程序设计方法学new

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1、程序设计方法学ProgrammingMethodology2学分宗平zong@njupt.edu.cn南京邮电大学软件学院摘要ò背景ò20世纪60年代末70年到初形成与发展起来的新兴学科ò先进的应用程序构造技术ò重要的基础技术支撑ò目的ò方法+技术ò会写程序，写大程序，写好程序ò主要内容ò概念与原理，程序设计方法与实践，CBSD，体系结构安全主要参考资料òAnnabelleMclver,CarrollMorgan著《ProgrammingMethodology》中国水利水电出版社2007ò杨芙清，梅宏主编《构件化软件设计与实现》清华大学出版社2008òBrianW.Kernighan

2、,RobPike著《ThePracticeofProgramming》机械工业出版社2007òJayRamachandran著《DesigningSecurityArchitectureSolutions/设计安全的体系结构》机械工业出版社2003第一章绪论1.1方法ò方法是什么？ò在一组指定的能够分析和构造人为现象的技术和工具中进行选择和应用的基本原理ò方法论是什么？ò有关方法的知识和对方法的研究ò方法的构成ò原理、分析、构造、技术、工具和¡°人为现象（artefect）¡±1.2软件开发与设计ò软件开发旨在构造开发过程中各个阶段相关的指示性的、描述性的（非形式化或形式化的）和分析

3、性的文档。ò软件设计要描述为了达到规定的需求，计算机应如何进行活动：ò计算应支持哪种领域需求ò应提供计算机与外部现象之间的哪一个接口ò期待什么样性能、维护、平台以及文件管理方法1.3注意的问题ò域描述是陈述性的ò域描述必须描述所选择的非理想的域ò需求描述是推定的，即规定需要的属性ò描述是分析的基础，分析是构造的基础ò技术、方法与工具是实施构造的基础ò前置条件限定了仅能应用的原理、技术或方法1.4示例ò问题：铁路网与道岔ò域模型描述：ò铁路网由两个或多个车站和一条或多条铁路线组成；ò铁路线和车站组成了铁路单元；ò一个铁路单元或是线性单元，或是交换单元，或是交叉单元；ò单元之间有连接器，

4、线性单元有两个连接器，交换单元有三个连接器，交叉单元有四个连接器；ò铁路线是线性单元的顺序链接，铁路线可以连接完全不同的两个车站；ò车站通常含有全部这样的单元，车站包含一条或多条铁轨。ò本质分析ò面向乘客ò起点站，终点站，时间，直达/中转ò面向管理者ò单元，路径，状态ò方法ò面向乘客ò满足条件的路径选择（南京至上海且时间不超过2小时）ò面向管理者ò网络调度与状态空间管理（远程自动搬道岔）ò技术ò面向乘客ò订票系统ò面向管理者ò管理软件，通信设施，控制设施第二章程序设计方法学2.1并行与交互2.1.1并行性的组构方法ò任何大型系统的开发必须分解成若干可管理的步骤，这一点对构造阶段和后续

5、的尝试综合设计阶段都应该适用。ò开发方法的一个关键属性是组构性（compositionality），因为它能保证可伸缩性以应付大型的应用。ò无论什么顺序进行，设计步骤的单独证明是必需的；最终文档的自顶向下结构会提高可理解性（comprehensibility）。ò并发性的本质是干扰ò如写同一状态空间中变量的并行进程ò粒度的大小直接影响并发控制的代价和难度ò推理干扰ò证明两个并发程序关于整个规范正确的一种方法是考虑他们各自的流程图，并将断言与每一对弧（即不动点）关联起来。这样的证明需要考虑N*M步的证明。ò由于前置条件记录开发者在设计实现时能够做出关于初始状态的假设一样，以来条件记录能

6、够做出关于其他进程的干扰的假设（依赖-保证规范的开发思想）。ò几乎没有程序能工作在任意初始条件下；在存在任意干扰的情况下，只能满足无意义的规范。2.1.2用契约强制行为ò通常可以把计算看作根据提前设计好的文档（规范、程序）完成动作的许多代理（程序、模块、系统、用户等）。ò在推理计算时，可以把这样的文档看作代理之间的契约（contracts）。ò契约可以用符号来表示，并用操作语义给出它们的形式化含义。ò通过分析使用契约的代理或代理联盟能够到达的目标，在本质上就等于检验代理或代理联盟是否有达到给定目标的成功策略。ò通过考虑代理或代理联盟能否强制契约执行中的某一暂态行为的问题，并且暂态属性

7、在契约的整个执行过程中都成立，即意味着这些代理有方法协调它们的决策。ò研究如何证明能够强制某一暂态属性，将可以证明暂态属性的强制能够简化为达到目标的问题。ò也就能够在相同的架构中模仿并发系统和交互系统，并证明可以把一个系统看成是另一个系统的对偶，就行动系统而言，分析暂态行为的强制性，以说明能够比在一般情况下得到的更简单的证明义务（proofobligation),从而解决如何建模和分析交互与并发系统的方法。2.2异步逻辑方法ò进展属性在并行组合条件下不能保