Объектно-ориентированное программирование с явным выделением состояний

Для решения широкого круга задач весьма эффективен подход, основанный на совместном использовании объектной и автоматной парадигм, который в работе [13] был назван «объектно-ориентированное программирование с явным выделением состояний». Особенности этого подхода состоят в следующем. Также как и в машине Тьюринга [14] явно выделены управляющие (автоматные) состояния объекта, число которых значительно меньше числа остальных состояний, например, «вычислительных». В программирование введено понятие «пространство состояний», под которым понимается множество управляющих состояний объекта. Это обеспечивает существенно более понятное поведение по сравнению со случаем, когда такое пространство или ориентация в нем отсутствует. Предложен минимальный набор документов, позволяющий наглядно и строго описывать как структурные (статические), так и поведенческие (динамические) стороны программ.

Как и при использовании любого другого подхода, применение предлагаемого связано с множеством эвристик, возвратов назад, уточнений и параллельно выполняемых работ. Однако после завершения создания программы предлагаемый подход может быть сформулирован (по крайней мере, для ее документирования) как «идеальная» технология, фиксирующая принятые решения [15].

• 1. На основе анализа предметной области выделяются классы, и строится диаграмма классов.
• 2. Для каждого класса разрабатывается словесное описание, по крайней мере, в форме перечня решаемых задач.
• 3. Для каждого класса создается структурная схема, отражающая его интерфейс и структуру. При этом атрибуты и методы разделены на автоматные и остальные.
• 4. При наличии в классе нескольких автоматов строится схема их взаимодействия.
• 5. Для каждого автомата разрабатываются словесное описание, схема связей, граф переходов.
• 6. Каждый класс реализуется соответствующим модулем программы. Его структура должна быть изоморфна структуре класса, а методы, соответствующие автоматам, реализованы по шаблону, приведенному в работе [8].
• 7. Для отладки системы и подтверждения правильности ее работы автоматически строятся протоколы, в которых функционирование объектов, содержащих автоматы, описывается в терминах состояний, переходов, событий, входных и выходных воздействий.
• 8. Выпускается проектная документация, составной частью которой является программная документация.

Из опыта применения изложенной технологии можно сделать вывод, что применение автоматов проясняет поведение программы также, как использование объектов делает прозрачной ее структуру.

Описанный подход был использован при создании системы управления «танком» для игры «Robocode» [15].

В отличие от систем управления сотнями других танков, на этот танк выпущена подробная проектная документация, содержащая, в частности, графы переходов и схемы связей автоматов, реализующих функциональность танка.

Детальные протоколы поведения танка позволяют проследить все течение боя. Метод построения протоколов, возможно, является основой для новой концепции построения «черных ящиков» .

В описанной технологии автоматы применялись как методы классов. В рамках этой технологии могут быть использованы и другие подходы к объектной реализации автоматов, изложенные, например, в работах [16−18]. Автоматы могут выступать, в частности, как объекты-наследники определенного класса, реализующего базовую функциональность автоматов, обусловленную семантикой Switch-технологии.

Возможно также использование классов, реализующих понятия «состояние» или «группа состояний» .

При проектировании автоматных программ может быть использован паттерн «State» [19] или другие паттерны.

Особенности автоматной реализации параллельных процессов на основе механизма обмена сообщениями рассмотрены в работе [20]. Еще один подход к автоматной реализации параллельных процессов описан в работе [21].

Наличие качественной проектной документации резко упрощает осуществление рефакторинга программы (изменение ее структуры при сохранении функциональности). Последнее подтверждается рефакторингом упомянутой выше системы управления танком, выполненным с целью повышения «объектности» программы [22].