Programmentwurf

Während die Anforderungsdefinition die Leistungen des Programms beschreibt, kommt es nun darauf an, diese Leistungen in Anweisungen für bestimmte Arbeitsschritte umzusetzen. Eine solche Programmierung heißt imperativ, weil sie auf Anweisungen oder Befehle (Imperativ = Befehlsform) ausgerichtet ist. Dies entspricht den im Ingenieurbereich einer großen Gruppe von Programmiersprachen, wie FORTRAN, Pascal, C usw.

Bei der Entwicklung der Anweisungen (Befehle) werden wir nach der Methode der schrittweisen Verfeinerung (top-down Programmierung) vorgehen: Zuerst wird eine grobe, aber einigermaßen genau umrissene Anweisung aufgeschrieben, wie z.B. ,,Eingabewerte lesen`` oder ,,Tabelle drucken``. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt werden solche groben Anweisungen verfeinert, d.h. in detaillierte Anweisungen umgeschrieben.

Bei der Verfeinerungsarbeit kommen wir typischerweise immer wieder zu folgenden zwei Problemen:

• Wir müssen Entscheidungen fällen, für die unsere Aufgabenstellung nur wenig oder nichts Konkretes für die Umsetzung hergibt.
• Wir erkennen eine mögliche Fehlersituation und müssen uns die Reaktion des Programms überlegen, z.B. was passiert, wenn eine zu druckende Tabelle keinen einzigen Wert enthält.

In beiden Fällen sollen die Ergebnisse unserer Entscheidungen und Überlegungen aufgeschrieben, d.h. dokumentiert, werden. Die Verfeinerung des Programmentwurfs muß vielleicht noch einmal gesteigert werden, bevor eine Ebene erreicht ist, die gleichsam mechanisch in eine Programmiersprache umgesetzt werden kann. Natürlich hängt es auch von der Erfahrung des Programmierenden ab, wie viele Male verfeinert werden muß. Beim Programmentwurf sollte man einige Punkte bedenken, die für den Anweisungsentwurf wichtig werden:

• Zerlegung des Programms in einzelne Module (Unterprogramme) zur besseren Wartung des Programms.

• Effizienz- und Portabilitäts-Gesichtspunkte. Beide widersprechen sich oft, da Programme oft mit maschinenspezifischen und daher nicht portablen Techniken effizient gemacht werden.

• Verwendung von Methodenbanken (Unterprogrammbibliotheken, Algorithmensammlungen).

Je komplexer die entwickelten Programme werden, um so wichtiger wird die Information über Fehlerfälle. Beim Taschenrechner können wir (nicht sehr gut) mit der einzigen Fehlermeldung -E- leben. Dagegen hat sich lebensgefährlich ausgewirkt, daß der Steuerrechner des Kernkraftwerks Three Miles Island auf Fehlbedienung nur mit -?- zu reagieren wußte. Für umfangreiche Programme sind alle möglichen Fehlersituationen, die das Programm erkennt, auch zu testen. Zuvor werden die dokumentierten Überlegungen und Entscheidungen in eine Teststrategie umgesetzt.

Je größer das Programm, um so wichtiger auch das Benutzerhandbuch. Dieses stellt die Leistung des Programms für eine bestimmte Benutzergruppe dar und beschreibt insbesondere die Ein- und Ausgabe.

N.B. Auch kurze Programme sollen mit Blick auf Fehlerbehandlung und Benutzerfreundlichkeit entworfen werden.