5.9. Оптимизация

Обычно программа создается в достаточно жестком временном режиме, что заставляет программиста искать, скорее, более правильные решения, чем более эффективные. Под эффек­тивностью программы понимают, прежде всего, скорость ее вы­полнения, а также ее объем. Сегодня, когда уделяется особое вни­мание пользовательскому интерфейсу, в список влияющих на эф­фективность программы факторов можно, пожалуй, также занести и удобство интерфейса. Таким образом, под оптимизацией пони­мается процесс улучшения программы.

Оптимизация не является обязательным условием разработки программы. Однако существует целый класс программ, критичных как к скорости выполнения, так и к размеру. Таковыми являются программы графического вывода в силу большого объема вычис­лений, связанных с графическими преобразованиями.

При проектировании больших систем оптимизация произво­дится в два этапа, Сначала оптимизируют текст программы на язы­ке высокого уровня, а затем наиболее критичные ко времени вы­полнения процедуры переписывают на язык ассемблера. Сущест­вуют следующие способы оптимизации программных кодов.

Разгрузка участков повторяемости. Является спо­собом оптимизации, который чаще всего подразумевает разгрузку циклов путем вынесения из них выражений, которые могут быть вычислены вне циклов.

К этому виду преобразований относятся также «чистки» тел ре­курсивных процедур, когда выражения в соответствующем цикле (или теле многократно вызываемой процедуры) выносятся и раз­мещаются перед входом в участок повторяемости — это так назы­ваемая чистка вверх.

Иногда применяют чистку вниз, когда соответствующие фраг­менты кода помещаются после цикла. При этом нужно обратить внимание на то, что выносить можно только такие выражения, ко­торые обязательно исполняются при каждом прохождении разгру­жаемого цикла.

Замена сложных операций на более простые. Очень часто одна операция предпочтительнее другой на том осно­вании, что выполняется быстрее, но знание таких нюансов прихо­дит к программисту лишь с опытом.

Например, операция сложения выполняется быстрее операции умножения, а умножение быстрее операции деления. Поэтому один оператор умножения переменной на некоторое небольшое целое число (обычно не более трех) лучше заменить на эквивалентное количество сложений. Выражение:

Total := Summa + Summa + Summa;

эффективнее выражения: Total := 3 * Summa;

а операцию деления Summa := Summa/2; лучше заменить на более быстрое умножение, которое приведет к тому же самому результату Summa := Summa * 0.5;

Чистка программы. Данный способ повышает качество программы за счет удаления из нее ненужных объектов и конст­рукций. Набор преобразований этого типа включает в себя сле­дующие варианты оптимизации:

удаление несущественных операторов, то есть операторов, не влияющих на результат программы;

удаление бесполезных операторов, вычисляющих вспомога­тельные переменные, используемые только для подстановки в дру­гие выражения;

удаление объявленных, но неиспользуемых переменных и типов;

удаление идентичных операторов;

удаление процедур, к которым нет обращений.

Необходимость в такого рода чистках возникает потому, что очень часто программист «захлебывается» в общем количестве пе­ременных и процедур одного слишком большого модуля. Подчас он объявляет переменные, которые потом нигде в программе не использует.

Например, программист может объявить целочисленную пере­менную для организации цикла, а затем, спустя какое-то время, для организации другого цикла объявляет еще одну переменную, забыв о существовании предыдущей и возможности ее повторного ис­пользования.

Экономия памяти. Одним из главных ресурсов после процессорного времени, который использует программа, является объем оперативной памяти. Объем памяти зависит как от размера кода самой программы, так и от количества статических и динамических переменных.

Программист должен учиться как можно экономнее использо­вать память. Каждую структуру следует тщательно продумывать и не требовать, скажем, для переменной, в которой будут хранить­ся координаты текстового экрана, двухбайтового типа.

Это так называемая экономия на типе переменной. Существует и еще ряд способов более экономного расходования памяти:

1. Глобальная экономия памяти подразумевает совмещение по памяти не существующих одновременно статических переменных. Модульное программирование также подразумевает разнесение объявлений несвязанных переменных в различные модули.

2. Изменение области существования переменной.

3. Перемещение оператора объявления переменной (резервиро­вания памяти) ближе к тому участку программы, в котором содер­жатся операторы, использующие эту переменную, то есть перемен­ную следует объявлять в границах того блока, где она используется.

4. Экономия стека: при передаче массива в качестве параметра подпрограммы, следует использовать ссылку на массив. Помимо экономии памяти это приводит также и к экономии времени за счет того, что система не создает копии передаваемого массива в стеке.

25. Виды тестирования, разработка и выполнение тестов

Тестирование (testing) - любой вид деятельности, в рам­ках которого путем реального выполнения каких-либо задач прове­ряется соответствующая работа либо системы в целом, либо состав­ной ее части.

Тестирование программы (program testing) - проверка, которая проводится в ходе прогона программы с целью убедиться, работает ли она так, как требуется. Это осуществляется при выполнении од­ного или нескольких тестовых прогонов, при которых в программ­ную систему подаются входные (тестовые данные), а реакция сис­темы фиксируется для последующего анализа. Может осуществ­ляться как с ЭВМ, так и без ЭВМ.

Один из главных законов тестирования гласит: «Тестирование программы или ее отдельных модулей не должен осуществлять программист (группа программистов), создавший эту программу или модуль».

Для обеспечения достаточной степени надежности тестирова­ния должен быть специальный отдел в фирме или привлечены про­граммисты из сторонних организаций. Первоначально разработчик сам устраняет мелкие ошибки. Когда компиляция модуля заверша­ется, и компилятор выдает соответствующее сообщение «Compile successful", программист обычно запускает откомпилированный фрагмент и производит несколько тестов.

После такого поверхностного тестирования разработчиком за­конченный модуль должен быть протестирован другим программи­стом. Дело в том, что разработчик изначально настраивается на ка­кой-то один вид возможной ошибки и, не обнаружив ее при пред­варительном тестировании, не склонен проверять другие участки модуля. Сторонний программист рассматривает модуль, подклю­ченный к программе как своего рода «черный ящик» и пытается запускать его на предельных нагрузках.

Статистика свидетельствует, что стоимость тестирования со­ставляет не менее 50% всей стоимости начальной разработки.

Сколько бы сил, времени и денег не было потрачено на тести­рование, один из главных законов программирования действует с неотвратимостью рока: «Тесты могут доказать наличие ошибок в программе, но они не могут доказать их отсутствия» (Э. Дейкстра «Заметки по структурному программированию»).

При тестировании могут возникать следующие вопросы:

1. Искать все ошибки или грубейшие?

2. Если не все, то как установить порог допустимости ошибки?

3. Когда завершать тестирование?

1. Что делать, если сроки поджимают или нет ресурсов на дальнейшее тестирование?

4. Где остановиться в документировании тестов?

Ответы на них во многом зависят от того, что считать качест­венной программой?

Качественная программа - это программа, выполняющая зара­нее объявленные действия известным способом и не выполняющая никаких необъявленных действий.

Под объявленными действиями понимаются, в том числе, и ал­горитмы обработки данных. Таким образом, тестирование должно выполняться до тех пор, пока программа не избавится от всех не­объявленных действий (частным случаем которых является невер­ная обработка, то есть, в сущности, просто порча данных).