تطوير البرمجيات

تتعدد مصادر أفكار منتجات البرمجيات. قد تأتي هذه الأفكار من أبحاث السوق ، بما في ذلك التركيبة السكانية للعملاء الجدد المحتملين، والعملاء الحاليين، والعملاء المحتملين الذين رفضوا المنتج، وفريق تطوير البرمجيات الداخلي، أو من جهة خارجية مبدعة. عادةً ما يقوم فريق التسويق بتقييم أفكار منتجات البرمجيات مبدئيًا من حيث الجدوى الاقتصادية، ومدى ملاءمتها لقنوات التوزيع الحالية، وتأثيراتها المحتملة على خطوط الإنتاج الحالية، والميزات المطلوبة ، ومدى توافقها مع أهداف التسويق للشركة. في مرحلة التقييم التسويقي، يتم تقييم افتراضات التكلفة والوقت. ^{[ 16 ]} يُقدّر تحليل الجدوى عائد الاستثمار للمشروع ، وتكلفة تطويره، وإطاره الزمني. بناءً على هذا التحليل، يمكن للشركة اتخاذ قرار تجاري بالاستثمار في مزيد من التطوير. ^{[ 17 ]} بعد اتخاذ قرار تطوير البرنامج، تُركز الشركة على تسليم المنتج بتكلفة ووقت مُقدّرين أو أقل، وبمستوى جودة عالٍ (أي خالٍ من الأخطاء) وبالوظائف المطلوبة. مع ذلك، تتأخر معظم مشاريع البرمجيات، وأحيانًا تُقدّم تنازلات في الميزات أو الجودة للوفاء بالموعد النهائي. ^{[ 18 ]}

يبدأ تحليل البرمجيات بتحليل المتطلبات لفهم احتياجات العمل الخاصة بالبرنامج. ^{[ 19 ]} من تحديات تحديد الاحتياجات أن المستخدمين الحاليين أو المحتملين قد تكون لديهم احتياجات مختلفة وغير متوافقة، وقد لا يفهمون احتياجاتهم الخاصة، وقد تتغير احتياجاتهم أثناء عملية تطوير البرمجيات. ^{[ 20 ]} في النهاية، تكون نتيجة التحليل مواصفات تفصيلية للمنتج يمكن للمطورين العمل عليها. غالبًا ما يقوم محللو البرمجيات بتقسيم المشروع إلى عناصر أصغر، وهي مكونات يمكن إعادة استخدامها لزيادة فعالية التكلفة والكفاءة والموثوقية. ^{[ 19 ]} قد يُمكّن تقسيم المشروع من تنفيذ متعدد الخيوط يعمل بسرعة أكبر بكثير على أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات . ^{[ 21 ]}

خلال مرحلتي التحليل والتصميم في تطوير البرمجيات، يُستخدم التحليل الهيكلي غالبًا لتقسيم متطلبات العميل إلى أجزاء قابلة للتنفيذ من قِبل مبرمجي البرمجيات. ^{[ 22 ]} يمكن تمثيل المنطق الأساسي للبرنامج في مخططات تدفق البيانات ، وقواميس البيانات ، والرموز الزائفة ، ومخططات انتقال الحالة ، و/أو مخططات علاقات الكيانات . ^{[ 23 ]} إذا كان المشروع يتضمن جزءًا من برنامج قديم لم يتم نمذجته، فيمكن نمذجة هذا البرنامج للمساعدة في ضمان دمجه بشكل صحيح مع البرنامج الأحدث. ^{[ 24 ]}

يتضمن التصميم خيارات تتعلق بتنفيذ البرمجيات، مثل لغات البرمجة وبرامج قواعد البيانات المستخدمة، أو كيفية تنظيم الأجهزة وشبكات الاتصال. وقد يكون التصميم عملية تكرارية يتم فيها استشارة المستخدمين حول احتياجاتهم من خلال التجربة والخطأ . غالبًا ما يضم فريق التصميم خبراء في جوانب مثل تصميم قواعد البيانات ، وهندسة الشاشات، وأداء الخوادم والأجهزة الأخرى. ^{[ 19 ]} يسعى المصممون عادةً إلى إيجاد أنماط في وظائف البرمجيات لإنشاء وحدات منفصلة يمكن إعادة استخدامها باستخدام البرمجة كائنية التوجه . ومن الأمثلة على ذلك نموذج MVC (نموذج-عرض-متحكم) ، وهو واجهة بين واجهة المستخدم الرسومية والخادم . ^{[ 25 ]}

تتمثل السمة الأساسية لتطوير البرمجيات في إنشاء وفهم البرمجيات التي تُنفذ الوظائف المطلوبة. ^{[ 26 ]} توجد استراتيجيات متنوعة لكتابة الكود. تتكون البرمجيات المتماسكة من مكونات متعددة مستقلة عن بعضها البعض. ^{[ 19 ]} أما الترابط فهو العلاقة المتبادلة بين مكونات البرمجيات المختلفة، ويُعتبر غير مرغوب فيه لأنه يزيد من صعوبة الصيانة . ^{[ 27 ]} غالبًا ما لا يتبع مبرمجو البرمجيات أفضل الممارسات في هذا المجال، مما ينتج عنه كود غير فعال، أو يصعب فهمه، أو يفتقر إلى توثيق وظائفه. ^{[ 28 ]} من المرجح أن تنهار هذه المعايير بشكل خاص في ظل ضيق الوقت. ^{[ 29 ]} ونتيجة لذلك، يصبح اختبار الكود وتصحيحه ومراجعته أكثر صعوبة. إعادة هيكلة الكود هي تقنية لإعادة تنظيم الكود الحالي دون تغيير سلوكه الخارجي، وغالبًا ما يكون الهدف منها تحسين تصميمه أو سهولة قراءته أو صيانته. ^{[ 30 ]}

منذ انتشار نماذج اللغات الكبيرة ، تم استخدام تطوير البرمجيات بمساعدة الذكاء الاصطناعي لتعزيز البرمجة البشرية من خلال جعل الذكاء الاصطناعي يتعامل مع بناء الجملة وكتابة التعليمات البرمجية. ^{[ 31 ]}

الاختبار هو عملية ضمان تنفيذ الكود بشكل صحيح ودون أخطاء. يقوم كل مطور برامج بتصحيح الأخطاء في الكود الخاص به للتأكد من أن الكود يؤدي وظيفته كما هو مطلوب. ومن الأهمية بمكان أن يعمل البرنامج مع جميع المدخلات، حتى لو كانت النتيجة غير صحيحة. ^{[ 32 ]} غالبًا ما تُستخدم مراجعات الكود من قِبل مطورين آخرين لتدقيق الكود الجديد المُضاف إلى المشروع، ووفقًا لبعض التقديرات، فإنها تُقلل بشكل كبير من عدد الأخطاء المتبقية بعد اكتمال الاختبار. ^{[ 33 ]} بمجرد تقديم الكود، يقوم قسم ضمان الجودة - وهو قسم منفصل من غير المبرمجين في معظم الشركات الكبيرة - باختبار دقة المنتج البرمجي بالكامل. قد تُجرى أنشطة الاختبار أيضًا طوال دورة حياة تطوير البرمجيات، وذلك حسب المنهجية المُستخدمة. ^{[ 34 ]} تُعد اختبارات القبول المُستمدة من متطلبات البرنامج الأصلية أداة شائعة لهذا الغرض. ^{[ 32 ]} غالبًا ما يشمل اختبار الجودة أيضًا فحص الضغط والحمل (للتأكد من متانة البرنامج في مواجهة مستويات عالية من الإدخال أو الاستخدام)، واختبار التكامل (لضمان تكامل البرنامج بشكل كافٍ مع البرامج الأخرى)، واختبار التوافق (قياس أداء البرنامج عبر أنظمة تشغيل أو متصفحات مختلفة). ^{[ 32 ]} عندما تُكتب الاختبارات قبل كتابة الكود، يُطلق على ذلك تطوير البرمجيات الموجه بالاختبار . ^{[ 35 ]}

الإنتاج هو المرحلة التي يتم فيها نشر البرنامج للمستخدم النهائي. ^{[ 36 ]} خلال مرحلة الإنتاج، قد يقوم المطور بإنشاء موارد الدعم الفني للمستخدمين ^{[ 37 ] [ 36 ]} أو عملية لإصلاح الأخطاء والمشاكل التي لم يتم اكتشافها سابقًا.قد يكون هناك أيضًا عودة إلى مراحل التطوير السابقة إذا تغيرت احتياجات المستخدم أو أُسيء فهمها. ^{[ 36 ]}

هندسة البرمجيات بمساعدة الحاسوب (CASE) هي أدوات لأتمتة جزء من عملية تطوير البرمجيات. ^{[ 43 ]} تُمكّن CASE المصممين من رسم منطق البرنامج، سواءً كان برنامجًا جديدًا أو برنامجًا موجودًا بالفعل، وذلك للمساعدة في دمجه مع كود جديد أو إجراء هندسة عكسية له (على سبيل المثال، لتغيير لغة البرمجة ). ^{[ 44 ]}

تأتي الوثائق في شكلين يُحفظان عادةً بشكل منفصل: أحدهما مُخصّص لمطوري البرامج، والآخر مُتاح للمستخدم النهائي لمساعدته في استخدام البرنامج. ^{[ 45 ] [ 46 ]} تكون معظم وثائق المطورين على شكل تعليقات برمجية لكل ملف، وفئة ، ودالة ، تُغطي واجهة برمجة التطبيقات (API) - أي كيفية وصول جزء من البرنامج إلى جزء آخر - وغالبًا ما تتضمن تفاصيل التنفيذ. ^{[ 47 ]} تُفيد هذه الوثائق المطورين الجدد في فهم المشروع عند بدء العمل عليه. ^{[ 48 ]} في التطوير الرشيق، غالبًا ما تُكتب الوثائق بالتزامن مع كتابة الكود. ^{[ 49 ]} أما وثائق المستخدم، فيكتبها في أغلب الأحيان كُتّاب تقنيون . ^{[ 50 ]}

يُعدّ التقدير الدقيق أمرًا بالغ الأهمية في مرحلة دراسة الجدوى، وفي تسليم المنتج في الوقت المحدد وفي حدود الميزانية. غالبًا ما يُفوَّض مدير المشروع عملية إعداد التقديرات . ^{[ 51 ]} ولأن تقدير الجهد يرتبط ارتباطًا مباشرًا بحجم التطبيق الكامل، فإنه يتأثر بشدة بإضافة الميزات إلى المتطلبات - فكلما زادت المتطلبات، ارتفعت تكلفة التطوير. كما أن الجوانب غير المتعلقة بالوظائف، مثل خبرة مطوري البرامج وإمكانية إعادة استخدام الكود، ضرورية أيضًا عند التقدير. ^{[ 52 ]} اعتبارًا من عام 2019معظم الأدوات المستخدمة لتقدير مقدار الوقت والموارد اللازمة لتطوير البرمجيات مصممة للتطبيقات التقليدية ولا تنطبق على تطبيقات الويب أو تطبيقات الهاتف المحمول . ^{[ 53 ]}

توفر بيئة التطوير المتكاملة (IDE) دعمًا لتطوير البرمجيات بميزات محسّنة مقارنةً بمحرر النصوص البسيط . ^{[ 54 ]} غالبًا ما تتضمن بيئات التطوير المتكاملة ميزات مثل التجميع التلقائي ، وتمييز الأخطاء النحوية ، ^{[ 55 ]} والمساعدة في تصحيح الأخطاء، ^{[ 56 ]} والتكامل مع أنظمة التحكم في الإصدارات ، والأتمتة الجزئية للاختبارات. ^{[ 54 ]}

يُعدّ نظام التحكم في الإصدارات طريقة شائعة لإدارة التغييرات التي تُجرى على البرمجيات. فعند إضافة أي إصدار جديد، يحفظ البرنامج نسخة احتياطية من جميع الملفات المُعدّلة. وفي حال عمل عدة مبرمجين على البرنامج في الوقت نفسه، يتولى النظام إدارة دمج تغييراتهم البرمجية. كما يُبرز البرنامج حالات التعارض بين مجموعتين من التغييرات، ويتيح للمبرمجين حلّ هذا التعارض. ^{[ 57 ]}

نموذج العرض هو إطار عمل يوفر وجهات النظر حول النظام وبيئته ، ليتم استخدامه في عملية تطوير البرمجيات . وهو تمثيل رسومي للدلالات الأساسية للعرض.

يهدف مفهوم وجهات النظر والآراء إلى تمكين المهندسين من فهم الأنظمة المعقدة للغاية ، وتنظيم عناصر المشكلة وفقًا لمجالات الخبرة . وفي هندسة الأنظمة التي تتطلب جهدًا بدنيًا كبيرًا، غالبًا ما تتوافق وجهات النظر مع القدرات والمسؤوليات داخل المؤسسة الهندسية. ^{[ 58 ]}

تُعدّ وظائف اللياقة اختبارات آلية وموضوعية لضمان عدم انحراف التطورات الجديدة عن القيود والضوابط وضوابط الامتثال المعمول بها. ^{[ 59 ]}