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<TeXmacs|1.0.7.10>
<style|generic>
<\body>
<section|Konfigurationsverwaltung>
Mechanismus zur <strong|Identifizierung, Lenkung> und
<strong|Rückverfolgung> der Versionen jedes Software-Elements.
<\description>
<item*|Software-Konfiguration>Benannte, formal freigegebene Menge von
Software-Elementen mit jeweiligen Versionsangaben, die aufeinander
abgestimmt sind.
Bestandteile: Programmtext, Dokumentation, Konfigurationsdateien,
Werkzeuge
<item*|Software-Element>Jeder identifizierbare Bestandteil des
Produkts/der Produktlinie.
<item*|Version>Ausprägung eines Software-Elements zu einem bestimmten
Zeitpunkt.
<item*|Revisionen>Zeitlich nacheinander liegende Versionen.
Versionsverwaltung mit <em|Vorwärts-> oder <em|Rückwärts-Deltas>
(Unterschiede zwischen Versionen)
<item*|Variante>Variante einer Version z.B. mit unterschiedlichen
Datenstrukturen/Algorithmen (<math|\<rightarrow\>> Branches)
<item*|Einbuchen (Check-in), Ausbuchen (Check-out)>Bei letzterem sind zu
unterscheiden <strong|striktes Ausbuchen> [mit Sperren] und
<strong|optimistisches Ausbuchen.>
</description>
<section|Einführung>
<\description>
<item*|Softwaretechnik>Technologische und organisatorische Disziplin zur
systematischen Entwicklung und Pflege von Softwaresystemen, die
spezifizierte funktionale und nichtfunktionale Attribute erfüllen.
<\itemize-minus>
<item>Die <em|Pflege> von Softwaresystemen kann bis zu 2/3 der
Gesamtkosten ausmachen!
</itemize-minus>
<item*|Software>Alle zum Betrieb eines Computersystems notwendigen
\Rnichtapparativen`` Bestandteile, die <em|keine reinen Daten> sind, also
z.B.
<\description>
<item*|Programme>Quellprogramme, Zwischencode, Objektcode,
Bibliotheken, Frameworks, Installationsprogramme
<item*|Zugehörige Daten>Konfigurationsdateien, Sprachdateien,
Initialisierungsdaten
<item*|Dokumentation>Anforderungsdokumentation, Testprotokolle,
Anwendungsbeispiele, Handbücher, FAQ
</description>
<strong|Charakteristiken:> Immaterielles Produkt, kein Verschleiss (aber
scheinbare Alterung), nicht durch physikalische Gesetze begrenzt,
<em|nicht> leichter zu ändern als ein physikalisches Produkt gleicher
Komplexität, schneller und leichter zu verteilen als physikalische
Produkte, schwer zu \Rvermessen`` <math|\<rightarrow\>> Software ist
<em|schwer zu entwickeln>.
<item*|Anforderungen>
<\description>
<item*|Funktionale Attribute>Spezifizieren die Funktion der Software,
etwa die Reaktion auf bestimmte Eingaben. Beschreiben auch, was das
Produkt nicht tun sollte.
<item*|Nichtfunktionale Attribute/Qualitätsattribute>Spezifizieren,
<em|wie gut> die Software ihre Funktion erfüllt
(Zuverlässigkeit/Robustheit/Verfügbarkeit, Geschwindigkeit,
Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit, Änderbarkeit, Dokumentationsgrad)
<item*|Einschränkungen/externe Eigenschaften>Interoperabilität,
Standards/Normen, gesetzliche Vorschriften, ethische Anforderungen,
Implementierung [Sprache etc.], Schnittstellen, Einsatzumgebung,
Lieferumfang, Rechtliches [Lizenzen, Zertifikate, Datenschutz]
</description>
<item*|Anforderungen an marktreife Software>Funktionstreue \|
Qualitätstreue \| Termintreue \| Kostentreue
</description>
<strong|Wasserfallmodell> mit 6 Phasen [und dazugehörigen Dokumenten]:
<\enumerate-numeric>
<item>Planung [Machbarkeitsstudie, Lastenheft, Projektplan,
Projektkalkulation]
<item>Definition [Pflichtenheft, Objektmodell, dynamisches Modell,
UI-Konzept, Handbuch]
<item>Entwurf [Entwurfsdokumente, Modulführer]
<item>Implementierung [Komponenten, Dokumentation, Testeinrichtung]
<item>Testen [Fertiges System]
<item>Abnahme, Einsatz und Wartung
</enumerate-numeric>
<section|Planungsphase (Anforderungserhebung)>
<strong|Ziel:> Beschreiben des zu entwickelnden Systems in Worten des
Kunden, Überprüfung der Durchführbarkeit.
Anforderungsspezifikation verwendet natürliche Sprache; Analysemodelle
verwenden formale Notationen (z.B. UML)
Techniken zur Anforderungserhebung:
<\description>
<item*|Fragebögen>
<item*|Interviews>
<item*|Aufgaben- und Dokumentanalyse>
<item*|Szenarien>Beschreibung der konkreten Verwendung eines Systems
(anhand eines Beispiels) in Textform aus Sicht eines Benutzers; Folge von
Aktionen und Ereignissen. Kann Texte, Bilder, Videos und Ablaufpläne
enthalten.
<item*|Anwendungsfälle>Allgemeine Beschreibung einer bestimmten
Verwendung des Systems.
<math|+> Leicht zu schreiben, leicht zu verstehen
<math|+> Hilft bei der Bestimmung der Systemgrenzen
<math|-> Erfassen kaum Domänenwissen
<math|-> Selten exakt
<\description>
<item*|Akteur>Rolle eines Benutzers oder eines anderen Systems, das mit
dem geplanten System interagiert.
<item*|Anwendungsfall>Klasse von Funktionen, welche das System
anbietet. Wichtige Bestandteile sind:
<\itemize-minus>
<item>Teilnehmende Akteure
<item>Eingangsaktionen
<item>Ereignisfluss
<item>Ausgangsaktionen
<item>Ausnahmen
<item>Nichtfunktionale Anforderungen
</itemize-minus>
<item*|Anwendungsfalldiagramm>Menge aller Anwendungsfälle, die zusammen
die gesamte Funktionalität des Systems beschreiben.
</description>
</description>
Anforderungen müssen sein:\
<\itemize-minus>
<item><em|korrekt> [korrekte Wiedergabe der Kundensicht]
<item><em|vollständig> [alle Situationen, in denen das System benutzt
werden kann, sind beschrieben; einschliesslich Fehler und Fehlbedienung]
<item><em|untereinander konsistent> [kein Widerspruch
funktionaler/nichtfunktionaler Anforderungen untereinander]
<item><em|realisierbar>
<item><em|verfolgbar> [jeder Systemfunktion müssen die dadurch erfüllten
Anforderungen zuzuordnen sein].
</itemize-minus>
<em|Probleme> bei der Anforderungserhebung: (Bereichs-)Wissen ist selten
explizit festgehalten, stillschweigendes Wissen, Verzerrung (absichtlich
oder unabsichtlich)
<subsection|Lastenheft>
<\enumerate-numeric>
<item>Zielbestimmung [Was soll das Produkt?]
<item>Produkteinsatz [Zweck, Zielgruppe, Hardware]
<item>Funktionale Anforderungen [<verbatim|/FA42/>: XXX, nach
Anwendergruppen geordnet]
<item>Produktdaten [z.B. zu speichernde Daten]
<item>Nichtfunktionale Anforderungen (Qualitätsanforderungen)
<item>Systemmodelle
<\enumerate-alpha>
<item>Szenarien
<item>Anwendungsfälle
</enumerate-alpha>
<item>Glossar
</enumerate-numeric>
<subsection|Durchführbarkeitsuntersuchung>
<\itemize-minus>
<item>Fachliche Durchführbarkeit [überhaupt realisierbar? Nötige Hardware
zum Entwickeln?]
<item>Alternative Lösungsvorschläge
<item>Personelle Durchführbarkeit
<item>Risikountersuchung
<item>Ökonomische Durchführbarkeit [Aufwands- und Terminschätzung,
Wirtschaftlichkeit]
<item>Rechtliche Gesichtspunkte [Datenschutz, Zertifizierung, Standards]
</itemize-minus>
<subsection|Aufwandsschätzung>
<\description>
<item*|Wirtschaftlichkeit eines Produkts><em|Deckungsbetrag> = Preis
<math|-> laufende variable Kosten. Dann gilt für den Gewinn bzw. Verlust
aus einem Softwareprojekt:
<\equation*>
Gewinn = Deckungsbetrag \<cdot\> geschätzte Menge - einmalige
Entwicklungskosten
</equation*>
<item*|Entwicklungskosten>Personalkosten [Hauptanteil], anteilige andere
Kosten (Rechner, Software, Schulungen, Büromaterial etc.)
<item*|Lines of Code (LOC) / 1000 Lines of Code (KLOC)>Alle
Vereinbarungs- und Anweisungszeilen werden gezählt (ohne Kommentarzeilen)
<item*|Programmierproduktivität>LOC, die ein Mitarbeiter pro Zeit schafft
<item*|Personenmonat>Menge an Arbeit, die eine Person durchschnittlich in
einem Monat schafft
<\itemize-minus>
<item>1 Personenjahr = 9 oder 10 Personenmonate
<item>1 Personenmonat = 4 Personenwochen
<item>1 Personenwoche = 5 Personentage
<item>1 Personentag = 8 Personenstunden
</itemize-minus>
<math|\<Rightarrow\>> 160h pro Kalendermonat
<item*|Faustregel>Durchschnittliche Softwareentwicklung liefert 350
getestete LOC pro Ingenieurmonat (alle Phasen von Definition bis
Implementierung)
<item*|Einflussfaktoren>Quantität, Qualität, Entwicklungsdauer, Kosten
<image|teufelsquadrat.png|50%|||>
\RTeufelsquadrat``: Ecken beweglich, Fläche muss immer gleich bleiben
[Achsen: nach aussen hin besser, nach innen schlechter]
<\description>
<item*|Quantität><em|Umfang> (KLOC, lineare oder überproportionale
Beziehung zum Aufwand), <em|Komplexität> (leicht/mittel/schwer,
Schulnoten)
<item*|Qualität>Durch verschiedene Qualitätsmerkmale mit jeweils
eigenen Kennzahlen ausgedrückt, höhere Qualität erhöht den Aufwand
<item*|Entwicklungsdauer>Kürzere Dauer <math|\<Rightarrow\>> mehr
Mitarbeiter <math|\<Rightarrow\>> höherer Kommunikationsaufwand
<math|\<Rightarrow\>> geringere Produktivität [und umgekehrt]
Also nur annähernder Zusammenhang zwischen Aufwand (in PM) und Dauer
<item*|Produktivität>Einflussfaktoren: Mitarbeiter
[Lernfähigkeit/Motivation/Ausbildung/ Vertrautheit mit
Anwendungsgebiet], eingesetzte Programmiersprachen/Methoden/ Werkzeuge,
Arbeitsklima
</description>
</description>
<subsubsection|Methoden zur Aufwandsschätzung>
<\description>
<item*|Analogiemethode>Vergleich mit bereits abgeschlossenen
Produktentwicklungen anhand von Ähnlichkeitskriterien [Anwendungsgebiet,
Umfang, Komplexität, Sprache, Umgebung]
Aufwand des Vergleichsprodukts liegt in PM vor
+ leicht, intuitiv
<math|-> nicht übertragbar, fehlende allgemeine Vorgehensweise
<item*|Relationsmethode>Direkter Vergleich mit ähnlichen Entwicklungen,
Aufwandsanpassung durch Erfahrungswerte. Unterschied zur Analogiemethode:
<em|Faktorenlisten,> <em|Richtlinien>
Faktorenlisten: Vergleich von Programmiersprachen, Erfahrung,
Datenstrukturen; Rechnen direkt mit Prozentwerten und Aufsummieren
<item*|Multiplikatormethode / \RAufwand-Pro-Einheit-Methode``>Zerlegen in
Teilprodukte, bis jedem Teilprodukt ein feststehender Aufwand (z.B. in
LOC) zugeordnet werden kann.
Teilprodukte werden Kategorie zugeordnet, Multiplikation mit Aufwand der
Kategorie
<math|\<Rightarrow\>> umfangreiche Datensammlung, Umrechnung LOC in PM,
Aktualisierung notwendig
<item*|Phasenaufteilung>Ermittlung der Aufwandsaufteilung auf Phasen bei
abgeschlossenen Projekten. Dann Schätzung der restlichen Phasen nach
Durchführung der ersten (oder nach detaillierter Schätzung der ersten)
<math|+> frühzeitig einsetzbar
<math|-> prozentualer Anteil der Phasen variiert von Projekt zu Projekt
<math|\<Rightarrow\>> <em|kaum brauchbar>
<item*|Bewertung der Methoden>Keine Methode allein ist ausreichend,
Auswahl nach Zeitpunkt und Kenntnis der Daten.
<em|Frühzeitige, grobe Schätzung:> Analogiemethode, Relationsmethode
<em|Einflussfaktoren genauer bekannt:> Multiplikatormethode
<item*|COCOMO II>Berechnet aus der Grösse (KLOC) und 22 Einflussfaktoren
die Gesamtdauer in Personenmonaten
<\equation*>
PM = A\<cdot\><around*|(|Size|)><rsup|1.01+0.01\<cdot\><big-around|\<sum\>|<rsub|j=1><rsup|5>
SF<rsub|j>>>\<cdot\><big-around|\<prod\>|<rsub|i=1><rsup|17>EM<rsub|i>>
</equation*>
Aufwand wächst etwas überproportional zum Umfang (Exponent \<gtr\> 1)
SF: Skalierungsfaktoren
EM: Multiplikative Kostenfaktoren (Produkt-/Plattform-/Personal-/Projektfaktoren)
</description>
<section|Definitionsphase>
Ziel: Erstellung des Pflichtenhefts
<subsection|Pflichtenheft>
<\itemize-minus>
<item>Verfeinerung des Lastenhefts
<item>Definiert/modelliert das System <em|so vollständig und exakt,> dass
die Implementierung ohne Nachfrage oder Unklarkeiten möglich ist.
<item>Beschreibt nur, <em|was> zu implementieren ist, nicht <em|wie>
(keine Algorithmen/Datenstrukturen)
<item>Liefert ein <em|Modell> des zu implementierenden Systems
<\description>
<item*|Funktionales Modell (aus dem Lastenheft)>Szenarien und
Anwendungsfalldiagramm
<item*|Objektmodell (statisches Modell)>Klassen- und Objektdiagramm
<item*|Dynamisches Modell>Sequenzdiagramm, Zustandsdiagramm,
Aktivitätsdiagramm
</description>
</itemize-minus>
<subsection|Objektorientierung>
<\description>
<item*|Objekt>Ein erkennbares und eindeutig von anderen Objekten
unterscheidbares Element.
<item*|Klasse>Eine (prinzipiell willkürliche) Kategori über der Menge
aller Objekte.
<item*|Exemplar/Instanz>Ein konkretes Element aus einer bestimmten Klasse
<item*|Attribut>Eine Eigenschaft, die für alle Exemplare einer Klasse
definiert und vorhanden ist.
<item*|Objektidentität>Existenz eines Objekts ist unabhängig von den
Werten seiner Attribute
<\itemize-minus>
<item>Gleichheit 0. Stufe: dasselbe Objekt, identisch
<item>Gleichheit 1. Stufe: Gleichheit 0. Stufe oder paarweise
Gleichheit 0. Stufe in allen Attributen
<item>Gleichheit 2. Stufe: Gleichheit 1. Stufe oder paarweise
Gleichheit 1. Stufe in allen Attributen
<item>etc.
</itemize-minus>
<item*|Zustand>Gleicher Zustand <math|\<rightarrow\>> Gleiches Verhalten
aus Aussensicht in einem bestimmten (Aufruf-)Kontext
<item*|Kapselungsprinzip>Der Zustand ist von aussen sichtbar, wird aber
nur im Inneren des Objekts verwaltet
<item*|Substitutionsprinzip (Ist-ein-Semantik)>Jede Instanz einer
Unterklasse muss genauso verwendbar sein wie eine Instanz ihrer
Oberklasse. Unterklassen <em|spezialisieren> die Oberklasse also.
<item*|Methodensignatur>Methodenname + Rückgabetyp + Parameterliste
<item*|Signaturvererbung/Implementierungsvererbung>Bei der
Signaturvererbung wird nur die Methodensignatur vererbt, bei der
Implementierungsvererbung zusätzlich die Implementierung aus der
Oberklasse. Signaturvererbung ist die Voraussetzung für
Implementierungsvererbung-
<item*|Überschreiben>Neuimplementieren der geerbten Methode unter
Beibehaltung der Signatur
<item*|Überladen>Mehrere Methoden mit gleichen Namen, aber
unterschiedlicher Signatur [reines Komfortmerkmal, hat nichts mit
OO/Vererbung zu tun]
<item*|Polymorphie>Vielgestaltigkeit
<\description>
<item*|Statische Polymorphie>Überladen
<item*|Dynamische Polymorphie>Es wird diejenige Methode mit der
angegebenen Signatur aufgerufen, die in der Vererbungshierarchie am
speziellsten ist.
</description>
<item*|Schnittstelle>Definition einer Menge <em|abstrakter> Methoden, die
von den implementierenden Klassen angeboten werden müssen.
<item*|Varianz>Modifikation eines Parametertyps bei einer überschriebenen
Methode
<\description>
<item*|Kovarianz>In der überschriebenen Methode wird eine
Spezialisierung des Parametertyps verwendet <math|\<rightarrow\>>
Rückgabetyp
<item*|Kontravarianz>In der überschriebenen Methode wird eine
Verallgemeinerung des Parametertyps verwendet <math|\<rightarrow\>>
Parameter [allerdings in Java nicht erlaubt]
<item*|Invarianz>Keine Typmodifikation (<math|\<rightarrow\>>
Parameter, die gleichzeitig Ein- und Ausgabeparameter sind)
</description>
</description>
\SUML-Klassendiagramme\T
<subsection|UML>
<\description>
<item*|Funktionales Modell>Beschreibt das System aus der Sicht des
Benutzers (Anwendungsfalldiagramm)
<item*|Statisches Modell>Klassendiagramm
<item*|Dynamisches Modell>Interaktionsdiagramme, Zustandsdiagramme,
Aktivitätsdiagramme
</description>
Unterschied Attribute in UML <math|\<leftrightarrow\>> Instanzvariablen im
Code
<\description>
<item*|Instanzvariablen>Speichern nicht nur Attribute, sondern auch
Zustand und Assoziationen
<item*|Attribute>Können Einschränkungen oder Zusicherungen (z.B.
Transaktionalität, ACID-Prinzip) enthalten, die sich nicht alleine durch
eine Instanzvariable realisieren lassen.
</description>
<subsection|Objektmodellierung>
Vorgehensweise bei der Objektmodellierung:
<\description>
<item*|1. Finden der Kandidaten>Reale Objekte, Formularanalyse
(Bottom-Up), Dokumentanalyse (Top-Down)
<small-table|<block|<tformat|<table|<row|<cell|<strong|Wortart>>|<cell|<strong|Modellelement>>|<cell|<strong|Beispiel>>>|<row|<cell|Substantiv>|<cell|Klasse>|<cell|Auto,
Hund>>|<row|<cell|Name>|<cell|Exemplar einer
Klasse>|<cell|Peter>>|<row|<cell|Intransitives
Verb>|<cell|Botschaft>|<cell|laufen, schlafen>>|<row|<cell|Transitives
Verb>|<cell|Assoziation>|<cell|<em|etw.> essen, <em|jmd.>
lieben>>|<row|<cell|Verb \Rsein``>|<cell|Vererbung>|<cell|ist eine (Art
von) <math|\<ldots\>>>>|<row|<cell|Verb
\Rhaben``>|<cell|Aggregation>|<cell|hat ein
<math|\<ldots\>>>>|<row|<cell|Modalverb>|<cell|Zusicherung>|<cell|müssen,
sollen>>|<row|<cell|Adjektiv>|<cell|Attribut>|<cell|3 Jahre
alt>>>>>|Linguistische Analyse (nach Abbott) als erste Annäherung>
Noch keine Vererbungsstrukturen bilden!
<item*|2. Finden von Assoziationen>Dauerhafte Beziehungen zwischen
Objekten, die
<\enumerate-numeric>
<item>über einen <em|längeren Zeitraum> existieren
<item><em|problemrelevant> sind
<item><em|unabhängig> von allen nicht beteiligten Klassen sind.
</enumerate-numeric>
Kandidaten: Verben in der Problembeschreibung
Aggregationen: Rangordnung/semantischer Zusammenhang (\Rbesteht aus``,
\Rist Teil von``)
<em|Vorteil> von Assoziationen gegenüber einfachen Referenzen (z.B.
Instanzvariablen): <strong|Transaktionalität/ACID> (muss in Java manuell
umgesetzt werden)
<item*|3. Finden von Attributen>Attribute müssen problemrelevant sein und
an der Benutzeroberfläche zu sehen sein [sonst Implementierungsdetails]
<item*|4. Erstellen von Vererbungsstrukturen>Substitutionsprinzip
beachten! Im objektorientierten Analysemodell gibt es in der Regel
<em|viele Assoziationen,> aber <em|wenig Vererbung.>
<item*|5. Dynamisches Model erstellen>Quelle: Szenarien, Anwendungsfälle
-- Ergebnis: Sequenz- und Aktivitätsdiagramm. Dient dazu, Operationen der
Klasse zu identifizieren, Botschaftsfluss durch das System zu definieren,
Vollständigkeit und Korrektheit des statischen Systems zu prüfen und als
Grundlage für Systemtests.
<item*|6. Objektlebenszyklus bestimmen>
<item*|7. Operationen festlegen>Aus Sequenzdiagramm und Lebenszyklus
übernehmen, so hoch wie möglich in der Vererbungshierarchie eintragen.
<item*|8. Subsysteme erstellen>Klassen mit gemeinsamem Bezug in Subsystem
zusammenfassen. Innerhalb eines Subsystem sollte <em|starke Kopplung>
herrschen, zwischen den Subsystemen dagegen <em|schwache Kopplung>.
Beachten: Vererbungsstrukturen nur vertikal schneiden, keine
Aggregationen durchtrennen, möglichst wenige Assoziationen in der
Schnittstelle zwischen Subsystemen.
Sinnvolle Grösse: ca. 10--15 Klassen oder eine DIN-A4-Seite.
</description>
<section|Entwurfsphase (Designphase)>
Entwerfen = \RProgrammieren im Grossen``
<strong|Aufgabe:> Aus den gegebenen <em|Anforderungen> (Definitionsphase)
eine Softwarearchitektur entwickeln, die alle Anforderungen erfüllt:
<\itemize-minus>
<item>Gliederung eines Softwaresystems in Komponenten (Module/Klassen)
und Subsysteme (Pakete/Bibliotheken) <math|\<rightarrow\>>
Bestandshierarchie
<item>Spezifikation der Komponenten und Subsysteme
<item>Aufstellen der Benutztrelation zwischen Komponenten und Subsystemen
<item>Optional: Feinentwurf (Datenstrukturen, Algorithmen, Pseudocode),
Zuweisen der Komponenten und Subsysteme zu Hardware-Einheiten (bei
verteilten Systemen)
</itemize-minus>
<subsection|Modularer Entwurf>
Gliederung in externen Entwurf (E) und internen Entwurf (I)
<\description>
<item*|E1: Modulführer/Grobentwurf>Gliederung in Komponenten und
Subsysteme, Beschreibung der Funktion jedes Moduls, eventuell
Entwurfsmuster wie Schichten- oder Fliessbandarchitektur
Beschreibt für jedes Modul: Was ist das Geheimnis/die
Entwurfsentscheidung dieses Moduls? Was ist die Funktion des Moduls?
Beschreibt für jedes Subsystem: Gliederung in Module und andere
Subsysteme (Bestandshierarchie)
<item*|E2: Modulschnittstellen>Genaue Beschreibung der von jedem Modul
zur Verfügung gestellten Elemente
Ergebnis: \RBlack-Box``-Beschreibung jedes Moduls: Öffentliche
Programmelemente, Ein-/Ausgabeformate, Methodensignaturen, Beschreibung
des Effekts der Unterprogramme, Fehlerbehandlung
<item*|I1: Benutztrelation>Beschreibt, wie Module und Subsysteme einander
benutzen. Sollte ein azyklischer gerichteter Graph sein
<math|\<rightarrow\>> Aufbau und Testen inkrementell
<item*|I2: Feinentwurf>Siehe oben
</description>
Definition eines Moduls:
<\description>
<item*|Modul>Menge von Programmelementen (Typen, Klassen, Konstanten,
Prozeduren etc.), die nach dem Geheimnisprinzip/Kapselungsprinzip
gemeinsam entworfen und geändert werden.
<item*|Geheimnisprinzip>Jedes Modul verbirgt eine wichtige
Entwurfsentscheidung hinter einer wohldefinierten Schnittstelle, die sich
bei Änderungen dieser Entscheidung nicht mit ändert.
Beispiele für Entwurfsentscheidungen/Geheimnisse der Module:
Datenstrukturen und deren Implementierung,
maschinennahe/betriebssystemnahe Details, Ein-/Ausgabeformate, GUI, Texte
</description>
Anforderungen an ein Modul:
<\itemize-minus>
<item>Entwurf, Implementierung, Testen <em|unabhängig> von der späteren
genauen Nutzung
<item>Implementierung möglich, ohne dass <em|Implementierungsdetails>
anderer Module bekannt sind, und Benutzung ohne Kenntnis des inneren
Aufbaus möglich <em|(Kapselung)>
<item>Starke Kohäsion innerhalb des Moduls, geringere Kohäsion zwischen
Modulen
<item>Sollte einfach genug sein, um für sich voll verstanden werden zu
können.
</itemize-minus>
<subsubsection|Benutztrelation>
Definition: Komponente <verbatim|A> <strong|benutzt> Komponente
<verbatim|B> genau dann, wenn <verbatim|A> für den korrekten Ablauf die
<em|Verfügbarkeit> einer korrekten Implementierung von <verbatim|B>
erfordert.
Beispiel: Delegation an <verbatim|B>, Zugriff auf Variable von
<verbatim|B>; Aufruf, der korrekte Implementierung von <verbatim|B>
erfordert, Anlegen einer Instanz eines Typs aus <verbatim|B>.
Benutztrelation kann Halb- oder Totalordnung sein. Zyklenfreie
Benutztrelation heisst <strong|Benutzthierarchie>. [Bei Rückrufen/Callbacks
von <verbatim|B> nach <verbatim|A> ist die Hierarchie trotzdem zyklenfrei]
<em|Nachteil> einer nicht zyklenfreien Benutztrelation: <strong|\RNothing
works until everything works``> -- Implementierung und Testen der Module
nicht nacheinander möglich.
<subsection|Objektorientierter Entwurf>
Erweiterung des modularen Entwurfs, aber Flexibilisierung durch das
<em|Geheimnisprinzip>.
Zusätzliche Möglichkeiten durch Objektorientierung <math|\<rightarrow\>>
Entwurfsmuster!
<subsubsection|Externer Entwurf>
Statt Modulführer: <strong|Paket- und Klassenführer> [UML-Klassendiagramm,
UML-Paketdiagramm]
Statt Modulschnittstellen: Schnittstellen der Klassen, abstrakte Klassen,
Interfaces
<subsubsection|Interner Entwurf>
Benutztrelation: auf der Ebene von Paketen
Feinentwurf: wie beim modularen Entwurf
<subsection|Architekturstile>
<\description>
<item*|Abstrakte Maschine/Virtuelle Maschine>Menge von Softwarebefehlen,
die auf einer darunterliegenden virtuellen oder realen Maschine aufbauen
und diese ganz oder teilweise verdecken können.
Beispiel: Programmiersprache, Betriebssystem, GUI-Bibliothek, Java-VM,
API
<item*|Schichtenarchitektur>Gliederung einer Softwarearchitektur in
hierarchisch geordnete Schichten. Eine Schicht hat eine wohldefinierte
Schnittstelle, nutzt nur die <em|darunterliegenden> Schichten und stellt
ihre Dienste darüberliegenden Schichten zur Verfügung
Benutztrelation zwischen Schichten: linear, baumartig oder DAG;
innerhalb: beliebig
<em|Intransparente Schichtenarchitektur:> Schicht kann nur auf direkt
darunter liegende Schicht zugreifen; <em|Transparente
Schichtenarchitektur:> alle darunterliegenden Schichten
<em|Vorteile:> Strukturierung in Abstraktionsebenen [Schichten
<math|<wide|=|^>> abstrakte Maschinen], Entwurfsfreiheit innerhalb der
Schichten, gute Wiederverwendbarkeit/Änderbarkeit/Portabilität.
<em|Nachteile:> Effizienzverlust bei intransparenter
Schichtenarchitektur, Schichten nicht immer klar definierbar.
<em|Speziell:> <strong|3-Schichten-Architektur> [Benutzerschnittstelle,
Anwendungskern, Datenbank]; wenn die Schichten auf unterschiedlichen
Rechnern laufen: <strong|3-stufige Architektur>
<strong|4-Schichten-Architektur> [Benutzerschnittstellen,
Anwendungskerne, gemeinsame Grundfunktionen, Kern]
<em|Beispiele:> Betriebssystem [Prozess-, Speicher-, Dateiverwaltung,
GUI, Anwendungen], Webdienste [Browser, Webserver, Anwendungsserver,
Datenbank]
<em|Siehe auch:> Entwurfsmuster Fassade
<item*|Klient/Dienstgeber (client/server)>Ein oder mehrere Dienstgeber
bieten Dienste für Klienten an. Klient muss die Schnittstelle des
Dienstgebers kennen, aber nicht umgekehrt.
Klient und Dienstgeber können auf unterschiedlichen Rechnern laufen
<em|Beispiel:> Frontend/Backend bei DB-Systemen, FTP-Client/Server
<item*|Partnernetze (peer-to-peer)>Verallgemeinerung von Client/Server:
Alle Subsysteme sind gleichberechtigt (sowohl Klient als auch
Dienstgeber); Partner laufen auf unterschiedlichen Rechnern.
<em|Stichworte:> Dezentralisierung, Selbstorganisation, Autonomie der
Partner, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit
<em|Beispiel:> Bittorrent, TCP/IP, DNS
<item*|Datenablage (repository)>Subsysteme interagieren über eine
zentrale Datenstruktur, die Datenablage. Datenablage sorgt für Konsistenz
und ordnet gleichzeitige Zugriffe
<em|Beispiel:> IDE [Übersetzer, Debugger, Editor greifen auf
Strukturbaum/Symboltabelle zu]
<item*|Model/View/Controller>Trennung von Daten [Modell] und deren
Darstellung [View/Sicht]; Interaktion zwischen Sicht und Modell durch
Controller
Kombination der Entwurfsmuster <em|Beobachter, Kompositum> und
<em|Strategie>
<em|Unterschied zur 3-Schichten-Architektur:> diese ist hierarchisch, MVC
nicht (\RDreiecksbeziehung`` Modell <math|\<leftrightarrow\>> Steuerung
<math|\<leftrightarrow\>> Sicht)
<image|mvc.png|389px|147px||>
<item*|Fliessband (pipeline)>Jede Stufe ist eigenständiger
Prozess/Thread; Daten werden zwischen den Stufen weitergereicht (evtl.
mit Puffer, um Geschwindigkeitsschwankungen auszugleichen)
<em|Vorteil:> Gleichzeitige Ausführung bei Parallelrechnern (dabei
sollten die einzelnen Stufen etwa gleich lange brauchen)
<em|Beispiel:> Pipes auf der Unix-Shell, Videocodierung
<em|Anwendbarkeit:> Verarbeitung von Datenströmen
<item*|Rahmenarchitektur (framework)>Bietet ein (nahezu) vollständiges
Programm, das durch Ausfüllen geplanter \RLücken`` oder
Erweiterungspunkten erweitert werden kann (mittels Einschüben/Plug-ins)
<em|Prinzip:> Hollywood-Prinzip (\RDon't call us -- we'll call you``)
<em|Beispiel:> Eclipse
<em|Oft verwendete Entwurfsmuster:> Strategie, Fabrikmethode, abstrakte
Fabrik, Schablonenmethode
</description>
<subsection|Entwurfsmuster>
Familien von Lösungen für ein Software-Entwurfsproblem
<em|Vorteile:> Vereinfachte Kommunikation [Bereitstellung eines
Vokabulars], Erfassung von Konzepten [Dokumentation des Entwurfs],
Dokumentation und Förderung des Standes der Kunst, Verbesserung der
Code-Qualität und -Struktur
<em|Übersicht:>
<\description>
<item*|Entkopplungsmuster>Adapter, Beobachter, Brücke, Iterator,
Stellvertreter, Dekorierer, Vermittler
<item*|Variantenmuster>Abstrakte Fabrik, Besucher, Fabrikmethode,
Kompositum, Schablonenmethode, Strategie
<item*|Zustandshandhabungsmuster >Einzelstück, Fliegengewicht, Memento,
Prototyp, Zustand
<item*|Steuerungsmuster>Befehl, Master/Worker
<item*|Bequemlichkeitsmuster>Bequemlichkeitsklasse, -methode,
Null-Objekt, Fassade
</description>
<subsubsection|Entkopplungsmuster>
Teilen ein System in <em|mehrere Einheiten,> sodass einzelne Einheiten
<em|unabhängig voneinander> erstellt, verändert, ausgetauscht und
wiederverwendet werden können.
<\description>
<item*|Adapter (adapter, wrapper)>Passt die Schnittstelle einer Klasse an
eine andere Schnittstelle an <math|\<rightarrow\>> Zusammenarbeit
inkompatibler Klassen
<em|Mitwirkende:> <verbatim|Adapter>, <verbatim|AdaptierteKlasse>,
<verbatim|<em|Ziel>>schnittstelle. Adapter implementiert die
Zielschnittstelle und lässt sich deshalb vom Klienten wie eine Instanz
der Zielklasse verwenden.
<em|Anwendung:> Wiederverwendung einer existierenden Klasse
<image|adapter.png|33%|33%||>
<item*|Beobachter (observer)>Definiert eine <verbatim|1:n>-Abhängigkeit
zwischen Objekten, sodass die Zustandsänderung eines Objekts dazu führt,
dass alle abhängigen Objekte benachrichtigt und automatisch aktualisiert
werden.
Beobachter benutzen das Subjekt (i.S. der Benutzthierarchie), umgekehrt
nicht (da das Subjekt seine Beobachter zwar aufruft, aber nicht auf einen
korrekten Ablauf der aufgerufenen Methoden angewiesen ist)
<em|Mitwirkende:> <verbatim|<em|Subjekt>> (verwaltet Liste von
Beobachtern, enthält Methode zum Benachrichtigen aller Beobachter),
<verbatim|<em|Beobachter>> (enthält Callback-Methode, die nach
Aktualisierung des Subjekts aufgerufen wird),
<verbatim|KonkretesSubjekt>, <verbatim|KonkreterBeobachter>
<em|Anwendbarkeit:> Benachrichtigung von Objekten, ohne etwas über diese
zu wissen
<em|Nachteile:> Aufwand der Aktualisierung nicht bekannt (Kaskade von
Aktualisierungen), zunächst keine Information, <em|was> geändert wurde.
<image|beobachter1.png|40%|40%||>
<image|beobachter2.png|40%|40%||>
<item*|Brücke>Entkoppelt <em|Abstraktion> von ihrer <em|Implementierung,>
sodass beide unabhängig voneinander variiert werden können.
<em|Mitwirkende:> <verbatim|Abstraktion>, <verbatim|<em|Implementierer>>,
<verbatim|KonkreteImplementierer>
<em|Anwendbarkeit:> Vermeidung dauerhafter Verbindung zwischen
Abstraktion und ihrer Implementierung, Erweiterbarkeit sowohl von
Abstraktion als auch Implementierung durch Unterklassenbildung, Nutzung
einer Implementierung von mehreren Objekten aus.
<image|bruecke.png|40%|40%||>
<item*|Iterator (iterator, enumerator)>Ermöglicht den <em|sequentiellen
Zugriff> auf Elemente eines zusammengesetzten Objekts, ohne die interne
Repräsentation offenzulegen und bietet eine <em|einheitliche
Schnittstelle> zur Traversierung unterschiedlicher Strukturen (polymorphe
Iteration)
Iterator ist <em|robust,> d.h. jeder Iterator enthält eine eigene
\RLaufvariable``.
<em|Mitwirkende:> <em|<verbatim|Iterator>>-Interface (mit den Methoden
<em|<verbatim|hasNext()>>, <em|<verbatim|next()>>,
<em|<verbatim|remove()>>), <em|<verbatim|Aggregat>>-Klasse (enthält
<verbatim|Iterator>-Attribut), <verbatim|KonkretesAggregat>,
<verbatim|KonkreterIterator>
<em|Beispiel:> Java-Interface <verbatim|Iterator>
<image|iterator.png|40%|40%||>
<item*|Stellvertreter (proxy)>Kontrolliert den Zugriff auf ein Objekt.
Varianten:
<\description>
<item*|Protokollierender Stellvertreter>Zählt Referenzen auf das Objekt
oder andere Zugriffsinformationen.
<item*|Puffernder Stellvertreter (caching proxy) / Platzhalter (virtual
proxy)>Lädt ein teures Objekt erst dann, wenn es wirklich benötigt wird
(verzögertes Laden) oder verwaltet einen Pool von Objekten.
<item*|Fernzugriffsvertreter (remote proxy)>Lokaler Stellvertreter für
ein Objekt in einem anderen Adressraum.
<item*|Schutzwand (firewall)>Kontrolliert Zugriff auf das
Originalobjekt.
<item*|Synchronisierungsvertreter>Kontrolliert gleichzeitigen Zugriff
auf ein Objekt.
<item*|Dekorierer>Auch eine Art Stellvertreter (siehe unten)
</description>
Mitwirkende: <em|<verbatim|Subjekt>> (gemeinsame Oberklasse),
<verbatim|EchtesSubjekt>, <verbatim|Stellvertreter>
<image|stellvertreter.png|40%|40%||>
<item*|Dekorierer>Fügt dynamisch neue Funktionalität zu einem Objekt
hinzu, Alternative zur Vererbung. [Dekorierer vs. Stellvertreter siehe S.
66]
Ziel: Transparente Entkopplung einer bestimmten <em|Instanz> ggü. dem
Rest des Programms
Mitwirkende: <verbatim|<em|Subjekt (Komponente)>>, <verbatim|Dekorierer>,
<verbatim|Konkrete Komponente>
<image|dekorierer.png|40%|40%||>
<item*|Vermittler>Definiert ein Objekt, welches das Zusammenspiel
mehrerer Objekte kapselt.
Förderung von <em|loser Kopplung>
<em|Anwendbarkeit:> Wenn komplexe Interaktionen zwischen Objekten
vorliegen und Wiederverwendbarkeit erschweren.
<em|Beispiel:> Zusammengesetzte GUI-Komponenten
<image|vermittler.png|40%|40%||>
</description>
<subsubsection|Varianten-Muster>
<em|Gemeinsamkeiten> verwandter Einheiten werden <em|herausgezogen> und an
einer einzigen Stelle beschrieben <math|\<rightarrow\>> Einheitlichkeit,
Vermeidung von Redundanz
<\description>
<item*|Abstrakte Fabrik>Schnittstelle zum Erzeugen einer <em|Familie
verwandter Objekte,> ohne konkrete Klassen zu benennen.
<em|Mitwirkende:> <verbatim|<em|AbstrakteFabrik>>,
<verbatim|KonkreteFabrik>en, <verbatim|<em|Produkte>>,
<verbatim|KonkreteProdukte>
<em|Anwendbarkeit:> Wenn eine Familie von aufeinander abgestimmten
Objekten verwendet werden muss.
<image|abstraktefabrik.png|40%|40%||>
<item*|Besucher>Kapselt eine <em|Operation> auf Elementen einer Struktur
als ein <em|Objekt.>
Mitwirkende: <verbatim|<em|Element>>, <verbatim|KonkreteElemente>
(implementieren eine \RnimmEntgegen``-Methode für den allgemeinen
Besucher), <verbatim|<em|Besucher>> (enthält eine \RBesuche``-Methode für
jedes konkrete Element!), <verbatim|KonkreteBesucher>
<em|Zweck:> Definition einer neuen Operation auf Klassen, ohne diese
Klassen zu verändern.
<image|besucher.png|40%|40%||>
<item*|Fabrikmethode>Definiert eine Klassenschnittstelle mit Operationen
zum Erzeugen eines Objekts, aber lässt <em|Unterklassen entscheiden,> von
<em|welcher Klasse> das zu erzeugende Objekt ist.
<em|Mitwirkende:> <verbatim|<em|Erzeuger>> (mit abstrakter
Fabrikmethode), <verbatim|KonkreterErzeuger> (der die Fabrikmethode
implementiert), <verbatim|<em|Produkt>>, <verbatim|KonkretesProdukt>
<em|Anwendung:> Klasse kennt Objekte, die sie erzeugt, nicht im Voraus;
Delegation an Hilfs-Unterklassen.
Fabrikmethode <math|<wide|=|^>> Einschubmethode bei einer
Schablonenmethode für Objekterzeugung.