Проектирование программного обеспечения начинают с определения его структуры.

5. 1. Разработка структурной и функциональной схем.

Процесс проектирования сложного программного обеспечения начинают с уточнения его структуры, т. е. определения структурных компонентов и связей между ними. Результат уточнения структуры может быть представлен в виде структурной и/или функциональной схем и описания (спецификаций) компонентов.

Структурная схема разрабатываемого программного обеспечения

Структурной называют схему, отражающую состав и взаимодействие по управлению частей разрабатываемого программного обеспечения.

Структурные схемы пакетов программ не информативны, поскольку организация программ в пакеты не предусматривает передачи управлениямежду ними. Поэтому структурные схемы разрабатывают для каждой программыпакета, а список программ пакета определяют, анализируя функции, указанные в техническом задании.

Самый простой вид программного обеспечения - программа, которая в качестве структурных компонентов может включать только подпрограммы и библиотеки ресурсов.

Разработку структурной схемы программы обычно выполняют методом пошаговой детализации.

Структурными компонентами программной системы или программного комплекса могут служить программы, подсистемы, базы данных, библиотеки ресурсов и т. п.

Структурная схема программного комплекса демонстрирует передачу управления от программы-диспетчера соответствующей программе (рис. 1.1).

Рис. 5.1. Пример структурной схемы программного комплекса.

Структурная схема программной системы , как правило, показывает наличие подсистем или других структурных компонентов. В отличие от программного комплекса отдельные части (подсистемы) программной системы интенсивно обмениваются данными между собой и, возможно, с основной программой. Структурная же схема программной системы этогообычно не показывает (рис. 1.2).

Рис. 5.2. Пример структурной схемы программной системы.

Более полное представление о проектируемом программном обеспечении с точки зрения взаимодействия его компонентов между собой и с внешней средой дает функциональная схема.

Функциональная схема

Функциональная схема или схема данных (ГОСТ 19. 701-90) - схема взаимодействия компонентов программного обеспечения с описанием информационных потоков, состава данных в потоках и указанием используемых файлов и устройств. Для изображения функциональных схем используют специальные обозначения, установленные стандартом.

Функциональные схемы более информативны, чем структурные. На рис. 1.3 для сравнения приведены функциональные схемы программных комплексов и систем.

Рис. 5.3. Примеры функциональных схем: а - комплекс программ, б - программная система.

Все компоненты структурных и функциональных схем должны быть описаны. При структурном подходе особенно тщательно необходимо прорабатывать спецификации межпрограммных интерфейсов, так как от качества их описания зависит количество самых дорогостоящих ошибок. К самым дорогим относятся ошибки, обнаруживаемые при комплексном тестировании, так как для их устранения могут потребоваться серьезные изменения уже отлаженных текстов.

5.2. Использование метода пошаговой детализации для проектирования структуры программного обеспечения.

Структурный подход к программированию в том виде, в котором он был сформулирован в 70-х годах XX в., предлагал осуществлять декомпозицию программ методом пошаговой детализации. Результатом декомпозиции является структурная схема программы, которая представляет собой многоуровневую иерархическую схему взаимодействия подпрограмм по управлению. Минимально такая схема отображает два уровня иерархии, т. е. показывает общую структуру программы. Однако тот же метод позволяет получить структурные схемы с большим количеством уровней.

Метод пошаговой детализации реализует нисходящий подход и базируется на основных конструкциях структурного программирования. Он предполагает пошаговую разработку алгоритма. Каждый шаг при этом включает разложение функции на подфункции. Так на первом этапе описывают решение поставленной задачи, выделяя общие подзадачи, на следующем аналогично описывают решение подзадач, формулируя при этом подзадачи следующего уровня. Таким образом, на каждом шаге происходит уточнение функций проектируемого программного обеспечения. Процесс продолжают, пока не доходят до подзадач, алгоритмы, решения которых очевидны.

Декомпозируя программу методом пошаговой детализации, следует придерживаться основного правила структурной декомпозиции, следующего из принципа вертикального управления: в первую очередь детализировать управляющие процессы декомпозируемого компонента, оставляя уточнение операций с данными напоследок. Это связано с тем, что приоритетная детализация управляющих процессов существенно упрощает структуру компонентов всех уровней иерархии и позволяет не отделять процесс принятия решения от его выполнения: так, определив условие выбора некоторой альтернативы, сразу же вызывают модуль, ее реализующий.

Детализация операций со структурами в последнюю очередь позволит отложить уточнение их спецификаций и обеспечит возможность относительно безболезненной модификации этих структур за счет сокращения количества модулей, зависящих от этих данных.

Кроме этого, целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:

Не отделять операции инициализации и завершения от соответствующей обработки, так как модули инициализации и завершения имеют плохую связность (временную) и сильное сцепление (по управлению);

Не проектировать слишком специализированных или слишком универсальных модулей, так как проектирование излишне специальных модулей увеличивает их количество, а проектирование излишне универсальных модулей повышает их сложность;

Избегать дублирования действий в различных модулях, так как при их изменении исправления придется вносить во все фрагменты программы, где они выполняются - в этом случае целесообразно просто реализовать эти Действия в отдельном модуле;

Группировать сообщения об ошибках в один модуль по типу библиотеки ресурсов, тогда будет легче согласовать формулировки, избежать дублирования сообщений, а также перевести сообщения на другой язык.

При этом, описывая решение каждой задачи, желательно использовать не более 1-2-х структурных управляющих конструкций, таких, как цикл-пока или ветвление, что позволяет четче представить себе структуру организуемого вычислительного процесса.

Разбиение на модули при данном виде проектирования выполняется эвристически, исходя из рекомендуемых размеров модулей (20-60 строк) и сложности структуры (две-три вложенных управляющих конструкции). В принципе в качестве модуля (подпрограммы) можно реализовать решение подзадач, сформулированных на любом шаге процесса детализации, однако определяющую роль при разбиении программы на модули играют принципы обеспечения технологичности модулей.

Для анализа технологичности полученной иерархии модулей целесообразно использовать структурные карты Константайна или Джексона.

5. 3. Структурные карты Константайна.

На структурной карте отношения между модулями представляют в виде графа, вершинам которого соответствуют модули и общие области данных, а дугам - межмодульные вызовы и обращения к общим областям данных.

Различают четыре типа вершин (рис. 1.4.):

Модуль - подпрограмма,

Подсистема - программа,

Библиотека - совокупность подпрограмм, размещенных в отдельном модуле,

Область данных - специальным образом оформленная совокупность данных, к которой возможно обращение извне.

а). б). в). г).

Рис. 5.4. Обозначение вершин по стандартам IBM, ISO и ANSI:

а – модуль; б – подсистема; в – библиотека; г – область данных.

При этом отдельные части программной системы (программы, подпрограммы) могут вызываться последовательно, параллельно или как сопрограммы (рис. 1.5.).

Рис. 5.5. Обозначение типа вызова:

а – последовательный вызов; б – параллельный вызов; в – вызов сопрограммы.

Чаще всего используют последовательный вызов, при котором модули, передав управление, ожидают завершения выполнения вызванной программы или подпрограммы, чтобы продолжить прерванную обработку.

Под параллельным вызовом понимают распараллеливание вычислений на нескольких вычислителях, когда при активизации другого процесса данный процесс продолжает работу. На однопроцессорных компьютерах в мультипрограммных средах в этом случае начинается попеременное выполнение соответствующих программ. Параллельные процессы бывают синхронные и асинхронные. Для синхронных процессов определяют точки синхронизации - моменты времени, когда производится обмен информацией между процессами. Асинхронные процессы обмениваются информацией только в момент активизации параллельного процесса.

Под вызовом сопрограммы понимают возможность поочередного выполнения двух одновременно запущенных программ, например, если одна программа подготовила пакет данных для вывода, то вторая может ее вывести, а затем перейти в состояние ожидания следующего пакета. Причем в мультипрограммных системах основная программа, передав данные, продолжает работать, а не переходит в состояние ожидания.

Структурные карты Константайна позволяют наглядно представить результат декомпозиции программы на модули и оценить ее качество, т. е. соответствие рекомендациям структурного программирования (сцепление и связность).

5.4. Проектирование структур данных.

Под проектированием структур данных понимают разработку их представлений в памяти. Основными параметрами, которые необходимо учитывать при проектировании структур данных, являются:

Вид хранимой информации каждого элемента данных;

Связи элементов данных и вложенных структур;

Время хранения данных структуры («время жизни»);

Совокупность операций над элементами данных, вложенными структурами и структурами в целом

Вид хранимой информации определяет тип соответствующего поля памяти. В качестве элементов данных в зависимости от используемого языка программирования могут рассматриваться:

Целые и вещественные числа различных форматов;

Символы;

Булевские значения: true и false;

а также некоторые структурные типы данных, например:

Специально объявленные классы.

При этом для числовых полей очень важно правильно определить диапазон возможных значений, а для строковых данных - максимально возможную длину строки.

Связи элементов и вложенных структур, а также их устойчивость и совокупность операций над элементами и вложенными структурами определяют структуры памяти, используемые для представления данных. Время жизни учитывают при размещении данных в статической или динамической памяти, а также во внешней памяти.

Рассмотрим существующие варианты внутреннего представления данных, их элементов и связей между ними более подробно.

Представление данных в оперативной памяти

Различают две базовые структуры организации данных в оперативной памяти: векторную и списковую.

Векторная структура представляет собой последовательность байт памяти, которые используются для размещения полей данных (рис. 1.6.).

Рис. 5.6. Векторная структура памяти.

Последовательное размещение организованных структур данных позволяет осуществлять прямой доступ к элементам: по индексу (совокупности индексов) - в массивах или строках или по имени поля - в записях или объектах.

Однако выполнение операций добавления и удаления элементов при использовании векторных структур для размещения элементов массивов может потребовать осуществления многократных сдвигов элементов.

Структуры данных в векторном представлении можно размещать как в статической, так и в динамической памяти. Расположение векторных представлений в динамической памяти иногда позволяет существенно увеличить эффективность использования оперативной памяти. Желательно размещать в динамической памяти временные структуры, хранящие промежуточные результаты, и структуры, размер которых сильно зависит от вводимых исходных данных.

Списковые структуры строят из специальных элементов, включающих помимо информационной части еще и один или несколько указателей - адресов элементов или вложенных структур, связанных с данным элементом. Размещая подобные элементы в динамической памяти можно организовывать различные внутренние структуры (рис. 1.7.).

Рис. 5.7. Примеры списковых структур памяти:

а - линейный односвязный список; б - древовидный список; в - n-связный список.

Однако при использовании списковых структур следует помнить, что:

Для хранения указателей необходима дополнительная память;

Поиск информации в линейных списках осуществляется последовательно , а потому требует больше времени;

Построение списков и выполнение операций над элементами данных, хранящимися в списках, требует более высокой квалификации программистов, более трудоемко, а соответствующие подпрограммы содержат больше ошибок и, следовательно, требуют более тщательного тестирования.

Обычно векторное представление используют для хранения статических множеств, таблиц (одномерных и многомерных), например, матриц, строк, записей, а также графов, представленных матрицей смежности, матрицей инцидентности или аналитически. Списковое представление удобно для хранения динамических (изменяемых) структур и структур со сложными связями.

В наиболее ответственных случаях при выборе внутреннего представления целесообразно определять вычислительную сложность выполнения наиболее часто встречающихся операций со структурой данных или ее элементами для различных вариантов. А также оценивать их емкостную сложность.

Представление данных во внешней памяти

Современные операционные системы поддерживают два способа организации данных во внешней памяти: последовательный и с прямым доступом.

При последовательном доступе к данным возможно выполнение только последовательного чтения элементов данных или последовательная их запись. Такой вариант предполагается при работе с логическими устройствами типа клавиатуры или дисплея, при обработке текстовых файлов или файлов, формат записей которых меняется в процессе работы.

Прямой доступ возможен только для дисковых файлов, обмен информацией с которыми осуществляется записями фиксированной длины (двоичные файлы С или типизированные файлы Pascal). Адрес записи такого файла можно определить по ее номеру ,что и позволяет напрямую обращаться к нужной записи.

При выборе типа памяти для размещения структур данных следует иметь в виду, что:

В оперативной памяти размещают данные, к которым необходим быстрый доступ, как для чтения, так и для их изменения;

Во внешней - данные, которые должны сохраняться после завершения программы.

Возможно, что во время работы данные целесообразно хранить в оперативной памяти для ускорения доступа к ним, а при ее завершении - переписывать во внешнюю память для длительного хранения. Именно этот способ используют большинство текстовых редакторов: во время работы с текстом он весь или его часть размещается в оперативной памяти, откуда по мере надобности переписывается во внешнюю память. В подобных случаях разрабатывают два представления данных: в оперативной и во внешней памяти.

Правильный выбор структур во многом определяет эффективность разрабатываемого программного обеспечения и его технологические качества, поэтому данному вопросу должно уделяться достаточное внимание независимо от используемого подхода.

5.5. Проектирование программного обеспечения, основанное на декомпозиции данных.

Практически одновременно были предложены методики проектирования программного обеспечения Джексона и Варнье-Орра, основанные на декомпозиции данных. Обе методики предназначены для создания «простых» программ, работающих со сложными, но иерархически организованными структурами данных. При необходимости разработки программных систем в обоих случаях предлагается вначале разбить систему на отдельные программы, а затем использовать данные методики.

Методика Джексона

При создании своей методики М. Джексон исходил из того, что структуры исходных данных и результатов определяют структуру программы.

Методика основана на поиске соответствий структур исходных данных и результатов. Однако при ее применении возможны ситуации, когда на каких-то уровнях соответствия отсутствуют. Например, записи исходного файла сортированы не в там порядке, в котором соответствующие строки должны появляться в отчете. Такие ситуации были названы «столкновениями», Выделяют несколько типов столкновений, которые разрешают по-разному. При различной последовательности записей их просто сортируют до обработки.

Разработка структур программы в соответствии с методикой выполняется следующим образом:

Строят изображение структур входных и выходных данных;

Выполняют идентификацию связей обработки (соответствия) между этими данными;

формируют структуру программы на основании структур данных и обнаруженных соответствий;

добавляют блоки обработки элементов, для которых не обнаружены соответствия;

Анализируют и обрабатывают несоответствия, т. е. разрешают «столкновения»;

Добавляют необходимые операции (ввод, вывод, открытие/закрытие файлов и т. п.); записывают программу в структурной нотации (псевдокоде).

Методика Варнье-Орра.

Методика Варнье-Орра базируется на том положении, что и методика Джексона, но основными при построении диаграммы считаются структуры выходных данных и, если структуры входных данных не соответствуют структурам выходных, то их допускается менять. Таким образом, ликвидируется основная причина столкновений.

Однако на практике не всегда существует возможность перестановки структур входных данных: эти структуры уже могут быть строго заданы, например, если используются данные, полученные при выполнении программ, поэтому данную методику применяют реже.

Как следует из вышеизложенного, методики Джексона и Варнье-Орра могут использоваться только в том случае, если данные разрабатываемых программ могут быть представлены в виде иерархии или совокупности иерархий.

5.6. Case-технологии, основанные на структурных методологиях анализа и проектирования.

К нашему времени накоплен опыт успешного использования большинства известных методологий структурного анализа и проектирования в соответствующих CASE-средствах. Наибольшее распространение получили методологии: SADT (3, 3%), структурного системного анализа Гейна-Сарсона (20, 2%), структурного анализа и проектирования Йордана-Де (36, 5%), развития систем Джексона (7, 7%), развития структурных DSSD (Data Structured System Development) Варнье-Орра (5, 8%), анализ проектирования систем реального времени Уорда-Меллора и Хатли, информационного моделирования Мартина (22, 1%).

Как видно из приведенных статистических данных, наибольшее применение нашли структурные методологии, использующие диаграммы потоков данных. Это вызвано двумя причинами:

Диаграммы потоков данных более детально по сравнению с функциональными диаграммами отображают специфику многочисленных в настоящее время информационных систем: не требуют строгой типизации обрабатываемой информации, предусматривают возможность хранения данных, конкретизируют взаимодействие с внешним миром, предусматривают получение комплексной модели программного обеспечения и т. п.;

Разработан метод построения проектных спецификаций (структурных карт Джексона или Костантайна) по диаграммам потоков данных, что позволяет автоматически создавать такие спецификации.

В понятие структуры программы (program structure) включается состав и описание связей всех модулей, которые реа­лизуют самостоятельные функции программы и описание носите­лей вводимых и выводимых данных, а также данных, участвую­щих в обмене между отдельными подпрограммами.

Для разработки больших и сложных программ программисту не­обходимо овладеть специальными приемами получения рациональной структуры программы, которая обеспечивает почти двукратное сокращение объема программирования и многократное сокращение

Подчиненность модулей программы отражается в схеме иерар­хии. Однако последняя не отражает порядок их вызова или функ­ционирование программы. Схема иерархии может иметь вид, пока­занный на рис. 5. Она, обычно, дополняется расшифровкой функ­ций, выполняемой модулями.

Перед составлением схемы иерархии целесообразно составить внешние спецификации программы и составить функциональные описания программы вместе с описанием переменных-носителей данных. Особое внимание следует уделять иерархии типов струк­турированных данных и их комментированию.

Расчленение программы на подпрограммы производится по принципу от общего к частному, более детальному. Процесс со­ставления функционального описания и составления схемы иерар­хии является итерационным, а выбор наилучшего варианта являет­ся многокритериальным. Расчленение должно обеспечивать удоб­ный порядок ввода частей в эксплуатацию.

Схеме иерархии можно придать любой топологический рису­нок. Фрагменты с вертикальными вызовами могут быть преобра­зованы в вызовы одного уровня посредством введения дополни­тельного модуля, который может не выполнять никаких полезных функций с точки зрения алгоритма программы. Функция нового модуля может состоять лишь в мониторинге, то есть вызове других модулей в определенном порядке.

Фрагменты с горизонтальными вызовами на одном уровне мо­гут быть преобразованы в вертикальные вызовы модулей разных уровней посредством введения дополнительных переменных, кото­рые не могли быть получены декомпозицией функционального описания на подфункции. Эти дополнительные переменные обыч­но имеют тип целый или логический и называются флагами, сема­форами, ключами событий. Их смысл обычно характеризуется фра­зой: в зависимости от следующей предыстории действий, выпол­нить такие-то действия.

В процессе проектирования нужно сделать несколько проект­ных итераций, каждый раз генерируя новую схему иерархии, и сравнить эти иерархии по данным критериям для отбора лучшего варианта.

Ключ - значение переменной, используемое для подтверждения полномочий на доступ к некоторой информации или подпрограмме.

Флаг - переменная, значение которой свидетельствует о том, что некоторый аппаратный или программный компонент находится в определенном состоянии или что для него выполняется опреде­ленное условие. Флаг используется для реализации условного ветвления и прочих процессов принятия решений.

Семафор - тип данных специального назначения, который яв­ляется средством управления доступом к критическому ресурсу со стороны совместно идущих последовательных процессов.

Над семафором можно производить только две операции (не считая создания и аннулирования): операцию ожидания (занятия) и операцию сигнализации (освобождения). Семафор принимает це­лое значение, которое не может быть отрицательным. Операция ожидания уменьшает значение семафора на единицу, когда это можно сделать, не получая при этом отрицательного значения, и это означает, что свободный ресурс используется. Операция сиг­нализации увеличивает значение семафора на единицу, что означа­ет освобождение ресурса.

Критический ресурс - ресурс, который в каждый момент вре­мени используется не более чем одним процессом. Когда требует­ся, чтобы несколько асинхронных процессов координировали свой доступ к критическому ресурсу, используется управляемый доступ через семафор.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРОГРАММЫ

Первый вариант структурной схемы, полученный пу­тем простого членения функций программы на подфункции с ука­занием переменных, необходимых для размещения данных, чаще всего не является оптимальным и требуются проектные итерации для улучшения топологии схемы. Эти действия обычно выполня­ются методом «проб и ошибок». Каждый новый вариант сравнива­ется с предшествующим по описанным ниже критериям:

1) полнота выполнения специфицированных функций;

2)возможность быстрого и дешевого пополнения новыми, ра­нее не специфицированными функциями;

3)обозримость (понятность) для проектировщика составных частей программы;

4)максимальная независимость отдельных частей программы;

5) возможность связывания подпрограмм редактором связей;

6)достаточность оперативной памяти;

7) влияние топологии схемы иерархии на скорость выполнения программы при использовании динамической загрузки программы и механизма подкачки страниц;

8) отсутствие разных модулей со сходными функциями. Один и тот же модуль должен вызываться на разных уровнях схемы иерархии;

9)достижение такого графика работы коллектива программи­стов при реализации программы, который обеспечивает равномер­ную загрузку коллектива;

10)всемерное сокращение затрат на тестирование программы.
Хорошая схема иерархии в 2-5 раз сокращает затраты на тестиро­вание по сравнению с первоначальным вариантом;

11)использование в данном проекте как можно большего числа проработанных в предшествующих проектах модулей и библиотек при минимальном объеме изготавливаемых заново частей.

Генерация вариантов прекращается при невозможности даль­нейших улучшений. Рациональная структура программы обеспечи­вает сокращение общего объема текстов в 2-3 раза, что соответст­венно удешевляет создание программы и ее тестирование, на кото­рое обычно приходится не менее 60% от общих затрат. При этом облегчается и снижается стоимость сопровождения программы.

МОДУЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Реализация принципа структурного программирования осуществляется с использованием макрокоманд и механизмов вы­зова подпрограмм. Эти же механизмы подходят и для реализации модульного программирования, которое можно рассматривать как часть структурного подхода.

Необходимо различать использование слова модуль, когда име­ется в виду единица дробления большой программы на отдельные блоки (которые могут быть реализованы в виде процедур и функций) и когда имеется ввиду синтаксическая конструкция языков программирования (unit в Object Pascal).

Модульное программирование - это организация программы как совокупности независимых блоков, называемых модулями, струк­тура и поведение которых подчиняются определенным правилам.

Концепцию модульного программирования можно сформули­ровать в виде нескольких понятий и положений:

1) большие задачи разбиваются на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач - модулей, которые связаны ме­жду собой только по входным и выходным данным;

2) модуль представляет собой «черный ящик» с одним входом и одним выходом. Это позволяет безболезненно производить мо­дернизацию программы в процессе ее эксплуатации, облегчает ее
сопровождение, а также позволяет разрабатывать части программодного проекта на разных языках программирования;

3) в каждом модуле должны осуществляться ясные задачи. Если назначение модуля непонятно, то это означает, что декомпозиция на модули была проведена недостаточно качественно. Процесс де­композиции нужно продолжать до тех пор, пока не будет ясного понимания назначения всех модулей и их оптимального сочетания;

4) исходный текст модуля должен иметь заголовок и интер­фейсную часть, где отражаются назначение модуля и все его внеш­ние связи;

5) в ходе разработки модулей программы следует предусматри­вать специальные блоки операций, учитывающие реакцию на возможные ошибки в данных или в действиях пользователя.

Большое значение в концепции модульного программирования придается организации управляющих и информационных связей между модулями программы, совместно решающими одну или не­сколько больших задач.

При работе с модулями нужно помнить их основное отличие от процедур и функций. Традиционные правила сферы действия гло­бальных и локальных переменных для модулей не работают. Эта язы­ковая конструкция разработана так, чтобы исключить влияние гло­бальных переменных, объявленных в главной программе, на внутрен­ние описания модуля. Поэтому, если возникает необходимость ввести доступные для всех блоков программы глобальные описания то сле­дует создать модуль глобальных объявлений и включить его в список импорта всех модулей, где нужны его описания.

3.7. СТРУКТУРА МОДУЛЯ В OBJECT PASCAL

Object Pascal имеет различные средства для структури­рования программ. На нижнем уровне деления (для элементарных подзадач) чаще всего используются процедуры и функции, а на верхнем уровне (для больших задач) используются модули.

В среде Delphi каждой форме обязательно соответствует свой модуль, что позволяет локализовать все свойства окна в отдельной программной единице. Кроме этого, невизуальные алгоритмиче­ские действия также оформляются в виде отдельных модулей. Пер­вая строка модуля начинается с ключевого слова:

unit <идентификатор_модуля>;

Для правильной работы среды программирования это имя должно совпадать с именем дискового файла, в который помещает­ся исходный текст модуля. Далее следует

{Интерфейсный раздел} interface

где описывается взаимодействие данного модуля с другими поль­зовательскими и стандартными модулями, а также с главной про­граммой.

Связь модуля с другими модулями устанавливается специаль­ным предложением:

{Список импорта интерфейсного раздела} uses <список_модулей>

В этом списке через запятые перечисляются идентификаторы модулей, информация интерфейсных частей которых должна быть доступна в данном модуле.

{Список экспорта интерфейсного раздела} const type var

procedure function

Список экспорта состоит из подразделов описания констант, типов, переменных, заголовков процедур и функций, которые оп­ределены в данном модуле, но использовать которые разрешено во всех других модулях и программах, включающих имя данного мо­дуля в своей строке uses. Для процедур и функций здесь описы­ваются только заголовки, но с обязательным полным описанием формальных параметров.

{Раздел реализации) implementation

В этом разделе указывается реализационная (личная) часть описаний данного модуля, которая недоступна для других модулей и программ.

{Список импорта раздела реализации) uses

В этом списке через запятые перечисляются идентификаторы модулей, информация интерфейсных частей которых должна быть доступна в данном модуле. Здесь целесообразно описывать иден­тификаторы всех необходимых модулей, информация из которых не используется в описаниях раздела interface данного модуля.

{Подразделы внутренних для модуля описаний} label const type var

procedure function

В этих подразделах описываются метки, константы, типы, пе­ременные, процедуры и функции, которые описывают алгоритми­ческие действия, выполняемые данным модулем, и которые явля­ются «личной собственностью» исключительно только данного модуля. Эти описания недоступны ни одному другому модулю.

Исполняемая часть содержит описания подпрограмм, объяв­ленных в интерфейсной части. Описанию подпрограммы должен предшествовать заголовок, в котором можно опускать список фор­мальных параметров и тип результата для функции. Если заголовки указаны с параметрами, то их список должен быть идентичен тако­му же списку для соответствующей процедуры или функции в разделе interface.

{Раздел инициализации} initialization

В этом разделе между ключевыми словами initialization и finalization располагаются операторы начальных установок, необходимых для запуска корректной работы модуля. Эти опера­торы исполняются до передачи управления основной программе и обычно используются для подготовки ее работы. Операторы раз­делов инициализации модулей, используемых в программе, выпол­няются при начальном запуске программы в том же порядке, в ка­ком идентификаторы модулей описаны в предложениях uses фай­ла проекта. Если операторы инициализации не требуются, то зарезервированное слово initialization может быть опущено.

{Раздел завершения) finalization

Раздел завершения finalization является необязательным и может присутствовать только вместе с разделом инициализации initialization. В разделе завершения располагается список операторов, которые будут выполняться при завершении модуля, что обычно происходит при окончании работы приложения. Разде­лы finalization модулей приложения выполняются в порядке, противоположном выполнению разделов initialization этих модулей.

Раздел завершения используется, как правило, для освобожде­ния ресурсов, которые выделяются приложению в разделе инициа­лизации. Это гарантирует корректное завершение приложения, что особенно это важно, когда приложение заканчивается по возникно­вению исключительных ситуаций.

Структурная и функциональная схемы программы

Структурная схема -- это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию. На рис. 2.1 представлена структурная схема разработанной программы.

Рисунок 2.1 - Структурная схема программы

Функциональная схема -- документ, разъясняющий процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия (установки) или изделия в целом. Функциональная схема является экспликацией отдельных видов процессов, протекающих в целостных функциональных блоках и цепях устройства. На рис.2.2 представлена функциональная схема разработанной программы.

Рисунок 2.2 - Функциональная схема программы

Описание процедур, функций и модулей

Объявление модуля :

Каждый исходный файл должен содержать объявление модуля. Слово unit является ключевым, поэтому оно должно быть написано в нижнем регистре. Имя модуля может содержать символы, как в верхнем, так и в нижнем регистре и должно быть таким же, как и имя используемое для этого файла операционной системой.

Стандартные модули языка Delphi. В состав среды Delphi входит великолепный набор модулей, возможности которых удовлетворят даже самого привередливого программиста. Все модули можно разбить на две группы: системные модули и модули визуальных компонентов.

К системным модулям относятся System, SysUtils, ShareMem, Math. В них содержатся наиболее часто используемые в программах типы данных, константы, переменные, процедуры и функции. Модуль System - это сердце среды Delphi; содержащиеся в нем подпрограммы обеспечивают работу всех остальных модулей системы. Модуль System подсоединяется автоматически к каждой программе и его не надо указывать в операторе uses.

Модули визуальных компонентов (VCL - Visual Component Library) используются для визуальной разработки полнофункциональных GUI-приложений - приложений с графическим пользовательским интерфейсом (Graphical User Interface). Эти модули в совокупности представляют собой высокоуровневую объектно-ориентированную библиотеку со всевозможными элементами пользовательского интерфейса: кнопками, надписями, меню, панелями и т.д. Кроме того, модули этой библиотеки содержат простые и эффективные средства доступа к базам данных. Данные модули подключаются автоматически при помещении компонентов на форму.

Описание процедур:

Эта процедура осуществляет закрытие титульного и листа и выход из программы.

procedure TForml.Button2Click(Sender: TObject);

Эта процедура открывает главное меню программы и убирает с экрана титульный лист.

procedure TForm2.Button1Click(Sender: TObject);

Эта процедура открывает окно с выбором метода решения транспортной задачи и убирает с экрана окно меню.

Эта процедура открывает окно содержащие информацию о разработанной программе и убирает с экрана окно меню.

Эта процедура открывает окно с информацией о справке данной программы, которая позволяет облегчить работу пользователя и убирает окно меню.

Эта процедура открывает окно о разработчике, и убирает окно меню.

procedure TForm2.Button5Click(Sender: TObject);

Эта процедура закрывает окно меню и выходит из программы.

procedure TForm3.Button1Click(Sender: TObject);

Эта процедура осуществляет выход в главное меню, и закрывает окно с выбором метода решения транспортной задачи:

procedure TForm3.Button3Click(Sender: TObject);

Эта процедура закрывает окно с решениями транспортной задачи тремя методами и выводит на экран форму с решением задачи методом минимальной стоимости:

Эта процедура закрывает окно с решениями транспортной задачи тремя методами и выводит на экран форму с решением задачи методом двойного предпочтения:

procedure TForm2.Button2Click(Sender: TObject);

procedure TForm2.Button3Click(Sender: TObject);

procedure TForm2.Button4Click(Sender: TObject);

Эти процедуры позволяют пользователю отправиться из главного меню в любой пункт программы: «Форма решения», «Руководство пользователя», «Сведения о разработчике», «Выход».

procedure STEP-BY-STEP;

Это процедура пошагового выполнения расчета в программе можно отследить каждый этап заполнения таблицы. После произведения одного расчета процедура прерывает выполнение расчета и ждет комадны от пользователя.

procedure TForm4.Label2Click(Sender: TObject);

procedure TForm4.Label3Click(Sender: TObject);

procedure TForm4.Label4Click(Sender: TObject);

procedure TForm4.Label5Click(Sender: TObject);

Эти процедуры загружают в текстовое поле Memo содержимое текстового документа, в зависимости от выбранного пункта меню. В текстовых документах находится информация о пользовании приложением.

procedure TForm1.Button8Click(Sender: TObject);

Эта процедура выполняет расчет по формулам, подставляет введенные значения и в итоге выполнения записывает результат в переменную.

procedure TForm1.Button9Click(Sender: TObject);

Эта процедура выводит ответ в текстовом поле.

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

Эта процедура заполняет поля ввода исходными данными в соответствии с заданием на курсовой проект.

procedure TForm3.Button4Click(Sender: TObject);

procedure TForm4.Button1Click(Sender: TObject);

Эти процедуры закрывают окно с и выводит на экран форму с выбором пункта меню.

procedure ochistka;

Эта процедура очищает поля ввода и вывода, освобождает переменные от значения, которое в них хранится.

После ввода данных необходимо дать пользователю возможность распечатки бланка справки и копии клиента. данная операция должна быть выполнена в обязательном порядке. Печать может быть осуществлена на два типа принтеров: ударного действия (матричные) и струйные. Печать справки на лазерных принтерах невозможна из-за повышенных требований к качеству бумаги. При печати справки на матричном принтере можно осуществить печать двух экземпляров (справка+копия) за один проход с применением копировальной бумаги. На струйном принтере необходимо печатать каждый экземпляр отдельно. Таки м образом нужно предусмотреть изменяемый пользователем счетчик числа копий или специальную функцию настройки на тип принтера.

Рис.2 Схема взаимодействия и сязей данных

Разработка функциональной схемы программы.

Функциональный состав программы должен максимально обеспечивать необходимый набор возможностей для выполнения кассиром ОП его должностных обязанностей, связанных с вводом данных, регистрацией сделок и оформлением отчетных документов. Для этого составим примерный перечень функций, которые должны быть реализованы в нашей системе.

Примерный перечень функций системы.

1) Регистрация обменной операции

· Ввод данных по покупке валюты

· Ввод данных по продаже валюты

· Ввод данных по конверсии валюты

· Печать справки клиента

2) Просмотр документов

· Просмотр списка документов дня

· Просмотр списка архивных документов

3) Ведение справочников

· Ввод данных по кодам ценностей

· Ввод данных по видам документов

· Ввод данных по кодам валют

· Ввод курсов валют по датам

4) Генерация отчетных документов

· Печать реестра наличной иностранной валюты, купленной за наличные рубли;

· Печать реестра наличной иностранной валюты, проданной за наличные рубли;

· Печать реестра по обмену (конверсии) наличной иностранной валюты;

5) Прочие функции

· Ввод данных в поле ввода из справочника

· Перевод числа из цифровой формы в строчную (сумма прописью)

· Изменение вида курсора

· Сохранение данных в архивных файлах

Приведенный перечень охватывает все процедуры, описанные в разделе технологического процесса ОП и дополнен некоторыми функциями, которые будут необходимы в процессе ввода данных и их корректировки.

Разработка структурной схемы программы.

Структурная схема программного комплекса определяет в основных чертах и внешний вид проектируемой системы и принципы взаимодействия с пользователем. Схема проектируемой системы будет представлять собой иерархическую древовидную структуру, описывающую процедуры ввода, обработки и вывода данных. Построение программ информационно-справочного класса по такому принципу позволяет довольно легко производить модификацию системы в целом и облегчает восприятие и понимание принципа работы программы. Для построения структурной схемы необходимо определить иерархию и связь перечисленных выше процедур обработки данных. Естественно установить иерархию процедур в том виде, в каком они были описаны в предыдущей главе, поскольку таковая схема соответствует схеме «важности» и «употребимости» процедур. Структурная схема программы, с учетом всего вышеизложенного, представлена на рис 2.

Разработка экранного интерфейса программы

Существующие подходы к проектированию экранного интерфейса

Экранный интерфейс программы во многом определяет удобство работы пользователя и является одним из важных факторов, влияющих на эффективность его труда. Программа, выполняющая все возложенные на нее функции, обладающая высоким быстродействием может быть полностью непригодной для работы из-за неприемлемого интерфейса с пользователем. Еще буквально несколько лет назад существовал текстовый редактор, прекрасно иллюстрирующий такой подход к проектированию программного обеспечения. Вряд ли кому-то придется по душе редактор текста, в котором для вставки символа в строку нужно набрать однобуквенный код команды вставки, номер обрабатываемой строки (к счастью не двоичный), номер символа, после которого будет вставлен новый символ и собственно этот символ. Конечно такой подход абсолютно неприемлем.

Наиболее практичными и удобными с точки зрения пользователя можно считать системы, имеющие экранный интерфейс, построенный на основе системы всплывающих меню. Наиболее распространенными в настоящее время являются две идеологии (имеются в виду DOS-приложения), включающие в себя и определенную форму экранных окон и цветовую гамму и вид всплывающих списков. Это инструментальные Среды фирмы Borland, и операционная оболочка Norton, фирмы Symantec. Обе идеологии предусматривают определенное разбиение экранного пространства на области или зоны, предназначенные для конкретных информационных объектов и действий. Зоны могут быть в некоторой степени переконфигурированы по желанию пользователя: изменены размеры и положение на экране. Команды обработки данных вызываются из системы меню, присутствующего на экране постоянно (Borland), или вызываемого по функциональной клавише (Symantec).

И в том и в другом случае все команды системы распределены по функциональному признаку на группы и в главном меню присутствуют

собственно наименования групп команд. Выбрав группу, пользователь получает доступ к списку команд группы, в который могут быть включены также команды, объединенные в группы второго уровня и т.д.

Таким образом, создается система многоуровневого всплывающего меню. Применение такой идеологии обеспечивает удобство ориентировки в системе, имеющей достаточно сложное, многоуровневое меню с множеством выборов. Естественно, что увеличение вложенности и размеров списков выбора, должно иметь разумные границы, которые к счастью имеются в виде ограниченности экранного пространства монитора. В большинстве систем заложена также возможность настройки цветовой палитры по желанию пользователя. В операционной оболочке Norton предлагается выбор гаммы из нескольких стандартных вариантов, в системах фирмы Borland можно создать свою собственную цветовую гамму, вплоть до мельчайших деталей. Примерный вид некоторых экранных объектов приведен на рис.4,5.

Выбор идеологии экранного интерфейса

3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОГРАММЫ

Основные функции, которые необходимо реализовать в нашей программе, следуют из постановки и анализа задачи:

1)Отображение данных пользователя в виде таблицы и работа с ней.

2)Добавления и удаления типов объектов.

3)Графическое представление плана с возможностью масштабирования.

4)Работа с файлами и вывод результатов на печать.

5)Удобный пользовательский интерфейс.

Ниже приведена функциональная структурная схема программы, изображенная в виде основных модулей и связей между ними. Она наглядно представляет реализацию вышеперечисленных требований в программе.

Рис. 3.1. Функциональная структура программы.

Главной частью программы является модуль управления и формирования интерфейса. Он представляет собой главную форму, на которой находятся элементы управления, позволяющие осуществлять остальные функции, а также формирующие пользовательский интерфейс.

4. ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ

Основным является алгоритм построения изображения по данным из главной таблицы, реализованный в виде метода plandraw().

Ниже приведены его блок-схема и описание.

4.1 Описание алгоритма

Если не активирована вкладка, на которой находится наше изображение плана, мы ее активируем.

Подготавливаем таблицу расстояний, очистив ее от предыдущих записей.

Устанавливаем параметры фона (цвет) и рисуем его, затем устанавливаем параметры пера (толщина линии и стиль), от которых будет зависеть отображение линий маршрута на рисунке. В начале толщина линии равна единице – для рисования координатной сетки.

С помощью свойства таблицы RecordCount находим количество строк в главной таблице.

Устанавливаем указатель текущей записи на первую, и организуем цикл прохода по всем записям таблицы, в котором подсчитываем количество маршрутов.

В самом начале цикла осуществляем подготовку для отображения масштаба – переменной масштаба присваиваем коэффициент увеличения (в целых единицах), для обеих полос прокрутки определяем максимальную величину, которая зависит от степени увеличения и размеров рисунка.

Если номер маршрута равен нулю, тогда выполняется условие рисования координатной сетки – меридианов и параллелей. Сначала выполняется цикл рисования меридианов – мы проходим от 0 до 360 градусов с шагом, зависящим от степени увеличения (15, 6, 3, или 1 градусов), причем возле каждого меридиана подписывается соответствующий ему градус долготы (восточная долгота – со знаком "+", западная – со знаком "-"). Нулевой меридиан изображается черным цветом. Аналогичные действия осуществляются и в цикле рисования параллелей, единственное отличие – цикл проходит от 0 до 180 градусов. Со знаком "+" обозначается северная широта, со знаком "-" - южная.

Меняем толщину линии на 2, для изображения линий маршрутов.

Создаем три массива, в которые будем заносить индексы записей текущего маршрута и координаты. Далее организуем цикл, в котором проходим по записям таблицы и для текущего маршрута заполняем эти массивы. Причем в массивы координат заносят уже отмасштабированные величины. В этом же цикле подсчитываем количество точек маршрута.

В следующем цикле сортируем содержимое массива индексов, чтобы потом нарисовать точки маршрутов в том порядке, в котором они находятся в таблице.

Задаем цвет линии в зависимости от номера маршрута. И организуем цикл, рисующий линии.

В цикле рисования линий проделываем следующее: учитывая позиции лент прокрутки, вычисляется положение окна по отношению к карте, и относительно этого положения вычисляются координаты точки в окне. Если у нас первое прохождение, то мы просто перемещаем курсор в точку с вычисленными координатами, если нет, и флажок рисования линий включен, – рисуем линию от предыдущей точки до этой. Если флажок отключен, на карте ставятся только точки.

Затем вычисляется расстояние между точками, находящимися на Земном шаре, проекции которых мы только что изобразили на нашей карте. Расстояния вычисляются в километрах, радиус Земли берется равным 6371км. Вычисление расстояния производится в том случае, если i не равно 0, те не первое прохождение по циклу. Это условие необходимо, так как мы используем координаты предыдущей точки, чтобы найти расстояние до текущей.

Так как поверхность земли имеет шарообразную форму, нам нужно вычислить длину дуги. Основной проблемой здесь является нахождение угла, на который опирается дуга.

Рассматриваются три случая:

1)если точки находятся на одной долготе, угол определить просто - он будет равен разности между большим и меньшим значением широты.

2)если точки находятся на одинаковой широте, то тут его определение тоже не представляет сложности – он равен разности между большим и меньшим значением долготы, умноженной на поправку cos(f), где f – текущая широта.

3)если точки располагаются на разной широте и долготе, этот случай нахождения угла является более сложным. Рассмотрим его подробно.

Сначала находим разность долгот точек, как если бы они находились на одной широте, помножаем на поправку cos(f), и вычисляем линейное расстояние между ними по теореме косинусов (другие две стороны треугольника – радиусы Земли). Таким же образом рассчитываем расстояние между точками, как если бы они находились на одной долготе. Эти расстояния обозначим l1 и l2.

Теперь у нас есть прямоугольный треугольник с катетами l1, l2, гипотенузой которого является расстояние l3. Вычисляем ее по теореме Пифагора. Нашей целью является найти угол a. С помощью теоремы косинусов находим косинус этого угла. Вычислив по нему арккосинус, мы получаем угол! Ниже приводится поясняющий рисунок.

Рис. 4.1. Пояснение к расчету расстояния на различных широте и долготе.

После нахождения угла, вычисляем длину дуги и заносим полученное расстояние в таблицу расстояний вместе с номером текущего маршрута.

Замечание: так как функции косинуса и арккосинуса оперируют с углами, заданными в радианах, в программе производится пересчет радианов в градусы и наоборот. Все эти вычисления приводят к накоплению погрешности.

Все упомянутые формулы даны в Приложении Д.

Вычислив расстояние, выводим его на план рядом с текущей точкой, если включен соответствующий флажок. Причем в связи с условием оценки длины маршрута на рисунке отображается не длина одного отрезка, а сумма длин отрезков, предшествующих этой точке. Длины же отдельных отрезков пользователь может посмотреть в таблице расстояний.

Также на карте отображаются тип объекта для данной точки, если флажок "показывать тип объекта" установлен.

Если флажок "не показывать таблицу расстояний" отключен, делаем ее видимой.

После того, как все маршрут отрисованы, освобождаем память, отведенную под массивы индексов и координат.

4.2 Блок-схема алгоритма

Рис. 4.2. Блок-схема алгоритма рисования плана.

5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 5.1 Выбор среды разработки программы

Как уже говорилось в "Постановке задачи", для создания этой программы была выбрана среда разработки Borland C++Builder 5. Это решение обуславливается тем, что в ней процесс создания интерфейса не представляет труда даже для программиста, столкнувшегося с Builder’ом впервые, и там хорошо поставлена работа с базами данных и графикой, что как раз и нужно для разработки нашей программы.

Недостатком на мой взгляд является большой исполняемый код программы – чтобы она работала на машине, где Builder не установлен, необходимо включить в него все используемые библиотеки, из-за чего размер программы становиться в несколько раз больше.

Кроме того в Builder хорошо и то, что компоненты обладают множеством свойств, которые можно менять не только при конструировании, но и при выполнении программы, что деалет раоту с ними более гибкой.

5.2 Работа с таблицами

В качестве драйвера базы данных используем Paradox. Этот тип базы данных был выбран, во-первых, потому, что Builder имеет встроенные средства для работы с таблицами Paradox, такие как Borland Database Engine, а также с ним поставляется программа Database Desktop. Во-вторых, преимущество Paradox состоит еще и в том, что в качестве имени базы данных можно указывать путь к каталогу, где находится файл таблицы, причем все таблицы хранятся в отдельных файлах. В третьих, они занимают мало места и являются наиболее простыми из локальных таблиц. В-четвертых, именно таблицы Paradox позволяют создавать ключевые поля.

Чтобы обеспечить работу с таблицей мы установили на форме следующие компоненты:

Сетка DBGrid, с помощью которой мы можем вставлять, удалять, или редактировать данные в таблице, или просто отображать их.

Список DBComboBox, с помощью которого мы можем вставлять данные из таблицы объектов в текущую запись главной таблицы. Перед использованием этого списка его нужно заполнить значениями из таблицы объектов. Для этого при запуске программы проходим по всем ее записям и заносим их содержимое в поле Items этого списка.

Навигатор DBNavigator – с помощью него можно удалять, добавлять, редактировать записи в таблице, а также перемещаться по ним. Связываем его с сеткой, в которой будет отображаться наша таблица.

Все эти компоненты связываются с таблицей через DataSourse, в свойствах которого мы указываем ее имя. Причем сама таблица тоже представляется в виде компонента, Table, у которого наибольшее внимание следует уделить трем свойствам:

1)Active – показывает, активна ли таблица. Если попытаться обратиться к ней, если это свойство отключено, то программа выдаст ошибку "Cannot perform this operation on closed dataset". При тестировании все возможные ситуации, которые могли привести к этой ошибке, были отслежены и обработаны.

2)DatabaseName – имя базы данных, в качестве него берется путь к каталогу, из которого открыта или создана таблица.

3)TableName – имя таблицы - файл с расширением.db, в котором храниться таблица.

Все эти свойства меняются в процессе выполнения программы.

Компонент Table нужен нам для того, чтобы избавиться от конкретизации. Те мы можем под видом Table открыть любую конкретную таблицу, и изменить при этом только свойства Table, не затрагивая других компонентов. Например, при открытии таблицы мы закрываем и дезактивируем предыдущую, при этом имя базы данных и имя таблицы в свойствах компонента Table удаляются, и открываем и активируем новую, при открытии записав в DatabaseName и TableName новые имена каталога и файла. (См. методы TBOpenFileClick и TBCloseFileClick в Приложении А).

Компоненты DataSourse и Table располагаются на форме, но они видны только при работе с программой в Builder’е.

5.3 Работа с графикой

Для рисования плана мы используем компонент Image. Этот объект обладает двумя важными свойствами:

1)Picture – представляет собой объект класса TPicture, который является контейнером для графики любого вида. Т.е. этот компонент может хранить bitmap-графику, иконку или другой вид графики, определенный пользователем. В Picture как раз и находится наш рисунок. С его помощью мы сохраняем в файл полученный рисунок. (См Приложение А, метод TBSaveFileClick). Также следует учесть, что размер Picture и Image могут не совпадать. Об этой проблеме более подробно будет рассказано ниже.

2)Canvas – канва. Весь процесс рисования осуществляется именно на канве компонента Image. Canvas позволяет устанавливать параметры пера, кисти, шрифта, выполнять рисование таких объектов, как линии, прямоугольники, эллипсы, а также выводить текст.

В нашей программе мы используем рисование линий с помощью методов канвы MoveTo и LineTo, рисование точек с помощью Ellipse, а также вывод текста методом TextOut. (см. Приложение А, plandraw).

Т.е. канва позволяет нам работать с функциями Windows GDI, не обращаясь к ним непосредственно, что значительно упрощает работу с графикой.

5.4 Разработка интерфейса

Разработке интерфейса также следует уделить особое внимание, так как необходимо сделать его удобным для пользователя. Средства Builder"а позволяют легко реализовать интерфейс в стандартах Windows.

Основные элементы стандартного интерфейса Windows-программ:

1) Меню - обеспечивают простой путь для выполнения пользователями логически сгруппированных команд.

Главное меню создается с помощью компонента MainMenu, причем его очень удобно редактировать при создании программы, так как для проверки не нужно запускать ее - все его содержимое отображается уже на форме.

2) Панель инструментов - содержит кнопки инструментов, которые соответствуют элементам в меню программы и дают пользователю большее количество прямого доступа к ее командам.

Панель инструментов реализуется с помощью компонента ToolBar, позволяющего быстро добавлять и размещать кнопки. Все кнопки инструмента на инструментальной панели имеют одинаковую ширину и высоту.

Для каждой кнопки можно задать иконку, отображающую реализуемое ею действие выбором номера иконки из хранящихся в компоненте ImageList изображений. Это удобно тем, что можно легко сменить пиктограмму, не загружая каждый раз иконку из файла.

В соответствие со стандартом Windows, я создала на панели кнопки, соответствующие пунктам меню "Новый", "Открыть", "Сохранить", "Печать".

3) Кнопки – с их помощью пользователь запускает выполнение действия, приписанного этой кнопке.

Обычно по стандарту интерфейса Windows кнопки почти не используются, чтобы не загромождать окно программы. Вместо них применяются панели инструментов и меню.

Но так как наша программа выполняет не очень большое количество действий, можно использовать и кнопки. Это удобно хотя бы тем, что, в отличии от меню, они располагаются рядом с тем элементом, по отношению к которому осуществляется вызываемое ими действие (например, кнопки добавления и удаления объектов, находятся рядом со списком объектов, а кнопки масштабирования – рядом с рисунком), что конечно же будет удобно для пользователя.

К тому же на них можно сделать подписи, объясняющие их назначение, что тоже удобн.

Кнопка создается размещением на форме компонента Button. При разработке программы используется его свойство Caption – надпись на кнопке, а во время выполнения - свойство Enabled, чтобы сделать кнопку неактивной или наоборот активировать ее. (см. Приложение А, HideButtons() и ShowButtons()). Например, при открытии таблицы мы активируем кнопки рисования плана, а при закрытии – делаем их неактивными.

4) Выпадающие списки – применяются, чтобы пользователь мог выбрать элемент из списка. Это гораздо удобнее, чем вводить его вручную.

В данной программе поле со списком используется для внесения типа объекта в таблицу (DBComboBox, о нем говорилось выше), и для удаления типа объекта из таблицы объектов (ComboBox).

Отличие DBComboBox от ComboBox заключается в том, что первый связан с полем таблицы, а второй является простым списком. Использование простого списка ComboBox позволяет решить проблемы взаимодействия с таблицей и DBComboBox, которые возникают при удалении объекта из таблицы.

5) Полосы прокрутки – реализуются с помощью компонента ScrollBox, в нашем случае они необходимы для прокрутки изображения плана при его увеличении. В программе осуществляется изменение в зависимости от масштаба параметра Max, который определяет максимальную величину прокрутки.

6) Флажки (переключатели) – определяют, включена или нет представляемая ими опция.

В Builder’e это компонент CheckBox.

В программе флажки определяют включение или выключение следующих возможностей:

Рисование линий маршрутов;

Отображение расстояния на плане;

Отображение типа объекта на плане;

Показать таблицу расстояний.

Обычно флажки находятся в меню настроек. Но в связи с простотой нашей программы, они вынесены на панель рядом с полем рисунка, что очень удобно для пользователя.

7) Вкладки – в данной программе таблица и рисунок плана располагаются на разных вкладках. Я считаю, что так для пользователя будет удобнее, так как вся программа содержится в одном окне, и при этом и область таблицы, и область рисунка располагаются не в ущерб друг другу.

В Builder есть два типа вкладок: TabControl и PageControl.

В программе используется PageControl, так как в отличие от первого, этот компонент может содержать на вкладках разнородные элементы управления. У TabControl все страницы одинаковы.

8) Диалоги – очень удобное средство, помогающее реализовать такие диалоги с пользователем, как используемые в данной программе сохранение, открытие файла, печать и выбор цвета.

Все необходимые диалоги размещаются на форме, но для пользователя остаются невидимыми. Они вызываются программой и реализуют стандартный интерфейс Explorer’а.

С помощью диалогов OpenDialog и SaveDialog программа получает имя файла и каталога, который выбирает пользователь. С помощью диалога печати PrintDialog вызываются настройки печати. А ColorDialog помогает выбрать цвет (он используется для выбора цвета фона рисунка).

Назначение каждого видимого для пользователя компонента интерфейса описано в руководстве пользователя.

Стоит заметить, что у каждого объекта интерфейса есть такое свойство, как Align – выравнивание. Оно позволяет выровнять элемент управления по правой, левой, верхней или нижней стороне формы и панели, причем элемент остается там, даже если размер формы меняется. Например, панель с кнопками возле рисунка выровнена по правому краю, таблица расстояний – по левому, а поле рисунка выровнено по alClient, те занимает все свободное пространство между таблицей и панелью. При растягивании форму эти элементы управления тоже будут растягиваться, оставаясь при этом на своих местах.

Использование свойства Align удобно тем, что уж на этапе проектирования можно расположить компоненты так, как нужно, и чтобы потом не задавать вручную их размеры при каждом изменении формы.

5.5 Некоторые особенности алгоритмов

Алгоритм рисования

Так как он был уже довольно подробно описан, добавлю лишь одно замечание касательно его разработки: он рисует карту в равноугольной проекции. Те сохраняется равенство углов между направлениями на карте и в натуре. При этом искажаются размеры площадей территорий.

Этот вид проекции был выбран потому, что для него проще всего осуществить рисование координатной сетки, так как она состоит из прямых линий. (Более подробно о картографических проекциях и координатной сетке см. Приложение Е.)

Расстояния же рассчитываются в реальных размерах.

Алгоритм расчета расстояния.

О нем также подробно рассказывается в "Описании алгоритма". Он является частью алгоритма рисования.

Он был выведен автором программы, так как нигде не нашлось его аналогов. Его особенность состоит в том, что необходимо учитывать кривизну земной поверхности, те вычислять длину дуги. Это особенно сложно, если точки располагаются на равной широте и долготе.

В качестве формы земной поверхности берется шар. Это может привести к погрешностям, так как форма земли на самом деле представляет с собой эллипсоид, но значительно упрощает расчеты. Средний радиус земли берется 6371 км. Это дает погрешность около 0.3%.

Также следует отметить, что для вычисления расстояния, особенно в самом сложном случае, применяется несколько последовательных расчетов, в результате чего накапливается погрешность. Также на величину ошибки влияет и пересчет градусной меры угла в радианы и обратно. Но при современной точности вычислений на компьютере эта ошибка будет невелика, к тому же задании не указывалось, что оценка маршрута должна быть точной.

Создание таблицы

Тут следует сказать, что алгоритм создания таблицы программным способом не был мною найден ни в одной имеющейся у меня книге. Во всей литературе говорилось о создании таблиц в DatabaseDesktop, что для пользователя было бы неудобно – ставить программу еще большего размера, только чтобы решить проблему создания новых таблиц.

Но все-таки этот алгоритм был найден в помощи Builder’а, хотя там он содержал ошибки.

В программе же представлен его рабочий пример (см. Приложение А, TBNewFileClick).

В качестве особенности этого алгоритма следует отметить то, что до того, как вызвать процедуру создания таблицы CreateTable(), нужно проинициализировать все поля, указав их название, тип, длину (если требуется), и требуемость значения (те обязательно его наличие или нет). После инициализации полей объявляем ключевое поле, и только потом вызываем процедуру создания таблицы. После этого необходимо привязать новую таблицу к компоненту Table, чтобы можно было с ней работать с помощью сетки и навигатора. Имя файла новой таблицы запрашивается с помощью SaveDialog.

Проблема размера графики

При разработки программы возникла довольно-таки серьезная проблема с рисованием картинки – при изменении размеров формы должен был меняться и размер картинки, но этого не происходило.

Причиной было то, что размер компонента Image все-таки изменялся, а вот размер картинки Picture оставался прежним. В связи с этим была создана процедура ResizeForm (см. Приложение А), которая реагировала на изменение размеров формы и менял размер картинки в соответствии с изменившимся размером компонента Image.

5.6 Тестирование

В течение всего времени проектирования программы выполнялись ее тестирования и отладка. Особое внимание уделялось двум моментам – правильности работы с таблицами и правильности рисования плана.

При работе с таблицами в первую очередь нужно было отследить все проблемы, связанные с открытием, созданием таблиц и рисованием. Например, если не дезактивировать кнопки рисования, то нажатие на них при неоткрытой таблице могло привести к ошибке. Для устранения такой ошибки при отсутствии открытой таблицы кнопки делаются неактивными.

Еще одной важной ошибкой, которая была устранена – проблема размера графики (см. выше).

Также нужно было следить, чтобы при отключении/включении флажков и изменении размеров формы не рисовалась картинка, если пользователь еще не нажимал на кнопку "рисовать". Такое отслеживание в программе выполняется флагом draw, который устанавливается, когда пользователь нажимает на кнопку рисования, и снимается, когда нажимает кнопку очистки. В процессе тестирования все ситуации, в которых необходима проверка этого флага, были отслежены и отлажены.

Важнейшей стороной тестирования была проверка работоспособности программы на компьютере, на котором не установлен Builder. Это помогло определить следующее:

1) при компиляции программы необходимо включить в нее все используемые библиотеки. Это достигается с помощью отключения двух опций в настройках компилятора. Исполняемый код программы при этом становится больше, но зато она сможет работать и на машине без Builder’а.

2) для работы программы требуется Borland Database Engine. Если его нет на компьютере, его необходимо установить.

6. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

Программа предназначена для информационной поддержки создания плана местности. Она позволяет хранить данные о точках плана в таблице, осуществлять их графическое отображение, создавать новую таблицу, добавлять и удалять типы объектов, рассчитывать расстояния и оценивать длину маршрута, рисовать несколько маршрутов, сохранять результаты в файл или выводить на печать.

Программа создана для операционной системы Windows, и обладает стандартизованным под нее и удобным для пользователя интерфейсом. Вместе с ней поставляется пример в виде таблицы с маршрутами поездов.

7. ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ

Для установки программы должны быть выполнены требования: процессор 233МГц и выше, оперативная память от 16Мб, ОС Windows98 и выше.

Чтобы установить программу, необходимо проделать следующие действия:

1) Создать новую папку для программы.

2) С носителя, на котором находится архив программы (дискета или диск), скопировать его в эту папку.

3) Распаковать архив в эту папку.

4) Убедитесь, что фалы objects.db и rasst.db находятся в той же папке, что и программа.

5) Убедитесь, что у этих файлов снят атрибут "Только чтение". Если нет, снимите его.

6) Распакуйте архив с библиотеками в папку Windows.

7) Теперь можно запустить программу и пользоваться ею.

8. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 8.1 Главное меню Меню "Файл"

Для того, чтобы начать работу в программе, необходимо открыть файл с таблицей или создать новый. Это можно выполнить с помощью пунктов меню "Файл" "Открыть" и "Новый".

"Открыть" - открыть уже существующую таблицу. Вызывает диалог, а котором пользователь должен выбрать файл с расширением.db.

"Новый" - создание новой таблицы. Вызывается диалог, в котором пользователь задает имя новой таблицы.

"Печать" - в зависимости от открытой вкладки печатает рисунок или таблицу. При выборе этого пункта открывается диалоговое окно настройки печати, после нажатия кнопки "ОК", задание отправляется на печать.

Меню "Таблица"

"Построить план" - если таблица открыта, активирует вкладку "План" и рисует план.

"Добавить тип объекта" - вызывает форму добавления типа объекта.

"Удалить тип объекта" - вызывает форму удаления типа объекта.

Меню "Помощь"

"О программе" - выводит название программы и сведения об авторе.

8.2 Панель быстрых кнопок

Действия этих кнопок аналогичны одноименным пунктам меню "Файл".

- "Новый" - создание новой таблицы.

- "Открыть" - открыть уже существующую таблицу.

- "Печать" - вывести на печать рисунок или таблицу.

8.3 Вкладка "Таблица"

Сетка таблицы – в нее загружается таблица. С помощью этой сетки пользователь может редактировать и просматривать записи таблицы.

Навигатор – располагается под сеткой, позволяет редактировать и просматривать таблицу.

Кнопки навигатора

- "Первая запись" - выполняет переход на первую запись в таблице.

- "Предыдущая запись" - выполняет переход на предыдущую запись в таблице.

- "Следующая запись" - выполняет переход на следующую запись в таблице.

- "Последняя запись" - выполняет переход на последнюю запись в таблице.

- "Добавить запись" - таблица переводится в режим редактирования, перед активной записью вставляется новая пустая запись.

- "Удалить запись" - удаляет текущую запись, предварительно запросив подтверждение.

- "Редактировать" - редактирование текущей записи.

- "Отменить изменения" - отменяет изменения текущей записи, возвращая ее предыдущее значение.

- "Обновить". Обновляет таблицу в сетке.

Под навигатором находятся Список объектов и кнопки удаления и добавления объектов.

Список объектов – содержит перечень типов объектов. При выборе типа из списка, он заносится в текущую запись в таблице.

Добавить тип объекта – вызывает форму добавления типа. При его добавлении он тут же заносится в список.

Удалить тип объекта – вызывает форму удаления типа объекта.

Форма добавления типа объекта

Содержит поле редактирования для ввода текста, в которое заносится название нового типа.

"Добавить" - добавляет тип объекта к списку и в таблицу, не закрывая форму.

"Ок" - если объект не был добавлен, заносит его в список и таблицу, и закрывает форму.

"Отмена" - закрывает форм без добавления.

Форма удаления типа объекта

Список объектов – из него пользователь выбирает, какой объект нужно удалить.

"Удалить" - удаляет выбранный тип объекта из таблицы и списка.

"Удалить все" - полностью очищает таблицу объектов и списки.

"ОК" - закрывает форму.

8.4 Вкладка "План"

Поле рисунка – область, на которую выводится рисунок плана.

Полосы прокрутки – появляются при увеличении изображения нажатием на кнопку "Увеличить". Позволяют прокручивать увеличенное изображение.

Таблица расстояний – показывает для каждого маршрута его номер и длины отрезков, в километрах. Таблица видима, если снят флажок "Скрыть таблицу расстояний".

"Очистка карты" - очищает поле рисунка.

"Нарисовать" - рисует план.

"Цвет фона" - позволяет выбрать цвет фона рисунка. При нажатии на эту кнопку выводится диалоговое окно выбора цвета.

"+ Увеличить" - увеличивает изображение на плане.

"- Уменьшить" - уменьшение изображения на плане. Эта кнопка становиться активной при нажатии кнопки увеличения.

"По умолчанию" - устанавливает изначальный размер изображения.

"Рисовать линии маршрутов" - если он установлен, на плане будут рисоваться маршруты, если нет – будут обозначаться только точки.

"Показывать расстояния на карте" - если флажок установлен, рядом с каждой точкой маршрута выводится расстояние в виде сумм длин отрезков, предшествующих этой точке. Возле первой точки маршрута ставится "0".

"Показывать тип объекта на карте" - если флажок установлен, рядом с каждой точкой выводится тип объекта.

"Скрыть таблицу расстояний" - если флажок установлен, таблица расстояний невидима. Если снят, таблица появится справа от поля рисунка.

Все флажки по умолчанию установлены.

9. КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

В качестве контрольного примера изобразим маршруты нескольких поездов Горьковской железной дороги.

Возьмем следующие поезда:

N 497Г Горький-Моск - Адлер

N 471Г Горький-Моск - Новороссийск

N 431Г Горький-Моск - Адлер

N 367Г Горький-Моск - Самара

N 059A Горький-Моск - Санкт-Петербург-Главн

N 039Г Горький-Моск - Москва Курская

Занесем в таблицу в качестве точек каждого маршрута координаты наиболее крупных населенных пунктов. В качестве объектов будем использовать названия городов.

Рис. 9.1. Общий вид программы на вкладке "Таблица", ввод в запись названия объекта с помощью списка.

Ранее мы занесли в таблицу объектов станцию Красный Узел, но так как она нам не понадобиться, мы ее удалим.

Рис. 9.2. Удаление типа объекта.

При наборе маршрута поезда 431 нам понадобиться Владимир. Так как его нет в списке, нужно его добавить.

Рис. 9.3. Добавление типа объекта.

Итак, мы набрали все маршруты, какие хотели. В итоге у нас получилась такая таблица.

Рис. 9.4. Таблица

Теперь по нашей табличке построим план.

Рис. 9.5. Изображение плана со всеми надписями.

По умолчанию у нас отображаются и линии, и расстояния, и названия городов.

Посмотрим, как будут выглядеть маршруты без подписей.

Рис. 9.6. Изображение плана без всех надписей.

Теперь посмотрим только расстояния.

Рис. 9.7. Изображение плана только с расстояниями.

На самом деле они рассчитаны не очень точно, но это оттого, что мы учли не все пункты этих маршрутов, а также координаты взяты не совсем верные - они были определены по карте "на глаз".

Теперь посмотрим наш план только с названиями городов.

Рис. 9.8. Изображение плана с выводом только типов объектов.

Рис. 9.9. Изображение плана в виде точек со всеми подписями.

Можно посмотреть и таблицу расстояний.

Рис. 9.11. Общий вид программы на вкладке "План" с видимой таблицей расстояний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задача, поставленная в задании бакалаврской работы, была успешно выполнена. Разработанная программа полностью удовлетворяет начальным условиям, описанным в постановке задачи. В частности в программе были реализованы работа с таблицами, графикой и файлами.

Работа пользователя программы осуществляется с помощью несложного интерфейса, выполненного по стандартам интерфейса программ Windows.

В качестве дальнейших улучшений и расширения возможностей данного проекта можно указать добавление расчета кратчайшего маршрута, нанесение на рисунок пиктограмм объектов, изображение рельефа, а также возможность загрузки в качестве фона изображения карты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. П. Густавсон, М. Кэшмэн, Б. Сворт, Дж. Холингворт. Borland C++ Builder 6. Руководство разработчика. – Вильямс, 2004.

2. А. Архангельский. Программирование в C++ Builder 6. – Бином, 2002.

3. Т.А. Павловская. С/С++. Программирование на языке высокого уровня. – Питер, 2001.

ПРИЛОЖЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Картографические проекции и координатная сетка

Сферическую поверхность развернуть на плоскости без разрывов и складок невозможно, то есть ее плановое изображение на плоскости нельзя представить без искажений, с полным геометрическим подобием всех ее очертаний. Полного подобия спроектированных на уровненную поверхность очертаний островов, материков и различных объектов можно добиться лишь на шаре (глобусе). Изображение поверхности Земли на шаре (глобусе) обладает равномасштабностью, равноугольностью и равновеликостью.

Эти геометрические свойства одновременно и полностью сохранить на карте невозможно. Построенная на плоскости географическая сетка, изображающая меридианы и параллели, будет иметь определенные искажения, поэтому будут искажены изображения всех объектов земной поверхности. Характер и размеры искажений зависят от способа построения картографической сетки, на основе которой составляется карта.

Отображение поверхности эллипсоида или шара на плоскости называется картографической проекцией. Существуют различные виды картографических проекций. Каждому из них соответствуют определенная картографическая сетка и присущие ей искажения. В одном виде проекции искажаются размеры площадей, в другом - углы, в третьем - площади и углы. При этом во всех проекциях без исключения искажаются длины линий.

Картографические проекции классифицируют по характеру искажений, виду изображения меридианов и параллелей (географической сетке) и некоторым другим признакам. По характеру искажений различают следующие картографические проекции:

Равноугольные, сохраняющие равенство углов, между направлениями на карте и в натуре. На рис.Е.1 показана карта мира, на которой картографическая сетка сохраняет свойство равноугольности. На карте сохранено подобие углов, но искажены размеры площадей. Например, площади Гренландии и Африки на карте почти одинаковы, а в действительности площадь Африки примерно в 15 раз больше площади Гренландии.

Рис.Е.1 Карта мира в равноугольной проекции.

Равновеликие, сохраняющие пропорциональность площадей на карте соответствующим площадям на земном эллипсоиде. На рис Е.2 показана карта мира, составленная в равновеликой проекции. На ней сохранена пропорциональность всех площадей, но искажено подобие фигур, то есть отсутствует равноугольность. Взаимная перпендикулярность меридианов и параллелей на такой карте сохраняется только по среднему меридиану.

Равнопромежуточные, сохраняющие постоянство масштаба по какому-либо направлению;

Произвольные, не сохраняющие ни равенства углов, ни пропорциональности площадей, ни постоянства масштаба. Смысл применения произвольных проекций заключается в более равномерном распределении искажений на карте и удобстве решения некоторых практических задач.

Рис. Е. 2 Карта мира в равновеликой проекции.

По виду изображения сетки меридианов и параллелей картографической проекции подразделяются на конические, цилиндрические, азимутальные и др. Причем в пределах каждой из этих групп могут быть разные по характеру искажений проекции (равноугольные, равновеликие и т. д.). Геометрическая сущность конических и цилиндрических проекций заключается в том, что сетка меридианов и параллелей проектируется на боковую поверхность конуса или цилиндра с последующим развертыванием этих поверхностей в плоскость. Геометрическая сущность азимутальных проекций заключается в том, что сетка меридианов и параллелей проектируется на плоскость, касательную к шару в одном из полюсов или секущую по какой-либо параллели. Картографическую проекцию, наиболее подходящую по характеру, величине и распределению искажений для той или иной карты, выбирают в зависимости от назначения, содержания карты, а также от размеров, конфигурации и географического положения картографируемой территории. Благодаря картографической сетке все искажения, как бы велики они ни были, сами по себе не влияют на точность определения по карте географического положения (координат) изображаемых на ней объектов. В то же время картографическая сетка, являясь графическим выражением проекции, позволяет при измерениях по карте учитывать характер, величину и распределение искажений. Поэтому любая географическая карта представляет собой математически определенное изображение земной поверхности.

Личных подсобных хозяйств Агинского Бурятского автономного округа на 2005 - 2010 гг.», который подготовлен в проектом варианте. 4. Основные направления совершенствования деятельности органов государственного управления по поддержке личных подсобных хозяйств сельского населения в Агинском Бурятском автономном округе 4.1 Проблемы и приоритеты развития личных подсобных хозяйств в Агинском...

Изучения семей привели к разработке таких психологических, педагогических, социологических методов, которые углубляют и расширяют представления о современной семье. ГЛАВА 3. СОЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ С МОЛОДЫМИ СЕМЬЯМИ СЕЛА ВОРОНОВКА 3.1 Общая характеристика с. Вороновка Шегарского района Томской области Шегарский район расположен в южной части Томской...

Положения и поддержку детей; - в настоящее время в России разработан и реализован механизм финансирования целевых программ по поддержке материнства и детства. 2. Финансовый механизм реализации государственной политики по поддержке материнства и детства 2.1 Порядок и условия выплаты социальных пособий К настоящему времени в России сложилась достаточно развитая система пособий, ...