Лекция №13

Вид материала

Лекция

Содержание Принципы моделирования Сущности в UML Отношения в UML Виды диаграмм  UML Диаграмма вариантов использования (use case diagram) Вариант использования

Подобный материал:

• «Социальная стратификация и социальная мобильность», 46.19kb.
• Первая лекция. Введение 6 Вторая лекция, 30.95kb.
• Лекция Сионизм в оценке Торы Лекция Государство Израиль испытание на прочность, 2876.59kb.
• Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
• Собрание 8-511 13. 20 Лекция 2ч режимы работы эл оборудования Пушков ап 8-511 (ррэо), 73.36kb.
• Концепция тренажера уровня установки. Требования к тренажеру (лекция 3, стр. 2-5), 34.9kb.
• Лекция по физической культуре (15. 02.; 22. 02; 01. 03), Лекция по современным технологиям, 31.38kb.
• Тема Лекция, 34.13kb.
• Лекция посвящена определению термина «транскриптом», 219.05kb.
• А. И. Мицкевич Догматика Оглавление Введение Лекция, 2083.65kb.

ЛЕКЦИЯ №13

Понятие объектно-ориентированного программирования

 

При проектировании сложной или достаточно объёмной программной системы её, как правило, делят на части, каждую из которых затем рассматривают и разрабатывают отдельно. При этом используется либо функциональное деление системы, либо объектная декомпозиция.

При функциональном делении программной системы её структура может быть описана блок-схемой, узлы которой обозначают выполняемые функции, а связи указывают последовательность их выполнения. Программные модули, реализующие функции, обычно, используются только в составе данной системы.

При объектной декомпозиции система разбивается на объекты или компоненты, которые взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями. Сообщения  описывают или представляют собой некоторые события. Получение объектом сообщения активизирует его и побуждает выполнять предписанные его программным кодом действия. Как следствие, программная система перестает быть последовательностью определенных на этапе кодирования действий, а становится событийно-управляемой. Инициаторами событий могут быть не только объекты системы, но и её внешнее окружение, например, пользователи.

Объекты имеют свойства и методы. Свойства объекта - это значения, которые устанавливаются для определения его вида и поведения. Методы объекта – это программные процедуры, обеспечивающие выполнение им определенных действий. Совокупность объектов, имеющих общий набор свойств и характеризующихся одинаковым поведением, называется классом. Классы могут строится по иерархическому принципу, когда один класс может быть подклассом другого класса. Из определения класса следует, что каждый объект является экземпляром одного определенного класса.

Важной особенностью объекта является его автономность и возможность использования в качестве библиотечного компонента языка программирования. Таким образом, однажды разработанный и отлаженный программный код может многократно применяться в различных программных модулях. Чтобы побудить объект выполнить необходимые действия достаточно установить его свойства и вызвать соответствующий метод. При наличии для используемого языка программирования развитой библиотеки компонентов разработка программ сводится, в большей своей части, к связыванию имеющихся объектов, что существенно облегчает и ускоряет процесс проектирования. Такая технология разработки программных модулей получила название объектно-ориентированного программирования.    

Основными принципами объектно-ориентированного программирования являются наследование, инкапсуляция и полиморфизм.

Принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более узкой категории, называется наследованием. Наследование тесно связано с иерархией классов. При этом, если некоторый родительский класс обладает фиксированным набором свойств и поведением, то производный от него класс должен содержать этот же набор свойств и обладать таким же поведением, а также дополнительными свойствами и видами поведения, которые будут определять уникальность созданного таким образом класса.

Принцип инкапсуляции характеризует сокрытие деталей внутреннего устройства классов от внешних по отношению к нему объектов или пользователей. То есть, взаимодействующему с классом объекту или пользователю не нужно знать, каким образом реализован тот или иной метод класса, чтобы им воспользоваться.

Полиморфизм в объектно-ориентированном программировании означает, что действия, выполняемые одноименными методами, могут отличаться в зависимости от того, какому из классов они относятся.

Принципы моделирования

Использование языка UML основывается на следующих общих принципах моделирования:

• абстрагирование - в модель следует включать только те элементы проектируемой системы, которые имеют непосредственное отношение к выполнению ей своих функций или своего целевого предназначения. Другие элементы опускаются, чтобы не усложнять процесс анализа и исследования модели;
  
• многомодельность - никакая единственная модель не может с достаточной степенью точности описать различные аспекты системы. Допускается описывать систему некоторым числом взаимосвязанных представлений, каждое из которых отражает определенный аспект её поведения или структуры;
  
• иерархическое построение – при описании системы  используются различные уровни абстрагирования и детализации в рамках фиксированных представлений. При этом первое представление системы  описывает её в наиболее общих чертах и является представлением концептуального уровня, а последующие уровни раскрывают различные аспекты системы с возрастающей степенью детализации вплоть до физического уровня. Модель физического уровня в языке UML отражает компонентный состав проектируемой системы с точки зрения ее реализации на аппаратурной и программной платформах конкретных производителей.
  

Сущности в UML

В UML определены четыре типа сущностей: структурные, поведенческие, группирующие и аннотационные. Сущности являются основными объектно-ориентированными элементами языка, с помощью которых создаются модели.

Структурные сущности - это имена существительные в моделях на языке UML. Как правило, они представляют статические части модели, соответствующие концептуальным или физическим элементам системы. Примерами структурных сущностей являются «класс», «интерфейс», «кооперация», «прецедент», «компонент», «узел», «актер».

 Поведенческие сущности являются динамическими составляющими модели UML. Это глаголы, которые описывают поведение модели во времени и в пространстве. Существует два основных типа поведенческих сущностей:

• взаимодействие - это поведение, суть которого заключается в обмене сообщениями между объектами в рамках конкретного контекста для достижения определенной цели;
  
• автомат - алгоритм поведения, определяющий последовательность состояний, через которые объект или взаимодействие проходят в ответ на различные события.
  

Группирующие сущности являются организующими частями модели UML. Это блоки, на которые можно разложить модель. Такая первичная сущность имеется в единственном экземпляре - это пакет.

Пакеты представляют собой универсальный механизм организации элементов в группы. В пакет можно поместить структурные, поведенческие и другие группирующие сущности. В отличие от компонентов, которые реально существуют во время работы программы, пакеты носят чисто концептуальный характер, то есть существуют только в процессе разработки.

Аннотационные сущности – это пояснительные части модели UML: комментарии для дополнительного описания, разъяснения или замечания к любому элементу модели. Имеется только один базовый тип аннотационных элементов - примечание. Примечание используют, чтобы снабдить диаграммы комментариями или ограничениями, выраженными в виде неформального или формального текста.

Отношения в UML 

В языке UML определены следующие типы отношений: зависимость, ассоциация, обобщение и реализация. Эти отношения являются основными связующими конструкциями UML и также как сущности применяются для построения моделей.

Зависимость (dependency) - это семантическое отношение между двумя сущностями, при котором изменение одной из них, независимой, может повлиять на семантику другой, зависимой.

Ассоциация (association) - структурное отношение, описывающее совокупность смысловых или логических связей между объектами.

Обобщение (generalization) - это отношение, при котором объект специализированного элемента (потомок) может быть подставлен вместо объекта обобщенного элемента (предка). При этом, в соответствии с принципами объектно-ориентированного программирования, потомок (child) наследует структуру и поведение своего предка (parent).

Реализация (realization) является семантическим отношением между классификаторами, при котором один классификатор определяет обязательство, а другой гарантирует его выполнение. Отношение реализации встречаются в двух случаях:

• между интерфейсами и реализующими их классами или компонентами;
  
• между прецедентами и реализующими их кооперациями.
  

 Общие механизмы UML

Для точного описания системы в UML используются, так называемые, общие механизмы:

• спецификации (specifications);
  
• дополнения (adornments);
  
• деления (common divisions);
  
• расширения (extensibility mechanisms).
  

 UML является не только графическим языком. За каждым графическим элементом его нотации стоит спецификация, содержащая текстовое представление соответствующей конструкции языка. Например, пиктограмме класса соответствует спецификация, которая описывает его атрибуты, операции и поведение, хотя визуально, на диаграмме, пиктограмма часто отражает только малую часть этой информации. Более того, в модели может присутствовать другое представление этого класса, отражающее совершенно иные его аспекты, но, тем не менее, соответствующее спецификации. Таким образом, графическая нотация UML используются для визуализации системы, а с помощью спецификаций описывают ее детали.

Практически каждый элемент UML имеет уникальное графическое изображение, которое дает визуальное представление самых важных его характеристик. Нотация сущности «класс» содержит его имя, атрибуты и операции. Спецификация класса может содержать и другие детали, например, видимость атрибутов и операций, комментарии или указание на то, что класс является абстрактным. Многие из этих деталей можно визуализировать в виде графических или текстовых дополнений к стандартному прямоугольнику, который изображает класс.

При моделировании объектно-ориентированных систем существует определенное деление представляемых сущностей.

Во-первых, существует деление на классы и объекты. Класс - это абстракция, а объект - конкретное воплощение этой абстракции. В связи с этим, практически все конструкции языка характеризуются двойственностью «класс/объект». Так, имеются прецеденты и экземпляры прецедентов, компоненты и экземпляры компонентов, узлы и экземпляры узлов. В графическом представлении для объекта принято использовать тот же символ, что и для класса, а название подчеркивать.

Во-вторых, существует деление на интерфейс и его реализацию. Интерфейс декларирует обязательства, а реализация представляет конкретное воплощение этих обязательств и обеспечивает точное следование объявленной семантике. В связи с этим, почти все конструкции UML характеризуются двойственностью «интерфейс/реализация». Например, прецеденты реализуются кооперациями, а операции - методами.

UML является открытым языком, то есть допускает контролируемые расширения, чтобы отразить особенности моделей предметных областей. Механизмы расширения UML включают:

• стереотипы (stereotype) - расширяют словарь UML, позволяя на основе существующих элементов языка создавать новые, ориентированные для решения конкретной проблемы;
  
• помеченные значения (tagged value) - расширяют свойства основных конструкций UML, позволяя включать дополнительную информацию в спецификацию элемента;
  
• ограничения (constraints) - расширяют семантику конструкций UML, позволяя создавать новые и отменять существующие правила.
  

Совместно эти три механизма расширения языка позволяют модифицировать его в соответствии с потребностями проекта или особенностями технологии разработки.

Виды диаграмм  UML

Графические изображения моделей системы в UML называются диаграммами. В терминах языка UML определены следующие их  виды:

• диаграмма вариантов использования или прецедентов (use case diagram)
  
• диаграмма классов (class diagram)
  
• диаграммы поведения (behavior diagrams)
  
• диаграмма состояний (statechart diagram)
  
• диаграмма деятельности (activity diagram)
  
• диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) 
  
• диаграмма последовательности (sequence diagram) 
  
• диаграмма кооперации (collaboration diagram) 
  
• диаграммы реализации (implementation diagrams)
  
• диаграмма компонентов (component diagram)
  
• даграмма развертывания (deployment diagram)
  

Каждая из этих диаграмм конкретизирует различные представления о модели системы. При этом, диаграмма вариантов использования представляет концептуальную модель системы, которая является исходной для построения всех остальных диаграмм. Диаграмма классов является логической моделью, отражающей статические аспекты структурного построения  системы, а диаграммы поведения, также являющиеся разновидностями логической модели, отражают динамические аспекты её функционирования. Диаграммы реализации служат для представления компонентов системы и относятся к ее физической модели.

Из перечисленных выше диаграмм некоторые служат для обозначения двух и более подвидов. В качестве же самостоятельных представлений используются следующие диаграммы: вариантов использования, классов, состояний, деятельности, последовательности, кооперации, компонентов и развертывания.

Для диаграмм языка UML существуют три типа визуальных обозначений, которые важны с точки зрения заключенной в них информации:

• связи, которые представляются различными линиями на плоскости;
  
• текст, содержащийся внутри границ отдельных геометрических фигур;
  
• графические символы, изображаемые вблизи визуальных элементов диаграмм.
  

При графическом изображении диаграмм рекомендуется придерживаться следующих  правил:

• каждая диаграмма должна быть законченным представлением некоторого фрагмента моделируемой предметной области;
  
• представленные на диаграмме сущности модели должны быть одного концептуального уровня;
  
• вся информация о сущностях должна быть явно представлена на диаграмме;
  
• диаграммы не должны содержать противоречивой информации;
  
• диаграммы не следует перегружать текстовой информацией;
  
• каждая диаграмма должна быть самодостаточной для правильной интерпретации всех ее элементов;
  
• количество типов диаграмм, необходимых для описания конкретной системы, не является строго фиксированным и определяется разработчиком;
  
• модели системы должны содержать только те элементы, которые определен
  

Диаграмма вариантов использования (use case diagram)

Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение системы или то, что система должна делать. Разработка диаграммы преследует следующие цели:

• определить общие границы и контекст моделируемой предметной области;
  
• сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы;
  
• разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей;
  
• подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.
  

Суть диаграммы вариантов использования состоит в следующем. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью вариантов использования. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. Вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Диаграмма вариантов использования может дополняться пояснительным текстом, который раскрывает смысл или семантику составляющих ее компонентов.

 

Вариант использования

Отдельный вариант использования обозначается на диаграмме эллипсом, внутри которого содержится его краткое название или имя в форме глагола с пояснительными словами.

Цель варианта использования заключается в том, чтобы определить законченный аспект или фрагмент поведения некоторой сущности без раскрытия её внутренней структуры. В качестве такой сущности может выступать система или любой элемент модели, который обладает собственным поведением.

Каждый вариант использования соответствует отдельному сервису, который предоставляет моделируемая сущность по запросу актера, то есть определяет способ применения этой сущности. Сервис, который инициализируется по запросу актера, представляет собой законченную неделимую последовательность действий. Это означает, что после того как система закончит обработку запроса, она должна возвратиться в исходное состояние, чтобы быть готовой к выполнению следующих запросов.

Варианты использования могут применяться как для спецификации внешних требований к проектируемой системе, так и для спецификации функционального поведения уже существующей системы. Множество вариантов использования в целом должно определять все возможные стороны ожидаемого поведения системы. Кроме этого, варианты использования неявно устанавливают требования, определяющие, как актеры должны взаимодействовать с системой, чтобы иметь возможность корректно работать с предоставляемыми сервисами. Для удобства множество вариантов использования может рассматриваться как отдельный пакет.

Примерами вариантов использования могут являться следующие действия: проверка состояния текущего счета клиента, оформление заказа на покупку товара, получение дополнительной информации о кредитоспособности клиента, отображение графической формы на экране монитора и другие действия.

 Актеры

Актер представляет собой любую внешнюю по отношению к моделируемой системе сущность, которая взаимодействует с системой и использует ее функциональные возможности для достижения определенных целей. При этом актеры служат для обозначения согласованного множества ролей, которые могут играть пользователи в процессе взаимодействия с проектируемой системой. Каждый актер может рассматриваться как некая отдельная роль относительно конкретного варианта использования. Стандартным графическим обозначением актера на диаграммах является фигурка человечка, под которой записывается имя актера.

В некоторых случаях актер может обозначаться в виде прямоугольника класса с ключевым словом «актер» и обычными составляющими элементами класса. Имена актеров должны записываться заглавными буквами и следовать рекомендациям использования имен для типов и классов модели.

Примерами актеров могут быть: клиент банка, банковский служащий, продавец магазина, менеджер отдела продаж, пассажир авиарейса, водитель автомобиля, администратор гостиницы, сотовый телефон и другие сущности, имеющие отношение к концептуальной модели соответствующей предметной области.

Так как в общем случае актер всегда находится вне системы, его внутренняя структура никак не определяется. Для актера имеет значение только то, как он воспринимается со стороны системы.

Актеры взаимодействуют с системой посредством обмена сообщениями с вариантами использования. Сообщение представляет собой запрос актером определенного сервиса системы и получение этого сервиса. Это взаимодействие может быть выражено посредством ассоциаций между отдельными актерами и вариантами использования или классами. Кроме этого, с актерами могут быть связаны интерфейсы, которые определяют, каким образом другие элементы модели взаимодействуют с этими актерами.

Два и более актера могут иметь общие свойства, то есть взаимодействовать с одним и тем же множеством вариантов использования одинаковым образом. Такая общность свойств и поведения представляется в виде отношения обобщения с другим, возможно, абстрактным актером, который моделирует соответствующую общность ролей.

Интерфейсы

Интерфейс (interface) служит для спецификации параметров модели, которые видимы извне, без указания их внутренней структуры. В языке UML интерфейс является классификатором и характеризует только ограниченную часть поведения моделируемой сущности. Применительно к диаграммам вариантов использования, интерфейсы определяют совокупность операций, которые обеспечивают необходимый набор сервисов для актеров.

На диаграмме вариантов использования интерфейс изображается в виде маленького круга, рядом с которым записывается его имя. В качестве имени может быть существительное или строка текста. Если имя записывается на английском языке, то оно должно начинаться с заглавной буквы I.

Графический символ отдельного интерфейса соединяется на диаграмме сплошной линией или пунктирной линией со стрелкой с тем вариантом использования, который его поддерживает. Сплошная линия указывает, что связанный с интерфейсом вариант использования должен реализовывать все необходимые для него сервисы. Пунктирная линия со стрелкой означает, что вариант использования предназначен для спецификации только того сервиса, который необходим для реализации данного интерфейса.

Таким образом, интерфейс отделяет спецификацию операций системы от их реализации и определяет общие границы проектируемой системы.

Примечания

Примечания (notes) в языке UML предназначены для включения в модель произвольной текстовой информации, имеющей непосредственное отношение к контексту разрабатываемого проекта. В качестве такой информации могут быть комментарии разработчика (например, дата и версия разработки диаграммы или ее отдельных компонентов), ограничения (например, на значения отдельных связей или экземпляры сущностей) и помеченные значения.

Графически примечания обозначаются прямоугольником с загнутым верхним правым углом. Внутри прямоугольника содержится текст примечания.

Если в примечании указывается ключевое слово «constraint», то оно является ограничением, налагаемым на соответствующий элемент модели.