Проектирование ИС

Реализации варианта использования в разных моделях

Классы проектирования из модели проектирования трассируются
от классов анализа из модели анализа

Диаграмма классов проектирования

ДИАГРАММЫ КЛАССОВ

Класс отображается в виде прямоугольника, который может быть разделен горизонтальными линиями на секции. В этих секциях указывается имя, атрибуты (свойства) и операции (методы)
Способы отображения класса

Пример класса без атрибутов
С точки зрения структурного подхода, атрибуты – это переменные, а методы – это функции, описанные в теле класса. Они могут быть доступны или не доступны для изменения (атрибуты) или выполнения (методы) внешними объектами

Обязательным элементом обозначения класса на диаграмме является его имя. Оно должно быть уникальным в пределах пакета. Если класс является абстрактным, то его имя пишется курсивом.
Абстрактный класс – это класс, на основе которого нельзя создать объекты. Такие классы используются в качестве шаблона для дочерних классов при наследовании.

В секции имени класса может быть указан стереотип (например, "entity", "boundary", "interface" и т. п.).
Во второй секции каждому атрибуту соответствует отдельная строка со следующей спецификацией:
[видимость] [/] имя [: тип [‘[‘кратность‘]‘] [ = исходное значение]] [‘{‘модификаторы’}’].

Характеризует возможность чтения и модификации значения атрибута объекта описываемого класса, из объектов других классов
- "+" – общедоступный атрибут (англ. public) – доступен для чтения и модификации из объектов любого класса;
- "#" – защищенный атрибут (англ. protected) – доступен только объектам описываемого класса и его потомкам при наследовании;
- "–" – закрытый атрибут (англ. private) – доступен только объектам описываемого класса;
- "~" – пакетный атрибут (англ. package) – доступен только объектам классов, входящих в тот же пакет.
Видимость

Символ "/" перед именем атрибута указывает на то, что он является производным (т.е. его значение вычисляется из значений других атрибутов или ассоциаций).
Символ "/"

Имя (name) атрибута представляет собой строку текста, которая используется для его идентификации. Оно должно быть уникальным в пределах класса.
Имя

Тип (type) атрибута выбирается исходя из семантики значений, которые должны храниться в атрибуте, и, как правило, возможностей целевого языка программирования по представлению этих значений. Он соответствует одному из стандартных типов, определенных в этом языке (например, String, Boolean, Integer, Color и т. д.) или имени класса, на объект которого в этом атрибуте будет храниться ссылка. Во втором случае класс, имя которого указано в качестве типа, должен быть определен на диаграмме или в модели.
Тип

Кратность (multiplicity) атрибута характеризует количество значений, которые можно хранить в атрибуте. Если кратность атрибута не указана, то по умолчанию принимается ее значение, равное 1, т. е. атрибут является атомарным. Такой вариант допускает и отсутствие значения в атрибуте (null). Для атрибута, представляющего собой массив, множество, список и т. п., требуется указание кратности, которая записывается после типа в квадратных скобках. Варианты указания кратности, имеющие смысл, могут быть следующие:
- [0..*] или [*] – количество хранимых значений может принимать любое положительное целое число, большее или равное 0. Такой вариант задания кратности характерен для множеств, списков и других атрибутов, допускающих добавление или удаление элементов;
- [0..<число>] – количество хранимых значений, может быть не более указанного числа. Данный вариант применяется при описании массивов фиксированного размера. При этом не обязательно, чтобы все элементы массива имели конкретные значения;
- [0..<число>] [0..<число>] – применяется при описании двумерных массивов. Аналогичным образом можно описать трехмерные, четырехмерные и т.д. массивы.
Кратность

Исходное значение (default value) служит для задания некоторого начального значения атрибута в момент создания отдельного экземпляра класса (объекта).
Исходное значение

Mодификатор (modifier) описывает особенности реализации атрибута, например:
- {final} / {readOnly} – атрибут является константой, т.е. доступен только для чтения;
- {static} – атрибут при выполнении программы в конкретный момент времени будет иметь одно и то же значение для всех объектов класса;
- {transient} – атрибут и его значение при записи объекта в БД или файл (сериализации объекта) не должны запоминаться;
- {redefines <имя атрибута родительского класса>} – атрибут переопределяет (заменяет) атрибут родительского класса;
- {id} – значение атрибута используется в качестве идентификатора объекта класса;
- {unique} или {nonunique} – значения неатомарного атрибута должны быть уникальны или допускаются повторы значений;
- {ordered} или {unordered} – значения неатомарного атрибута должны быть отсортированы или могут содержаться в произвольном порядке;
- {seq} / {sequence} – значения неатомарного атрибута хранятся упорядочено (к ним можно обращаться по индексу или выполнять перебор в соответствии с порядком их добавления в список/массив/множество) и могут повторяться.
Mодификатор

Примеры указания атрибутов

В третьей секции указывается перечень методов класса. Можно выделить шесть основных типов методов
3-я секция

- конструктор – метод, создающий и инициализирующий объект. В Java имя конструктора совпадает с именем класса;
- деструктор – метод, уничтожающий объект. В некоторых языках программирования (в частности в Java) определение деструкторов не требуется, так как очистка памяти от неиспользуемых объектов (сборка мусора) выполняется автоматически;
- модификатор – метод, который изменяет состояние объекта (значения атрибутов). Имена модификаторов начинаются, как правило, со слова set (англ. – установить). Например, установить атрибуту Name новое значение setName(newName : String);
- селектор – метод, который может только считывать значения атрибутов объекта, но не изменяет их. Имена селекторов начинаются, как правило, со слов get (англ. – получить) или is при возврате логического результата. Например, считать значение атрибута Name – getName() или определить видимость на экране элемента графического интерфейса – isVisible();
- итератор – метод, позволяющий организовать доступ к элементам объекта. Например, для объекта, представляющего собой множество Set или список List, это могут быть методы перехода к первому элементу first(), следующему next(), предыдущему previous() и т. п.;
- событие – метод, запускаемый на выполнение автоматически при соблюдении определенных условий.
Шесть основных типов методов

[видимость] имя ([список параметров]) [: тип] [‘{‘свойства’}’].
Описание методов

Имя и кратность параметра задаются по тем же правилам, что и для атрибутов класса.
Тип параметра – тип значений, которые может принимать параметр.
Значение по умолчанию – значение, которое передается в метод, если при вызове метода данный параметр не определен.
Тип метода – тип результата, возвращаемого методом. Если тип не указан, то метод не возвращает никакого результата (в языках программирования такие методы, как правило, обозначаются модификатором void).

Свойства служат для указания специфических свойств метода, например:
- {native} – реализация метода зависит от платформы (операционной системы);
- {abstract} – метод в описываемом классе не имеет тела. Код метода должен быть определен в дочерних классах;
- {sequential} – метод допускает только последовательный вызов. Парралельный вызов операции может вызвать сбой программы;
- {guarded} – метод автоматически блокируется (ждет очереди) до завершения других вызовов (экземпляров) метода;
- {concurrent} – допускается параллельное (одновременное) выполнение нескольких вызовов (экземпляров) метода;
- {query} – метод не меняет состояние системы. Как правило, в языках программирования имена таких методов начинаются на get или is;
- {redefines <имя метода родительского класса>} – метод переопределяет (заменяет) метод родительского класса;
- {unique} или {nonunique} – возвращает неатомарный атрибут без или с повторами значений;
- {ordered} или {unordered} – возвращает отсортированную или неотсортированную последовательность значений неатомарного атрибута;
- {seq} / {sequence} – возвращает упорядоченную последовательность значений неатомарного атрибута.
Свойства

Примеры указания методов

Отношение ассоциации
Отношение ассоциации означает наличие атрибута, в котором будет храниться ссылка (ссылки) на объект (объекты) класса, в сторону которого направлена стрелка ассоциации.
Графический символ класса Class_A преобразуется в строки определения самого класса "public class Class_A" и его конструктора "public Class_A() {}". Аналогично для Class_B. Ассоциация от Class_B в сторону Class_A преобразуется в строку "public Class_A object_A;", описывающую атрибут object_A, в котором будет храниться ссылка на объект класса Class_A. Ввиду отсутствия указания кратности отношения, она по умолчанию принимается равной 1.

Наличие двунаправленной ассоциации или ассоциации без стрелок свидетельствует о наличии в обоих классах атрибутов, содержащих ссылки на объекты. Кратность более 1 подразумевает хранение не одной, а нескольких ссылок. Таким образом, один объект класса Class_A будет связан с несколькими объектами класса Class_B. Ссылки на эти объекты будут храниться в массиве object_B[]. Современные Case-средства позволяют вместо массива указывать другие варианты хранения набора объектов, такие как множества, списки, хешированные таблицы и т.д.

Отношения агрегации и композиции

Отношение обобщения в тексте программы на языке Java показывается ключевым словом "extends" (расширяет) в дочернем классе.
Отношение обобщения

Отношение зависимости не приводит к автоматической генерации кода программы, но свидетельствует об обращении из объекта зависимого класса к атрибутам, методам или непосредственно к объектам независимого класса. Данное отношение в Case-средстве может автоматически отображаться на диаграмме при обратном проектировании или при синхронизации диаграммы и текста программы.
Отношение зависимости
В строке "public obrabotka(Class_A object_A)" используется ссылка на объект класса Class_A. В строке "String name = object_A.name;" выполняется обращение к атрибуту объекта класса Class_A. В строке "int age = object_A.getAge();" выполняется обращение к методу объекта класса Class_A.

Отношение реализации - дополнительное отношение на диаграмме классов по сравнению с диаграммой классов анализа, которое отображается только между классами и интерфейсами. В тексте на языке Java данное отношение обозначается ключевым словом "implements".
Отношение реализации
Внешний вид отношения подчеркивает тот факт, что оно сочетает в себе особенности обобщения (наследования) и зависимости.

Для отображения интерфейса в UML имеется также другой способ отображения - в виде кружка, который связывается ассоциацией с реализующим его классом. Класс, который использует (англ. use) интерфейс, связывается с ним или ассоциацией с полукругом на конце или зависимостью с соответствующим стереотипом.
Интерфейс

Объекты

Диаграмма классов
Является центральным звеном объектно-ориентированного подхода
Содержит информацию об объектах системы и статических связях между объектами
Отражает декларативные знания о предметной области
Оперирует понятиями класса, объекта, отношения, пакета

Класс
Класс – это множество объектов, которые обладают одинаковой структурой, поведением и отношениями с объектами из других классов.
Простейший вид класса состоит только из секции имени
Класс с указанием атрибутов (переменных)
Полное описание класса, состоящее из 3 разделов (секций) – секции имени, секции атрибутов, секции операций

Класс
Имя класса должно быть уникально
Имя класса должно начинаться с заглавной буквы.
Класс может не иметь экземпляров или объектов. В этом случае он называется абстрактным классом, а для обозначения его имени используется курсив

Атрибуты класса
Атрибут = свойство, которое является общим для всех объектов данного класса
Общий формат записи атрибутов:
<квантор видимости> <имя атрибута> [кратность]: <тип атрибута> = <исходное значение> {строка-свойство}

Атрибуты класса.
Квантор видимости
Квантор видимости может принимать одно из следующих значений: +, #, - , ~.
«+» - атрибут с областью видимости типа общедоступный (public).
«#» - атрибут с областью видимости типа защищенный (protected).
«-» - атрибут с областью видимости типа закрытый (private).
«~» - атрибут с областью видимости типа пакетный (package).

Атрибуты класса.
Имя атрибута
Представлено в виде уникальной строки текста
Имя атрибута является единственным обязательным элементом в синтаксическом обозначении атрибута
Должно начинаться со строчной буквы
По практическим соображениям записывается без пробелов

Атрибуты класса.
Кратность атрибута
Кратность атрибута характеризует общее количество конкретных атрибутов данного типа, входящих в состав отдельного класса.
Формат: [нижняя граница . . верхняя граница]
Примеры: [0..1], [0..*], [1..3,5..7]

Атрибуты класса. Тип атрибута
Выражение, определяемое некоторым типом данных (например, в зависимости от языка программирования)
В простейшем случае – осмысленная строка текста.
Пример:
цвет: Color
имяСотрудника[1..2]: String;
видимость: Boolean

Атрибуты класса.
Исходное значение
Служит для задания некоторого начального значения в момент создания отдельного экземпляра класса
Пример:
цвет: Color = (255, 0, 0)
имяСотрудника[1..2]: String = ‘Иван Иванов’;
видимость: Boolean = истина

Атрибуты класса.
Строка-свойство
Служит для указания дополнительных свойств атрибута, которые могут характеризовать особенности изменения значений атрибута в ходе выполнения соответствующей программы.
Это значение принимается за исходное значение атрибута, которое не может быть изменено в дальнейшем.
Пример:
заработнаяПлата: Currency = $500 {frozen}

Операции класса
Представляют собой некоторый сервис, который предоставляет каждый экземпляр класса или объект по требованию своих клиентов.
Правила записи операций:
<квантор видимости> <имя операции> (список параметров): <выражение типа возвращаемого значения> {строка-свойство}

Операции класса.
Список параметров
Список параметров является перечнем разделенных запятой формальных параметров, каждый из которых, в свою очередь, может быть представлен в следующем виде:
<вид параметра> <имя параметра> : <выражение типа> = <значение параметра по умолчанию>

Операции класса.
Строка-свойство
Строка-свойство служит для указания значений свойств, которые могут быть применены к данной операции.
Например, для указания последовательности действий будет использована строка-свойство вида:
{concurrency = имя} ,
где имя может принимать одно из следующих значений:
sequential (последовательная),
concurrent (параллельная),
guarded (охраняемая)

Операции класса. Примеры
+нарисовать (форма : Многоугольник = прямоугольник, цветЗаливки : Color = (0, 0, 255));
-изменитьСчетКлиента (номерСчета : Integer) : Currency;
#выдатьСообщение() : (‘Ошибка деления на ноль’).

Отношения между классами
Базовыми отношениями на диаграмме классов являются:
отношения ассоциации (association);
отношения обобщения (generalization);
отношения агрегации (aggregation);
отношения композиции (composition);
отношения зависимости (dependency).

Отношение ассоциации
Отношение ассоциации свидетельствует о наличии произвольного отношения между классами.
Кратность ассоциации
Имя ассоциации

Отношение обобщения
Является отношением классификации между более общим элементом (родителем или предком) и более частным или специальным элементом (дочерним или потомком)

Отношение агрегации
Смысл: один из классов представляет собой некоторую сущность, которая включает в себя в качестве составных частей другие сущности.
Применяется для представления системных взаимосвязей типа «часть-целое».

Отношение композиции
Является частным случаем отношения агрегации.
Части не могут выступать в отрыве от целого, т.е. с уничтожением целого уничтожаются составные части.

Отношение зависимости
Используется в такой ситуации, когда некоторое изменение одного элемента модели может потребовать изменения другого элемента.
Источник зависимости
Клиент зависимости

Пакеты
служат для группировки элементов модели
Любой пакет владеет своими элементами
любой элемент может принадлежать только одному пакету

Пример диаграммы классов

Расширения языка UML
Расширения языка UML
Профиль для процесса разработки ПО
(The UML Profile for Software Development)
Профиль для бизнес-моделирования (The UML Profile for Business Modeling)

Профиль для процесса разработки ПО
Управляющий класс (control) – отвечает за координацию действий других классов.

Профиль для процесса разработки ПО
Класс-сущность (entity) содержит информацию, которая должна храниться постоянно и не уничтожаться с уничтожением объектов данного класса или прекращением работы моделируемой системы.

Профиль для процесса разработки ПО
Граничный класс (boundary) – располагается на границе системы с внешней средой, но является составной частью системы.

Задание
изучить самостоятельно графические примитивы профиля бизнес-моделирования.

Интерфейс (interface)
в контексте языка UML является специальным случаем класса, у которого имеются только операции и отсутствуют атрибуты.

1. За основу диаграммы классов при ее разработке берется диаграмма классов анализа.
2. Для классов должны быть определены и специфицированы все атрибуты и методы. Их спецификация, как правило, выполняется с учетом выбранного языка программирования.
3. При определении методов рекомендуется использовать сообщения с ранее разработанных диаграмм последовательности и коммуникации.
Рекомендации

4. Детальное проектирование граничных классов, как правило, не требуется. Большинство современных средств разработки поддерживает визуальную разработку интерфейса системы – меню, диалоговых форм, элементов диалоговых окон, панелей инструментов и т. д. В качестве исходных данных для их проектирования служат прототипы пользовательских интерфейсов. В связи с этим при проектировании таких классов основное внимание следует уделять особенностям отображения информации и специфичным операциям, которые возникают при диалоге пользователя с системой. Граничные классы, определяющие интерфейс взаимодействия с другими системами, требуют детального проектирования.

5. Для проектирования классов-сущностей можно применять подходы, используемые при проектировании БД, особенно в том случае, если данные будут храниться в таблицах БД. Если представление данных в БД и классах отличается друг от друга и в качестве хранилища информации будет применяться реляционная база данных, то рекомендуется разработать отдельную диаграмму классов, описывающую состав и структуру БД. Современные Case-средства позволяют разрабатывать такие диаграммы и синхронизировать их с БД.

6. Несмотря на то, что каждому объекту при выполнении программы автоматически назначается уникальный идентификатор, рекомендуется для классов-сущностей явно определять атрибуты, хранящие значения первичного ключа.
7. В отличие от реляционных БД поощряется использование в классах многозначных атрибутов в виде массивов, множеств, списков и т. д.
8. Управляющие классы следует проектировать только в случаях крайней необходимости – управления сложным взаимодействием объектов, реализации сложной бизнес-логики и вычислений, контроля целостности объектов и т. п. В противном случае функциональность этого класса лучше распределить между соответствующими граничными классами и классами-сущностями.

9. Для атрибутов рекомендуется назначать видимость private (закрытый) или protected (защищенный). Если требуется чтение значения такого атрибута из объектов других классов, то следует предусмотреть для него get-метод, а если возможность установки нового значения – set-метод.

10. Для методов видимость public (общедоступный) следует устанавливать только в случае крайней необходимости.
11. Ввиду большого количества классов в системе рекомендуется диаграммы классов разрабатывать отдельно для каждого пакета. По умолчанию Case-средства поддерживают именно такой подход проектирования, хотя и допускают разработку диаграмм, на которых присутствуют классы из разных пакетов.
12. При проектировании диаграммы и отдельных классов рекомендуется пользоваться шаблонами проектирования.