| Parameter | Kursinformationen |
|---|---|
| Veranstaltung: | Vorlesung Softwareentwicklung Vorlesung Einführung in die Softwareentwicklung |
| Teil: | 0/27 |
| Semester | @config.semester |
| Hochschule: | @config.university |
| Inhalte: | @comment |
| Link auf den GitHub: | https://github.com/TUBAF-IfI-LiaScript/VL_Softwareentwicklung/blob/master/00_Einfuehrung.md |
| Autoren | @author |
Ziele der heutigen Vorlesung:
- inhaltliche Motivation der Veranstaltung
- organisatorische Hinweise
- Vorstellung von Werkzeugen der Veranstaltung
Studierende sollen ...
-
die Konzepte objektorientierten und interaktiven Programmierung verstehen,
-
die Syntax und Semantik einer objektorientierten Programmiersprache beherrschen um Probleme kollaborativ bei verteilter Verantwortlichkeit von Klassen von einem Computer lösen lassen,
-
in der Lage sein, interaktive Programme unter Verwendung einer objektorientierten Klassenbibliothek zu erstellen.
[Auszug aus dem Modulhandbuch 2020]
Wir lernen effizient guten Code in einem kleinen Team zu schreiben.
| Genereller Anspruch | Spezifischer Anspruch |
|---|---|
| Verstehen verschiedener Programmierparadigmen UNABHÄNGIG von der konkreten Programmiersprache | Objektorientierte (und funktionale) Programmierung am Beispiel von C# / Python |
| Praktische Einführung in die methodische Softwareentwicklung | Systematisierung der Anforderungen an einen Code, Arbeit mit UML Diagrammen und Entwurfsmustern |
| Grundlagen der kooperativ/kollaborative Programmierung und Projektentwicklung | Verwendung von Projektmanagementtools und einer Versionsverwaltung für den Softwareentwicklungsprozess |
Obwohl Einstimmigkeit darüber besteht, dass kooperative Arbeit für Ingenieure Grundlage der täglichen Arbeitswelt ist, bleibt die Wissensvermittlung im Rahmen der Ausbildung nahezu aus.
Frage: _Welche Probleme sehen Sie bei der Teamarbeit (kommaseparierte Stichpunkte)? _
[[___]]
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Spezifisches Ziel: Wir wollen Sie für die Konzepte und Werkzeuge der kollaborativen Arbeit bei der Softwareentwicklung "sensibilisieren".
- Wer definiert die Feature, die unsere Lösung ausmachen?
- Wie behalten wir bei synchronen Codeänderungen der Überblick?
- Welchen Status hat die Erfüllung der Aufgabe X erreicht?
- Wie können wir sicherstellen, dass Code in jedem Fall kompiliert und Grundfunktionalitäten korrekt ausführt?
- ...
Anhand der Veranstaltung entwickeln Sie ein "Gefühl" für guten und schlechten Codeentwürfen und hinterfragen den Softwareentwicklungsprozess.
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Beispiel 1: Mariner 1 Steuerprogramm-Bug (1962)
Mariner 1 ging beim Start am 22. Juli 1962 durch ein fehlerhaftes Steuerprogramm verloren, als die Trägerrakete vom Kurs abkam und 293 Sekunden nach dem Start gesprengt werden musste. Ein Entwickler hatte einen Überstrich in der handgeschriebenen Spezifikation eines Programms zur Steuerung des Antriebs übersehen und dadurch statt geglätteter Messwerte Rohdaten verwendet, was zu einer fehlerhaften und potenziell gefährlichen Fehlsteuerung des Antriebs führte.
Link auf Beschreibung des Bugs
Potentieller Lösungsansatz: Testen & Dokumentation
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Beispiel 2: Toll-Collect On-Board-Units (2003)
Das Erfassungssystem für die Autobahngebühren für Lastkraftwagen sollte ursprünglich zum 31. August 2003 gestartet werden. Nachdem die organisatorischen und technischen Mängel offensichtlich geworden waren, erfolgte eine mehrfache Restrukturierung. Seit 1. Januar 2006 läuft das System, mit einer Verzögerung von über zwei Jahren, mit der vollen Funktionalität. Eine Baustelle war die On-Board-Units (OBU), diese konnte zunächst nicht in ausreichender Stückzahl geliefert und eingebaut werden, da Schwierigkeiten mit der komplexen Software der Geräte bestanden.
Die On-Board-Units des Systems
- reagierten nicht auf Eingaben
- ließen sich nicht ausschalten
- schalteten sich grundlos aus
- zeigten unterschiedliche Mauthöhen auf identischen Strecken an
- wiesen Autobahnstrecken fehlerhaft als mautfrei/mautpflichtig aus
Potentieller Lösungsansatz: Testen auf Integrationsebene, Projektkoordination
| Name | |
|---|---|
| Sebastian Zug | sebastian.zug@informatik.tu-freiberg.de |
| Galina Rudolf | galina.rudolf@informatik.tu-freiberg.de |
| Martin Heinrich | Martin.Heinrich@imfd.tu-freiberg.de |
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Jetzt wird es etwas komplizierter ... die Veranstaltung kombiniert nämlich zwei Vorlesungen:
| Softwareentwicklung (SWE) | Einführung in die Softwareentwicklung (EiS) | |
|---|---|---|
| Hörerkreis | Fakultät 1 + interessierte Hörer | Fakultät 4 - Studiengang Engineering |
| Leistungspunkte | 9 | 6 |
| Vorlesungen | 29 (1 Feiertag ) | 16 (bis 31. Mai 2024) |
| Übungen | ab 29. April 2 x wöchentlich | voraussichtlich ab 13. Mai 1 x wöchentlich (8 Termine) |
| Prüfungsform | Klausur oder Projekt | maschinenbauspezifisches Software-Projekt (im Wintersemester 2024/25) |
| Prüfungsvoraussetzung: Erfolgreiche Bearbeitung der Aufgaben im Sommersemester |
Ermunterung an unsere EiS-Hörer: Nehmen Sie an der ganzen Vorlesungsreihe teil. Den Einstieg haben Sie ja schon gelegt ...
| Woche | Tag | Inhalt der Vorlesung | Inhalt der Vorlesung FAK-4 |
|---|---|---|---|
| 1 | 5. April | Organisation, Einführung von GitHub und LiaScript | |
| 2 | 8. April | Softwareentwicklung als Prozess | |
| 12. April | Konzepte von Dotnet und C# | Python: Einordnung,Eigenschaften, Entwicklungsumgebung | |
| 3 | 15. April | Elemente der Sprache C# I | (Module), Elemente der Sprache |
| 19. April | Elemente der Sprache C# II | Listen, Kontrollstrukturen, ListComprehension | |
| 4 | 22. April | Strukturen / Konzepte der OOP | Erweiterte Typen: Tupel, Dictionary, Set |
| 26. April | Säulen Objektorientierter Programmierung | Funktionen | |
| 5 | 29. April | Klassenelemente in C# / Vererbung | Konzepte der OOP |
| 3. Mai | Klassenelemente in C# / Interfaces | OOP, Elemente der Klasse | |
| 6 | 6. Mai | Generics | Private und öffentliche Methoden, Vererbung |
| 10. Mai | Container | Datenanalyse /Datenvisualisierung | |
| 7 | 13. Mai | Versionsmanagement im SWE-Prozess I | |
| 17. Mai | Versionsmanagement im SWE_Pprozess II | ||
| 8 | 20. Mai | Pfingstmontag | |
| 24. Mai | UML Konzepte | ||
| 9 | 27. Mai | UML Diagrammtypen | |
| 31. Mai | UML Anwendungsbeispiel | ||
| 10 | 3. Juni | Testen | |
| 7. Juni | Dokumentation und Build Toolchains | ||
| 11 | 10. Juni | Continuous Integration in GitHub | |
| 14. Juni | Delegaten | ||
| 12 | 17. Juni | Events | |
| 21. Juni | Threadkonzepte in C# | ||
| 13 | 24. Juni | Taskmodell | |
| 28. Juni | GUI - MAUI | ||
| 14 | 1. Juli | GUI - MAUI | |
| 5. Juli | Language Integrated Query | ||
| 15 | 8. Juli | Design Pattern | |
| 12. Juli | Anwendungungsfälle |
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Die Vorlesung findet
- Montags, 11:30 - 13:00
- Freitags, 9:45 - 11:15
im Audimax 1001 statt,
für Studierende der FAK-4 vom 12.4. bis 10.5. in KKB-2030.
Die Vorlesung wurden im Sommersemester 2021 vollständig aufgezeichnet. Die Inhalte finden sich unter
https://teach.informatik.tu-freiberg.de/b/seb-blv-unz-kxu
Diese Materialien können der Nachbereitung der Veranstaltung dienen, ersetzen aber nicht den Besuch der Vorlesung, da diese sich an vielen Stellen gewandelt hat.
Die Materialien der Vorlesung sind als Open-Educational-Ressources konzipiert und stehen unter Github bereit.
Wie können Sie sich einbringen?
Beiträge während der Vorlesungen ... Bringen Sie, soweit möglich Ihren Rechner mit. Wir bemühen uns die Inhalte in starkem Maße interaktiv zu gestalten.
Allgemeine theoretische Fragen/Antworten ... Dabei können Sie sich über github/ das Opal-Forum in die Diskussion einbringen.
Rückmeldungen/Verbesserungsvorschläge zu den Vorlesungsmaterialien ... "Das versteht doch keine Mensch! Ich würde vorschlagen ..." ... dann korrigieren Sie uns. Alle Materialien sind Open-Source. Senden Sie mir einen Pull-Request und werden Sie Mitautor.
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Die Übungen bestehen aus selbständig zu bearbeitenden Aufgaben, wobei einzelne Lösungen im Detail besprochen werden. Wir werden die Realisierung der Übungsaufgaben über die Plattform GitHub abwickeln.
Wie können Sie sich einbringen?
Allgemeine praktische Fragen/Antworten ... in den genannten Foren bzw. in den Übungsveranstaltungen
Eigene Lösungen ... Präsentation der Implementierungen in den Übungen
Individuelle Fragen ... an die Übungsleiter per Mail oder in einer individuellen Session
Für die Übungen werden wir Aufgaben vorbereiten, mit denen die Inhalte der Vorlesung vertieft werden. Wir motivieren Sie sich dafür ein Gruppen von 2 Studierenden zu organisieren.
.-. .-.
Einführung C# (0-2) ( 3 ) Einführung Git/ GitHub
'-' '-' Teamarbeit
\ /
\ /
v v
.-.
( 4 ) Objektorientierte Programmierung
'-'
|
v
.-.
Alle Teilnehmer ( 5 ) Objektorientierte Programmierung
'-'
|
v
Informatiker .-.
Mathematiker ( 6 ) Erweiterte OOP Konzepte, Generics
'-' Entwurfsmuster
|
v
.-.
( 7 ) Collections, Delegaten, Events
'-'
| Index | C# | GitHub | Teamarbeit | Inhalte / Teilaufgaben | Woche |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Basics | nein | nein | Toolchain, Datentypen, Fehler, Ausdrücke, | 5 |
| 1 | Kontrollfluss, Arrays | 6 | |||
| 2 | static Funktionen, Klasse und Struktur, Nullables | 7 | |||
| 3 | - | ja | ja | Github am Beispiel von Markdown | 8 |
| 4 | OOP | ja | ja | Einführungsbeispiel OOP, | 9 |
| Anwendungsbeispiel: Computersimulation | |||||
| 5 | OOP | ja | ja | Vererbung, virtuelle Methoden, Indexer, Überladene Operatoren, | 10-11 |
| Anwendungsbeispiel: Smartphone (Entwurf mit UML) | |||||
| 6 | OOP | ja | ja | Vererbung, abstract, virtuell, Generics | 12-13 |
| Anwendungsbeispiel: Zoo | |||||
| 7 | OOP | ja | ja | Genererische Collections, Delegaten, Events | 14-15 |
| Anwendungsbeispiel: ??????? |
In der Klausur werden neben den Programmierfähigkeiten und dem konzeptionellen Verständnis auch die Werkzeuge der Softwareentwicklung adressiert!
-
Softwareentwicklung: Konventionelle Klausur ODER Programmieraufgabe in Zweier-Team anhand einer selbstgewählten Aufgabe
-
Einführung in die Softwareentwicklung: Teamprojekt und Projektpräsentationen (im Wintersemester 2023/24) bei bestandener Prüfungsvorleistung in Form einer Teamaufgabe im Sommersemester
{{1}}
Mit der Veranstaltung Softwareentwicklung verdienen Sie sich 9 CP/6 CP. Eine
Hochrechnung mit der von der Kultusministerkonferenz vorgegebenen Formel
1 CP = 30 Zeitstunden bedeutet, dass Sie dem Fach im Mittel über dem Semester
270 Stunden widmen sollten ... entsprechend bleibt neben den Vorlesungen und
Übungen genügend Zeit für die Vor- und Nachbereitung der Lehrveranstaltungen,
die eigenständige Lösung von Übungsaufgaben sowie die Prüfungsvorbereitung.
{{1}}
"Erzähle mir und ich vergesse. Zeige mir und ich erinnere. Lass es mich tun und ich verstehe."
-- (Konfuzius, chin. Phiolsoph 551-479 v. Chr.)
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Wie können Sie zum Gelingen der Veranstaltung beitragen?
-
Stellen Sie Fragen, seinen Sie kommunikativ!
-
Geben Sie uns Rückmeldungen in Bezug auf die Geschwindigkeit, Erklärmuster, etc.
-
Organisieren Sie sich in interdisziplinären Arbeitsgruppen!
-
Lösen Sie sich von vermeindlichen Grundwahrheiten:
- "in Python wäre ich drei mal schneller gewesen"
- "VIM ... mehr Editor braucht kein Mensch!"
Literaturhinweise werden zu verschiedenen Themen als Links oder Referenzen in die Unterlagen integriert.
Es existiert eine Vielzahl kommerzielle Angebote, die aber einzelne Aspekte in freien Tutorial vorstellen. In der Regel gibt es keinen geschlossenen Kurs sondern erfordert eine individuelle Suche nach spezifischen Inhalten.
-
Online-Kurse:
-
Video-Tutorials:
- !?Umfangreicher C# Kurs mit guten konzeptionellen Anmerkungen
- !?Einsteigerkurs als Ausgangspunkt für eine Tutorienreihe
- !?Absoluter Einsteigerkurs
Algorithmen
-
Bücher:
--{{0}}--
Was sind die zentralen Tools unserer Veranstaltung?
- Vorlesungstool -> BigBlueButton für die Aufzeichnungen aus dem vergangenen Semester
- Entwicklungsplattform -> GitHub
- Beschreibungssprache für Lerninhalte -> LiaScript
{{0-1}}
Markdown wurde von John Gruber und Aaron Swartz mit dem Ziel entworfen, die Komplexität der Darstellung so weit zu reduzieren, dass schon der Code sehr einfach lesbar ist. Als Auszeichnungselemente werden entsprechend möglichst kompakte Darstellungen genutzt.
{{0-1}}
Markdown ist eine Auszeichnungssprache für die Gliederung und Formatierung von Texten und anderen Daten. Analog zu HTML oder LaTex werden die Eigenschaften und Organisation von Textelementen (Zeichen, Wörtern, Absätzen) beschrieben. Dazu werden entsprechende "Schlüsselelemente" verwendet um den Text zu strukturieren.
{{1-2}}
# Überschrift
_eine **Hervorhebung** in kursiver Umgebung_
* Punkt 1
* Punkt 2
Und noch eine Zeile mit einer mathematischen Notation $a=cos(b)$!- Punkt 1
- Punkt 2
{{2-3}}
Eine gute Einführung zu Markdown finden Sie zum Beispiel unter:
Mit einem entsprechenden Editor und einigen Paketen macht das Ganze dann auch Spaß
- Wichtigstes Element ist ein Previewer, der es Ihnen erlaubt "online" die Korrektheit der Eingaben zu prüfen
- Tools zur Unterstützung komplexerer Eingaben wie zum Beispiel der Tabellen (zum Beispiel für Atom mit markdown-table-editor)
- Visualisierungsmethoden, die schon bei der Eingabe unterstützen
- Rechtschreibprüfung (!)
--{{0}}--
Im Grunde wurde Markdown erfunden um nich umständlich HTML schreiben zu müssen und wird zumeist in HTML übersetzt. Das dargestellte Beispiel zeigt den gleichen Inhalt wie das Beispiel zuvor, es ist jedoch direkt viel schwerer zu editieren, dafür bietet es weit mehr Möglichkeiten als Markdown. Aus diesem Grund erlauben die meisten Markdown-Dialekte auch die Nutzung von HTML.
<h1>Überschrift</h1>
<i>eine <b>Hervorhebung</b> in kursiver Umgebung</i>
<ul>
<li>Punkt 1</li>
<li>Punkt 2</li>
</ul>
Und noch eine Zeile mit einer mathematischen Notation
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<semantics>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mo>=</mo>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mo stretchy="false">(</mo>
<mi>b</mi>
<mo stretchy="false">)</mo>
</mrow>
<annotation encoding="application/x-tex">
a=cos(b)
</annotation>
</semantics>
</math>!--{{0}}--
Eine vergleichbare Ausgabe unter LaTex hätte einen deutlich größeren Overhead, gleichzeitig eröffnet das Textsatzsystem (über einzubindende Pakete) aber auch ein wesentlich größeres Spektrum an Möglichkeiten und Features (automatisch erzeugte Numerierungen, komplexe Tabellen, Diagramme), die Markdown nicht umsetzen kann.
\documentclass[12pt]{article}
\usepackage[latin1]{inputenc}
\begin{document}
\section{Überschrift}
\textit{eine \emph{Betonung} in kursiver Umgebung}
\begin{itemize}
\item Punkt 1
\item Punkt 2
\end{itemize}
Und noch eine Zeile mit einer mathematischen Notation $a=cos(b)$!
\end{document}Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus:
--{{0}}--
Das Problem der meisten Markup-Sprachen und vor allem von Markdown ist, dass die Inhalte nicht mehr nur für ein statisches Medium (Papier/PDF) geschrieben werden. Warum sollte ein Lehrinhalt (vorallem in der Informatik), der vorraning am Tablet/Smartphone/Notebook konsumiert wird nicht interaktiv sein?
{{0-1}}
LiaScript erweitert Markdown um interaktive Elemente wie:
- Ausführbarer Code
- Animationen & Sprachausgaben
- Visualisierung
- Quizze & Umfragen
- Erweiterbarkeit durch JavaScript und Macros
- ...
{{1-2}}
Einbindung von PlantUML zur Generierung von UML-Diagrammen
{{1}}
@startuml
abstract class AbstractList
abstract AbstractCollection
interface List
interface Collection
List <|-- AbstractList
Collection <|-- AbstractCollection
Collection <|- List
AbstractCollection <|- AbstractList
AbstractList <|-- ArrayList
class ArrayList {
Object[] elementData
size()
}
enum TimeUnit {
DAYS
HOURS
MINUTES
}
annotation SuppressWarnings
@enduml
@plantUML.eval(png)
{{2-3}}
Ausführbarer C# Code
--{{2}}--
Wichtig für uns sind die ausführbaren Code-Blöcke, die ich in der Vorlesung nutze, um Beispielimplementierungen zu evaluieren. Dabei werden zwei Formen unterschieden:
C# 9 mit dotnet Unterstützung
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using System.Linq;
using System.Text;
int n;
Console.Write("Number of primes: ");
n = int.Parse(Console.ReadLine());
ArrayList primes = new ArrayList();
primes.Add(2);
for(int i = 3; primes.Count < n; i++) {
bool isPrime = true;
foreach(int num in primes) isPrime &= i % num != 0;
if(isPrime) primes.Add(i);
}
Console.Write("Primes: ");
foreach(int prime in primes) Console.Write($" {prime}");<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
</PropertyGroup>
</Project>@LIA.eval(["Program.cs", "project.csproj"], dotnet build -nologo, dotnet run -nologo)
C# 8 mit mono
using System;
namespace HelloWorld
{
public class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Glück auf!");
}
}
}@LIA.eval(["main.cs"], mcs main.cs, mono main.exe)
Frage: Welche Unterschiede sehen Sie zwischen C#8 und C#10 Code schon jetzt?
{{3-4}}
** Quellen & Tools**
-
Das Projekt: https://github.com/liascript/liascript
-
Die Webseite: https://liascript.github.io
-
Nützliches
-
Editoren
!?Tutorial
--{{0}}--
Der Kurs selbst wird als "Projekt" entwickelt. Neben den einzelnen Vorlesungen finden Sie dort auch ein Wiki, Issues und die aggregierten Inhalte als automatisch generiertes Skript.
Link zum GitHub des Kurses: https://github.com/TUBAF-IfI-LiaScript/VL_Softwareentwicklung
Hinweise
Mit den Features von GitHub machen wir uns nach und nach vertraut.
Natürlich bestehen neben Github auch alternative Umsetzungen für das Projektmanagement wie das Open Source Projekt GitLab oder weitere kommerzielle Tools BitBucket, Google Cloud Source Repositories etc.
--{{0}}--
Seien Sie neugierig und probieren Sie verschiedene Tools und Editoren aus!
-
!?Tutorial
-
weitere ...
-
Legen Sie sich einen GitHub Account an (sofern dies noch nicht geschehen ist).
-
Installieren Sie einen Editor Ihrer Wahl auf Ihrem Rechner, mit dem Sie Markdown-Dateien komfortabel bearbeiten können.
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Nutzen Sie das Wiki der Vorlesung um Ihre neuen Markdown-Kenntnisse zu erproben und versuchen Sie sich an folgenden Problemen:
-
Recherchieren Sie weitere Softwarebugs. Dabei interessieren uns insbesondere solche, wo der konkrete Fehler direkt am Code nachvollzogen werden konnte.
-
Fügen Sie eine kurze Referenz auf Ihren Lieblingseditor ein und erklären Sie, warum Sie diesen anderen Systemen vorziehen. Ergänzen Sie Links auf Tutorials und Videos, die anderen nützlich sein können.
