Проект интегрированной среды для обучения программированию

Название поля	Тип данных	Описание
Номер_задания	int	Первичный ключ - уникальный идентификатор
Тема	varchar(MAX)	Тема задания
Номер_преподавателя	int	Внешний ключ - идентификатор преподавателя
Шаблон	varchar(MAX)	Шаблон условия задания
Эталонное_дерево	BLOB	Шаблонное эталонное дерево

Таблица 2.6 Таблица ЛАБОРАТОРНАЯ_РАБОТА

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Номер_лабораторной_работы	int	Первичный ключ - уникальный идентификатор
Номер_задания	int	Внешний ключ - идентификатор задания
Условие	varchar(MAX)	Сгенерированное условие варианта задания
Номер_обучаемого	int	Внешний ключ - идентификатор обучаемого
Эталонное_дерево	BLOB	Дерево эталонной программы в формате XML
Оценка	int	Балл за выполнение лабораторной работы
Навык	int	Оценка навыка программиста

2.6 Общий алгоритм программного продукта

В табл. 2.7-2.16 приведены сведения об основных классах системы, их взаимодействии, методах и свойствах. Диаграмма классов представлена в приложении 1.

IntelleSense - класс, реализующий вспомогательное всплывающее окно (табл. 2.7).

Таблица 2.7 IntelleSense

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Type	IntelleSenseType	Тип всплывающего окна
Close	void	Закрытие всплывающего окна
Do	void	Выполнение действий в зависимости от типа
IsOpen	boolean	Проверка на открытость окна
Open		Открытие всплывающего окна

Presenter - один из классов, реализующих паттерн «Модель-Вид-Презентер», перехватывающих события семантического редактора, осуществляющий проверку вводимых данных и вызывающий изменения в семантической модели и отображении (табл. 2.8).

Таблица 2.8 Presenter

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
BackspaceSymbol	void	Проверяет возможность удаления предыдущего символа. В зависимости от проверки либо удаляет символ, либо откатывает изменения, либо вызывает интеллектуальный подсказчик
ColorRun	void	Изменяет цвет элемента в зависимости от типа
DeleteSymbol	void	Проверяет возможность удаления следующего символа. В зависимости от проверки либо удаляет символ, либо откатывает изменения, либо вызывает интеллектуальный подсказчик
Error	void	Выводит сообщение об ошибке в строку состояния
GetLineNumber	int	Возвращает номер строки, на которой находится элемент
InsertEnter	void	Вставляет новый пустой оператор
InsertNewOperator	void	Анализирует введенное ключевое слово, создает минимальное тело нового оператора
InsertSymbol	void	Вставляет символ в выражение, предварительно проверив корректность вставки
LoadProgram	void	Загружает сохраненную программу
MoveTabs	void	Устанавливает курсор на первое слово оператора в случае щелчка мыши по символу табуляции
SaveProgram	void	Сохраняет текущую программу

FormEditor - главная форма программы, содержащая текстовый редактор, таблицу ошибок, дерево проекта, консоль, панель инструментов, меню и строку состояния (табл. 2.9). Текстовый редактор является видом в паттерне «Модель-Вид-Презентер».

Таблица 2.9 FormEditor

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
сursorRun	Run	Элемент, на который необходимо установить курсор
dictionary	LangDictionary	Текущий словарь
paragraph	Paragraph	Текущий параграф
Project	SemanticTree	Семантическое дерево программы
selectedOperators	List<Operator>	Список выделенных операторов
SetTabHeader	void	Устанавливает заголовок программы

SemanticTree - один из классов, реализующих паттерн «Модель-Вид-Презентер». Является моделью данных - семантическим деревом (табл. 2.10).

Таблица 2.10 SemanticTree

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Path	string	Полный путь к файлу программы
Root	Operator	Корневой элемент семантического дерева
DeleteOperator	void	Удаляет указанный оператор(-ы) из семантического дерева
GetOperator	Operator	Возвращает оператор, содержащий указанный элемент
InsertOperator	void	Вставляет новый оператор
ReplaceOperator	void	Заменяет существующий оператор новым оператором

LangDictionary - класс, представляющий собой список определенных словарей (табл. 2.11).

Таблица 2.11 LangDictionary

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Dictionary	Dictionary<string, string>	Используемый словарь
English	Dictionary<string, string>	Словарь английских ключевых слов
Russian	Dictionary<string, string>	Словарь русских ключевых слов
SetDictionary	void	Устанавливает используемый словарь

Memory - абстрактный класс, реализующий модель памяти системы. Наследники данного класса - Heap и Stack

Таблица 2.12 Memory

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Arrays	List<RunningArray>	Список объявленных массивов
Variables	List<RunningVariable>	Список объявленных переменных
Clear	void	Очищает память
GetArrayValue	string	Возвращает значение элемента массива
GetVariableValue	string	Возвращает значение переменной
SetArrayValue	void	Устанавливает значение элемента массива
SetVariableValue	void	Устанавливает значение переменной

Parser - статический класс, реализующий функции синтаксического разбора выражений (табл. 2.13).

Таблица 2.13 Parser

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
ParseArray	string	Разбирает индекс массива
ParseExpression	string	Разбирает выражение
ParseFunction	string	Разбирает вызов функции
ParseParametrs	string	Разбирает параметры функции

Interpreter - класс, реализующий интерпретатор языка высокого уровня (табл. 2.14).

Таблица 2.14 Interpreter

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
CurrentOperator	Operator	Интерпретируемый оператор
Call	void	Вызов функции
Error	void	Выдает сообщение об ошибке времени выполнения

Operator - абстрактный класс, представляющий собой базовый класс для всех операторов языка программирования высокого уровня (табл. 2.15).

Таблица 2.15 Operator

Название метода (свойства)	Тип возвращаемого значения	Описание
Assignment	Run	Элемент присваивания “:=”
BodyWord	Run	Элемент, после которого должна происходить вставка элементов тела оператора
Child	Operator	Дочерний оператор
EndEnterWord	Run	Элемент, после которого происходит переход на новую строку следующего оператора
EndNameWord	Run	Элемент, повторяющий имя NameWord в конце оператора
EndWord	Run	Ключевое слово «конец»
EnterWord	Run	Элемент, после которого происходит переход на новую строку внутрь тела оператора
Expression	Run	Выражение (значение справа)
FirstWord	Run	Первый элемент. По умолчанию - ключевое слово KeyWord
KeyWord	Run	Ключевое слово оператора
Left	Run	Значение слева в операторе присваивания
NameWord	Run	Имя оператора
Next	Operator	Следующий оператор
Previous	Operator	Предыдущий оператор
SelectionWord	Run	Элемент, выделяемый при вставке нового оператора
SpaceWord	Run	Пробел
Type	Run	Тип объекта
ChangeRun	void	Изменяет текст элемента
Clone	Operator	Создает копию оператора
FindParent	Operator	Возвращает родителя оператора
HasRun	boolean	Проверяет, принадлежит ли элемент оператору
Interpret	void	Виртуальный метод интерпретации оператора
isEditable	boolean	Проверяет возможность редактирования указанного элемента

Классы-наследники базового класса Operator представлены в таблице 2.16.

Таблица 2.16 Классы-наследники базового класса Operator

Название класса	Описание
NullOperator	Пустая строка
Module	Объявление модуля
Function	Объявление функции
Procedure	Объявление подпрограммы
Variable	Объявление переменной
Constant	Объявление константы
Else	Оператор «иначе»
Do	Цикл с предусловием
Return	Выход из функции с возвратом значения
If	Ветвление
Assign	Присвоение
Call	Вызов функции или подпрограммы
Array	Объявление массива
Record	Объявление группы

2.7 Руководство пользователя

Главная форма программы представлена на рис 2.2.

Форма содержит меню, панель управления, строку состояния и разделена на четыре области: семантический редактор, семантическое дерево, список ошибок и консоль.

Существует возможность корректировать размер областей. Для этого необходимо кликнуть на соответствующий разделить и, удерживая левую кнопку мыши, переместить его в необходимое положение. Содержание двух задействованных форм автоматически перестроится.

Рис. 2.2. Главная форма системы.

На рисунке 2.3 представлено меню пользователя.

Рис. 2.3. Меню «Файл».

Чтобы сохранить программу, необходимо нажать Файл->Сохранить и выбрать путь для сохранения. Для загрузки XML файла программы, необходимо нажать Файл -> Загрузить и выбрть файл программы. Чтобы выйти из системы нужно нажать Файл -> Выйти или кликнуть на кнопке X в правом верхнем углу формы.

На рисунке 2.4 представлена панель управления пользователя

Рис. 2.4. Панель управления.

Она содержит выпадающий список, с помощью которого можно переключать язык программы и кнопку для запуска программы на выполнение.

На рисунке 2.5. представлена строка состояния

Рис. 2.5. Строка состояния.

В строке состояния выводятся все ошибки, подсказки и уведомления, связанные с семантикой программы. На рисунке 2.6. представлено семантическое дерево программы. Оно демонстрирует работу модели внутри программы и служит для наглядного представления программы.

Рис. 2.5. Семантическое дерево программы.

На рисунке 2.6 представлен семантический редактор.

Рис. 2.6. Семантический редактор.

Для ввода оператора необходимо набрать ключевое слово оператора (подраздел 1.1.1):

Рис. 2.7. Добавление оператора «функция».

Чтобы удалить оператор, необходимо поставить курсор на любое ключевое слово оператора, либо выделить оператор целиком и нажать кнопку Del или Backspace. Оператор «модуль» удалять нельзя. При нажатии Del или Backspace на ключевом слове оператора, открывается подсказчик, который позволяет выбрать полное удаление оператора, либо замену оператора его телом (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Интеллектуальный подсказчик при удалении.

Интеллектуальный подсказчик вызывается и при наборе ключевого слова (рис. 2.9). Осуществить ввод оператора можно нажатием клавиши Enter, либо двойным щелчком мыши.

Рис. 2.9. Интеллектуальный подсказчик при вводе ключевого слова.

Навигация между элементами подсказчика осуществляется стрелками вверх и вниз; при нажатии на любые другие кнопки подсказчик закрывается. При удалении выделенных операторов операторы удаляются сразу и целиком. Удаление пустых операторов происходит без подсказчика.

Чтобы добавить новый пустой оператор, необходимо нажать клавишу Enter. В зависимости от положения курсора новый оператор будет вставлен до или после оператора или как первый или последний дочерний элемент (рис 2.10, а-г).

а) б) в) г)

Рис 2.10. Вставка нового пустого оператора (а - первым дочерним элементом; б - последним дочерним элементом; в - до оператора; г - после оператора)

Для редактирования оператора необходимо поставить курсор на редактируемый элемент оператора и произвести редактирование. Нельзя редактировать ключевые слова, удалять пробелы и служебные символы, вводить название переменной или типа меньше одной буквы. Можно выделять редактируемые элементы оператора с помощью клавиши Tab. При очередном нажатии на клавишу Tab выделение переходит на следующий подходящий элемент. Комбинация Shift+Tab осуществляет тот же алгоритм, но в обратном порядке.

При выделении части оператора выделяется оператор целиком вместе с его телом. Невозможно выделить или удалить часть оператора. Все манипуляции происходят только с оператором целиком.

Для копирования выделенного текста или оператора(-ов) необходимо нажать комбинацию клавиш Ctrl+C. Для вставки - Ctrl+V. Существует возможность вырезать оператор с помощью комбинации Ctrl+X.

При наборе программы на русском языке символы [, ], |, <, >, `, “ могут быть набраны без переключения раскладки клавиатуры с помощью комбинации Ctrl+совпадающий русский символ. Переключение языка производиться с помощью выпадающего списка панели инструментов (рис. 2.11).

Рис 2.11. Переключение языка.

Область «Консоль» служит для вывода данных программы (рис. 2.12).

Рис 2.12. Консоль.

Таблица «Ошибки» содержит описание семантических ошибок программы (рис. 2.13). Одновременно с занесением ошибки в таблицу редактор красным цветом выделяет ошибки в коде.

Рис 2.12. Семантическая ошибка системы.

2.8 Сообщения системы

При работе в редакторе все ошибки выдаются в строке состояния на красном фоне. Список возможных ошибок приведен в таблице 2.17.

Таблица 2.17 Возможные ошибки

Ошибка	Необходимое действие
Нельзя удалить модуль	Удалить тело модуля
Нельзя редактировать ключевое слово	Проверить, не стоит ли курсор на ключевом слове, и сдвинуть к ближайшему редактируемому элементу
Некорректное имя	Проверить введенное имя переменной. Имя может состоять из букв, цифр и символа «_» и должно начинаться с буквы
Нельзя удалять ключевые слова и пробелы	Если необходимо удалить оператор, нажать клавишу Del или Backspace на ключевом слове, либо на выделенном операторе
Нельзя вставить строку	Найти ближайший оператор, до или после которого можно вставить строку
XML файл поврежден	Постараться проверить XML и исправить ошибки, после чего загрузить повторно
This program request Microsoft .NET Framework v 4.0	Установите необходимую платформу, согласно подразделу 2.3.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

Проверка программного продукта должна доказать правильность выполнения следующих операций:

· построение семантического дерева путем ввода конструкций;

· сохранение и загрузка программы;

· изменение языка программы;

· выполнение программы.

Проверка семантического редактора:

1. Запустить программу IDE.exe, откроется главная форма программы
(см. рис. 2.2).

2. Ввести в пустую строку после главной функции ключевое слово «переменная», после вставки оператора задать тип = «целое», имя_переменной = «и».

3. Нажать Enter на последнем слове оператора «переменная».

4. Ввести в пустую строку после переменной ключевое слово «присвоить», после вставки оператора задать имя_переменной = «и», выражение = «1». Два раза нажать Enter на последнем слове оператора «присвоить».

5. Ввести ключевое слово «цикл», после вставки оператора задать
выражение = «и < 10». Набор символа «<» произвести с помощью русской раскладки клавиатуры нажатием Ctrl+б.

6. Ввести в пустую строку после заголовка цикла ключевое слово «вывести», после вставки оператора задать выражение = «стр(и) + “! = ” + стр(Факториал(и)) + “\n”». Символы “,”,\ ввести с помощью русской раскладки клавиатуры.

7. Ввести ключевое слово «переменная», после вставки оператора задать тип = «целое», имя_переменной = «и».

8. Нажать Enter на последнем слове оператора «вывести».

9. Выделить ключевое слово «присвоить», скопировать в буфер обмена нажатием клавиш Ctrl+C, установить курсор последней вставленной пустой строке и вставить скопированный оператор нажатием Ctrl+V. После вставки оператора задать выражение = «и+1».

10. Два раза нажать Enter на последнем слове оператора «функция Главная».

11. Ввести ключевое слово «функция», после вставки оператора задать
тип = «целое», имя_функции = «Факториал», аргументы = «целое б».

12. Нажать Enter на последнем слове заголовка оператора «функция Факториал».

13. Ввести ключевое слово «если», после вставки оператора задать
выражение = «б == 0».

14. Ввести в пустую строку после заголовка ветвления ключевое слово «вернуть», после вставки оператора задать выражение = «1».

15. Нажать Enter на последнем слове оператора «если».

16. Ввести ключевое слово «вернуть», после вставки оператора задать
выражение = «Факториал(б - 1) * б».

17. Введена программа вычисления факториала для чисел [1;9].

18. Выполнить программу, нажав кнопку «Запуск».

19. В консоли выведется:

1! = 1

2! = 2

3! = 6

4! = 24

5! = 120

6! = 720

7! = 5040

8! = 40320

9! = 362880

20. Сохранить введенную программу, нажав Файл -> Сохранить и выбрав путь к файлу. Убедиться, что файл создан. Проверить структуру XML файла.

21. Загрузиться тестовый пример из папки с системой, нажав Файл -> Загрузить и выбрав файл «Пузырьковая сортировка.xml». В семантическом редакторе появится загруженная программа, а в справа отобразится семантическое дерево.

22. Выполнить программу, нажав кнопку «Запуск».

23. В консоли в первой строчке выведется десять случайных целых чисел из диапазона [0;50]. Во второй строчке выведутся эти же числа, отсортированные в порядке возрастания

24. Внести изменения в программу, поменяв выражение в операторе «если» на «а[и1] < а[ж]».

25. Выполнить программу, нажав кнопку «Запуск».

26. Система выдаст ошибку: «Переменная "и1" не объявлена» и выделит красным цветом исправленное выражение.

27. Заменить «и1» в выражении на и.

28. Выполнить программу, нажав кнопку «Запуск».

29. В консоли в первой строчке выведется десять случайных целых чисел из диапазона [0;50]. Во второй строчке выведутся эти же числа, отсортированные в порядке убывания.

30. Изменить язык, выбрав «English» в выпадающем списке панели инструментов.

31. Все ключевые слова и встроенные типы данных станут английскими. Названия операторов и имена переменных останутся русскими.

32. Закрыть систему, нажав Файл -> Выйти.

33. Тест завершен.

Заключение

В результате проведенной работы был разработан проект интегрированной среды для обучения программированию, а также созданы язык программирования высокого уровня, семантический редактор и интерпретатор системы. Разработанный продукт удовлетворяет всем целям, поставленным при разработке проекта, и охватывает следующий спектр задач:

· простой интерфейс с поддержкой русского языка;

· отображение динамических подсказок;

· автоматическое форматирование текста;

· язык высокого уровня;

· семантическая модель программы;

· семантический редактор как основа интегрированной среды для обучения;

· интерпретатор языка высокого уровня.

Применение данной системы при обучении программированию позволит повысить уровень подготовки программистов и снизить трудозатраты на подготовку и проверку лабораторных работ.

Разработанный проект получил грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «УЧАСТНИК МОЛОДЕЖНОГО НАУЧНО-ИННОВАЦИОННОГО КОНКУРСА» (У.М.Н.И.К.) на реализацию в 2011 году.

По теме проекта опубликовано четыре научных статьи.

Планируется внедрение разрабатываемой системы на кафедре АСОИУ АГТУ.

Литература

1. Лаптев В.В., Толасова В.В. Язык программирования для обучения. // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. Научный журнал, № 1/2009. - Астрахань: Издательство АГТУ, 2009 г., с.178-182.

2. Лаптев В.В., Толасова В.В. Требования к обучающей среде для обучения программированию // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010» [Текст]: материалы Международной научной конференции 11-14 мая 2010г.: в 3 т. - Астрахань: Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», 2010. - Т.1. - 206 с., с. 46-49.

3. Лаптев В.В., Тырнава Али, Толасова В.В. Об унификации агрегатных типов данных при обучении программированию. // Вестник Астраханского государственного технического университета. Научный журнал, № 4(39)/2007. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007 г., с.216-221 .

4. Вирт Н. Построение компиляторов - М.: ДМК Пресс, 2010. - 192с.

5. Павловская Т.А. C#. Программирование на языке высокого уровня. Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2007.

6. Фаулер М., Скотт К. UML. Основы / Пер. с англ. - СПб: Символ-Плюс, 2002. - 192 с., ил.

7. Троелсен. Э. С# и платформа .NET. Библиотека программиста - СПБ.: Питер, 2004. - 796с.

8. Мак-Дональд М. Windows Presentation Foundation в .NET 3.5 с примерами на C# 2008 для профессионалов. Expert's Voice / Пер. с англ. - Вильямс, 2008 - 1020 с.

9. Станек У. Р. Microsoft SQL Server 2005. Справочник администратора / Пер. с англ. - М.: Издательство «Русская Редакция», 2008. - 544 с.: ил.

Приложение 1. Диаграмма классов

Размещено на Allbest.ru