegneria del software Lezione n. 5.

2 Creazione di un software: dal problema ai risultati (/2) problema ANALISI algoritmo FORMALIZZAZIONE specificazioni PROGRAMMAZIONE programma. Comprendere il problema 2. Comprendere le soluzioni idea risolutrice 3. Formalizzazione dell algoritmo 4. Algoritmo tradotto in un linguaggio di alto livello Creazione di un software: dal problema ai risultati (2/2) programma TRADUZIONE eseguibile ESECUZIONE risultati MANUTENZIONE 4. Algoritmo tradotto in un linguaggio di alto livello 5. Traduzione in linguaggio macchina 6. Valutazione dei risultati 7. Manutenere il software

3 Ingegneria del software Il termine viene coniato durante una conferenza NATO nel 968 in Germania a Garmish - crisi del software - costi, controllo, governabilità, qualità, manutenzione La IEEE (993) definisce gli ambiti dell ingegneria del software: (a) disciplina che regola in modo scientifico lo sviluppo, la gestione e la manutenzione del software, (b) studio delle strategie di cui al punto a). Insieme di passi che definiscono il percorso di creazione del software Strategia di base STUMENTI METODI PROCESSO QUALITA TOTALE Tool automatizzati di supporto ai metodi e ai processi - CASE Tecniche per governare i passi Motivazioni incrementare la qualità del software ossia rendere maggiormente industrializzato un processo che è ancora molto artigianale governare la complessità ossia non far fallire progetti di grandi dimensioni o di nuova concezione minimizzare i costi di produzione e manutenzione ossia consentire un facile intervento da parte di persone diverse dallo sviluppatore originario riciclare il software ossia riutilizzo di lavoro già fatto

4 Ciclo di vita del software Analisi - analisi dei requisiti -3%* Progettazione - specifiche - 8% Implementazione - sviluppo del codice - 7% Validazione - collaudo - 5% Installazione e documentazione Modificazione - 67% del costo Smaltimento 0% correzioni 0% adattamenti 50% nuove funzioni Modelli di processo Modello a cascata - le fasi elencate sono in stretta sequenza - 70 Modello prototipale - le fasi si intersecano e producono ciclicamente prototipi da sottoporre al cliente - usa e getta o esplorativa Modello incrementale - produce versioni intermedie di prodotto raffinabile fino alla versione finale Modello a spirale di Boehm - 88 ogni ciclo della spirale rappresenta una fase suddivisa per funzioni che mirano a controllare il rischio

5 Modello a cascata Modello prototipale

6 Modello incrementale Fase 3 Fase 2 Fase Modello a spirale

7 Documenti legati ad una commessa di sviluppo software Attivita Analisi requisiti Definizione requisiti Specifica del sistema Progetto architetturale Progetto interfaccia Codifica Testing dei moduli Testing di integrazione Testing del sistema Test di accettazione Collaudo Documenti Prodotti Studio di fattibilita, Piano di lavoro Documenti dei requisiti, Piano di integrazione con altri sistemi informatici/informativi Specifiche funzionali, Draft del manuale utente Specifica architetturale, piano di testing del sistema Specifica interfaccia Codice del programma Rapporto sul test dei moduli Rapporto sul tesi di integrazione Rapporto sui test del sistema Sistema finale e documentazione Verbale di collaudo Documentazione tecnica Documenti contrattuali Studio di fattibilità - deve essere accettato dal cliente - nei casi di pubblica amministrazione il CNIPA esprime il parere di congruità tecnica ed economica Elenco dei requisiti di sistema - deve essere approvato dal cliente - definisce la base delle funzioni su cui si effettuerà il collaudo finale Specifiche di interfaccia - firmate dal cliente Verbale di avanzamento lavori - deve essere prodotto dal fornitore e vidimato dal cliente al fine di documentare ritardi, modificazioni, integrazioni, etc. rispetto all elenco dei requisiti di sistema Verbale di collaudo finale - deve essere approvato dal cliente e solitamente è il passo che da vita al pagamento Documentazione tecnica e documentazione utente - occorre sempre richiederla - non sempre viene infatti fornita

8 Clausole contrattuali marchio e logo proprietà - colui che è proprietario del bene uso - clausole che regolamentano l uso del bene differenziando anche la destinazione d uso (per ricerca, scopo di lucro, etc.) accesso - clausole che regolamentano l accesso ai dati connessi al bene (banche dati) rivendita/cessione - clausole che regolamentano la rivendita a terzi territorialità - clausole che regolamentano la territorialità geografica delle clausole sopra esposte manutenzione occorre stabilire con chiarezza la durata della manutenzione e il tipo integrabilità - clausole che regolamentano la possibilità di integrare il software altri programmi reverse engineering evitare clausole contra legem Domande possibili Quali sono le fasi del ciclo di vita del software Quali sono i principali modelli Cosa serve l ingegneria del software La manutenzione che ruolo gioca nel ciclo di vita del software Come incide l ingegneria del software sulla qualità e la manutenibilità del software

9 UML Unified Modeling Language Lezione n. 5.2 Cos è UML Serie di diagrammi per rappresentare ogni fase dello sviluppo del software: livello concettuale, logico, fisico Nato nel 998 ad opera di Booch, Rumbaugh e Jacobson (tres amigos) Alcuni ambienti di programmazione sono in grado di convertire diagrammi UML in codice e viceversa dal codice è possibile ottenere i diagrammi Modello orientato agli oggetti: il mondo è visto attraverso la modellazione di oggetti che si raggruppano in classi omogenee Superiore ricchezza espressiva rispetto a ER (entità relazioni) perché unisce diagrammi statici a diagrammi dinamici, diagrammi sui dati a diagrammi sulle attività Unifica diversi modelli di formalizzazione: standard mondiale

10 Struttura del paradigma Object Oriented Il mondo viene modellato partendo dagli oggetti reali gli oggetti reali si aggregano in classi di oggetti uniformi ad ogni classe si possono associare attributi ovvero caratteristiche dell oggetto che descrive ad ogni classe si possono associare dei comportamenti che l oggetto può compiere detti metodi o servizi le classi comunicano scambiandosi messaggi mediante i metodi Esempio Notazione Classe Oggetto Nome classe attributi metodi Automobile Colore Modello Prezzo Motore Impianto elettrico Impianto idraulico Guida Vende Acquista Rottama Fiat Punto Colore Modello Prezzo Motore Impianto elettrico Impianto idraulico Guida Vende Acquista Rottama

11 I principi del paradigma OO Incapsulamento Ogni oggetto è incapsulato come se fosse una scatola nera e quindi l utilizzatore non deve necessariamente sapere cosa c è dentro, ma solo utilizzare i bottoni esterni Ereditarietà Classi figlie ereditano le proprietà dalle classi padre Polimorfismo Capacità di una classe padre di richiamare in modo dinamico le classi figlie sulla base del contesto senza a priori conoscere la scelta Relazione di composizione Classi complesse possono essere divise e collegate tramite la relazione di composizione. Es. 4 ruote compongono la macchina Incapsulamento la classe e gli oggetti che ne derivano chiudono in se stessi come in un pacchetto i dati e le operazioni nascondendone i dettagli da parte di oggetti esterni Si dice che le classi e gli oggetti incapsulano i loro dettagli sollevando chi li usa dal sapere cosa c è dentro Motore Imp. Idraulico Imp. elettrico Caburatore etc. Pompa etc. Batteria etc. Accensione etc. raffredda Avviamento etc.

12 Gerarchia ed Ereditarietà Spesso si rende necessario astrarre le classi con un raggruppamento di sovra-classe o metaclasse o superclasse. Nasce la gerarchia delle classi Le classi figlie ereditano dalle classi padre tutti i loro attributi e le loro operazioni Le classi figlie possono aggiungere dettagli rispetto agli attributi e alle operazioni ereditate Le classi figlie possono ereditare attributi ed operazioni da più classi padre - multieredità Esempio - ereditarietà Colore Modello, etc. Autoveicolo Guida Vende, etc. is-a TIR Colore Modello Trazione Guida Vende Carica PULMAN Colore Modello Abitacolo Passeggeri Guida Vende Carica Passeggeri

13 Esempio - multiereditarietà Automobile Colore Modello Abitacolo Guida Vende etc. Casa mobile Colore Modello Bagno, letti Aggancia Vende Carica Passeggeri Camper Colore Modello Abitacolo Bagno, letti Aggancia Vende Carica Passeggeri Polimorfismo La classe B richiede dei servizi alla classe A mediante le chiamate dei metodi Il polimorfismo è la proprietà di una classe A di poter eseguire flessibilmente una operazione di una sottoclasse A.x in base al tipo di chiamata effettuata da una classe B Le chiamate che B invoca sono dinamiche ossia vengono risolte durante la fase di run-time Esempio: tracciare un grafico comporta a) acquisizione dati b) scelta del tipo di grafico - variabile tipografico c) disegno del grafico scelto

14 Esempio - polimorfismo dati disegna Grafico Report Testo, disegni, immagini Messaggio[tipografico.disegna, dati] Torta dati disegna Istogrammi dati disegna Se la variabile tipografico è = a istogrammi il messaggio viene indirizzato alla classe istogrammi Se la variabile tipografico è = a torta il messaggio viene indirizzato alla classe torta La relazione di composizione Una proprietà delle classi e la loro scomponibilità in parti in modo da riciclare i loro componenti Le classi quindi possono essere degli aggregati di altre classi più atomiche Esempio: il funzionamento di una automobile si può dividere nelle sue componenti in modo da poter riciclare le definizioni dei componenti anche per alti usi. Motore, ruota, impianto elettrico, impianto idraulico, etc sono componenti della classe AUTOMOBILE. Non ha senso descrivere tutto nella classe AUTOMOBILE risulta più conveniente e più facile da progettare dividere la complessità

15 Relazione di composizione Automobile Colore Modello Abitacolo, Motore, Imp. Idraulico, Ruota HAS-A Guida Vende etc. 4 Motore Imp. Idraulico Ruota Caburatore etc. Accensione etc. Pompa etc. raffredda Larghezza tipo aderisce Diagrammi UML.0 Vi sono 5 categorie di diagrammi per un totale di 9 diagrammi, non devono per forza essere usati tutti Diagrammi introduttivi diagramma dei casi d uso (use case) Diagrammi d interazione diagramma di sequenza (sequence) diagramma di collaborazione (collaboration) Diagrammi statici diagramma delle classi (class) diagramma delle oggetti (object) Diagrammi di stato diagramma di stato (statechart) diagramma delle attività (activity) Diagrammi di implementazione (3 diagrammi)

16 Diagramma dei Casi d Uso Use Case attore associazione use case Avvocato Deposito Memoria E una descrizione di come gli utenti interagiscono con il sistema informativo/informatico Si definiscono molti scenari di utilizzo (use case) del sistema in modo vago per poi raffinarli successivamente Il diagramma è formato da: Actor: rappresenta un ruolo o un agente colui che agisce Use case: rappresenta le azioni Associazione: collega gli attori al caso d uso Attori Un attore è un entità esterna al sistema che si sta rappresentando che interpreta un ruolo nei confronti del sistema da modellare Non necessariamente è persona fisica, può essere un dispositivo, un computer, un database, un agente intelligente L attore non è un individuo ossia un singolo ma rappresenta una classe di tipologia di attori Es. Avvocato non rappresenta una concreta istanza di avvocato (Avv. Rossi) ma la classe di tutti gli Avvocati

17 Diagrammi di Casi d Uso Dominio Costituzione dell attore Attore Procura Attore Avvocato Fascicolo= Procura+atto di citazione+ iscrizione in ruolo Cancelleria Caso d uso Notifica Convenuto Il diagramma d uso rappresenta lo scenario del problema così come è visto dall utente finale Relazioni fra casi d uso Inclusione <<inclusion>> caso di utilizzo di un altro caso d uso, aiuta a riutilizzare casi d uso già presenti senza ripetizioni Estensione <<extension>> Indica una specificazione di un caso generale aggiungendo elementi più precisi: generale particolare Generalizzazione particolare generale

18 Diagrammi di Casi d Uso Fissazione dell udienza usa <<inclusion>> PolisWeb Avvocato- Attore Consultazione agenda Caso particolare <<extend>> Proposta Proposta Via Web Richiesta conferma Fissazione Cancelleria Giudice Diagramma delle classi Nome attributi operazioni Il diagramma di classi descrive i tipi di oggetti che compongono il sistema indicando le relazioni statiche fra le classi stesse Le classi sono la descrizione di un insieme di oggetti omogenei mediante attributi, operazioni e vincoli Le classi sono in relazione fra loro mediante le relazioni di: Associazione Aggregazione Composizione has_a Gerarchia is_a

19 Diagramma delle classi esempio dell orologio Classe Molteplicità 2 PushButton state push() release() SimpleWatch LCDDisplay blinkidx blinkseconds() blinkminutes() blinkhours() stopblinking() referesh() 2 Battery load() Operazioni Associazione Attributi Time now() Il diagramma delle classi rappresenta come gli oggetti del dominio sono in relazione fra loro (Colin Potts) Associazioni relazione generica matricola Studenti pagatasse(): stato frequenta(): anno esame(): esito..* codice crediti anni CorsoLaurea Le associazioni esprimono relazioni fra le classi non qualificate La molteplicità indica quanti oggetti di quella classe sono in relazione con l altra classe 0..*..* n..m Esattamente una istanza Da Zero fino ad un numero di istanze infinto Almeno una istanza fino ad un numero di istanze infinto Da n a m istanze

20 Diagramma delle classi - esempio Clienti clientedal getordini emette 0..* Ordini dataordine stato emesso da calcolatasse calcolatotale setstato Articoli codice descrizione peso prezzo nell ordine riguarda atricolo 0..*..* DettagliOrdine quantità calcolapeso calcolaprezzo (Marco Padoan) Associazioni -to- and -to-many Country name:string Has-capital City name:string -to- association draw() Polygon * Point x:integer y:integer -to-many association (Colin Potts)

21 Diagramma delle classi: Aggregazione Aggregazione: tipo particolare di associazione; esprime concetto è parte di (part of ), che si ha quando un insieme è relazionato con le sue parti. Si rappresenta con un diamante dalla parte della classe che e il contenitore (Marco Padoan) Diagramma delle classi: Composizione E un caso particolare di aggregazione in cui:. la parte (componente) non può esistere da sola, cioè senza la classe composto 2. una componente appartiene ad un solo composto Esempio: Azienda Dipendenti Poligono Punti (caso di raffinamento di una associazione generica tramutata in composizione) Il diamante si disegna pieno

22 Diagramma delle classi: aggregazione/composizione Università Docenti aggregazione composizione Dipartimenti (Marco Padoan) Diagramma delle classi: ereditarietà Persona nome cognome indirizzo cambiaindirizzo superclasse simbolo di ereditarietà Giudice nome giurisdizione tipo corte sottoclassi Avvocato nome specializzazione

23 Diagramma delle classi: esempio x y Punti Poligoni coloreriemp colorebordo tipobordo setcolorebordo setcoloreriemp settipobordo 3..* identifica Vertici colore dimensione (Marco Padoan) Diagramma delle classi: esempio Persone nome Frequenze Docenti Studenti turno matricola * * * sostiene relativo a di insegna..* tenuto da Corsi nome durata del corso Esami voto data (Marco Padoan)

24 Diagramma di sequenza Linea della vita Messaggio Risposta Oggetto/ Attore Attività Il diagramma di sequenza mostra le interazioni fra gli oggetti/classi allo scorrere del tempo Indica quindi la cooperazione e i messaggi che le classi si cambiano per raggiungere un obiettivo Le azioni si volgono lungo la linea della vita simulazione del passare del tempo Diagramma di sequenza - PCT Il diagramma di sequenza mostra le interazioni fra gli oggetti/classi allo scorrere del tempo Indica quindi la cooperazione e i messaggi che le classi si cambiano per raggiungere un obiettivo

25 Diagramma di sequenza - PCT Diagramma di sequenza il cambio di orario in un orologio Object :WatchUser :SimpleWatch :LCDDisplay :Time pressbutton() pressbutton() blinkhours() blinkminutes() pressbutton2() pressbuttonsand2() stopblinking() incrementminutes() refresh() commitnewtime() Activation Message Sequence diagrams represent the behavior as interactions (Colin Potts)

26 Esempio di diagramma di sequenza prestito in biblioteca (Paolo Ciancarini) Sintassi di un Diagrammi di Sequenza oggetto name : Class other linea della vita messaggio azione name ( ) new ( ) : Class Cancella l azione ritorno creazione (Punpiti Piamsa)

27 Differenti tipi di frecce Operazione sincrona Operazione asincrona Ritorno Azione riflessiva sullo stesso attore/classe (Punpiti Piamsa) Diagramma di Attività Il diagramma di attività traccia il flusso temporale delle operazioni che permettono di raggiungere un obiettivo Simile al diagrammi a blocchi, ma aggiunge potenzialità espressive maggiori (fork, join) Il diagramma di attività evidenzia come si evolve l azione e di come gli oggetti passano da uno stato all altro, come interagiscono fra loro, come portano a termine delle azioni I cambiamenti sono dette transizioni che mutano lo stato dell oggetto al verificarsi di un certo evento

28 Esempio di diagramma di attività - (Paolo Ciancarini) Sintassi dei diagrammi di attività inizio fine azione

29 Sintassi dei diagrammi di attività Act. branch Act.2 merge condizione: è l analogo dell if e consente di effettuare un ramo della decisione in via esclusiva. Si compone di due costrutti: branch (per l apertura) e merge (per la chiusura) Act. Act.2 fork: quando vi sono processi paralleli indipendenti nei quali la sequenza di esecuzione è indifferente. I processi vengono eseguiti entrambi in un ordine non predeterminabile join: tutti i fork devono avere un punto di ricongiunzione detto join Sintassi del diagramma di attività per colonne (swim lane)

30 Esempio di diagramma di attività esempio di richiesta di un libro condizione fork join (Paolo Ciancarini) Domande possibili Cosa è la progettazione object oriented Quali caratteristiche principali contraddistinguono il paradigma orientato agli oggetti Cosa sono inclusione, ereditarietà, polimorfismo, composizione Cosa è l UML e che relazione ha con l Ingegneria del software UML e relazione con il framework di Zachmann Diagrammi d uso, di classi, di sequenza, di attività: sintassi, caratteristiche, obiettivi Fare piccoli esempi a piacere di casi modellati in ciascuno dei diagrammi sopra esposti