Επαναχρησιμοποίηση

Διομήδης Σπινέλλης
Τμήμα Διοικητικής Επιστήμης και Τεχνολογίας
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών
dds@aueb.gr

Τρόποι επαναχρησιμοποίησης

Διακρίνουμε τις παρακάτω κατηγορίες επαναχρησιμοποίησης (reuse) κατά την ανάπτυξη λογισμικού:

Επαναχρησιμοποίηση διεργασίας (process reuse)
Πρότυπα σχέδια (design patterns)
Προγραμματισμός με εξαρτήματα (component-based programming)
Πλαίσια εφαρμογών (application frameworks)

Πλεονεκτήματα επαναχρησιμοποίησης

Αυξημένη αξιοπιστία
Λιγότεροι κίνδυνοι στη διεργασία ανάπτυξης
Αποτελεσματική εκμετάλλευση των ειδικών
Συμβατότητα με πρότυπα
Ταχύτητα ανάπτυξης

Προβλήματα επαναχρησιμοποίησης

Προβληματική συντήρηση
Υποστήριξη από εργαλεία
Το σύνδρομο του δεν ανακαλύφθηκε εδώ (not invented here syndome)
Συντήρηση της βιβλιοθήκης των εξαρτημάτων
Εύρεση και προσαρμογή υπαρχόντων εξαρτημάτων

Υποστήριξη από εργαλεία

Παράδειγμα λάθους που εμφανίζεται κατά τη μεταγλώττιση προγράμματος C++ με τη χρήση της βιβλιοθήκης STL κάτω από GNU C++ compiler:

c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\stl_
iterator.h: In method `class ostream_iterator<pair<const basic_string<char,strin
g_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> > & ostream_iterato
r<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template
<false,0> >,int> >::operator =(const pair<const basic_string<char,string_char_tr
aits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> &)':
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\stl_
algobase.h:129:   instantiated from `__copy<_Rb_tree_iterator<pair<const basic_s
tring<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int>,pai
r<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<fals
e,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_al
loc_template<false,0> >,int> *>, ostream_iterator<pair<const basic_string<char,s
tring_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> >, ptrdiff_t>(_
Rb_tree_iterator<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default
_alloc_template<false,0> >,int>,pair<const basic_string<char,string_char_traits<
char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,st
ring_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> *>, _Rb_tree_ite
rator<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_temp
late<false,0> >,int>,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__def
ault_alloc_template<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_t
raits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> *>, ostream_iterator<pair<c
onst basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0
> >,int> >, input_iterator_tag, ptrdiff_t *)'
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\stl_
algobase.h:161:   instantiated from `__copy_dispatch<_Rb_tree_iterator<pair<cons
t basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >
,int>,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_temp
late<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__d
efault_alloc_template<false,0> >,int> *>,ostream_iterator<pair<const basic_strin
g<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> >,__fal
se_type>::copy(_Rb_tree_iterator<pair<const basic_string<char,string_char_traits
<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int>,pair<const basic_string<char,str
ing_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> &,pair<const basi
c_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int>
*>, _Rb_tree_iterator<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__de
fault_alloc_template<false,0> >,int>,pair<const basic_string<char,string_char_tr
aits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<ch
ar,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> *>, ostream
_iterator<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_
template<false,0> >,int> >)'
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\stl_
algobase.h:188:   instantiated from `copy<_Rb_tree_iterator<pair<const basic_str
ing<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int>,pair<
const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,
0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_allo
c_template<false,0> >,int> *>, ostream_iterator<pair<const basic_string<char,str
ing_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> > >(_Rb_tree_iter
ator<pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_templ
ate<false,0> >,int>,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__defa
ult_alloc_template<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_tr
aits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> *>, _Rb_tree_iterator<pair<c
onst basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0
> >,int>,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_t
emplate<false,0> >,int> &,pair<const basic_string<char,string_char_traits<char>,
__default_alloc_template<false,0> >,int> *>, ostream_iterator<pair<const basic_s
tring<char,string_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> >)'

t.cpp:21:   instantiated from here
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\stl_
iterator.h:890: no match for `ostream & << const pair<const basic_string<char,st
ring_char_traits<char>,__default_alloc_template<false,0> >,int> &'
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\iost
ream.h:77: candidates are: class ostream & ostream::operator <<(char)
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\iost
ream.h:78:                 class ostream & ostream::operator <<(unsigned char)
c:\gcc\bin\..\lib\gcc-lib\i386-mingw32msvc\2.95.2\..\..\..\..\include\g++-3\iost
ream.h:79:                 class ostream & ostream::operator <<(signed char)

(Ακολουθούν άλλες 10 γραμμές)

Παράδειγμα λάθους που εμφανίζεται κατά τη μεταγλώττιση προγράμματος C++ με τη χρήση της βιβλιοθήκης STL κάτω από Microsoft C/C++ compiler:

        t.cpp(24) : see reference to function template instantiation 'class std:
:basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > &__cdecl std::operator <<(cl
ass std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > &,const char *)' bei
ng compiled
C:\PROGRA~1\MICROS~4\VC98\INCLUDE\iterator(203) : error C2679: binary '<<' : no
operator defined which takes a right-hand operand of type 'const struct std::pai
r<class std::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,class std::allocato
r<char> > const ,int>' (or there is no acceptable conversion)
        C:\PROGRA~1\MICROS~4\VC98\INCLUDE\iterator(203) : while compiling class-
template member function 'class std::ostream_iterator<struct std::pair<class std
::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,class std::allocator<char> > c
onst ,int>,char,struct std::char_traits<char> > &__thiscall std::ostream_iterato
r<struct std::pair<class std::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,cl
ass std::allocator<char> > const ,int>,char,struct std::char_traits<char> >::ope
rator =(const struct std::pair<class std::basic_string<char,struct std::char_tra
its<char>,class std::allocator<char> > const ,int> &)'

Πρότυπα σχέδια

Each pattern describes a problem which occurs over and over again in our environment, and then describes the core of the solution to that problem, in such a way that you can use this solution a million times over, without ever doing it the same way twice.
-- Christopher Alexander et al. A Pattern Language

Τα πρότυπα σχέδια μας επιτρέπουν τη

σύλληψη,
τεκμηρίωση,
οργάνωση και
διάχυση

υπάρχουσας σχεδιαστικής γνώσης.

Σε αντίθεση με αλγορίθμους και δομές δεδομένων τα στοιχεία που περιγράφουν δε χρησιμοποιούνται αυτούσια αλλά περιγράφουν πως θα υλοποιηθεί το σχέδιο του έργου.

Επίσης, τα πρότυπα σχέδια περιγράφονται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να μπορούν να συνδυάζονται μεταξύ τους.

Κάθε περιγραφή ενός σχεδίου περιλαμβάνει:

το όνομά του
τη δομή του σε UML
την κατηγοριοποίησή του σε μια από τις κατηγορίες:
- δημιουργίας
- συμπεριφοράς
- δομής
περιγραφή των περιπτώσεων χρήσης του
περιγραφή των συμμετεχόντων
περιγραφή πως το σχέδιο υποστηρίζει τους στόχους του
παραδείγματα και οδηγίες χρήσης του.

Παράδειγμα προτύπου σχεδίου

Το παρακάτω κείμενο (Σπινέλλης και Ράπτης 2000) περιγράφει με τη μορφή ενός προτύπου σχεδίου τη σύνδεση εξαρτημάτων:

Component Composition - Structural

Intent

The component composition pattern identifies the primary methods of encapsulated component composition and integration.

Motivation

Encapsulated components do not operate in a vacuum. They are composed to create more powerful components and integrated within an object-based system to provide specialised services. Moreover, composition of encapsulated components with component glue can be used to provide efficient access to off-line data, graphical user interfaces, and a multitude of other component-based services. As an example a spelling checker can be easily constructed by composing the translate, sort, unique, and common components, while the gluing of a editbox and listbox components can be used to provide a GUI front end.

Applicability

Many of the problems solved under the Unix programming environment using shell programming constructs and pipelines can be transformed to component composition structures. Of particular relevance are sequences of filter type components, where each one receives a data stream, performs some operations on it, and forwards it to another filter to perform some other operations. Examples include pipelines of tools that process text, images, sound, and object code. Meunier [13] describes a complete pattern language for a ``Pipes and Filters Architecture'' that can be used as a base to structure applications.

Structure

Figure 4: A spell checker with a GUI.

Figure 4 depicts the component interaction diagram of a filter-based spell checker built from Unix-mined and glue components. The text to be spell-checked is retrieved from the GUI edit box using a data source glue component. It is transformed into a list of words using the translate component which is a direct equivalent of the Unix tr command. The word list is then transformed into a sorted list of unique words using the sort and unique components which correspond to the Unix sort and uniq commands. At the same time, the system dictionary and a user dictionary are passed using appropriate file connectors to the merge component which merges two sorted streams; the merge component is a specialisation of sort which provides this functionality. Finally, the two sorted streams of words to be spelled and acceptable words are checked by common - derived from the Unix comm command - which outputs a list of words contained in the first stream and not contained in the second one. This stream of misspelled words is sent using the ListBoxSink glue component to a GUI list box. It is important to note that the integration of GUI elements using the same component object paradigm and the merging of two data streams could not be implemented using the standard Unix linear pipeline system.

Participants

The components composed are object instances of either active process components that are connected to existing data sources and sinks, or connector and glue components (pipes and environment interfacing classes) that provide such sources and sinks.

Consequences

Using the component composition pattern it is possible to implement sophisticated component interaction topologies. In addition, it is possible to package together existing components to provide new standard and reusable components.

Implementations

The implementation of the composition pattern is independent of the component-framework used. Most relevant decisions are taken when implementing the encapsulation and the glue patterns. Designs based on the composition pattern should be portable across different component frameworks.

Προγραμματισμός με εξαρτήματα

Ένα εξάρτημα (component) είναι μια μονάδα σύνθεσης που ορίζεται μόνο από:

τη διεπαφή του
το πλαίσιο εφαρμογής του

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν:

αυτόνομα
από τρίτους

Όπως και τα αντικείμενα ένα εξάρτημα:

περιέχει εσωτερική κατάσταση
επιτρέπει την πρόσβαση μόνο με καθορισμένες προδιαγραφές
επιτρέπει την υλοποίηση σε τμήματα.

Τα εξαρτήματα επιπλέον:

μπορούν να υλοποιηθούν σε διαφορετικές γλώσσες
έρχονται συχνά συσκευασμένα σε εκτελέσιμη μορφή
μπορούν να περιέχουν πολλαπλά αντικείμενα
είναι συνήθως πιο στιβαρά από αντικείμενα
είναι συχνά διαθέσιμα στην αγορά σε μορφή προϊόντων

Παραδείγματα εξαρτημάτων

Κατηγορίες εξαρτημάτων από το δικτυακό τόπο http://www.componentsource.com (http://www.componentsource.com):

3D Modeling Components
Accounts Interface Components
Addressing, Postcode and ZipCode Components
Artificial Intelligence Components
Audio, MIDI and Sound Components
Barcode Components
Biometrics and Authentication Components
Business Rules Components
Button and Cursor Design Components
CAD Components
Calendar and Scheduling Components
Charting and Graphing Components
Code Components
Component Development and Design
Configuration and Initialization Components
Credit Card Authorization Components
Data Compression Components
Data Conversion Components
Data Entry Components
Data Entry Verification Components
Data Mining Components
Data Storage Components
Database Connectivity Components
Database Management Components
Database Reporting
Debugging and Testing Components
Deduplication and Data Cleansing Components
Device Driver Components
Diagramming Components
DirectX Components
Distributed Component Management
eCommerce Components
Email Components
Encryption Components
Explorer Components
Facsimile Components
File Handling Components
File Upload Components
Financial Components
Find and Replace Components
Function and Source Libraries
Grid Components
Imaging Components
Instrumentation Components
Internet Communication Components
Localization Components
Manufacturing Components
Mapping and GIS Components
Math and Stats Components
Message Queuing Components
Multimedia Components
Network Administration Components
Network Communication Components
On-Line Analytical Processing Components
Print and Preview Components
Product Suites
Reporting Components
Resizing Components
Search Components
Security and Administration Components
Serial Communication Components
Software Licensing Components
Software Upgrade Components
Source Code Generators
Speech Recognition Components
Spelling Components
Spreadsheet Components
SQL Components
Telephony Components
Text Components
Toolbar Components
Training Courses
Treeview and List Components
User Interface Collections
User Interface Components
VBA and Scripting Components
Version Control Components
Web Site Components
Windows API Components
Windows Registry Components
Wireless, Handheld and Mobile Components
XML Components

Πλαίσια εφαρμογών

Ένα πλαίσιο εφαρμογής:

επιτρέπει τη γρήγορη υλοποίηση προκαθορισμένων εφαρμογών
περιέχει έτοιμη λειτουργικότητα που υπάρχει κοινή ανάμεσα σε εφαρμογές
μας οδηγεί για να προσθέσουμε την πρόσθετη λειτουργικότητα που απαιτείται

Για παράδειγμα ένα πλαίσιο για εφαρμογές που περιλαμβάνουν γραφική διεπαφή με το χρήστη ορίζεται ως έτοιμο πλαίσιο με βάση το σχέδιο: μοντέλο, εικόνα, ελεγκτής (model view controller (MVC)).

Μελέτη περίπτωσης: Java Beans

Η τεχνολογία JavaBeans επιτρέπει την υλοποίηση και χρήση εξαρτημάτων με οπτική παράσταση στο περιβάλλον της γλώσσας Java. Οι βασικές αρχές της τεχνολογίας είναι οι παρακάτω:

Εργαλεία προγραμματισμού μπορούν να δουν τα χαρακτηριστικά ενός bean με τη διαδικασία ενδοσκόπησης (introspection). Αυτή η διαδικασία μπορεί να γίνει
- αυτόματα με τη χρήση ανάκλασης (reflection) ή
- με την υποστήριξη από το bean της κλάσης BeanInformation.
Κάθε bean έχει ένα σύνολο από ιδιότητες (properties) που καθορίζουν την εμφάνιση και συμπεριφορά του. Τα εργαλεία προγραμματισμού ανακαλύπτουν τις ιδιότητες του κάθε bean και επιτρέπουν την αλλαγή τους.
Κάθε bean μπορεί να παραμετροποιηθεί (μέσω των ιδιοτήτων του) κατά τη διάρκεια της υλοποίησης της εφαρμογής που το χρησιμοποιεί με τη χρήση ενός διορθωτή ιδιοτήτων ή ενός bean customiser.
Τα bean χρησιμοποιούν γεγονότα (events) για να επικοινωνήσουν με άλλα bean. Κάθε bean που ενδιαφέρεται να λαμβάνει κάποιο γεγονός πρέπει να καταχωρίσει το ενδιαφέρον του με το αντίστοιχο bean που το στέλνει. Τα εργαλεία προγραμματισμού μπορούν να βρουν από ένα bean το σύνολο των γεγονότων που στέλνει και ενδιαφέρεται να λαμβάνει.
Με τη χρήση τεχνολογίας διατήρησης (persistance) κάθε bean αποθηκεύει και ανακτά την κατάστασή του όπως αυτή έχει προγραμματιστεί κατά την υλοποίηση της εφαρμογής.
Οι μέθοδοι που υποστηρίζει κάθε bean είναι οι δημόσιες μέθοδοι της αντίστοιχης κλάσης της Java

Εμφάνιση ενός bean στο περιβάλλον εργασίας και αλλαγή των ιδιοτήτων του (εικόνα από το δικτυακό τόπο της Sun).

Περιέχοντες και επαναλήπτες στην STL

Η πρότυπη βιβλιοθήκη της C++ περιέχει ένα σύνολο από αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται με τη χρήση ενός επαναλήπτη (iterator) πάνω σε έναν περιέχοντα (container). Οι λειτουργίες αυτές αποτελούν τη βιβλιοθήκη με το όνομα Standard Template Library (STL). Η STL ορίζει μια σειρά από περιέχοντες (containers) όπως την ουρά, τη στοίβα, την απεικόνιση και τον πίνακα. Πάνω στους περιέχοντες αυτούς επιτρέπει την εκτέλεση αλγορίθμων, όπως την εύρεση ενός στοιχείου, η ένωση δύο περιεχόντων, η ταξινόμηση, κ.λπ.

Στην STL ορίζονται οι παρακάτω πρότυποι (ως προς τα στοιχεία που περιέχουν) περιέχοντες:

list: διπλά συνδεδεμένη λίστα
queue: ουρά
deque: ουρά με πρόσβαση και στις δύο άκρες
map: απεικόνιση (π.χ. από συμβολοσειρές σε ακέραιους)
set: απεικόνιση με μοναδικά στοιχεία στο πεδίο τιμών
stack: στοίβα
vector: πίνακας

Κάθε περιέχων μπορεί να περιλαμβάνει στοιχεία οποιουδήποτε τύπου.

Η πρόσβαση των στοιχείων ενός περιέχοντα από τους αλγορίθμους γίνεται μέσω επαναληπτών (iterators). Οι επαναλήπτες - ανάλογα με τη δομή των δεδομένων του περιέχοντα - μπορούν να επιτρέπουν την παρακάτω ιεραρχία κινήσεων:

Τυχαία προσπέλαση
Κίνηση προς τις δύο κατευθύνσεις
Κίνηση προς τα εμπρός, ή ανάποδη κίνηση

Επίσης, μπορούν να επιτρέπουν την παρακάτω ιεραρχία πρόσβασης στα δεδομένα που δείχνουν:

Είσοδο και έξοδο
Μόνο είσοδο, ή μόνο έξοδο

Η κλάση των επαναληπτών ορίζεται στην επικεφαλίδα iterator. Μερικές μέθοδοι που ορίζονται σε επαναλήπτες είναι οι παρακάτω:

advance
distance
==, !=, <, >, >=, <=
+, -
++, --

Για κάθε περιέχοντα ορίζονται μέθοδοι όπως (στην περίπτωση της διπλής ουράς):

assign: ανάθεση τιμής
at: αναφορά σε στοιχείο
back: το τελευταίο στοιχείο
begin: επαναλήπτης που δείχνει στην αρχή της δομής
clear: διαγραφή όλων των στοιχείων
empty: αληθές αν η δομή είναι άδεια
end: επαναλήπτης που δείχνει στο τέλος της δομής
erase: διαγραφή σειράς στοιχείων
front: το πρώτο στοιχείο
insert: προσθήκη στοιχείου
operator[]: πρόσβαση σε στοιχείο
pop_back: αφαίρεση στοιχείου από το τέλος
pop_front: αφαίρεση στοιχείου από την αρχή
push_back: προσθήκη στοιχείου στο τέλος
push_front: προσθήκη στοιχείου στην αρχή
rbegin: ανάστροφος επαναλήπτης που δείχνει στην αρχή της δομής
rend: ανάστροφος επαναλήπτης που δείχνει στο τέλος της δομής
resize: καθορισμός του αριθμού των στοιχείων
size: αριθμός των στοιχείων
swap: εναλλαγή δύο στοιχείων μεταξύ τους

Παράδειγμα STL: απεικόνιση

Το παρακάτω παράδειγμα τυπώνει πόσες φορές εμφανίστηκε κάθε λέξη στην είσοδο του προγράμματος:

#include <map>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

typedef map <string, int> smap_t;

int
main()
{
        string s;
        smap_t m;                       // Our map

        while (!cin.eof()) {
                cin >> s;
                m[s]++;                 // Use overloaded [] operator
        };

        smap_t::iterator i;             // Iterator for printing the results
        for (i = m.begin(); i != m.end(); i++)
                cout << i->first << " " << i->second << endl;
        return (0);
}

Πρόσθετες λειτουργίες στην STL

Επικεφαλίδα algorithm

Στην επικεφαλίδα algorithm ορίζονται μέθοδοι που ενεργούν πάνω σε περιέχοντες:

adjacent_find: βρίσκει δύο ίσα στοιχεία σε διπλανές θέσεις
binary_search: δυαδική ανίχνευση
copy: αντιγραφή περιοχής
copy_backward: αντίστροφη αντιγραφή περιοχής
count: μέτρημα
count_if: μέτρημα υπό συνθήκη
equal: σύγκριση περιοχών
equal_range: σύγκριση περιοχών με συγκεκριμένη ακρίβεια
fill: πλήρωση περιοχής με τιμή
fill_n: πλήρωση αριθμού στοιχείων με τιμή
find: εύρεση στοιχείου
find_end: εύρεση στοιχείου από το τέλος
find_first_of: εύρεση στοιχείου ίσου με κάποιο μέλος από σύνολο στοιχείων
find_if: εύρεση στοιχείου που να ικανοποιεί συνθήκη
for_each: εκτέλεση συνάρτησης για όλα τα στοιχεία σε περιοχή
generate: πλήρωση περιοχής με αποτέλεσμα συνάρτησης
generate_n: πλήρωση αριθμού στοιχείων με αποτέλεσμα συνάρτησης
includes: έλεγχος αν μια περιοχή εμπεριέχει μια άλλη
inplace_merge: σύζευξη δεδομένων στον ίδιο περιέχοντα
iter_swap: εναλλαγή δύο τιμών
lexicographical_compare: σύγκριση δύο περιοχών α, β για α < β
lower_bound: εύρεση μιας ελάχιστης τιμής σε περιοχή σε σχέση με μιαν άλλη τιμή
make_heap: μετατροπή περιοχής σε σωρό (heap) (δυαδικό δένδρο στο οποίο τα παιδιά έχουν τιμή μικρότερη ή ίση από αυτή των γονέων τους).
max: το μέγιστο από δύο στοιχεία
max_element: εύρεση του μέγιστου στοιχείου σε περιοχή
merge: σύζευξη δύο περιοχών σε τρίτη
min: το ελάχιστο από δύο στοιχεία
min_element: εύρεση του ελαχίστου στοιχείου σε περιοχή
mismatch: εύρεση του πρώτου διαφορετικού στοιχείου ανάμεσα σε δύο περιοχές
next_permutation: υπολογισμός της επόμενης μετάθεσης σε μια περιοχή
nth_element: θέτει ένα στοιχείο στη θέση που θα έπρεπε να έχει αν η περιοχή ήταν ταξινομημένη
partial_sort: ταξινομεί τα πρώτα στοιχεία μιας περιοχής
partial_sort_copy: ταξινομεί τα πρώτα στοιχεία μιας περιοχής σε μιαν άλλη
partition: χωρίζει μια περιοχή στα δύο με βάση μια συνάρτηση και επιστρέφει το σημείο που είναι ο χωρισμός
pop_heap: αφαίρεση στοιχείου από σωρό
prev_permutation: υπολογισμός της προηγούμενης μετάθεσης σε μια περιοχή
push_heap: προσθήκη στοιχείου από σωρό
random_shuffle: ανακατεύει μια περιοχή
remove: αφαιρεί στοιχεία ίσα με μια τιμή
remove_copy: αφαιρεί στοιχεία ίσα με μια τιμή μεταφέροντας το αποτέλεσμα σε μιαν άλλη περιοχή
remove_copy_if: αφαιρεί στοιχεία για τα οποία μια συνάρτηση είναι αληθής μεταφέροντας το αποτέλεσμα σε μιαν άλλη περιοχή
remove_if: αφαιρεί στοιχεία για τα οποία μια συνάρτηση είναι αληθής
replace: αλλάζει τιμή σε στοιχεία ίσα με μια τιμή
replace_copy: αλλάζει τιμή σε στοιχεία ίσα με μια τιμή μεταφέροντας το αποτέλεσμα σε μιαν άλλη περιοχή
replace_copy_if: αλλάζει τιμή σε στοιχεία για τα οποία μια συνάρτηση είναι αληθής μεταφέροντας το αποτέλεσμα σε μιαν άλλη περιοχή
replace_if: αλλάζει τιμή σε στοιχεία για τα οποία μια συνάρτηση είναι αληθής
reverse: αντιστρέφει τη σειρά σε μια περιοχή
reverse_copy: αντιστρέφει τη σειρά σε μια περιοχή μεταφέροντάς την σε μιαν άλλη περιοχή
rotate: περιστρέφει τη σειρά των στοιχείων σε μια περιοχή
rotate_copy: περιστρέφει τη σειρά των στοιχείων σε μια περιοχή μεταφέροντάς την σε μιαν άλλη περιοχή
search: εύρεση σειράς στοιχείων σε μια περιοχή ίσης με στοιχεία μιας άλλης
search_n: εύρεση σειράς στοιχείων σε μια περιοχή ίσης με αριθμό στοιχείων μιας άλλης
set_difference: θέτει μια περιοχή ίση με τη διαφορά των στοιχείων δύο άλλων περιοχών (διαφορά συνόλων)
set_intersection: θέτει μια περιοχή ίση με την τομή των στοιχείων δύο άλλων περιοχών (τομή συνόλων)
set_symmetric_difference: θέτει μια περιοχή ίση με τα μη κοινά των στοιχείων δύο άλλων περιοχών
set_union: θέτει μια περιοχή ίση με την ένωση των στοιχείων δύο άλλων περιοχών (ένωση συνόλων)
sort: ταξινομεί μια περιοχή
sort_heap: ταξινομεί έναν σωρό
stable_partition: χωρίζει μια περιοχή στα δύο με βάση μια συνάρτηση και επιστρέφει το σημείο που είναι ο χωρισμός. Ο χωρισμός γίνεται χωρίς να αλλάξει η σχετική σειρά των στοιχείων.
stable_sort: ταξινομεί μια περιοχή. Η ταξινόμηση γίνεται χωρίς να αλλάξει η σχετική σειρά των στοιχείων που είναι μεταξύ τους ίσα.
swap: αντιστρέφει μεταξύ τους δύο στοιχεία
swap_ranges: αντιστρέφει μεταξύ τους δύο περιοχές
transform: εφαρμόζει έναν τελεστή σε μια περιοχή ή μεταξύ δύο περιοχών
unique: αφαιρεί τα όμοια στοιχεία από μια περιοχή
unique_copy: αφαιρεί τα όμοια στοιχεία από μια περιοχή μεταφέροντάς την σε μιαν άλλη περιοχή
upper_bound: εύρεση μιας μέγιστης τιμής σε περιοχή σε σχέση με μια άλλη τιμή

Επικεφαλίδα numeric

Στην επικεφαλίδα algorithm ορίζονται αριθμητικές μέθοδοι που ενεργούν πάνω σε περιέχοντες:

accumulate: υπολογίζει ένα σύνολο πάνω σε μια περιοχή
adjacent_difference: υπολογίζει τις διαφορές τιμών μεταξύ στοιχείων μιας περιοχής
inner_product: υπολογίζει ένα εσωτερικό γινόμενο μεταξύ δύο περιοχών
partial_sum: υπολογίζει ένα μερικό άθροισμα τιμών μιας περιοχής σε μιαν άλλη

Άλλες επικεφαλίδες

Ακόμα στην STL ορίζονται οι παρακάτω επικεφαλίδες:

utility: πρότυπη κλάση που ορίζει διάταξη σε ζεύγη τιμών
functional: κλάση που επιτρέπει συναρτησιακό προγραμματισμό
memory: ορίζει την κλάση allocator η οποία κατανέμει τη μνήμη σε όλους τους περιέχοντες. Ο επανακαθορισμός της επιτρέπει την υλοποίηση άλλων στρατηγικών καταμερισμού και πρόσβασης στη μνήμη.

Κατανεμημένα συστήματα βασισμένα σε εξαρτήματα

Πριν δύο δεκαετίες, η φύση των υπολογιστικών συστημάτων εκφράζονταν με την ύπαρξη ισχυρών κεντρικών υπολογιστικών συστημάτων (mainframes) στα οποία ήταν εγκατεστημένες εφαρμογές οι οποίες μπορούσαν να προσπελαστούν από τους χρήστες μέσα από τα τερματικά του συστήματος.

Με την εμφάνιση και την ανάπτυξη των προσωπικών υπολογιστών και καθώς οι εφαρμογές άρχισαν να γίνονται ολοένα και πιο μεγάλες και σύνθετες, άρχισαν να μεταμορφώνονται από ενιαία προγράμματα σε κομμάτια ικανά να συνεργάζονται μεταξύ τους. Στην διάσπαση των εφαρμογών σε περισσότερα από ένα μέρη, συνέβαλλε η ανάπτυξη της αρχιτεκτονικής πελάτη/εξυπηρετητή (client/server) βάσει της οποίας γινόταν η υλοποίησή τους. Κατά την αρχιτεκτονική πελάτη/εξυπηρετητή, μία διεργασία καλείται πελάτης (client process) όταν αιτείται την υλοποίηση κάποιων υπηρεσιών-μεθόδων από μία διεργασία η οποία είναι ικανή να της προσφέρει τις επιθυμητές υπηρεσίες. Η τελευταία αυτή διεργασία καλείται διεργασία του εξυπηρετητή (server process).

Αργότερα με την ανάπτυξη των υπολογιστικών δικτύων τα συνθετικά μέρη των εφαρμογών, προκειμένου να υπάρξει καλύτερη και αποτελεσματικότερη εκμετάλλευση των νέων δυνατοτήτων, άρχισαν να διαμοιράζονται στους υπολογιστές του δικτύου. Με τον τρόπο αυτό αυξανόταν η απόδοση και εκμετάλλευση των πόρων του δικτύου. Αυτού του είδους οι εφαρμογές ονομάζονται κατανεμημένες εφαρμογές (distributed applications).

Η δυνατότητα διασύνδεσης, σε δίκτυα, υπολογιστικών συστημάτων διαφορετικής αρχιτεκτονικής είχε σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός ανομοιογενούς υπολογιστικού περιβάλλοντος. Θα έπρεπε, λοιπόν, και οι εφαρμογές να μπορέσουν να εξελιχθούν έτσι ώστε να είναι δυνατή η λειτουργία τους σε τέτοια ετερογενή συστήματα υπολογιστών. Αυτή η εξέλιξη οδήγησε στην εμφάνιση των ετερογενών κατανεμημένων εφαρμογών (heterogeneous distributed applications).

Τεχνολογίες διαλειτουργικότητας κατανεμημένων εφαρμογών

Τα βασικά στοιχεία που χαρακτηρίζουν ένα σύγχρονο υπολογιστικό περιβάλλον είναι τα εξής:

Η χρησιμοποίηση κατανεμημένων εφαρμογών οι οποίες βασίζονται στην τεχνολογία πελάτη/εξυπηρετητή,
Η λειτουργία των εφαρμογών σε περιβάλλον το οποίο πιθανόν να αποτελείται από υπολογιστικά συστήματα τα οποία να βασίζονται σε διαφορετική τεχνολογία και να λειτουργούν "πάνω" σε διαφορετικά λειτουργικά συστήματα και
Η χρησιμοποίηση εργαλείων προγραμματισμού (γλώσσες προγραμματισμού) τα οποία βασίζονται στην τεχνολογία του αντικειμένου.

Με βάση τα παραπάνω στοιχεία η χρησιμοποίηση μοντέλων-μεθοδολογιών τα οποία θα διευκολύνουν την λειτουργία των εφαρμογών κάτω από τις συνθήκες ενός ετερογενούς περιβάλλοντος και θα επιτελούν τις λειτουργίες επικοινωνίας με τρόπο τέτοιο έτσι ώστε να είναι διαφανής προς τους τελικούς χρήστες, είναι επιβεβλημένη και η υιοθέτησή τους αποτελεί πλέον ζήτημα για τους οργανισμούς και τις επιχειρήσεις οι οποίες συντηρούν τέτοιου είδους υπολογιστικά συστήματα και δίκτυα.

Τρία είναι τα βασικά μοντέλα των οποίων σκοπός είναι η υλοποίηση των παραπάνω και αυτά είναι:

Η "CORBA" (Common Object Request Broker Architecture) της Object Management Group (OMG).
H "COM/DCOM" (Component Object Model / Distributed Component Object Model) της Microsoft.
Η "Java RMI" (Remote Method Invocation) της Sun.

Και τα τρία αυτά μοντέλα βασίζονται πάνω στις ίδιες αρχές (και οι τρεις τεχνολογίες λειτουργούν βασιζόμενες στην έννοια του αντικειμένου) και εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό. Κάθε ένα από αυτά έχει όμως τις δικές του ιδιαιτερότητες από τις οποίες κρίνονται και επιλέγονται.

OMG CORBA

Η OMG (Object Management Group) αναπτύσσει πρότυπα βασιζόμενη στην τεχνολογία του αντικειμένου.

Σύμφωνα με την αρχιτεκτονική που προτείνεται από την OMG, την OMA (Object Management Architecture), το κάθε κομμάτι λογισμικού παρουσιάζεται σαν αντικείμενο (Object).

Τα διάφορα αντικείμενα επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω του ORB (Object Request Broker), ο οποίος αποτελεί το στοιχείο-κλειδί γι' αυτήν την επικοινωνία. Ο ORB παρέχει τους μηχανισμούς εκείνους μέσω των οποίων τα αντικείμενα κάνουν τις αιτήσεις και συλλέγουν τις αποκρίσεις.

Η CORBA (Common Object Request Broker Architecture) αποτελεί το πρότυπο της OMG για τον ORB.

Κατά την CORBA, ένας πελάτης ο οποίος ζητάει κάποιες υπηρεσίες από κάποιο αντικείμενο, κάνει μία αίτηση (request) η οποία μεταβιβάζεται στον ORB και ο οποίος είναι στη συνέχεια υπεύθυνος για την προώθηση της αίτησης προς τον κατάλληλο εξυπηρετητή.

Η αίτηση αυτή περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες που απαιτούνται προκειμένου να υλοποιηθεί και αυτές είναι:

το επιθυμητό αντικείμενο,
επιθυμητές υπηρεσίες,
τυχόν παραμέτρους.

Για να είναι κατανοητή όμως η αίτηση θα πρέπει να έχει μία κατάλληλη μορφή και γι' αυτό το λόγο γίνεται προς τον ORB μέσω διασυνδετών (interfaces: "Dynamic Invocation" και "IDL Stubs").

Για τον ίδιο λόγο η προώθηση της αίτησης προς τον εξυπηρετητή γίνεται μέσω διασυνδετών ("Static IDL Skeleton" και "IDL Skeleton").

Ένας διασυνδέτης αποτελεί μία περιγραφή ενός συνόλου από πιθανές λειτουργίες τις οποίες ένας πελάτης μπορεί να αιτηθεί ενός αντικειμένου.

Ένα αντικείμενο ικανοποιεί έναν διασυνδέτη εάν μπορεί να προσδιοριστεί σαν το αντικείμενο-στόχος (target object) για κάθε δυνατή αίτηση η οποία περιγράφεται από τον διασυνδέτη.

Στο σημείο αυτό δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε την ιδιότητα της κληρονομικότητας που χαρακτηρίζει τους διασυνδέτες και η οποία παρέχει τον συνθετικό εκείνο μηχανισμό που επιτρέπει σ' ένα αντικείμενο να υποστηρίζει πολλαπλούς διασυνδέτες.

Οι διασυνδέτες καθορίζονται πλήρως μέσω της OMG IDL (Interface Definition Language). Η IDL δεν αποτελεί γλώσσα προγραμματισμού, όπως οι γνωστές γλώσσες προγραμματισμού, αλλά μία καθαρά περιγραφική γλώσσα η οποία δεν περιλαμβάνει δομές αλγορίθμων ή μεταβλητές. Η γραμματική της αποτελεί υποσύνολο της ANSI C++ με πρόσθετες κατασκευές για την υποστήριξη μηχανισμών για την επίκληση απομακρυσμένων λειτουργιών.

Οι πελάτες δεν είναι "γραμμένοι" σε OMG IDL αλλά σε γλώσσα για την οποία έχει προσδιοριστεί η αντιστοιχία της με την OMG IDL.

Microsoft COM/DCOM/COM+

Το δεύτερο μοντέλο βασίζεται και αυτό στην τεχνολογία του αντικειμένου με την έννοια όμως εδώ των αυτόνομων συνθετικών εξαρτημάτων μίας εφαρμογής.

Και εδώ, ο βασικός σκοπός του μοντέλου είναι να καταστήσει δυνατή την επικοινωνία δύο ή περισσοτέρων εφαρμογών ή συνθετικών, ακόμα και στην περίπτωση που αυτά διαφέρουν ως προς την προέλευση, τη γλώσσα προγραμματισμού, τα μηχανήματα στα οποία βρίσκονται και τα λειτουργικά συστήματα κάτω από τα οποία τρέχουν.

Ο "μηχανισμός λειτουργίας του μοντέλου είναι παρόμοιος με αυτόν της CORBA. Βασικό ρόλο παίζουν οι διασυνδέτες τα οποία δεν είναι τίποτα άλλο από ένα σαφές διατυπωμένο "συμβόλαιο" μεταξύ των "κομματιών" λογισμικού, το οποίο περιέχει ένα σύνολο από σχετικές λειτουργίες. Όταν λέμε ότι ένα αντικείμενο υλοποιεί έναν διασυνδέτη αυτό σημαίνει ότι το αντικείμενο αυτό υλοποιεί κάθε λειτουργία του.

Πως γίνεται, όμως, η διαδικασία της αιτήσεως κάποιων λειτουργιών από έναν πελάτη;

Για να μπορέσει ένας πελάτης να εξυπηρετηθεί από κάποιο αντικείμενο, θα πρέπει η γλώσσα προγραμματισμού, στην οποία είναι υλοποιημένος, να έχει τη δυνατότητα δημιουργίας δεικτών και να καλεί συναρτήσεις μέσω των δεικτών. Θα πρέπει λοιπόν ο πελάτης να έχει τον κατάλληλο δείκτη προς τον επιθυμητό διασυνδέτη τον οποίο περιέχει τις επιθυμητές από τον πελάτη λειτουργίες.

Στην περίπτωση όμως που ο πελάτης δεν έχει τον κατάλληλο δείκτη προς το επιθυμητό διασυνδέτη, τότε απευθύνεται προς την COM δίνοντας σαν στοιχεία την ταυτότητα της κλάσης του εξυπηρετητή που επιθυμεί ο πελάτης και τον τύπο του, δηλαδή εάν είναι:

στην ίδια διεργασία (in-process)

τοπικός (local)

απομακρυσμένος (remote)

Η COM τότε αναλαμβάνει να βρει τον επιθυμητό εξυπηρετητή και να επιστρέψει στον πελάτη τον επιθυμητό δείκτη.

Όπως έγινε σαφές, ο κάθε πελάτης μπορεί να είναι υλοποιημένος σε οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού, αρκεί αυτή να υποστηρίζει την κατασκευή και την χρήση δεικτών. Για τα "interfaces", όμως, υπάρχει και εδώ μία "IDL" (interface Definition Language) η οποία επιτρέπει και βοηθάει τους σχεδιαστές να κατασκευάζουν διασυνδέτες.

Sun Java RMI

Το μοντέλο RMI της Sun, βασίζεται και αυτό στην τεχνολογία του αντικειμένου και είναι σχεδιασμένο για να προάγει την διαλειτουργικότητα μεταξύ αντικειμένων, κατασκευασμένων σε Java, μέσα σε ένα κατανεμημένο και ετερογενές περιβάλλον.

Η τεχνολογία RMI αφορά αποκλειστικά αντικείμενα τα οποία είναι κατασκευασμένα με τη γλώσσα προγραμματισμού Java. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δίνει την δυνατότητα της πλήρους εκμετάλλευσης των δυνατοτήτων της Java αλλά και το πλεονέκτημα του ομοιογενούς, ως προς τη γλώσσα προγραμματισμού, περιβάλλοντος.

Η αρχιτεκτονική ενός RMI συστήματος ακολουθεί την δομή των στρωμάτων-επιπέδων (layers). Υπάρχουν τρία (συν ένα) επίπεδα:

Το επίπεδο "Stub/Skeleton".
Το επίπεδο απομακρυσμένης αναφοράς (Remote Reference).
Το επίπεδο μεταφοράς (Transport)

Υπάρχει, επίσης, το επίπεδο της Εφαρμογής (Application) το οποίο όμως δεν αποτελεί καθαρό κομμάτι της τεχνολογίας και το οποίο βρίσκεται πάνω απΤ τα υπόλοιπα.

Η διαδικασία επίκλησης κάποιων υπηρεσιών από έναν πελάτη, δεν διαφέρει, ιδιαίτερα, σε σχέση με τις προαναφερθείσες τεχνολογίες. Ένας πελάτης, ο οποίος επιθυμεί την υλοποίηση κάποιων υπηρεσιών, υποβάλλει μία αίτηση προς το RMI-σύστημα. Στην αίτηση αυτή θα πρέπει να αναφέρονται οι κατάλληλες εκείνες πληροφορίες οι οποίες απαιτούνται για την αποστολή της αίτησης προς τον κατάλληλο εξυπηρετητή. Αυτές οι πληροφορίες-παράμετροι είναι: μία αναφορά του επιθυμητού αντικειμένου (object reference), οι επιθυμητές μέθοδοι και οι κατάλληλες παράμετροι για την υλοποίηση των μεθόδων.

Από τη στιγμή που ο πελάτης καταθέσει την αίτησή του, το RMI-σύστημα είναι υπεύθυνο για την ανεύρεση του κατάλληλου εξυπηρετητή, την μεταβίβαση της αιτήσεων και την επιστροφή των αποτελεσμάτων στον πελάτη.

Όμοια με την CORBA και την COM/DCOM, σε ένα RMI-σύστημα, οι πελάτες δεν έρχονται ποτέ σε απευθείας επικοινωνία με τα επιθυμητά αντικείμενα παρά μόνο μέσω των διασυνδετών αυτών των αντικειμένων. Και εδώ ο διασυνδέτης είναι αυτός που περιέχει τις μεθόδους-υπηρεσίες τις οποίες μπορεί να υλοποιήσει το αντικείμενο.

Η επικοινωνία πελάτη-αντικειμένου, σΤ ένα σύστημα RMI, είναι η ίδια ανεξάρτητα με το που βρίσκεται το επιθυμητό αντικείμενο (αν δηλαδή βρίσκεται στην ίδια διεργασία με τον πελάτη, αν βρίσκεται τοπικά ή απομακρυσμένα).

Βιβλιογραφία

Christopher Alexander, Sara Ishikawa, Murray Silverstein, Max Jacobson, Ingrid Fiksdahl-King, and Shlomo Angel. A Pattern Language. Oxford University Press, 1977.
Matthew H. Austern. Generic Programming and the STL: Using and Extending the C++ Standard Template Library. Addison-Wesley, 1998.
James O. Coplien and Douglas C. Schmidt. Pattern Languages of Program Design. Addison-Wesley, 1995.
Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, and John Vlissides. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley, 1995.
Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, NY, USA. Information Technology - Software Packages - Quality Requirements and Testing, 1998. IEEE Standard 1465-1998 (ISO/IEC 12119:1998).
Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, NY, USA. Information Technology - Software Life Cycle Processes - Reuse Processes, 1999. IEEE Standard 1517-1999.
Roger S. Pressman. Software Engineering: A Practitioner's Approach, pages 738–763. McGraw-Hill, fifth edition, 2000. European Adaptation. Adapted by Darrel Ince.
Ian Sommerville. Software Engineering, pages 306–326. Addison-Wesley, sixth edition, 2001.
Diomidis Spinellis and Konstantinos Raptis. Component mining: A process and its pattern language (http://www.dmst.aueb.gr/dds/pubs/jrnl/2000-IST-Components/html/comp.html). Information and Software Technology, 42(9):609–617, June 2000.
Diomidis Spinellis. Explore, excogitate, exploit: Component mining (http://www.dmst.aueb.gr/dds/pubs/jrnl/1999-Computer-Components/html/comp.html). IEEE Computer, 32(9):114–116, September 1999.
Clemens Szyperski. Component Software: Behind Object-Oriented Programming. Addison-Wesley, 1998.

Ασκήσεις

Ερευνήστε το περιβάλλον Windows και τις εφαρμογές που τρέχουν σε αυτό για παραδείγματα επαναχρησιμοποίησης.
Εξετάστε τα εξαρτήματα με τις μεγαλύτερες πωλήσεις που εμφανίζει η εταιρία Componentsource (http://www.componentsource.com). Τι συμπεράσματα βγάζετε για το είδος των εφαρμογών που υλοποιούνται, τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται, και τις αντίστοιχες αδυναμίες τους;

Περιεχόμενα