كما علمنا في المقالات السابقة أن هندسة البرمجيات (Software Engineering) هي فرع مهم من فروع علم الحاسوب (Computer Science)، ويتميز هذا المجال بالعديد من التطورات التقنية الهائلة، والتي تسبب طفرات كبيرة في هذه الصناعة، كما يتطلب هذا المجال كثيرا من الوقت والجهد للتعلم لبدء العمل في صناعة البرمجيات والمشاركة في بناء منتجات ذات فائدة للمصلحة العامة، ولها تغيير فعلي في حياة الفرد والمجتمع.

مقدمة في هندسة البرمجيات Introduction to Software Engineering

يمكن تعريف أساسيات هندسة البرمجيات على أنها مجموعة من الأساليب والمنهجيات المتبعة في بناء منتجات تساعد في حل مشكلة محددة، ومنها:

• مبدأ الوحدات (Modularity)، والذي يعمل على تقسيم البرنامج إلى وحدات صغيرة.
• مبدأ التجريد (Abstraction)، ويساهم في إخفاء بعض تفاصيل التنفيذ عن المستخدم.
• مبدأ إعادة الاستخدام (Reusability)، ويقوم المبدأ على استخدام الوحدات في عدة مشاريع مختلفة.

ومن أهداف أساسيات هندسة البرمجيات بناء منتجات تجارية تساعد في تسهيل حياة الفرد والمجتمع، والمنتج عبارة برنامج يبنى لأغراض تجارية، وله جهة ترخيص لحفظ حقوق استخدام هذا المنتج، كما يمر المنتج بعدة مراحل مثل جمع المتطلبات، والتطوير، والتصميم، وغيرها من مراحل تطوير البرمجيات.

عمليات تطوير البرمجيات Software Development Processes

من أساسيات هندسة البرمجيات وهي أطر عمل مختلفة تقوم بتعريف الأنشطة المتبعة في بناء المنتجات، ومن هذه العمليات:

• التخطيط (Planning)، والذي يساعد في تحديد نطاق المشروع، والخطط المتبعة للتنفيذ.
• جمع المتطلبات (Requirements Gathering)، ويمكن من خلالها فهم احتياجات العملاء.
• التصميم (Design)، ويساعدك في تصميم هيكلية وواجهة المنتج المراد بنائه.
• التطوير (Development)، وهو التنفيذ الفعلي وكتابة كود البرنامج.

كما تساهم منهجيات تطوير البرمجيات مثل منهجيات الرشيق (Agile Methodologies) في تنفيذ عمليات تطوير البرمجيات بشكل صحيح، وهذا يرجع للتطوير التكراري والمستمر لهذه المنهجية، والتحسين المستمر للمنتجات، وأيضا اترابط القوي بين فرق التطوير وفرق العمليات من خلال مصطلح الديف أوبس (DevOps).

تحليل الاحتياجات وجمع المتطلبات Requirements Analysis and Gathering

من أساسيات هندسة البرمجيات وهي أولى عمليات تطوير البرمجيات، وتتمحور حول جمع البيانات والتفاصيل من العملاء لفهم ما يريدون تنفيذه في هذا المشروع، ويقوم محلل الأعمال (Business Analyst) بالتواصل مع العميل بطرق مختلفة، مثل: المناقشات الهاتفية، والاجتماعات المستمرة، لتحديد كل متطلبات العميل وتوثيقها بدقة.

ومن أفضل الممارسات المتبعة في جمع المتطلبات وتحليلها، البدء مبكرا لفهم تفاصيل المتطلبات في وقت أكبر، والتركيز على اختيار مميزات البرنامج بعناية، والحرص على إكمال المتطلبات كاملة، ومساعدة العميل في توضيح المتطلبات في حالة عدم القدرة على توضيح هذه التفاصيل، وتقديم نموذج مبدئي إن أمكن.

تصميم البرمجيات Software Design

تصميم البرمجيات هو أهم جزء في أساسيات هندسة البرمجيات ويتضمن استخدام أساليب ومنهجيات محددة ومتفق عليها وخبرات متراكمة، مثل أنماط التصميم (Design Patterns) ويتضمن هذا الجزء ثلاثة مراحل من التصميم، وهي:

• تصميم الواجهة (Interface Design): وهذا يتضمن تصميم الواجهة الأمامية للبرنامج، والتي سوف يتفاعل معها المستخدم للإستفادة من وظائف البرنامج، كما تعبر هذه الواجهة عن طرق التفاعل مع الواجهة الخلفية للبرنامج، وكيفية عرض البيانات.
• التصميم الهيكلي (Architectural Design): وهنا يمكن استخدام أساسيات هندسة البرمجيات بدقة، حيث تستخدم أنماط التصميم في بناء هيكلية ومعمارية كاملة للمنتج بشكل مفصل، وتفصيل الوظائف، والأداء، والخصائص الموجودة في النظام وطريقة تفاعلها مع بعضها.
• التصميم التفصيلي (Detailed Design): وتهتم بتصميم تفاصيل النظام، مثل تفاصيل العمليات الداخلية، مثل تقسيم العناصر الأساسية للبرنامج إلى وحدات أصغر يمكن كتابتها بلغة برمجة محددة، وتصميم واجهات لهذه العناصر.

الترميز والتطوير Coding and Development

الترميز أو كتابة الكود هو عملية أساسية من أساسيات هندسة البرمجيات، وهي كتابة الأوامر للحاسوب للقيام بمهمة معينة، ويمكن كتابة الكود باستخدام لغات برمجة مختلفة، مثل: Python, C++, Java كما يتكون الكود من متغيرات ودوال وكائنات وكل منها له وظيفة محددة في البرنامج.

ويهتم التطوير ببناء البرنامج أو المنتج من البداية إلى النهاية، ويتضمن عدة مراحل، مثل: اختيار لغة برمجة محددة، وكتابة كود نظيف يندرج تحت المعايير المحددة، واستخدام أدوات ومكتبات التطوير لكل لغة، كما يوجد بعض المبادئ المتبعة مثل مبدأ دراي (DRY Principle)

اختبار البرمجيات Software Testing

من أهم أساسيات هندسة البرمجيات ولا يمكن إنتاج أي برنامج بدون المرور على هذه المرحلة، كما توجد عدة أنواع من اختبار البرمجيات، مثل: الاختبار الوظيفي (Functional Testing) والذي يقوم على مقارنة المتطلبات الوظيفية مع التنفيذ الفعلي لهذه الوظائف، واختبار الصيانة (Maintenance Testing) والذي يهتم بمعالجة المشاكل التي تظهر أثناء عملية الاختبار.

كما يوجد أربعة مستويات لاختبار البرمجيات:

• اختبار الوحدات (Unit Testing): ويتضمن اختبار كل وحدة داخل البرنامج والتأكد من عمل الوظائف الداخلية بشكل صحيح.
• اختبار التكاملية (Integration Testing): ويتضمن اختبار تكامل الوحدات مع بعضها، وطريقة تفاعلها عند دمج كل وحدة مع الأخرى.
• اختبار النظام (System Testing): النظام هو ناتج جمع الوحدات، لذا يتم اختبار النظام كاملا قبل التسليم.
• اختبار القبول (Acceptance Testing): التأكد أن معايير قبول المنتج النهائي مستوفية لكافة شروط هذا المنتج أم لا.

صيانة البرمجيات Software Maintenance

من أساسيات هندسة البرمجيات صيانة هذه البرامج وتعديلها المستمر، وهذا بهدف ضمان أداء الوظائف في البرنامج وحل المشاكل الناشئة، وتحسين أداء البرنامج بشكل دوري لكسب ثقة العميل، وتحسين الأمان لحماية بيانات المستخدم، وإضافة مميزات جديدة لاستهداف مستخدمين جدد، وتحسين سهولة الاستخدام من أجل تجربة فريدة للمستخدم.

كما يوجد بعض الأدوات والتقنيات المستخدمة في هذا الجزء من مراحل تطوير البرمجيات، مثل: Jira وتساهم هذه الأداة في متابعة المشاكل والأخطاء التي تنشأ في البرنامج، وتساعد أدوات التحكم في الإصدار مثل: Git في إطلاق إصافات وتحسينات جديدة على المنتج، كما تساهم أدوات متابعة الأداء وتطبيق المقاييس في تنفيذ آليات مهمة في تحسين أداء البرنامج، مثل: Datadog

إدارة المشاريع البرمجية Software Project Management

تساهم إدارة المشاريع البرمجية في تنفيذ دور حياة تطوير البرمجيات (Software Development Lifecycle) بطريقة صحيحة ومتوازنة، كما تعد من أساسيات هندسة البرمجيات في الوقت الحالي، وتتضمن إدارة المشاريع البرمجية إدارة النزاعات وحل الخلافات بين الفرق، وإدارة المخاطر التي تتعرض لها المشاريع البرمجية باستمرار، وإدارة التغيير، وإدارة الإطلاق، والعديد من المساهمات الأخرى.

كما تهتم إدارة المشاريع البرمجية بالتخطيط الجيد لتنفيذ المشروع، وقيادة الفرق المختلفة مثل فرق التطوير وفرق العمليات، وتنفيذ عمليات تطوير البرمجيات واتباع المنهجيات المعروفة مثل Agile، وإدارة الجدول الزمني لتسليم المشروع، والاهتمام بالميزانية وعدم تخطي المدفوعات المتفق عليها، والحرص على عدم زيادة تعقيد المشروع.

معايير الجودة والتوثيق Criteria of Quality and Documentation

من أساسيات هندسة البرمجيات، وتتضمن اتباع منهجيات صارمة في تسليم منتجات ذات جودة ودقة عالية، ولابد من تسليم منتجات لها توثيقات محددة، مثل توثيق المتطلبات اللازمة لتشغيل البرنامج وتحديد البيئة اللازمة، وتوثيق هيكلية البرنامج وطرق عمله، وتوثيق الأعمال التنقية مثل واجهة برمجة التطبيقات ()، وتوثيق المستخدم النهائي الذي يساعده في فهم التعامل مع البرنامج.

كما لابد أن يندرج البرنامج تحت معايير وعوامل جودة البرمجيات، مثل: قابلية التنقل، وقابلية الاستخدام، وقابلية الصيانة، والعديد من العوامل الأخرى التي تساهم في تحديد مدى جودة المنتج.

أساسيات هندسة البرمجيات هي علم كبير جدا، ويظل المرء طيلة حياته يتعلم في هذا المجال حتى إن كان من أصحاب الخبرة، كما علينا دائما الاهتمام الجيد بجميع أساسيات هندسة البرمجيات في بناء أي منتج برمجي لأن هذا يساعد في تقديم منتجات صالحة للاستخدام ولها تأثير مفيد على الفرد والمجتمع.