Построение uml диаграмм по коду. Моделирование на UML. Общие диаграммы. Краткое описание методологии моделирования классов в языке uml

UML-диаграмма - это специализированный язык графического описания, предназначенный для объектного моделирования в сфере разработки различного программного обеспечения. Данный язык имеет широкий профиль и представляет собой открытый стандарт, в котором используются различные графические обозначения, чтобы создать абстрактную модель системы. UML создавался для того, чтобы обеспечить определение, визуализацию, документирование, а также проектирование всевозможных программных систем. Стоит отметить, что сама по себе UML-диаграмма не представляет собой язык программирования, но при этом предусматривается возможность генерации на ее основе отдельного кода.

Зачем она нужна?

Применение UML не заканчивается на моделировании всевозможного ПО. Также данный язык активно сегодня используется для моделирования различных бизнес-процессов, ведения системного проектирования, а также отображения организационных структур.

С помощью UML разработчики программного обеспечения могут обеспечить полное соглашение в используемых графических обозначениях, чтобы представить общие понятия, такие как: компонент, обобщение, класс, поведение и агрегация. За счет этого достигается большая степень концентрации на архитектуре и проектировании.

Также стоит отметить, что есть несколько видов таких диаграмм.

Диаграмма классов

Диаграмма классов UML представляет собой статическую структурную диаграмму, предназначенную для описания структуры системы, а также демонстрации атрибутов, методов и зависимостей между несколькими различными классами.

Стоит отметить тот факт, что есть несколько точек зрения на построение таких диаграмм в зависимости от того, каким образом они будут использоваться:

• Концептуальная. В данном случае диаграмма классов UML осуществляет описание модели определенной предметной области, и в ней предусматриваются только классы прикладных объектов.
• Специфическая. Диаграмма используется в процессе проектирования различных информационных систем.
• Реализационная. Диаграмма классов включает в себя всевозможные классы, которые непосредственно используются в программном коде.

Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов UML представляет собой полностью статическую структурную диаграмму. Предназначается она для того, чтобы продемонстрировать разбиение определенной программной системы на разнообразные структурные компоненты, а также связи между ними. Диаграмма компонентов UML в качестве таковых может использовать всевозможные модели, библиотеки, файлы, пакеты, исполняемые файлы и еще множество других элементов.

Диаграмма композитной/составной структуры

UML диаграмма композитной/составной структуры также является статической структурной диаграммой, но используется она для того, чтобы показать внутреннюю структуру классов. По возможности данная диаграмма может продемонстрировать также взаимодействие элементов, находящихся во внутренней структуре класса.

Подвидом их является UML-диаграмма кооперации, которая используется для демонстрации ролей, а также взаимодействия различных классов в границах кооперации. Они являются достаточно удобными в том случае, если нужно моделировать шаблоны проектирования.

Стоит отметить, что одновременно могут использоваться виды диаграмм UML классов и композитной структуры.

Диаграмма развертывания

Данная диаграмма используется для того, чтобы моделировать работающие узлы, а также всевозможные артефакты, которые на них были развернуты. В UML 2 на различных узлах осуществляется разворачивание артефактов, в то время как в первой версии разворачивались исключительно компоненты. Таким образом, диаграмма развертывания UML используется преимущественно ко второй версии.

Между артефактом и тем компонентом, который он реализует, формируется зависимость манифестации.

Диаграмма объектов

Данный вид позволяет увидеть полноценный или же частичный снимок создаваемой системы в определенный момент времени. На ней полностью отображаются все экземпляры классов конкретной системы с указанием текущих значений их параметров, а также связей между ними.

Диаграмма пакетов

Эта диаграмма носит структурный характер, и основным ее содержанием являются всевозможные пакеты, а также отношения между ними. В данном случае нет никакого жесткого разделения между несколькими структурными диаграммами, вследствие чего их использование чаще всего встречается исключительно для удобства, и никакого семантического значения в себе не несет. Стоит отметить, что различные элементы могут предоставлять другие UML диаграммы (примеры: пакеты и сами диаграммы пакетов).

Их использование осуществляется для того, чтобы обеспечить организацию нескольких элементов в группы по определенному признаку, чтобы упростить структуру, а также организовать работу с моделью данной системы.

Диаграмма деятельности

Диаграмма деятельности UML отображает разложение определенной деятельности на несколько составных частей. В данном случае понятием «деятельность» называется спецификация определенного исполняемого поведения в виде параллельного, а также координированного последовательного выполнения различных подчиненных элементов - вложенных типов деятельности и различных действий, объединенных потоками, идущими от выходов определенного узла к входам другого.

Диаграмма деятельности UML достаточно часто используются для того, чтобы моделировать различные бизнес-процессы, параллельные и последовательные вычисления. Помимо всего прочего ими моделируются всевозможные технологические процедуры.

Диаграмма автомата

Этот вид называется и несколько иначе - диаграмма состояний UML. Имеет представленный конечный автомат с простыми и композитными состояниями, а также переходами.

Конечный автомат представляет собой спецификацию последовательности различных состояний, через которые проходит определенный объект, или же взаимодействие в ответ на некоторые события своей жизни, а также ответные действия объекта на такие события. Конечный автомат, который использует диаграмма состояний UML, закрепляется за исходным элементом и используется для того, чтобы определить поведение его экземпляров.

В качестве аналогов таких диаграмм могут использоваться так называемые дракон-схемы.

Диаграммы сценариев использования

Диаграмма вариантов использования UML отображает на себе все отношения, которые возникают между актерами, а также различными вариантами использования. Главная ее задача - осуществлять собой полноценное средство, при помощи которого заказчик, конечный пользователь или же какой-нибудь разработчик сможет совместно обсуждать поведение и функциональность определенной системы.

Если диаграмма вариантов использования UML используется в процессе моделирования системы, то аналитик собирается:

• Четко отделить моделируемую систему от ее окружения.
• Выявить действующих лиц, пути их взаимодействия с данной системой, а также ожидаемый ее функционал.
• Установить в глоссарии в качестве предметной области различные понятия, которые относятся к подробному описанию функционала данной системы.

Если разрабатывается в UML диаграмма использования, процедура начинается с текстового описания, которое получается при работе с заказчиком. При этом стоит отметить тот факт, что различные нефункциональные требования в процессе составления модели прецедентов полностью опускаются, и для них уже будет формироваться отдельный документ.

Коммуникации

Диаграмма коммуникации точно так же, как и диаграмма последовательности UML, является транзитивной, то есть выражает в себе взаимодействие, но при этом демонстрирует его разными способами, и при необходимости с нужной степенью точности можно преобразовать одну в другую.

Диаграмма коммуникации отображает в себе взаимодействия, которые происходят между различными элементами композитной структуры, а также ролями кооперации. Главным отличием ее от диаграммы последовательности является то, что на ней достаточно явно указываются отношения между несколькими элементами, а время не используется в качестве отдельного измерения.

Данный тип отличается абсолютно свободным форматом упорядочивания нескольких объектов и связей точно так же, как это осуществляется в диаграмме объектов. Если есть необходимость в том, чтобы поддерживать порядок сообщений при этом свободном формате, осуществляется их хронологическая нумерация. Чтение данной диаграммы начинается с изначального сообщения 1.0, и впоследствии продолжается по тому направлению, по которому осуществляется передача сообщений от одного объекта к другому.

В большинстве своем такие диаграммы демонстрируют точно такую же информацию, которую предоставляет нам диаграмма последовательности, однако из-за того, что здесь используется другой способ представления информации, определенные вещи на одной диаграмме становится гораздо проще определить, чем на другой. Также стоит отметить, что диаграмма коммуникаций более наглядно показывает, с какими элементами вступает во взаимодействие каждый отдельный элемент, в то время как диаграмма последовательности более ясно показывает, в каком порядке осуществляются взаимодействия.

Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности UML демонстрирует взаимодействия между несколькими объектами, которые упорядочиваются в соответствии с временем их проявления. На такой диаграмме отображается упорядоченное во времени взаимодействие между несколькими объектами. В частности, на ней отображаются все объекты, которые принимают участие во взаимодействии, а также полная последовательность обмениваемых ими сообщений.

Главными элементами в данном случае выступают обозначения различных объектов, а также вертикальные линии, отображающие течение времени и прямоугольники, предоставляющие деятельность определенного объекта или же выполнение им какой-либо функции.

Диаграмма сотрудничества

Данный тип диаграмм позволяет продемонстрировать взаимодействия между несколькими объектами, абстрагируясь от последовательности трансляции сообщений. Данный тип диаграмм в компактном виде отображает в себе абсолютно все передаваемые и принимаемые сообщения определенного объекта, а также форматы этих сообщений.

По причине того, что диаграммы последовательности и коммуникации представляют собой просто-напросто разный взгляд на одни и те же процедуры, Rational Rose предоставляет возможность создавать из диаграммы последовательности коммуникационную или же наоборот, а также осуществляет полностью автоматическую их синхронизацию.

Диаграммы обзора взаимодействия

Это диаграммы языка UML, которые относятся к разновидности диаграмм деятельности и включают в себя одновременно элементы Sequence и конструкции потока управления.

Стоит отметить тот факт, что данный формат объединяет в себе Collaboration и Sequence diagram, которые предоставляют возможность с разных точек зрения рассматривать взаимодействие между несколькими объектами в формируемой системе.

Диаграмма синхронизации

Представляет собой альтернативный вариант диаграммы последовательности, который явным образом демонстрирует изменение состояния на линии жизни с определенной шкалой времени. Может быть достаточно полезной в различных приложениях реального времени.

В чем преимущества?

Стоит отметить несколько преимуществ, которыми отличается UML диаграмма пользования и другие:

• Язык является объектно-ориентированным, вследствие чего технологии описания результатов проведенного анализа и проектирования являются семантически близкими к методам программирования на всевозможных объектно-ориентированных языках современного типа.
• При помощи данного языка система может быть описана практически с любых возможных точек зрения, и точно так же описываются различные аспекты ее поведения.
• Все диаграммы являются сравнительно простыми для чтения даже после относительно быстрого ознакомления с его синтаксисом.
• UML позволяет расширить, а также вводить собственные графические и текстовые стереотипы, что способствует его использованию не только в программной инженерии.
• Язык получил достаточно широкое распространение, а также довольно активно развивается.

Недостатки

Несмотря на то что построение UML-диаграмм отличается массой своих плюсов, довольно часто их и критикуют за следующие недостатки:

• Избыточность. В преимущественном большинстве случаев критики говорят о том, что UML является слишком большим и сложным, и зачастую это неоправданно. В него входит достаточно много избыточных или же практически бесполезных конструкций и диаграмм, причем наиболее часто подобная критика идет в адрес второй версии, а не первой, потому что в более новых ревизиях присутствует большее количество компромиссов «разработанных комитетом».
• Различные неточности в семантике. По той причине, что UML определяется комбинацией себя, английского и OCL, у него отсутствует скованность, которая является присущей для языков, точно определенных техникой формального описания. В определенных ситуациях абстрактный синтаксис OCL, UML и английский начинают друг другу противоречить, в то время как в других случаях они являются неполными. Неточность описания самого языка одинаково отражается как на пользователях, так и на поставщиках инструментов, что в конечном итоге приводит к несовместимости инструментов из-за уникального способа трактовки различных спецификаций.
• Проблемы в процессе внедрения и изучения. Все указанные выше проблемы создают определенные сложности в процессе внедрения и изучения UML, и в особенности это касается тех случаев, когда руководство заставляет инженеров насильно его использовать, в то время как у них отсутствуют предварительные навыки.
• Код отражает код. Еще одним мнением является то, что важность имеют не красивые и привлекательные модели, а непосредственно рабочие системы, то есть код и есть проект. В соответствии с данным мнением есть потребность в том, чтобы разработать более эффективный способ написания программного обеспечения. UML принято ценить при подходах, компилирующих модели для регенерирования выполнимого или же исходного кода. Но на самом деле этого может быть недостаточно, потому что в данном языке отсутствуют свойства полноты по Тьюрингу, и каждый сгенерированный код в конечном итоге будет ограничиваться тем, что может предположить или же определить интерпретирующий UML инструмент.
• Рассогласование нагрузки. Данный термин происходит из теории системного анализа для определения неспособности входа определенной системы воспринять выход иной. Как в любых стандартных системах обозначений, UML может представлять одни системы в более эффективном и кратком виде по сравнению с другими. Таким образом, разработчик больше склоняется к тем решениям, которые являются более комфортными для переплетения всех сильных сторон UML, а также других языков программирования. Данная проблема является более очевидной в том случае, если язык разработки не соответствует основным принципам объектно-ориентированной ортодоксальной доктрины, то есть не старается работать в соответствии с принципами ООП.
• Пытается быть универсальным. UML представляет собой язык моделирования общего назначения, который старается обеспечить совместимость с любым существующим на сегодняшний день языком обработки. В контексте определенного проекта, для того, чтобы команда проектировщиков смогла добиться конечной цели, нужно выбирать применимые возможности этого языка. Помимо этого возможные пути ограничения сферы использования UML в какой-то определенной области проходят через формализм, который является не полностью сформулированным, а который сам представляет собой объект критики.

Таким образом, использование данного языка является актуальным далеко не во всех ситуациях.

Вообще-то, понятие класса нам уже знакомо, но, пожалуй, не лишним будет поговорить о классах еще раз. Классики о классах говорят очень просто и понятно:

Продолжая тему, скажем, что классы - это строительные блоки любой объектно-ориентированной системы . Они представляют собой описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, отношениями и семантикой. При проектировании объектно-ориентированных систем диаграммы классов обязательны.

Классы используются в процессе анализа предметной области для составления словаря предметной области разрабатываемой системы. Это могут быть как абстрактные понятия предметной области, так и классы, на которые опирается разработка и которые описывают программные или аппаратные сущности.

Диаграмма классов - это набор статических , декларативных элементов модели . Диаграммы классов могут применяться и при прямом проектировании, то есть в процессе разработки новой системы, и при обратном проектировании - описании существующих и используемых систем. Информация с диаграммы классов напрямую отображается в исходный код приложения - в большинстве существующих инструментов UML-моделирования возможна кодогенерация для определенного языка программирования (обычно Java или C++). Таким образом, диаграмма классов - конечный результат проектирования и отправная точка процесса разработки.

Но мы опять заговорились, а, как известно, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Мы уже знаем, как классы обозначаются в UML, но пока еще не видели ни одной диаграммы "с их участием". Итак, посмотрим на примеры диаграмм классов.

Рис. 2.6.

И опять-таки смысл этой диаграммы ясен без особых пояснений. Даже бегло рассмотрев ее, можно легко догадаться, что она описывает предметную область задачи об автоматизации работы некоего вуза или учебного центра. Обратите внимание на обозначения кратности на концах связей. А теперь немного усложним задачу (рис. 2.7):

Рис. 2.7.

Как видим, здесь уже все более серьезно - кроме кратности обозначены свойства (и их типы) и операции, и вообще, эта диаграмма производит впечатление набора классов для реализации, а не просто описания предметной области, как предыдущие. Но, тем не менее, все равно все просто и понятно.

Отметим, что более детально о диаграмме классов мы поговорим в следующей лекции. Там мы подробно разберем нотацию этого вида диаграмм и познакомимся с улучшениями, внесенными текущей версией UML.

Диаграмма объектов (object diagram)

И снова, прежде чем говорить о новом виде диаграмм, введем определения нужных нам понятий. Итак, мы уже знаем, что такое класс. А что такое объект? Обратимся к классикам, которые об объектах говорят так же просто и понятно, как и о классах:

Объект (object) - экземпляр класса.

Zicom Mentor "говорит" об объектах более обстоятельно:

Объект (object) -

• конкретная материализация абстракции;
• сущность с хорошо определенными границами, в которой инкапсулированы состояние и поведение;
• экземпляр класса (вернее, классификатора - эктор, класс или интерфейс). Объект уникально идентифицируется значениями атрибутов, определяющими его состояние в данный момент времени.

"Второе" определение, по сути, просто расширяет "Бучевское". Да, действительно, объект - это экземпляр класса. Скажем, объектом класса "Микроволновая печь" из примера, приведенного выше, может быть и простейший прибор фирмы " Saturn " небольшой емкости и с механическим управлением, и навороченный агрегат с грилем, сенсорным управлением и системой трехмерного распределения энергии от Samsung или LG.

Еще пример - все мы являемся объектами класса "человек" и различимы между собой по таким признакам (значениям атрибутов), как имя, цвет волос, глаз, рост, вес, возраст и т. д. (в зависимости от того, какую задачу мы рассматриваем и какие свойства человека для нас в ней важны).

Как же обозначается объект в UML? А очень просто - объект, как и класс, обозначается прямоугольником, но его имя подчеркивается . Под словом имя здесь мы понимаем название объекта и наименование его класса, разделенные двоеточием. Для указания значений атрибутов объекта в его обозначении может быть предусмотрена специальная секция. Еще один нюанс состоит в том, что объект может быть анонимным: это нужно в том случае, если в данный момент не важно, какой именно объект данного класса принимает участие во взаимодействии. Примеры - на рис. 2.8 .

Рис. 2.8.

Итак, на определение основных понятий мы потратили довольно много времени, и пора бы уже вернуться к основному предмету нашего внимания - диаграмме объектов . Для чего нужны диаграммы объектов ? Они показывают множество объектов - экземпляров классов (изображенных на диаграмме классов) и отношений между ними в некоторый момент времени. То есть диаграмма объектов - это своего рода снимок состояния системы в определенный момент времени , показывающий множество объектов, их состояния и отношения между ними в данный момент.

Таким образом, диаграммы объектов представляют статический вид системы с точки зрения проектирования и процессов , являясь основой для сценариев, описываемых диаграммами взаимодействия. Говоря другими словами, диаграмма объектов используется для пояснения и детализации диаграмм взаимодействия , например, диаграмм последовательностей. Впрочем, авторам курса очень редко доводилось применять этот тип диаграмм.

Цель работы. Ознакомление с методологией и инструментальными средствами моделирования классов на основе языка UML.

Задание. Ознакомиться с методологией моделирования классов на основе языка UML, используя методические указания и . Ознакомиться со средствами построения диаграмм классов программного продукта StarUML 5.0, используя . Разработать диаграмму классов автоматизированной системы согласно варианту индивидуального задания, используя инструментальное средство StarUML 5.0. Продемонстрировать проект и защитить работу преподавателю.

Краткое описание методологии моделирования классов в языке uml

Подумайте о вещах в окружающем вас мире. Вероятно, большинство из них имеют атрибуты (свойства) и действуют определенным образом. Мы будем считать эти действия набором операций.

Также можно увидеть, что все вещи естественным образом разделяются по категориям (автомобили, мебель, стиральные машины и т.д.). Мы об­ращаемся к этим категориям как к классам. Класс – это категория или группа вещей, которая имеет сходные атрибуты и общие свойства. На­пример, любая вещь в классе стиральных машин имеет такие атрибуты, как производитель, номер изделия и емкость. Свойства вещей в этом классе включают операции «загрузить белье», «загрузить стиральный по­рошок», «включить» и «выгрузить белье».

На рис. 16 представлен пример обозначения UML, где показаны атрибуты и свой­ства стиральной машины. Класс представляется прямоугольником, разделенным на три области. Самая верхняя область содержит имя, в средней располагаются атрибуты, а в самой нижней – операции. Диаграмма классов состоит из определенного количе­ства таких прямоугольников, соединенных линиями, которые показывают, как классы связаны между собой.

Рис. 16. Изображение класса в UML

Зачем размышлять о классах вещей, их атрибутах и операциях? Для взаимодейст­вия с нашим сложным миром наиболее современное программное обеспечение моде­лирует некоторые его аспекты. Десятилетний опыт подсказывает, что проще разраба­тывать программное обеспечение, которое работает таким образом и представляет классы реально существующих вещей. Диаграммы классов представляют собой отпра­вную точку процесса разработки.

Диаграммы классов помогают также при анализе. Они позволяют аналитику об­щаться с клиентом в его терминологии и стимулируют процесс выявления важных де­талей в проблеме, которую требуется решить.

Диаграмма объектов

Объект представляет собой экземпляр класса – особую сущность, кото­рая имеет заданные значения атрибутов и операций. Ваша стиральная машина, например, может иметь атрибуты: компания-производитель – Laundatorium, наименование модели – Washmeister, серийный номер из­делия – GL57774 и емкость – 16 фунтов.

На рис. 17 показано, как объект представляется в обозначениях UML. Отметим, что объект изображается прямоугольником, как в случае представления класса, но его имя подчеркнуто. Наименование экземпляра размещено слева от двоеточия, а наиме­нование класса – с правой стороны.

Рис. 17. Представление объекта в UML

Прямоугольник – это условное обозначение класса в UML. Именем класса обычно является слово, начинающееся с прописной буквы. Оно располагается вверху прямоугольника. Если имя класса состоит из двух слов, объеди­ните их и второе слово тоже напишите с прописной буквы (например, Стиральная Машина, рис. 18).

Рис. 18. Обозначение класса в UML

Атрибуты

Атрибут – это свойство класса. Атрибуты описывают перечень значе­ний, в рамках которых указываются свойства объектов (т.е. экземпляров) этого класса. Класс может не иметь атрибутов или содержать любое их количество. Имена атрибутов, состоящие из одного слова, принято обо­значать строчными буквами. Если имя состоит из нескольких слов, то эти слова объединяются, и каждое слово, за исключением первого, начи­нается с прописной буквы. Список имен атрибутов начинается ниже ли­нии, отделяющей их от имени класса (рис. 19, 20).

UML позволяет отображать дополнительную информацию об атрибутах. В изобра­жении класса можно указать тип для каждого значения атрибута. Перечень возмож­ных типов включает строку, число с плавающей точкой, целое число, логическое зна­чение и другие перечислимые типы. Для отображения типа используется двоеточие, которое отделяет имя атрибута от его типа. Здесь же можно указать значение атрибута по умолчанию. На рис. 21 показан этот способ задания атрибутов.

Рис. 20. Значения атрибутов класса

brandName: String = "Laundatorium"

modelName: String

serialNumber: String

capacity: Integer

Рис. 21. Типы атрибутов и значения по умолчанию

Перечислимый тип представляет собой информацию, заданную списком именованных значений. Логический тип также является перечислимым, по­тому что он состоит из значений «истина» и «ложь». Можно определить свои собственные перечислимые типы (например, Состояние), образованные из значений «твердое», «жидкое» и «газообразное».

Операции

Операция – это то, что может выполнять класс, либо то, что вы (или другой класс) можете выполнять над данным классом. Подобно имени атрибута, имя операции записывается строчными буквами, если это одно слово. Если имя состоит из нескольких слов, они соединяются, и все слова, кроме первого, пишутся с прописной буквы. Список операций на­чинается ниже линии, отделяющей операции от атрибутов (рис. 22).

Помимо дополнительной информации об атрибутах, можно отобразить дополнительную информацию об операциях. В скобках, следующих за именем операции, можно указать параметр операции и его тип. Один из типов операций, функция, по окончании работы возвращает значение. В этом случае можно указать возвращаемое значение и его тип.

Перечисленные фрагменты информации об операции носят название сигнатуры операции. На рис. 23 представлены операции класса и ее сигнатура .

Рис. 22. Операции класса и их сигнатуры

addClothes(C:String)

removeClothes(С:String)

addDetergent(D:Integer)

turnOn():Boolean

Рис. 23. Сигнатуры операций класса

Если имеющийся список атрибутов и операций слишком велик, можно уточнить информацию с помощью стереотипа. Стереотип – это механизм расширения UML, позволяющий создавать новые элементы с учетом особенностей решаемой задачи. Имя стереотипа заключается в две пары угловых скобок. В списке атрибутов стереотип можно использовать в качестве заголовка определенного подмножества атрибутов (рис. 24).

Стереотип является гибкой конструкцией, которую можно использовать по-разному. Например, если разместить его над именем класса, то можно ука­зать дополнительную информацию о роли этого класса.

Рис. 24. Задание стереотипов

Обязанности и ограничения

На изображении класса можно указать и другую информацию о нем. В об­ласти, расположенной ниже списка операций, можно привести обязанно­сти класса. Обязанность – это описание выполняемой классом функции, для которой и предназначены его атрибуты и операции. Стиральная маши­на должна принять на входе грязное белье и выдать чистое на выходе.

На изображении класса его обязанности перечисляются ниже области операций (рис. 25).

«идентификационные данные»

«данные о машине»

«для белья»

«для машины»

Обязанность:

взять грязное белье на входе

и выдать чистое

на выходе

Рис. 25. Обязанности класса

Главное заключается в том, чтобы наиболее точно описать класс, поэтому включение обязанностей является неформальным способом исключить двусмысленность описания.

Более формальным путем решения задачи является добавление ограниче­ний в виде произвольного текста, заключенного в фигурные скобки. Этот текст задает одно или несколько правил класса, к которому он относится. Предположим, для класса WashingMachine нужно указать, что емкость барабана может составлять только 16, 18 или 20 фунтов (и таким образом «ограничить» атрибут емкости). Тогда рядом с изображением класса нужно написать (capacity = 16 или 18 или 20 фунтов). На рис. 26 показано, как это сделать.

Рис. 26. Ограничения классов

Комментарии

Помимо атрибутов, операций, обязанностей и ограничений, дополнительную ин­формацию о классе можно представить в виде комментариев, присоединенных к классу.

Комментарии обычно связаны с атрибутами и операциями. На рис. 27 приведен комментарий, ссылающийся на правительственный Стандарт по формированию номеров изделий для объектов класса WashingMachine.

Рис. 27. Типы атрибутов и значения по умолчанию

Комментарий наряду с текстом может содержать также и графические объекты.

Недостающая информация – это взаимодействие классов между собой. Если взглянуть на модель (рис. 28), то можно заметить отсутствие связи игрока с мячом. Из самой модели не понятно, как игроки образуют команду или как происходит игра. Сконструи­рован лишь список терминов, но не «снимок» предметной области.

Рассмотрим связи между классами, позволяющие дополнить карти­ну предметной области.

Ассоциации

Если классы концептуально взаимодействуют друг с другом, то такое взаимодействие называется ассоциацией. Исходная модель игры в баскетбол содержит несколько подобных примеров. Рассмотрим одну ассоциацию – между игроком и командой. Ее можно охарактеризовать фразой «игрок играет в ко­манде» и отобразить в виде соединяющей два класса линии, указав имя ассо­циации (играет в) прямо над этой линией. Для наглядности с помощью за­крашенного треугольника указывается направление взаимосвязи. На рис. 28 показано, как изобразить ассоциацию «Играет в» между игроком и командой.

Рис. 28. Ассоциация между классами

Когда один класс ассоциируется с другим, каждый из них играет свою роль в этой ассоциации. Такие роли можно показать на диаграмме под линией ассоциации возле обозначения класса, выполняющего соответствующую роль. В ассоциации между профессиональным игроком и командой эти роли носят названия «наемный работник» и «наниматель». На рис. 29 показано, как изображать эти роли.

Рис. 29. Роль класса в ассоциации

Ассоциация может работать в другом направлении: команда нанимает игроков. Обе ассоциации можно показать на одной диаграмме, сопровождая их закрашенным треугольником соответствующей ориентации (рис. 30).

Рис. 30. Две ассоциации между классами

Ассоциации могут быть более сложными, чем просто связь одного класса с другим. Если рассмотреть таких игроков команды, как защитники, нападающие и центровые, то при построении их ассоциаций с классом Команда получим диаграмму, изобра­женную на рис. 31.

Рис. 31. Ассоциации нескольких классов с одним

Ограничения ассоциаций

Иногда ассоциация между двумя классами должна удовлетворять некоторому пра­вилу. Это правило заключается в размещении ограничения возле линии ассоциации. Например, Банковский Служащий обслуживает клиентов по очереди. Этот факт отра­жается в модели с помощью фразы {по очереди} в фигурных скобках возле класса Клиент – для отражения ограничения (рис. 32).

Рис. 32. Ограничения на ассоциацию

Другой тип ограничения представляется отношением ИЛИ, которое обозначается с помощью пунктирной линии, соединяющей две линии ассоциаций с надписью {или}. Модель на рис. 33 показывает студента, выбирающего бюджетную или ком­мерческую форму обучения.

Рис. 33. Отношение ИЛИ между двумя ассоциациями

Связи

Ассоциация (как и класс) характеризуется наличием экземпляров. Если предста­вить себе конкретного игрока, играющего в конкретной команде, отношение «Играет в» называется связью , которую изображают в виде линии, соединяющей два объекта. Имя этой связи, как и имя объекта, подчеркивается (рис. 34).

Рис. 34. Связь как элемент ассоциации

Кратность

Ассоциация между объектами Игрок и Команда предполагает, что два класса находятся в отношении «один к одному». Здравый смысл подсказывает, что это не единственный ва­риант взаимосвязи. В баскетбольной команде пять человек, не считая запасных игроков. Ассоциация «Включает» должна учитывать этот факт. С другой стороны, игрок может играть только в одной команде, что должно учитываться в ассоциации «Играет в».

Рис. 35. Кратность связи

Приведенные отношения являются примерами разной кратности, кото­рая означает количество объектов одного класса, связанных с одним объек­том другого. Чтобы представить это количество на диаграмме, опреде­ленное число можно поместить над линией ассоциации возле соответст­вующего класса, как это сделано на рис. 35.

Рис. 36. Возможные значения кратности

В этом примере приведен только один из вариантов кратности. Возможны также и другие значения кратности. Один класс может быть связан с другим различными спосо­бами: «один к одному», «один ко многим», «один к нескольким», «один к ограниченному интервалу» (например, «один к 5..10»), «один к заданному количеству» (как в рассматриваемом примере) или «один к набору» (например, «один к 9 или 10»).

Для представления понятия «много» в UML используется символ звездочки (*). Логическое ИЛИ передается двумя обозначениями: с помощью двух точек (1. . *), что означает «один или более», или запятой (5,10), что означает «5 или 10». На рис. 36 показаны изображения возможных значений кратности.

Если класс А находится в отношении «один к 0 или 1» с классом Б, то по­следний называется необязательным для класса А.

Квалификатор ассоциации

Если кратность ассоциации описывается отношением «один ко многим», возника­ет проблема поиска. Если объект одного класса для выполнения отведенной ему роли в ассоциации должен выбрать конкретный объект другого класса, то он может сделать это на основе некоторого заданного атрибута. Этот атрибут обычно представляет со­бой идентификатор, а точнее, числовой идентификатор. Когда вы резервируете место в гостинице, вам присваивается номер заказа. Если нужно узнать о наличии зарезерви­рованного места, необходимо сообщить номер заказа.

В UML идентифицирующая информация называется квалификатором. Он обозначается небольшим прямоугольником, который прилегает к обозначе­нию класса, выполняющего поиск (рис. 37). Такое изображение позволяет эффективно свести кратность «один ко многим» к случаю «один к одному».

Рис. 37. Квалификатор ассоциации

Рефлексивные ассоциации

Иногда класс находится в ассоциации с самим собой. Этот вариант отношения, названный рефлексивной ассоциацией, может возникнуть в том случае, если объекты класса выполняют несколько ролей. Человек в машине может быть пассажиром или водителем. В роли водителя он везет одного или нескольких пассажиров (или не везет никого). На диаграмме этот случай отображается с помощью линии ассоциации, ве­дущей от прямоугольника класса к этому же прямоугольнику. На линии ассоциации, как и ранее, обозначаются роли, имя ассоциации, ее направление и кратность. При­мер такой ассоциации представлен на рис. 38.

Рис. 38. Рефлексивная ассоциация

Наследование и обобщение

Одним из признаков объектно-ориентированного подхода является выполнение од­ного из общеизвестных аспектов повседневной жизни: если вы знаете что-либо о неко­торой категории, то автоматически можете перенести эти знания на другие категории. Если известно, что объект относится к бытовой технике, то уже известно, что он имеет выключатель, имя производителя и номер изделия. Если известно, что объект является животным, то заранее ясно, что оно ест, спит, рождается, перемещается в пространстве. При более детальном анализе можно составить список других атрибутов и операций.

В рамках объектно-ориентированного подхода такое положение вещей называется наследованием. В UML для наследования используется термин обобщение. Один класс (дочерний или подкласс) может наследовать атри­буты и операции другого (родительского класса или суперкласса). Роди­тельский класс является более общим по отношению к дочернему.

В отношении обобщения можно сказать, что ребенок способен заменить ро­дителя. Другими словами, везде, где появляется родитель, может появить­ся и ребенок, а обратное утверждение неверно.

Иерархия наследования не ограничивается двумя уровнями: дочерний класс может вы­ступать в роли родительского класса для другого дочернего класса. Класс Млекопитающее является дочерним классом для класса Животное и родительским – для класса Лошадь.

В UML наследование отображается с помощью линии, которая соединяет родительский класс с дочерним. Конец линии, связанный с родительским классом, поме­чается не закрашенным треугольником, указывающим на родительский класс. Такая связь соответствует отношению – «является видом». Млекопитающее «является видом» жи­вотного, лошадь «является видом» млекопитающего. На рис. 39 представлены ранее описан­ная иерархия наследования и дополнительные классы. Обратите внимание на графи­ческое представление ситуации, когда родительский класс имеет несколько дочерних классов. Такая конструкция позволяет разгрузить диаграмму. Нужно отметить, что UML не за­прещает изображать все без исключения линии и треугольники и не требует указы­вать наследуемые атрибуты и операции в прямоугольниках подклассов, т.к. они уже представлены в обозначении суперкласса.

При моделировании наследования нужно убедиться, что дочерний класс удовлетворяет требованию «является видом» по отношению к родительско­му классу. Если связь классов описывается по-другому, нужно использовать другую ассоциацию.

Дочерний класс часто отличается наличием дополнительных атрибутов и опера­ций. Например, млекопитающее имеет шерсть и дает молоко, а такого атрибута и операции нет в классе Животное.

Класс может не иметь родителя. В этом случае он называется базовым или корневым классом. Класс также может не иметь дочернего класса, и тогда он называется листовым классом. Если класс имеет только одного родителя, то говорят об одиночном наследовании , а если несколько – о множественном наследовании.

Рис. 39. Иерархия наследования

Зависимости

Другой тип взаимосвязи характеризуется тем, что один класс использу­ет другой. Это называется зависимостью. Наиболее общим случаем за­висимости является использование одного класса в сигнатуре операции другого класса.

Предположим, нужно спроектировать систему, отображающую на экране монитора формы, заполняемые служащими. Для выбора заполняемой формы используется меню. В системе будут два класса: Система и Форма. В числе операций класса Система имеется операция отобразитьФорму (f: Форма). Отображаемая системой форма, вероятно, зависит от того, какой экземпляр класса Форма выбрал пользователь. В UML это отношение изо­бражается пунктирной линией, направленной от зависимого класса (рис. 40).

Рис. 40. Изображение зависимости

Диаграмма классов занимает центральное место в проектировании объектно-ориентированной системы. Нотация классов используется на разных этапах проектирования и строится с различной степенью детализации. Язык UML применяется не только для проектирования, но и с целью документирования, а также эскизирования проекта. Я (в отличии от Гради Буча) не являюсь сторонником разработки проекта с использованием всех видов UML диаграмм, а также детального проектирования. Чаще всего я применяю UML для эскизирования, а также для проектирования по процессу ICONIX . В статье описана часть нотации классов UML, применение которой достаточно в большинстве случаев. Тут не будет информации о кратности ассоциаций и атрибутов, особенностях изображения параллельных операций, шаблонах (параметризованных классах) и ограничениях. При необходимости всю эту информации можно посмотреть в других книгах . Мы же ограничимся базовой частью нотации и больше внимания уделим применению диаграммы классов.

1 Элементы диаграммы классов

На диаграмме классов с помощью специальных символов изображаются типы данных программы и отношения между ними, хотя в некоторых случаях могут использоваться и некоторые другие элементы — пакеты и даже экземпляры классов (объекты) .

1.1 Символ класса

Символ класса на диаграмме может выглядеть различным образом в зависимости от детализации диаграммы:

Вопросы детализации будут рассмотрены в следующих разделах, а сейчас надо обратить внимание, что символ класса содержит имя (Player), набор операций (move , get_gealth) и атрибутов (pos , state). Для элементов класса могут задаваться тип, кратность, видимость и т.д.:

Формат спецификации атрибута:
видимость имя: тип [кратность] = значение_по_умолчанию

Формат спецификации операции:
видимость имя(аргумент: тип) = тип_возвращаемого_значения

В зависимости от параметра видимости элемент может быть:

• приватным (private , доступен только внутри класса) — задается символом «минус» (-), может отображаться в виде квадрата;
• защищенным (protected , доступен внутри класса, а также внутри классов-наследников) — задается символом «решетка» (#), может отображаться в виде ромба;
• открытым (public , доступен всем) — задается символом «плюс» (+), может отображаться в виде круга.

Виртуальная функция и имя абстрактного класса выделяются курсивом, а статическая функция — подчеркивается.

1.2 Отношения классов

Диаграмма классов допускает различные виды отношений, рассмотрим их на части диаграммы модели некоторой игры:

В игре есть различные виды элементов (стены, сундуки, персонажи). Все эти элементы являются наследниками абстрактного класса AbstractItem , при этом часть из них умеет двигаться (такие элементы должны быть унаследованы от MovingItem). Наследование (отношение «является») изображается с помощью сплошной линии с закрытой стрелки, направленной в сторону суперкласса — на диаграмме класс MovingItem унаследован от AbstractItem , класс Player — от MovingItem и т.д. Штриховая линия с закрытой стрелкой задает отношение реализации (закрытое наследование).

Другой вид отношений между классами — включение, в объектно-ориентированном программировании различают два вида этого отношения — композицию и агрегацию. Напомню, что композиция — это разновидность включения, когда объекты неразрывно связаны друг с другом (время их жизни совпадает), в случае агрегации, время жизни различно (например, когда объект вложенного класса может быть заменен другим объектом во время выполнения программы).

Отношение композиции обозначается закрашенным ромбом, который рисуется со стороны включающего класса — так, класс MovingItem включает в себя класс Position , т.к. перемещающийся объект всегда имеет позицию. Отношение агрегации изображается незакрашенным ромбом — игрок (Player) агрегирует состояние (IPlayerState).

Если вы знакомы с паттернами State, Strategy или Delegation — секцию можно пропустить.
На приведенной выше диаграмме используется шаблон проектирования Состояние (State), являющийся разновидностью шаблона Делегирование (Delegation) и близкой к паттерну Стратегия (Strategy). Суть делегирования заключается в том, что для упрощения логики работы класса, часть его работы может быть передана (делегирована) вспомогательному классу. В свою очередь, паттерн State может быть добавлен, например, на этапе рефакторинга если в нескольких функциях класса встречается разлапистая проверка состояния объекта для выполнения тех или иных действий. В нашем случае персонаж может взаимодействовать с ежом, предположим, что если персонаж движется сидя и контактирует с ежом — у него должно уменьшится здоровье, а если стоя — увеличится счет (points). Кроме ежа могла быть еда, противники, патроны и т.д. Для демонстрации такого паттерна создан абстрактный класс IPlayerState и два наследника StayState и SeatState . В классе Player , при нажатии кнопки Ctrl состояние могло бы меняться на SeatState , а при отпускании — на StayState . Таким образом, при выполнении state->process_hedgehog(this) наш игрок каким-то образом, определенным объектом state , проконтактирует с ежиком.

Шаблон проектирования Delegation (и все его разновидности) — хороший пример для демонстрации агрегации. В нашем случае состояние игрока может меняться за счет изменения объекта по указателю, т.е. время жизни объектов различается.

Наиболее общий вид отношений между классами — ассоциация, обозначается сплошной линией (иногда со стрелкой). Вообще, и композиция, и агрегация, и обобщение (наследование) — являются частными случаями ассоциации. В нашей диаграмме с помощью ассоциации показано, что класс IPlayerState изменяет stats (health и points) объекта Player . Ассоциация может иметь название связи, поясняющую суть отношения. В качестве названия связей композиции и агрегации часто используется имя соответствующей переменной. Кроме того, ассоциация может иметь кратность, она задается на концах линии:

• 1 — одна связь (на нашей диаграмме показано, что один игрок включает в себя один экземпляр класса IPlayerState);
• * любое число связей (если бы на диаграмме был класс игрового поля, то с помощью звездочки можно было бы показать, что оно может содержать произвольное число игровых элементов);
• [от..до] — может задаваться диапазоном. Так диапазон эквивалентен звездочке, но если мы захотим показать, что должно присутствовать более одного объекта — можем записать

Последний вид отношений, который мы рассмотрим — зависимость, изображается штриховой (прерывистой) линией. Если есть стрелка — то направлена от зависимого к независимому классу, если стрелки нет — то классы зависят друг от друга. Под зависимостью понимается зависимость от интерфейса, т.е. если интерфейс независимого класса изменится — то придется вносить изменения в зависимый класс. В нашей диаграмме SeatState и StayState зависят от класса Player , т.к. обращаются к его методам для изменения характеристик игрока. Для изображения отношения дружбы между классами используется отношение зависимости с подписью friend .

Очевидно, что не все виды отношений стоит отображать на диаграмме и одни отношения могут быть заменены другими. Так, я убрал бы из нашего примера отношения зависимости, однако при некоторых обстоятельствах (например при эскизировании на маркерной доске) они были бы вполне уместны. Расстановка кратности и имен связей тоже выполняется далеко не во всех случаях. Вообще, не стоит помещать на диаграмму лишнюю информацию. Главное — диаграмма должна быть наглядной.

2 Использование диаграммы классов

Мы рассмотрели основные обозначения, используемые на диаграммах классов — их должно быть достаточно в подавляющем большинстве случаев. По крайней мере, владея этим материалом вы легко сможете разобраться в диаграммах шаблонов проектирования и понять эскиз любого проекта. Однако, как правильно строить такие диаграммы? В каком порядке и с какой степенью детализации? — ответ зависит от целей построения диаграммы, поэтому приведенный материал будет разбит на подразделы в соответствии с целями моделирования.

Стоит отметить, что у Гради Буча советы по использованию UML даны в книге «Руководство пользователя» , но в его «Объектно-ориементированном анализе» можно найти хорошие примеры и критерии качества проекта. Леоненков и вовсе избегает этой темы, оставляя лишь ссылки на литературу, конкретные рекомендации я нашел у Лармана и Розенберга , часть материала основана на моем личном опыте. Фаулер рассматривает UML как средство эскизирования, поэтому у него свой (сильно отличающийся от Буча и Розенберга) взгляд на диаграмму классов .

2.1 Диаграмма классов как словарь системы, концептуальная модель

Словарь системы формируется параллельно с разработкой диаграммы прецедентов, т.е. технического задания. Выглядит это следующим образом — вы задаете заказчику вопросы типа «что еще может сделать пользователь?», «что произойдет (должна выдать система) если пользователь сделает нажмет на <эту> кнопку?», а ответы на них записываете в виде описания прецедентов. Однако, заказчик, давая ответы может называть одни и те же вещи разными именами — из личного опыта: говоря «клетка», «пересечение», «узел» и «ячейка» заказчик может иметь ввиду одно и тоже. В вашей же системе все эти понятия должны быть представлены одной абстракцией (классом/функцией/…). Для этого при общении с заказчиком стоит фиксировать терминологию в виде словаря системы — очень хорошо с этим справляется диаграмма классов.

Гради Буч для построения словаря системы предлагает выполнять в следующем порядке :

1. анализируя прецеденты, определить какие элементы пользователи и разработчики применяют для описания задачи или ее решения;
2. выявить для каждой абстракции соответствующее ей множество обязанностей (ответственности). Проследите правильность распределения обязанностей (в том числе, соблюдение );
3. разработайте процедуры и операции для выполнения классами своих обязанностей.

В качестве примера рассмотрим словарь системы для игры «Сапер». На приведенной ниже диаграмме показан вариант, который получился в результате обсуждения задачи у моего студента. Видно, что на диаграмме изображены сущности и их атрибуты, понятные для заказчика, эту диаграмму стоит иметь перед глазами при составлении прецедентов чтобы не называть «Клетку» — «Полем», вводя всех в заблуждение. При построении словаря системы следует избегать нанесения на диаграмму функций классов, т.к. настолько детализированное распределение обязанностей лучше выполнять после построения диаграмм взаимодействия.

В процессе проектирования словарь системы может дополняться, Розенберг очень хорошо демонстрирует это в своей книге описывая итеративный процесс проектирования ICONIX . Например, после рассмотрения нескольких прецедентов может оказаться, что несколько классов реализуют один и тот же функционал — для решения проблемы надо более четко прописать обязанности каждого класса, возможно, добавить новый класс и перенести часть этих обязанностей ему.

Ларман предлагает строить концептуальную модель системы — это примерно то, что мы описали как словарь системы, но помимо терминов предметной области в ней фиксируются некоторые отношения, понятные заказчику. Например, заказчик понимает (и фиксирует в техническом задании), что <покупку> оформляет <продавец> — следовательно, между продавцом и покупкой существует отношение ассоциации "оформляет" . Я рекомендую строить концептуальную модель, дорабатывая словарь системы, хотя Ларман рекомендует сначала добавлять ассоциации, а затем — атрибуты.

2.2 Диаграмма классов уровня проектирования

В любом объектно-ориентированном процессе проектирования диаграмма классов является результатом, т.к. является моделью, наиболее близкой к реализации (коду). Существуют инструменты, способные преобразовать диаграмму классов в код — такой процесс называется кодогенерацией и поддерживается множеством IDE и средств проектирования. Например, кодогенерацию выполняет Visual Paradigm (доступно в виде плагинов для множества IDE), новые версии Microsoft Visual Studio, такие средств UML-моделирования как StarUML, ArgoUML и др. Чтобы построить по диаграмме хороший код, она должна быть достаточно подробной. Именно о такой диаграмме идет речь в этом разделе.

До Ларману до начала построения диаграммы классов уровня проектирования должны быть построены диаграммы взаимодействия и концептуальная модель системы. При этом порядок построения диаграммы следующий:

1. перенести классы с диаграммы последовательности;
2. добавить атрибуты концептуальной модели;
3. добавить имена методов по анализу диаграмм взаимодействия (например, );
4. добавить типы атрибутов и методов;
5. добавить ассоциации (на основании атрибутов — отношения композиции и агрегации);
6. добавить стрелки (направление ассоциаций)
7. добавить ассоциации, определяющие другие виды отношений (в первую очередь, наследование).

Отношения, добавляемые на диаграмму классов уровня проектирования отличаются от тех, что были в концептуальной модели тем, что они могут быть не очевидны для заказчика (эту диаграмму он вообще смотреть не должен — она разрабатывается для программистов). Если на этапе анализа технического задания мы могли выделить основные сущности, не задумываясь о том, как это будет реализовано, то теперь обязанности между нашими классами должны быть окончательно распределены.

Например, при анализе задания на игру «Сапер» мы выделили классы и, но будут ли эти классы в окончательном проекте или останутся только в воображении? — решение можно принять только проанализировав диаграммы взаимодействия. Ведь возможен и такой код:

Enum class CellType { EmptyOpened, EmptyClose, EmptyCloseFlagged, MineOpened, MineClose, MineCloseFlagged }; class PlayingGround { // ... CellType **m_ground; }

Поясню (для тех, кто не пишет на С++) — тут создается перечисление, которое задает тип ячейки. Ячейка может принимать одно из этих шести значений (пустая открытая, пустая закрытая, пустая закрытая с флажком и т.п.). В таком случае, ячейка никак не сможет сама реагировать на нажатия мыши и отвечать за свое отображение (например пустая открытая должна выводить число мин вокруг себя) — все эти обязанности, видимо, лягут на класс PlayingGround .

Пример выше утрированный и однозначно не является образцом хорошего проектирования — на класс PlayingGround возложено слишком много обязанностей, но могли ли мы учесть это при анализе технического задания? Сможем ли мы это сделать до разработки диаграмм взаимодействия для проекта любой сложности? — именно поэтому построение диаграммы классов является последним этапом проектирования.

2.3 Диаграмма классов для эскизирования, документирования

Под эскизированием понимают моделирование некоторой (интересной нам в данный момент) части системы. Например, эскизирование может выполняться на маркерной доске когда в вашу компанию попадет новый сотрудник и вы будете помогать ему «влиться» в существующий проект. Очевидно, что если если дать человеку диаграмму классов уровня проектирования — разбираться он будет долго. Суть эскизирования в избирательности — вы выносите на диаграмму только те элементы, которые важны для пояснения того или иного механизма.

Сторонником применения UML для эскизирования является Фаулер , который считает, что целостный процесс проектирования с использованием UML слишком сложен. Эскизирование применяется очень часто (не только при объяснении проекта на маркерной доске):

• в любой книге, посвященной паттернам проектирования, вы найдете массу UML диаграмм, выполненных в этом стиле;
• при моделировании прецедента выбираются классы, за счет которых этот прецедент реализуется. Моделирование прецедента выполняется при рефакторинге;
• в документацию для разработчиков нет смысла вставлять диаграмму классов уровня проектирования — гораздо полезнее описать наиболее важные (ключевые) моменты системы. Для этого строятся эскизные диаграммы классов и диаграммы взаимодействия. Также существуют специальные инструменты построения документацию по готовому коду — такие как JavaDoc или , в частности они строят диаграмму классов, но чтобы документация была понятной, в исходный код программы требуется вносить комментарии специального вида.

Каких-либо конкретных рекомендаций к эскизам диаграмм классов предложить невозможно, кроме того, обычно это достаточно простая задача. Важно понимать суть — избирательность представления элементов снижает сложность восприятия диаграммы.

2.4 Диаграмма классов для моделирования БД

Частным случаем диаграммы классов является диаграмма «сущность-связь» (E-R диаграмма), используемая для моделирования логической схемы базы данных. В отличии от классических E-R диаграмм, диаграмма классов позволяет моделировать поведение (триггеры и хранимые процедуры).

Обычно ситуация выглядит следующим образом — вы разработали систему, состояние которой нужно сохранять между запусками, например:

• в вашей игре надо хранить информацию о достижениях пользователя — пройденные уровни, набранные очки и т.п.;
• если игра сетевая — то может существовать сервер, на котором хранятся достижения разных игроков;
• ваше приложение для телефона записывает координаты пользователя и позволяет ему оставлять пометки на карте. Вся эта информация тоже не должна уничтожаться после закрытия приложения.

Хранимые между запусками данные должны каким-то образом загружаться по запросу пользователя, т.е. должны задаваться параметры соответствующих классов. Например, приложение должно получить из базы данных список треков (маршрутов) и отобразить его в виде списка в меню программы. При выборе элемента списка — запросить в БД параметры трека, создать объект трека и отобразить его на карте. В любом случае, данные с базы используются при инициализации объектов программы — это важно понимать.

Для моделирования схемы БД с помощью диаграммы классов нужно :

1. идентифицировать классы, данные которых должны храниться между запусками приложения (или обращениями пользователя) и нанести эти классы на отдельную диаграмму;
2. детально специфицировать атрибуты классов, ассоциации и кратности. В E-R модели кратности имеют огромное значение — так например, при наличии кратности «многие-ко-многим» придется создавать вспомогательную таблицу. Используйте специфические стереотипы классов и пометки атрибутов (для задания первичных и вторичных ключей, например) ;
3. решить проблемы использования полученной диаграммы в качестве физической модели базы данных — циклические ассоциации, n-арные ассоциации и т.д. При необходимости создать промежуточные абстракции;
4. раскрыть операции, важные для доступа к данным и поддержания целостности;

Заключение и список литературы

В статье я постарался описать наиболее существенные элементы диаграммы классов, а также аспекты их применения. Просматривается, что диаграмма строится на начальном этапе проектирования (концептуальная модель) и является его результатом. На всех этапах проектирования созданная в начале диаграмма классов дорабатывается, т.е. я рассматриваю итеративный процесс (такой как RUP или ICONIX). Кроме того, показано, использование диаграммы классов в других целях — эскизирования, документирования, моделирования логической схемы БД. На других страницах этого блога вы можете найти множество примеров использования диаграммы классов.

• диаграмма ;
• множество диаграмм, демонстрирующих шаги рефакторинга для приведения проекта в соответствие ;
• диаграммы классов для .
• Буч Градди Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений, 3-е изд. / Буч Градди, Максимчук Роберт А., Энгл Майкл У., Янг Бобби Дж., Коналлен Джим, Хьюстон Келли А.: Пер с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2010. - 720 с.
• Леоненков, А.В. Самоучитель UML 2 / А.В. Леоненков. – СПб.: БХВ — Петербург, 2007. – 576с.
• Ларман, К. Применение UML и шаблонов проектирования: Уч. Пос / К. Ларман. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. — 496 с.
• Розенберг Д., Скотт К. Применение объектного моделирования с использованием UML и анализ прецедентов.: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2002
• Бадд Т. Объектно-ориентированное программирование в действии: Пер с англ. — СПб: «Питер», 1997. — 464 с. 2002
• Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. — М.: ДМК, 2000. — 432 с.
• Фаулер, М. UML. Основы / М. Фаулер, К. Скотт; пер. с англ. – СПб.: Символ – Плюс, 2002. – 192 с.
• — URL: https://сайт/archives/1914
• — URL: https://сайт/archives/2769
• UML data modeling — URL: http://www.agiledata.org/essays/umlDataModelingProfile.html
• — URL: https://сайт/archives/887
• — URL: https://сайт/archives/2400
• — URL: https://сайт/archives/1372

UML -- язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. UML является языком широкого профиля, это открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования в основном программных систем. UML не является языком программирования, но в средствах выполнения UML-моделей как интерпретируемого кода возможна кодогенерация.

Использование UML не ограничивается моделированием программного обеспечения. Его также используют для моделирования бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур.

UML позволяет также разработчикам программного обеспечения достигнуть соглашения в графических обозначениях для представления общих понятий (таких как класс, компонент, обобщение (generalization), объединение (aggregation) и поведение), и больше сконцентрироваться на проектировании и архитектуре.

Язык UML представляет собой общецелевой язык визуального моделирования, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Язык UML одновременно является простым и мощным средством моделирования, который может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения. Этот язык вобрал в себя наилучшие качества методов программной инженерии, которые с успехом использовались на протяжении последних лет при моделировании больших и сложных систем.

Язык UML основан на некотором числе базовых понятий, которые могут быть изучены и применены большинством программистов и разработчиков, знакомых с методами объектно-ориентированного анализа и проектирования. При этом базовые понятия могут комбинироваться и расширяться таким образом, что специалисты объектного моделирования получают возможность самостоятельно разрабатывать модели больших и сложных систем в самых различных областях приложений.

Визуальное моделирование в UML можно представить как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем и к физической модели соответствующей программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме так называемой диаграммы вариантов использования (use case diagram), которая описывает функциональное назначение системы или, другими словами, то, что система будет делать в процессе своего функционирования. Диаграмма вариантов использования является исходным концептуальным представлением или концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки.

Разработка диаграммы вариантов использования преследует цели:

Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы;

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 данной диаграммы состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью так называемых 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. В свою очередь, вариант использования (use case) служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Другими словами, каждый вариант использования определяет некоторый набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой.

Диаграммой последовательностей (Sequence diagram) называется диаграмма взаимодействий, акцентирующая внимание на временной упорядоченности сообщений. Графически такая диаграмма представляет собой таблицу, объекты в которой располагаются вдоль оси X, а сообщения в порядке возрастания времени - вдоль оси Y. Диаграммой кооперации (Collaboration diagram) называется диаграмма взаимодействий, основное внимание в которой уделяется структурной организации объектов, принимающих и отправляющих сообщения. Графически такая диаграмма представляет собой граф из вершин и ребер.

Диаграммы последовательностей характеризуются двумя особенностями, отличающими их от диаграмм кооперации.

Во-первых, на них показана линия жизни объекта. Это вертикальная пунктирная линия, отражающая существование объекта во времени. Большая часть объектов, представленных на диаграмме взаимодействий, существует на протяжении всего взаимодействия, поэтому их изображают в верхней части диаграммы, а их линии жизни прорисованы сверху донизу. Объекты могут создаваться и во время взаимодействий. Линии жизни таких объектов начинаются с получения сообщения со стереотипом create. Объекты могут также уничтожаться во время взаимодействий; в таком случае их линии жизни заканчиваются получением сообщения со стереотипом destroy, а в качестве визуального образа используется большая буква X, обозначающая конец жизни объекта.

Вторая особенность этих диаграмм - фокус управления. Он изображается в виде вытянутого прямоугольника, показывающего промежуток времени, в течение которого объект выполняет какое-либо действие, непосредственно или с помощью подчиненной процедуры. Верхняя грань прямоугольника выравнивается по временной оси с моментом начала действия, нижняя - с моментом его завершения (и может быть помечена сообщением о возврате). Вложенность фокуса управления, вызван ную рекурсией (то есть обращением к собственной операции) или обратным вы зовом со стороны другого объекта, можно показать, расположив другой фокус управления чуть правее своего родителя (допускается вложенность произвольно! глубины). Если место расположения фокуса управления требуется указать с максимальной точностью, можно заштриховать область прямоугольника, соответствующую времени, в течение которого метод действительно работает и не пере дает управление другому объекту.

Диаграммой классов (Class diagram) называют диаграмму, на которой показано множество классов, интерфейсов, коопераций и отношений между ними. Ее изображают в виде множества вершин и дуг.

Диаграммы классов при моделировании объектно-ориентированных систем встречаются чаще других. На таких диаграммах показывается множество классов, интерфейсов, коопераций и отношений между ними.

Диаграммы классов используются для моделирования статического вида системы с точки зрения проектирования. Сюда по большей части относится моделирование словаря системы, коопераций и схем. Кроме того, диаграммы классов составляют основу еще двух диаграмм - компонентов и развертывания.

Диаграммы классов важны не только для визуализации, специфицирования и документирования структурных моделей, но также для прямого и обратного проектирования исполняемых систем.

Диаграммы деятельности - это один из пяти видов диаграмм, применяемых в UML для моделирования динамических аспектов поведения системы. Диаграмма деятельности - это, по существу, блок-схема, которая показывает, как поток управления переходит от одной деятельности к другой.

Диаграмма кооперации акцентирует внимание на организации объектов, принимающие участие во взаимодействии. Для создания диаграммы кооперации нужно расположить участвующие во взаимодействии объекта в виде вершин графа. Затем связи, соединяющие эти объекты, изображаются в вид дуг этого графа. Наконец, связи дополняются сообщениями, которые объекты при нимают и посылают. Это дает пользователю ясное визуальное представление о по токе управления в контексте структурной организации кооперирующихся объектов.

Диаграмма компонентов (Component diagram) показывает набор компонентов и отношения между ними. Графически диаграмма компонентов представляется в виде графа с ребрами и вершинами.

На диаграмме развертывания, или применения (Deployment diagram), показана конфигурация обрабатывающих узлов, на которых выполняется система, и компонентов, размещенных в этих узлах. Диаграмма развертывания представлена в виде графа с ребрами и вершинами.

Диаграммы состояний - это один из пяти видов диаграмм в языке UML, используемых для моделирования динамических аспектов системы. Диаграмма состояний показывает автомат. Ее частной разновидностью является диаграмма деятельности, в которой все или большая часть состояний - это состояния деятельности, а все или большая часть переходов инициируются в результате завершения деятельности в исходном состоянии. Таким образом, при моделировании жизненного цикла объекта полезны как диаграммы деятельности, так и диаграммы состояний. Но если диаграмма деятельности показывает поток управления от деятельности к деятельности, то на диаграмме состояний представлен поток управления от состояния к состоянию.