создание объектного кода программы происходит на этапе

Этапы компиляции

Компиляция исходных текстов на Си в исполняемый файл происходит в три этапа.

Препроцессинг

Эту операцию осуществляет текстовый препроцессор.

Исходный текст частично обрабатывается — производятся:

Компиляция

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

Результатом компиляции является объектный код.

Объектный код — это программа на языке машинных кодов с частичным сохранением символьной информации, необходимой в процессе сборки.

При отладочной сборке возможно сохранение большого количества символьной информации (идентификаторов переменных, функций, а также типов).

Компоновка

Также называется связывание, сборка или линковка.

При этом возможны ошибки связывания.

Если, допустим, функция была объявлена, но не определена, ошибка обнаружится только на этом этапе.

Особенность подключения пользовательских библиотек в Си

Подключение пользовательской библиотеки в Си на самом деле не так просто, как кажется.

Рассмотрим пример: есть желание вынести часть кода в отдельный файл — пользовательскую библиотеку.

program.c

#include «mylib.h»
const int MAX_DIVISORS_NUMBER = 10000;

int main()
<
int number = read_number();

int Divisor[MAX_DIVISORS_NUMBER];
size_t Divisor_top = 0;
factorize(number, Divisor, &Divisor_top);

print_array(Divisor, Divisor_top);
return 0;
>

Сама библиотека должна состоять из двух файлов: mylib.h и mylib.c.

mylib.h

#ifndef MY_LIBRARY_H_INCLUDED
#define MY_LIBRARY_H_INCLUDED

//считываем число
int read_number();

//получаем простые делители числа
// сохраняем их в массив, чей адрес нам передан
void factorize(int number, int *Divisor, int *Divisor_top);

//выводим число
void print_number(int number);

//распечатывает массив размера A_size в одной строке через TAB
void print_array(int A[], size_t A_size);

mylib.c

//считываем число
int read_number()
<
int number;
scanf(«%d», &number);
return number;
>

//получаем простые делители числа
// сохраняем их в массив, чей адрес нам передан
void factorize(int x, int *Divisor, int *Divisor_top)
<
for (int d = 2; d = 0; i—)
<
printf(«%d\t», A[i]);
>
printf(«\n»);
>

Препроцессор Си, встречая #include «mylib.h», полностью копирует содержимое указанного файла (как текст) в место вызова директивы. Благодаря этому на этапе компиляции не возникает ошибок типа Unknown identifier при использовании функций из библиотеки.

Файл mylib.c компилируется отдельно.

А на этапе компоновки полученный файл mylib.o должен быть включен в исполняемый файл program.exe.

Cреда разработки обычно скрывает весь этот процесс от программиста, но для корректного анализа ошибок сборки важно представлять себе как это делается.

Источник

Процесс компиляции программ на C++

Цель данной статьи:

В данной статье я хочу рассказать о том, как происходит компиляция программ, написанных на языке C++, и описать каждый этап компиляции. Я не преследую цель рассказать обо всем подробно в деталях, а только дать общее видение. Также данная статья — это необходимое введение перед следующей статьей про статические и динамические библиотеки, так как процесс компиляции крайне важен для понимания перед дальнейшим повествованием о библиотеках.

Все действия будут производиться на Ubuntu версии 16.04.
Используя компилятор g++ версии:

Состав компилятора g++

Мы не будем вызывать данные компоненты напрямую, так как для того, чтобы работать с C++ кодом, требуются дополнительные библиотеки, позволив все необходимые подгрузки делать основному компоненту компилятора — g++.

Зачем нужно компилировать исходные файлы?

Исходный C++ файл — это всего лишь код, но его невозможно запустить как программу или использовать как библиотеку. Поэтому каждый исходный файл требуется скомпилировать в исполняемый файл, динамическую или статическую библиотеки (данные библиотеки будут рассмотрены в следующей статье).

Этапы компиляции:

driver.cpp:

1) Препроцессинг

Самая первая стадия компиляции программы.

Препроцессор — это макро процессор, который преобразовывает вашу программу для дальнейшего компилирования. На данной стадии происходит происходит работа с препроцессорными директивами. Например, препроцессор добавляет хэдеры в код (#include), убирает комментирования, заменяет макросы (#define) их значениями, выбирает нужные куски кода в соответствии с условиями #if, #ifdef и #ifndef.

Хэдеры, включенные в программу с помощью директивы #include, рекурсивно проходят стадию препроцессинга и включаются в выпускаемый файл. Однако, каждый хэдер может быть открыт во время препроцессинга несколько раз, поэтому, обычно, используются специальные препроцессорные директивы, предохраняющие от циклической зависимости.

Получим препроцессированный код в выходной файл driver.ii (прошедшие через стадию препроцессинга C++ файлы имеют расширение .ii), используя флаг -E, который сообщает компилятору, что компилировать (об этом далее) файл не нужно, а только провести его препроцессинг:

Взглянув на тело функции main в новом сгенерированном файле, можно заметить, что макрос RETURN был заменен:

В новом сгенерированном файле также можно увидеть огромное количество новых строк, это различные библиотеки и хэдер iostream.

2) Компиляция

На данном шаге g++ выполняет свою главную задачу — компилирует, то есть преобразует полученный на прошлом шаге код без директив в ассемблерный код. Это промежуточный шаг между высокоуровневым языком и машинным (бинарным) кодом.

Ассемблерный код — это доступное для понимания человеком представление машинного кода.

Используя флаг -S, который сообщает компилятору остановиться после стадии компиляции, получим ассемблерный код в выходном файле driver.s:

Мы можем все также посмотреть и прочесть полученный результат. Но для того, чтобы машина поняла наш код, требуется преобразовать его в машинный код, который мы и получим на следующем шаге.

3) Ассемблирование

Так как x86 процессоры исполняют команды на бинарном коде, необходимо перевести ассемблерный код в машинный с помощью ассемблера.

Ассемблер преобразовывает ассемблерный код в машинный код, сохраняя его в объектном файле.

Объектный файл — это созданный ассемблером промежуточный файл, хранящий кусок машинного кода. Этот кусок машинного кода, который еще не был связан вместе с другими кусками машинного кода в конечную выполняемую программу, называется объектным кодом.

Далее возможно сохранение данного объектного кода в статические библиотеки для того, чтобы не компилировать данный код снова.

Получим машинный код с помощью ассемблера (as) в выходной объектный файл driver.o:

Но на данном шаге еще ничего не закончено, ведь объектных файлов может быть много и нужно их всех соединить в единый исполняемый файл с помощью компоновщика (линкера). Поэтому мы переходим к следующей стадии.

4) Компоновка

Компоновщик (линкер) связывает все объектные файлы и статические библиотеки в единый исполняемый файл, который мы и сможем запустить в дальнейшем. Для того, чтобы понять как происходит связка, следует рассказать о таблице символов.

Таблица символов — это структура данных, создаваемая самим компилятором и хранящаяся в самих объектных файлах. Таблица символов хранит имена переменных, функций, классов, объектов и т.д., где каждому идентификатору (символу) соотносится его тип, область видимости. Также таблица символов хранит адреса ссылок на данные и процедуры в других объектных файлах.
Именно с помощью таблицы символов и хранящихся в них ссылок линкер будет способен в дальнейшем построить связи между данными среди множества других объектных файлов и создать единый исполняемый файл из них.

Получим исполняемый файл driver:

5) Загрузка

Последний этап, который предстоит пройти нашей программе — вызвать загрузчик для загрузки нашей программы в память. На данной стадии также возможна подгрузка динамических библиотек.

Запустим нашу программу:

Заключение

В данной статье были рассмотрены основы процесса компиляции, понимание которых будет довольно полезно каждому начинающему программисту. В скором времени будет опубликована вторая статья про статические и динамические библиотеки.

Источник

Этапы разработки программы – как создаются и проектируются программы?

Привет, сегодня мы с Вами поговорим о том, как создаются высококачественные программы, а точнее, я расскажу на какие этапы делится этот процесс, поэтому если Вы хотите создавать классные приложения, то Вам обязательно стоит соблюдать все эти этапы, ну или по крайней мере большую их часть.

Зачем нужно проектировать программу и соблюдать этапы разработки?

Вы можете спросить, зачем нужно соблюдать какие-то там этапы, ведь разработка программы — это просто сел и написал код. Однако это не так, с таким подходом создать нормальное приложение не получится.

В зависимости от размера программных проектов этапы разработки могут отличаться, в некоторых случаях это будут очень детализированные и бюрократичные этапы, а в некоторых — просто сформулированные в любом удобном для разработчиков виде.

Так, например, при строительстве сарая у себя на даче Вы не будете что-то там детально планировать, исследовать, инспектировать, но в случае, скажем, со строительством электростанции все будет очень детально спланировано, спроектировано, режим работы рабочих будет расписан поминутно, так как цена ошибки на любом этапе будет значительно выше, чем в случае со строительством простого сарая.

Точно так же происходит и при разработке ПО, если проект крупный и очень важный, который возможно будет влиять на жизни людей или связан с огромными финансовыми рисками, все этапы разработки ПО будут соблюдаться, т.е. детально проработаны и даже будут добавляться новые этапы, микроэтапы и так далее.

Все это делается для того, чтобы не допустить появления ошибок и реализовать тот продукт, который действительно нужен.

Чем раньше будут обнаружены ошибки или выявлен неправильных подход в реализации того или иного действия, тем цена этих ошибок будет меньше. Иными словами, в зависимости от этапа обнаружения ошибки ее цена может меняться от 10 до 100 раз. Например, если на самом начальном этапе цена исправления ошибки будет равняться 100 рублей, то на этапе тестирования она может вылиться в 10000. Поэтому этапы разработки ПО очень важны, и разработчик должен их соблюдать и попытаться донести это видение до менеджеров, которым всегда нужен только результат. Так как они или отводят на это слишком мало времени или и вовсе не считают это необходимым, например, зачем при программировании вырабатывать какие-то требования или что-то там проектировать.

Основные этапы разработки ПО

Вот этапы, которые в большинстве случаев должны соблюдаться при разработке программного обеспечения:

Некоторым может показаться, что это слишком сложный план, но если Вы будете работать над крупным проектом, то столкнётесь со всем этим, и даже более детализированным планом.

Сейчас давайте рассмотрим каждый этап, т.е. узнаем, какие действия необходимо выполнять на каждом этапе.

Этап 1 – Определение проблемы

Перед тем как приступать к кодированию, необходимо четко сформулировать проблему, которую Ваша будущая программа должна решать. Так как, не имея хорошего определения проблемы, Вы можете потратить много усилий и времени на решение не той проблемы, которую требуется решить.

На данном этапе проводится простая формулировка сути проблемы без каких-либо намеков на ее возможные решения, при этом формулировать ее следует на языке, понятном пользователю, т.е. она должна быть описана с пользовательской точки зрения.

Определение проблемы – это фундамент всего процесса программирования!

Этап 2 – Выработка требований

Что такое требования и зачем их нужно выработать?

Требования к программе – это подробное описание всех возможностей программы и действий, которые должна выполнять программа. Такие требования иногда также называют «Функциональной спецификацией» или просто «Спецификацией».

Требования вырабатывают для того, чтобы свести к минимуму изменения системы после начала непосредственной разработки. Такие требования должны быть обязательно официальными, т.е. документально оформлены. Так как это гарантирует то, что функциональность системы определяется заказчиком, а не программистом. Даже в случае с внутрикорпоративными разработками такие требования должны быть зафиксированы, например, в виде технического задания, подписанного всеми задействованными лицами, тем самым Вы избежите лишних разговоров и споров, например, о том, что реализованный функционал делает не все или не так.

Выработка требований очень важна, так как она позволяет определить функциональность программы до начала программирования.

Этап 3 – Создание плана разработки

На данном этапе Вы уже должны в формальном виде составить план разработки программного обеспечения с учётом существующей проблемы и выработанных требований. Иными словами, Вы должны составить план того, как Вы будете действовать дальше.

Этап 4 – Разработка архитектуры системы или высокоуровневое проектирование

Архитектура системы – это каркас программы, это высокоуровневое проектирование программы.

Данный этап также очень важный, так как, не имея хорошей архитектуры, Вы можете решать правильную проблему, но прийти к неправильному решению. Хорошая архитектура программы упрощает программирование, а плохая архитектура усложняет его.

Архитектура системы обычно включает:

Кроме того, в архитектуру необходимо включить подтверждение того, что при разработке этой архитектуры рассматривались альтернативные варианты в каждом из вышеперечисленных направлений, с обоснованием окончательного выбора и подхода.

Этап 5 – Детальное проектирование

На этом этапе проводится проектирование программы на низком уровне, иными словами, здесь проектируются классы и методы, рассматриваются, оцениваются и сравниваются различные варианты и причины выбора окончательных подходов и способов реализации.

При разработке небольших программ программисты обычно сами проектируют программу на таком уровне, это выглядит как написание псевдокода или рисование схем, поэтому часто этот этап рассматривается как часть непосредственного кодирования и в таких случаях итоговый документ (если того требует формальность) состоит преимущественно из различных набросков и заметок программистов.

Но при реализации крупных проектов данному процессу отводится отдельный этап и проектирование в этом случае проводится с очень высокой степенью детальности.

Этап 6 – Кодирование и отладка

Это как раз тот этап, который все знают и, наверное, думают, что это единственный этап в процессе разработке программного обеспечения – это непосредственное написание кода и его отладка. Но, как видите, это далеко не первый и не единственный этап разработки ПО.

Если все вышеперечисленные этапы выполнены, то данный этап подразумевает чисто механическую работу, т.е. кодинг. Программисту в этом случае не нужно что-то выдумывать и самостоятельно разрабатывать, ему нужно просто написать код, который реализует заданный, очень детально описанный в проекте, алгоритм.

После того как код написан, программисту необходимо отладить этот код, чтобы в нем не было никаких ошибок.

Этап 7 – Тестирование компонентов

После того, как код написан, и проведена отладка, необходимо провести тестирование реализованного функционала. Если программа состоит из нескольких компонентов, сначала тестируют каждый компонент в отдельности, так как очень крупные программы включают огромный функционал, который часто разделяют на отдельные компоненты, разработка которых осуществляется по отдельности. В менее крупных проектах этот этап может включать просто тестирование отдельных классов.

Этап 8 – Интеграция компонентов

Когда тестирование всех компонентов закончено, можно переходить к интеграции всех компонентов в единый программный комплекс, этот этап как раз и подразумевает процесс интеграции, т.е. слияния всех компонентов в единую систему.

В небольших проектах этот этап может заключаться в объединении нескольких классов, на что будет затрачено не больше одного дня, но в крупных проектах этот этап может длиться не один месяц.

Этап 9 – Тестирование всей системы

На данном этапе проводится тестирование всей системы, уже с учётом интеграции всех компонентов. На этом этапе можно выявить проблемы взаимодействия компонентов и устранить их. Также на этом этапе основным предметом тестирования является безопасность, производительность, утечка ресурсов и другие моменты, которые невозможно протестировать на более низких уровнях тестирования.

Этап 10 – Сопровождение, внесение изменений, оптимизация

После запуска программы в промышленную эксплуатацию осуществляется сопровождение этой программы, т.е. внесение изменений на основе выявленных недочетов в процессе эксплуатации системы, а также проводится оптимизация функционала или добавление нового.

Если Вы хотите погрузиться глубже в мир проектирования и конструирования программного обеспечения, то рекомендую почитать книгу Стива Макконнелла «Совершенный код», в которой очень детально рассказывается о том, как нужно разрабатывать программу, и как правильно писать код. С помощью нее Вы не научитесь какому-нибудь языку программирования, но Вы научитесь писать правильный код, иными словами, она для тех, кто уже владеет базовыми знаниями в программировании.

Если Вы еще не умеете программировать, и даже не знаете, с чего начать, то в этом случае я рекомендую Вам начать с книги «Как стать программистом? 14 советов по достижению поставленной цели», в ней приведены советы и рассмотрен конкретный план действий, которые помогут Вам стать программистом.

У меня на этом все, надеюсь, статья была Вам интересна. Пока!

Источник

Этапы разработки программного обеспечения

Разработка любой программы, будь то небольшая процедура по обработке поступающей на консоль информации или комплексный программный продукт, состоит из нескольких этапов, грамотная реализация которых является обязательным условием для получения хорошего результата. Четкое следование выверенным временем этапам разработки программного обеспечения становится основополагающим критерием для занимающихся созданием ПО компаний и их заказчиков, заинтересованных в получении превосходно выполняющей свои функции программы. Подробно рассмотрим каждую стадию общепризнанной методологии разработки ПО, чтобы оценить их высокую значимость для достижения поставленной перед исполнителями цели.

Анализ требований
Самым первым этапом разработки программного обеспечения по праву называется процедура проведения всестороннего анализа выдвинутых заказчиком требований к создаваемому ПО, чтобы определить ключевые цели и задачи конечного продукта. В рамках этой стадии происходит максимально эффективное взаимодействие нуждающегося в программном решении клиента и сотрудников компании-разработчика, в ходе обсуждения деталей проекта помогающих более четко сформулировать предъявляемые к ПО требования. Результатом проведенного анализа становится формирование основного регламента, на который будет опираться исполнитель в своей работе — технического задания на разработку программного обеспечения. ТЗ должно полностью описывать поставленные перед разработчиком задачи и охарактеризовать конечную цель проекта в понимании заказчика.

Проектирование
Следующий ключевой этап в разработке программного обеспечения — стадия проектирования, то есть моделирования теоретической основы будущего продукта. Самые современные средства программирования позволяют частично объединить этапы проектирования и кодирования, то есть технической реализации проекта, будучи основанными на объектно-ориентированном подходе, но полноценное планирование требует более тщательного и скрупулезного моделирования. Качественный анализ перспектив и возможностей создаваемого продукта станет основой для его полноценного функционирования и выполнения всего комплекса возлагаемых на ПО задач. Одной из составных частей этапа проектирования, к примеру, является выбор инструментальных средств и операционной системы, которых сегодня на рынке присутствует очень большое количество.

В рамках данного этапа стороны должны осуществить:

Кодирование
Следующим шагом становится непосредственная работа с кодом, опираясь на выбранный в процессе подготовки язык программирования. Описывать особенности и тонкости самого трудоемкого и сложного этапа вряд ли стоит, достаточно указать, что успех реализации любого проекта напрямую зависит от качества предварительного анализа и оценки конкурирующих решений, с которыми создаваемой программе предстоит “бороться” за право называться лучшей в своей нише. Если речь идет о написании кода для выполнения узкоспециализированных задач в рамках конкретного предприятия, то от грамотного подхода к этапу кодирования зависит эффективность работы компании, заказавшей разработку. Кодирование может происходить параллельно со следующим этапом разработки — тестированием программного обеспечения, что помогает вносить изменения непосредственно по ходу написания кода. Уровень и эффективность взаимодействия всех элементов, задействованных для выполнения сформулированных задач компанией-разработчиком, на текущем этапе является самым важным — от слаженности действий программистов, тестировщиков и проектировщиков зависит качество реализации проекта.

Тестирование и отладка
После достижения задуманного программистами в написанном коде следуют не менее важные этапы разработки программного обеспечения, зачастую объединяемые в одну фазу — тестирование продукта и последующая отладка, позволяющая ликвидировать огрехи программирования и добиться конечной цели — полнофункциональной работы разработанной программы. Процесс тестирования позволяет смоделировать ситуации, при которых программный продукт перестает функционировать. Отдел отладки затем локализует и исправляет обнаруженные ошибки кода, “вылизывая” его до практически идеального состояния. Эти два этапа занимают не меньше 30% затрачиваемого на весь проект времени, так как от их качественного исполнения зависит судьба созданного силами программистов программного обеспечения. Нередко функции тестировщика и отладчика исполняет один отдел, однако самым оптимальным будет распределить эти обязанности между разными исполнителями, что позволит увеличить эффективность поиска имеющихся в программном коде ошибок.

Внедрение
Процедура внедрения программного обеспечения в эксплуатацию является завершающей стадией разработки и нередко происходит совместно с отладкой системы. Как правило, ввод в эксплуатацию ПО осуществляется в три этапа:

Ключевой целью поэтапного внедрения разработанной программы становится постепенное выявление не обнаруженных ранее ошибок и недочетов кода. В рамках этого этапа разработки программного обеспечения и заказчик, и исполнитель могут столкнуться с рядом достаточно узкого спектра ошибок, связанных с частичной рассогласованностью данных при их загрузке в БД, а также срывов выполнения программных процедур в связи с применением многопользовательского доступа. Именно на этой стадии выкристаллизовывается окончательная картина взаимодействия пользователя с программой, а также определяется степень лояльности последнего к разработанному интерфейсу. Если выход системы на проектную мощность после ряда проведенных доработок и улучшений произошел без особых осложнений, значит предварительная работа над проектом и реализация предыдущих стадий разработки осуществлялась правильно.

Заключение
Создание даже небольшого и технически простого ПО зависит от четкого выполнения каждой фазы, то есть деятельности всех отделов, задействованных в процессе разработки. Четкий план выполнения необходимых мероприятий с указанием конечных целей становится неотъемлемой частью работы разработчиков, планирующих оставаться широко востребованными на рынке труда специалистами. Только правильно составленное техническое задание позволит добиться нужного результата и осуществить разработку по-настоящему качественного и конкурентного ПО для любой платформы — серверной, стационарной или мобильной.

Неотъемлемой частью завершающего этапа разработки программного обеспечения также является последующая техническая поддержка созданного продукта в процессе его эксплуатации на предприятии заказчика. Грамотно организованная служба техподдержки зачастую становится ключевым фактором при выборе исполнителя в рамках достижения поставленной цели.

Источник