Техническое задание должно содержать также требования или указания, касающиеся принципов проверки и испытаний готовой программы.
На основании анализа технического задания программист выбирает основной метод решения задачи, составляет общий проект программы. Выбранный подход к решению задачи должен обеспечивать правильные результаты для тех условий функционирования программы, которые определены ТЗ, гарантировать требуемую скорость работы, предусматривать удобство использования программы и т. п.
В проекте, помимо формулировки выбранного общего метода решения задачи, характеризуются основные части проектируемой программы, их функции, взаимосвязь и последовательность выполнения, а также точно определяются входные данные и выдаваемые результаты, как всей программы, так и основных ее частей. Поскольку каждая разрабатываемая программа, как правило, используется в дальнейшем не только ее автором, но и другими программистами. Составляется и проект инструкции для пользователей, в которой фиксируется (и, таким образом, может быть заранее оценен и исправлен) предполагаемый режим общения пользователя (и оператора) с программой.
Для очень простых задач проектирование может производиться программистом мысленно, без фиксации на бумаге. Наоборот, очень сложные задачи могут потребовать нескольких этапов проектирования: пред эскизное, эскизное, техническое - по аналогии с инженерным проектированием.
На этот этап иногда смотрят как на вспомогательный, подготовительный к выполнению следующего этапа считающегося основным (см. 3), на котором производится написание программы на выбранном языке программирования. Введение такого "промежуточного" этапа преследует цель облегчить выполнение этапа 3 и тем самым предотвратить возникновение многих ошибок при его осуществлении для сложных задач. Формулировка алгоритма закрепляет последовательность основных шагов выполнения программы, четко фиксирует функциональное содержание ее частей, позволяет уделить необходимое внимание простоте логической структуры разрабатываемой программы. Этап алгоритмизации является совершенно необходимым также, в случае, если язык, на котором предстоит программировать, не вполне освоен программистом-разработчиком и предвидятся трудности при его использовании на следующем этапе (3).
При разработке алгоритма необходимо учитывать ресурсы используемой ЭВМ (ее скорость, память) и возможности применяемой для решения задачи операционной системы. Алгоритмы для несложных задач, требования которых к ресурсам невелики, являются обычно машинно-независимыми.
В ходе разработки общего алгоритма используется некоторый специальный язык, который по своему характеру является промежуточным, переходным между неформальным, словесным способом изложения метода решения задачи на этапе 1 и формальным алгоритмическим языком для программирования на этапе 3. Промежуточный язык должен сочетать в себе, с одной стороны, наглядность для отображения содержания и смысла, выполняемых в алгоритме действий (что делается) и, с другой стороны, формализм для указания конкретных операций и последовательности их выполнения (как делается).
В качестве такого промежуточного языка обычно используют блок-схемы, которые позволяют наиболее наглядно представить логическую структуру разрабатываемой программы, взаимосвязь отдельных частей программы, условия или кратность выполнения таких частей. Для отображения вычислительной (арифметической) стороны программы используются обычные математические средства или элементы алгоритмических языков, а в самых общих блок-схемах - просто словесная формулировка; иногда используются и все эти способы вместе.
После последнего шага детализации алгоритма (а иногда и после отдельных крупных шагов) проводится проверка полученного алгоритма для выявления допущенных ошибок. Методы контроля алгоритма аналогичны некоторым методам контроля программы. В ходе разработки алгоритма, возможно, придется уточнять или изменять решения, принятые на этапе 2, и в этом случае такие изменения обязательно вносятся в проект, который всегда должен соответствовать разрабатываемому алгоритму.
В случае, когда на предыдущем этапе был получен детально разработанный алгоритм, составление программы на выбранном для программирования языке сводится к переводу этого алгоритма на язык программирования.
Основные трудности и, следовательно, причины ошибок на этом этапе заключаются, во-первых, в необходимости знания всех требований и ограничений выбранного языка программирования и, во-вторых, в необходимости постоянного внимания ко многим деталям языка, которые приходится учитывать в ходе написания программы. Если этап 3 был выполнен некачественно и алгоритм представлен недостаточно детально, то его доводку придется выполнять «на ходу», во время программирования. Это затруднит процесс программирования-перевода и поведет к возникновению дополнительных ошибок в программе. Чем более процесс программирования будет походить на перевод, чем более механическим будет такой перевод, тем более легким будет составление программы и тем меньше возникнет ошибок на этом этапе, самом щедром на ошибки.
После составления программы проводится ее проверка для обнаружения и исправления ошибок, внесенных на этом этапе. Если при проверке обнаруживаются ошибки, допущенные на предыдущем этапе (3), то соответствующие исправления вносятся и в алгоритм, поскольку к нему еще придется обращаться на следующих этапах, и тексты алгоритма и программы должны соответствовать друг другу.
После составления программы производится ее перенос на машинные носители, т. е. подготовка программы к выполнению ее на ЭВМ; будем называть этот этап препарацией. Для предупреждения и сокращения ошибок препарации текст программы должен быть написан ясно и четко: чем небрежнее будет написан текст программы, тем больше ошибок возникнет в препарированной программе. Проверка правильности препарации осуществляется распечаткой программы, введенной в ЭВМ с использованных носителей, и последующей сверкой с исходным текстом.
Как видим, рассматриваемый этап, в отличие от предыдущих, уже требует для своего осуществления непосредственного использования ЭВМ или, по крайней мере, ее внешних устройств.
Транслятор в ходе осуществления трансляции, наряду с печатью транслируемой программы, производит поиск синтаксических ошибок в программе и, в случае их обнаружения, печатает диагностику, помогающую последующей локализации ошибок. Трансляция, а вместе с ней и поиск синтаксических ошибок, могут быть прекращены, если найдена очень грубая (с точки зрения транслятора) ошибка. Отсутствие синтаксических ошибок не говорит о том, что в программе нет ошибок препарации (например, вместо знака * был отперфорирован + или записана не та буква в т. п.). Поэтому тщательная сверка напечатанной программы с исходным текстом всегда необходима на данном или предыдущем этапе. Первые трансляции вновь составленной программы производятся обычно с включением таких режимов транслятора, которые позволяют получить текст программы вместе с дополнительной информацией о программе (например, с таблицей используемых в ней переменных) для наиболее полной ее проверки.
На этапе отладки производится обнаружение с помощью ЭВМ ошибок в программе и их исправление. Этап отладки можно разделить на три подэтапа:
- Контроль правильности программы (КПП).
- Локализация ошибок (ЛО).
- Исправление ошибок (ИО).
На подэтапе (КПП) - контроль программы - путем пропуска на машине специальных контрольных примеров устанавливается факт отсутствия или, в противном случае, наличия ошибок в программе. Здесь речь идет о содержательных (семантических) ошибках, которые не проявляются при трансляции программы.
- На этапе (ЛО) - локализация ошибок - точно устанавливается место, где в программе допущена ошибка (ошибки), последствия которой проявились при выполнении этапа (КПП) .
- На этапе (ИО) производится исправление ошибок, выявленных на этапе (ЛО). Исправления вносятся как в программу, так и в алгоритм, если он затрагивается этими исправлениями.
Перечисленные подэтапы могут повторяться многократно (включая и этап трансляции, точнее перетрансляции), до тех пор, пока контроль покажет, что ошибок в программе, по-видимому, нет.
Для возможности эксплуатации программы кем-либо кроме автора она должна быть оформлена: составлено ее описание, изготовлены машинные носители для передачи программы пользователям. В описание включается инструкция по использованию программы, излагается примененный метод решения, приводятся алгоритмы (иногда и текст программы), а также контрольные примеры с эталонными результатами. Наличие описания программы позволяет не только успешно эксплуатировать ее длительное время, но и проводить ее модернизацию и использовать в дальнейших разработках. Основную часть описания составляют материалы, с которыми шла работа на предыдущих этапах разработки (проект разработки и описание метода решения, общая блок-схема, алгоритмы, проект инструкции для пользователя и т. п.). Поэтому для ускорения этапа оформления все перечисленные материалы всегда должны быть в рабочем состоянии и по содержанию вполне соответствовать друг другу и отлаживаемой программе, кроме того, уже на этапах разработки их нужно представлять в таком виде, чтобы они могли быть использованы для описания программы без дополнительных переделок.