Основные принципы построения объектной модели. Построение объектной модели существующего бизнес-процесса
Построение объектной модели задачи с использованием языка моделирования UML.
РАБОТА ВЫПОЛНЯЕТСЯ в StarUML
Время выполнения:
2 – 3 занятия
К защите работы должен быть предоставлен проект, созданный в пакете Rational Rose, включающий три вида диаграмм: прецедентов, классов (интерфейс, данные) и последовательностей для каждой функции.
ПРИМЕР ЗАДАНИЯ:
Необходимо обеспечить хранение в базе данных следующей информации:
- информация о студентах
o Ф.И.О.,
o адрес,
o номер зачетки,
o группа);
- информация о специальностях
o наименование специальности,
o шифр;
- информация о группах
o специальность,
o год поступления,
o номер группы.
Обеспечить выдачу документа “Список группы”, содержащего поля:
· Ф.И.О.,
· номер зачетки.
Порядок выполнения работы
Построение объектной модели выполняется в пакете Rational Rose. Для этого создадим пустой проект. Начинать выполнение работы следует с диаграммы прецедентов. Ее строят в области Main секции Use Case View, как показано на рис.9.
Перед началом построения диаграммы необходимо определить роли пользователей системы (актеров) и их функции (прецеденты). В нашем случае с системой работают два актера – это «Работник учебного отдела» и «Работник деканата». В функции работника учебного отдела входит ведение списка специальностей (под ведением списка мы будем понимать добавление записей, их корректировку и удаление). Функции работника деканата включают в себя ведение списка студентов и ведение списка групп.
Построенная диаграмма изображена на рис. 10.
Далее в секции Logical View следует создать две диаграммы классов. Для этого можно создать два пакета. Первая диаграмма должна содержать классы интерфейса проектируемого приложения (см. рис. 11). На данном рисунке в классах «Список групп» и «Список студентов» опущены операции добавления, изменения и удаления во избежание загромождения рисунка. Список группы (нижний класс) является выходным документом (перед ним следует класс «Выбор группы», т.к. необходимо получить список студентов определенной группы). Вторая диаграмма – сущности базы данных (см. рис. 12).
В построенной диаграмме классов отображены все формы будущего приложения и их взаимосвязь.
Следует проставить ключевые поля и установить связь (из контекстного меню стрелки - Multiplicity).
Следующий этап построения объектной модели – создание диаграмм последовательностей. Диаграммы последовательностей создаются для каждого прецедента на диаграмме прецедентов. Чтобы добавить диаграмму последовательностей к прецеденту необходимо выбрать его в дереве и вызвать на нем контекстное меню (NewàSequence Diagram) как показано на рис. 13.
Пример диаграммы последовательностей для прецедента «Ведение списка специальностей» представлен на рис. 14.
Следует отметить, что при построении данного вида диаграммы для выходного документа «Список группы» в нашем случае следует сначала выбрать группу на форме «Выбор группы» (на нее в свою очередь должны попасть данные из сущности «Группа»), а затем отобразить форму выходного документа, на которую данные поступают уже из сущности «Студент».
При объектно-ориентированном подходе анализ требований к системе сводится к разработке моделей этой системы. Моделью системы (или какого-либо другого объекта или явления) мы называем формальное описание системы, в котором выделены основные объекты, составляющие систему, и отношения между этими объектами. Построение моделей - широко распространенный способ изучения сложных объектов и явлений. В модели опущены многочисленные детали, усложняющие понимание. Моделирование широко распространено и в науке, и в технике.
Модели помогают:
Проверить работоспособность разрабатываемой системы на ранних этапах ее разработки;
Общаться с заказчиком системы, уточняя его требования к системе;
Вносить (в случае необходимости) изменения в проект системы (как в начале ее проектирования, так и на других фазах ее жизненного цикла).
В настоящее время существует несколько технологий объектно-ориентированной разработки прикладных программных систем, в основе которых лежит построение и интерпретация на компьютере моделей этих систем. В данном проекте применена одна из них - OMT (Object Modeling Techniques). Кроме того построена диаграмма объектной модели на языке UML.
Объектная модель описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.
Определение классов объектной модели
Анализ внешних требований к проектируемой системе позволяет определить объекты и классы объектов, связанные с прикладной проблемой, которую должна решать эта система. Все классы должны быть осмыслены в рассматриваемой прикладной области; классов, связанных с компьютерной реализацией, как например список, стэк и т.п. на этом этапе вводить не следует.
Начнём с выделения возможных классов из письменной постановки прикладной задачи. При определении возможных классов нужно постараться выделить как можно больше классов, выписывая имя каждого класса, который приходит на ум. В частности, каждому существительному, встречающемуся в предварительной постановке задачи, может соответствовать класс. Поэтому при выделении возможных классов каждому такому существительному обычно сопоставляется возможный класс.
В результате получаем следующий список возможных имён классов:
Другой proxy;
Документ;
Удалённый Web сервер;
Конфигурация;
Информация о документе;
Информация об удалённом Web сервере;
Заголовок запроса;
Заголовок ответа.
Объектная модель
Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными принципами ее построения являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и сохраняемость. Каждый из этих принципов сам по себе не нов, но в объектной модели они впервые применены в совокупности.
Объектно-ориентированный анализ и проектирование принципиально отличаются от традиционных подходов структурного проектирования: здесь нужно по-другому представлять себе процесс декомпозиции, а архитектура получающегося программного продукта в значительной степени выходит за рамки представлений, традиционных для структурного программирования. Отличия обусловлены тем, что структурное проектирование основано на структурном программировании, тогда как в основе объектно-ориентированного проектирования лежит методология объектно-ориентированного программирования.
Методы структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков. Аналогично, методы объектно-ориентированного проектирования созданы для того, чтобы помочь разработчикам применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты.
. (object-oriented analysis, ООА) направлен на создание моделей реальной действительности на основе объектно-ориентированного мировоззрения.
Объектно-ориентированный анализ - это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов, выявленных в предметной области.
. (object-oriented design, ООД)
Программирование прежде всего подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования. Проектирование, напротив, основное внимание уделяет правильному и эффективному структурированию сложных систем. Определим объектно-ориентированное проектирование следующим образом:
Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы.
В данном определении содержатся две важные части: объектно-ориентированное проектирование
1) основывается на объектно-ориентированной декомпозиции;
2) использует многообразие приемов представления моделей, отражающих логическую (классы и объекты) и физическую (модули и процессы) структуру системы, а также ее статические и динамические аспекты.
Именно объектно-ориентированная декомпозиция отличает объектно-ориентированное проектирование от структурного, в первом случае логическая структура системы отражается абстракциями в виде классов и объектов, во втором - алгоритмами.
. (object-oriented programming, OOП)
Объектно-ориентированное программирование - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
В данном определении можно выделить три части:
1) OOП использует в качестве базовых элементов объекты, а не алгоритмы;
2) каждый объект является экземпляром какого-либо определенного класса;
3) классы организованы иерархически .
Программа будет объектно-ориентированной только при соблюдении всех трех указанных требований. В частности, программирование, не основанное на иерархических отношениях, не относится к OOП, а называется программированием на основе абстрактных типов данных.
Выделяют пять основных разновидностей стилей программирования, которые перечислены ниже вместе с присущими им видами абстракций:
Невозможно признать какой-либо стиль программирования наилучшим во всех областях практического применения. Например, для проектирования баз знаний более пригоден стиль, ориентированный на правила, а для вычислительных задач - процедурно-ориентированный. По накопленному опыту объектно-ориентированный стиль является наиболее приемлемым для широчайшего круга приложений; действительно, эта парадигма часто служит архитектурным фундаментом, на котором основываются другие парадигмы.
Каждый стиль программирования имеет свою концептуальную базу. Каждый стиль требует своего умонастроения и способа восприятия решаемой задачи. Для объектно-ориентированного стиля концептуальная база - это объектная модель. Она имеет четыре главных элемента:
- абстрагирование;
- инкапсуляция;
- модульность;
- иерархия.
Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных, имеются еще три дополнительных элемента:
- типизация;
- параллелизм;
- сохраняемость.
Называя их дополнительными, имеется в виду, что они полезны в объектной модели, но не обязательны.
Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя.
Абстракция основывается на понятиях клиента и сервера.
Клиентом называется любой объект, использующий ресурсы другого объекта (называемого сервером ).
Мы будем характеризовать поведение объекта услугами, которые он оказывает другим объектам, и операциями, которые он выполняет над другими объектами. Такой подход концентрирует внимание на внешних проявлениях объекта и приводит к идее контрактной модели программирования, когда внешнее проявление объекта рассматривается с точки зрения его контракта с другими объектами, в соответствии с этим должно быть выполнено и его внутреннее устройство (часто во взаимодействии с другими объектами). Контракт фиксирует все обязательства, которые объект-сервер имеет перед объектом-клиентом. Другими словами, этот контракт определяет ответственность объекта, то есть то поведение, за которое он отвечает.
Каждая операция, предусмотренная этим контрактом, однозначно определяется ее формальными параметрами и типом возвращаемого значения. Полный набор операций, которые клиент может осуществлять над другим объектом, вместе с правильным порядком, в котором эти операции вызываются, называется протоколом. Протокол отражает все возможные способы, которыми объект может действовать или подвергаться воздействию. Он полностью определяет, тем самым, внешнее поведение абстракции со статической и динамической точек зрения.
Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.
Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним устройством. Чаще всего инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, то есть маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его методов. Практически это означает наличие двух частей в классе: интерфейса и реализации. Интерфейс отражает внешнее поведение объекта, описывая абстракцию поведения всех объектов данного класса. Внутренняя реализация описывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта. Принцип разделения интерфейса и реализации соответствует сути вещей: в интерфейсной части собрано все, что касается взаимодействия данного объекта с любыми другими объектами; реализация скрывает от других объектов все детали, не имеющие отношения к процессу взаимодействия объектов.
Модульность - это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули.
В процессе разделения системы на модули могут быть полезными два правила. Во-первых, поскольку модули служат в качестве элементарных и неделимых блоков программы, которые могут использоваться в системе повторно, распределение классов и объектов по модулям должно учитывать это. Во-вторых, многие компиляторы создают отдельный сегмент кода для каждого модуля. Поэтому могут появиться ограничения на размер модуля. Динамика вызовов подпрограмм и расположение описаний внутри модулей может сильно повлиять на локальность ссылок и на управление страницами виртуальной памяти. При плохом разбиении процедур по модулям учащаются взаимные вызовы между сегментами, что приводит к потере эффективности кэш-памяти и частой смене страниц.
Свести воедино столь разноречивые требования довольно трудно, но главное – это уяснить, что вычленение классов и объектов в проекте и организация модульной структуры есть независимые действия. Процесс вычленения классов и объектов составляет часть процесса логического проектирования системы, а деление на модули - этап физического проектирования. Разумеется, иногда невозможно завершить логическое проектирование системы, не завершив физическое проектирование, и наоборот. Два этих процесса выполняются итеративно.
Иерархия - это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.
Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия "is-a") и структура объектов (иерархия "part of").
Важным элементом объектно-ориентированных систем и основным видом иерархии "is-a" является упоминавшаяся выше концепция наследования. Наследование означает такое отношение между классами (отношение родитель/потомок), когда один класс заимствует структурную или функциональную часть одного или нескольких других классов (соответственно, одиночное и множественное наследование ). Иными словами, наследование создает такую иерархию абстракций, в которой подклассы наследуют строение от одного или нескольких суперклассов. Часто подкласс достраивает или переписывает компоненты вышестоящего класса.
Если иерархия "is а" определяет отношение "обобщение/специализация", то отношение "part of" (часть) вводит иерархию агрегации. В иерархии "part of" класс находится на более высоком уровне абстракции, чем любой из использовавшихся при его реализации.
Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.
Параллелизм - это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.
Сохраняемость - способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.
Теперь у нас есть все необходимые понятия, чтобы описать процесс построения объектной модели. Этот процесс включает в себя следующие этапы:
· определение объектов и классов;
· подготовка словаря данных;
· определение зависимостей между объектами;
· определение атрибутов объектов и связей;
· организация и упрощение классов при использовании наследования;
· дальнейшее исследование и усовершенствование модели.
2.2.1. Определение классов. Анализ внешних требований к проектируемой ПС позволяет определить объекты и классы объектов, связанные с прикладной проблемой, которую должна решать эта система. Все классы должны быть осмыслены в рассматриваемой прикладной области; классов, связанных с компьютерной реализацией, как например список, стек и т.п. на этом этапе вводить не следует.
Начать нужно с выделения возможных классов из письменной постановки прикладной задачи (технического задания и другой документации, предоставленной заказчиком). Следует иметь в виду, что это очень сложный и ответственный этап разработки, так как от него во многом зависит дальнейшая судьба проекта.
При определении возможных классов нужно постараться выделить как можно больше классов, выписывая имя каждого класса, который приходит на ум. В частности, каждому существительному, встречающемуся в предварительной постановке задачи, может соответствовать класс. Поэтому при выделении возможных классов каждому такому существительному обычно сопоставляется возможный класс.
· избыточные классы: если два или несколько классов выражают одинаковую информацию, следует сохранить только один из них;
· нерелевантные (не имеющие прямого отношения к проблеме) классы : для каждого имени возможного класса оценивается, насколько он необходим в будущей системе (оценить это часто бывает весьма непросто); нерелевантные классы исключаются;
· нечетко определенные (с точки зрения проблемы) классы (см. п. 2.3.1);
· атрибуты : некоторым существительным больше соответствуют не классы, а атрибуты; такие существительные, как правило, описывают свойства объектов (например, имя, возраст, вес, адрес и т.п.);
· операции : некоторым существительным больше соответствуют не классы, а имена операций (например, телефонный_вызов вряд ли означает какой-либо класс);
· роли : некоторые существительные определяют имена ролей в объектной модели (например, владелец, водитель, начальник, служащий; все эти имена связаны с ролями в различных зависимостях объектов класса человек);
· реализационные конструкции : именам, больше связанным с программированием и компьютерной аппаратурой, не следует на данном этапе сопоставлять классов, так как они не отражают особенностей проектируемой ПС; примеры таких имен: подпрограмма, процесс, алгоритм, прерывание и т.п.
После исключения имен всех ненужных (лишних) возможных классов будет получен предварительный список классов, составляющих проектируемую систему.
2.2.2. Подготовка словаря данных. Отдельные слова имеют слишком много интерпретаций. Поэтому необходимо в самом начале проектирования подготовить словарь данных , содержащий четкие и недвусмысленные определения всех объектов (классов), атрибутов, операций, ролей и других сущностей, рассматриваемых в проекте. Без такого словаря обсуждение проекта с коллегами по разработке и заказчиками системы не имеет смысла, так как каждый может по-своему интерпретировать обсуждаемые термины. Пример словаря см. в п. 2.3.2.
2.2.3. Определение зависимостей. На следующем этапе построения объектной модели определяются зависимости между классами. Прежде всего из классов исключаются атрибуты, являющиеся явными ссылками на другие классы; такие атрибуты заменяются зависимостями. Смысл такой замены в том, что зависимости представляют собой абстракцию того же уровня, что и классы, и потому не оказывают непосредственного влияния на будущую реализацию (ссылка на класс лишь один из способов реализации зависимостей).
Аналогично тому, как имена возможных классов получались из существительных, встречающихся в предварительной постановке прикладной задачи, имена возможных зависимостей могут быть получены из глаголов или глагольных оборотов , встречающихся в указанном документе. Так обычно описываются: физическое положение (следует_за, является_частью, содержится_в), направленное действие (приводит_в_движение), общение (разговаривает_с), принадлежность (имеет, является_частью) и т.п. Пример выделения явных и неявных глагольных оборотов из предварительной постановки конкретной прикладной задачи рассмотрен в п. 2.3.3.
Затем следует убрать ненужные или неправильные зависимости, используя следующие критерии:
· зависимости между исключенными классами должны быть исключены, либо переформулированы в терминах оставшихся классов (см. п. 2.3.3);
· нерелевантные зависимости и зависимости, связанные с реализацией, должны быть исключены (см. п. 2.3.3);
· действия: зависимость должна описывать структурные свойства прикладной области, а не малосущественные события (см. п. 2.3.3);
· тренарные зависимости: большую часть зависимостей между тремя или большим числом классов можно разложить на несколько бинарных зависимостей, используя в случае необходимости квалификаторы (см. п. 2.3.3); в некоторых (редких) случаях такое разложение осуществить не удается; например, тренарная зависимость "Профессор читает курс в аудитории 628" не может быть разложена на бинарные без потери информации;
· производные зависимости: нужно исключать зависимости, которые можно выразить через другие зависимости, так как они избыточны (см. п. 2.3.3); при исключении избыточных (производных) зависимостей нужно быть особенно осторожным, так как не все дублирующие одна другую зависимости между классами избыточны; в некоторых случаях другие зависимости позволяют установить только существование еще одной производной зависимости, но не позволяют установить кратность этой зависимости; например, в случае, представленном на рис. 2.36, фирма имеет много служащих и владеет многими компьютерами; каждому служащему предоставлено для персонального использования несколько компьютеров, кроме того, имеются компьютеры общего пользования; кратность зависимости предоставлен_для_использования не может быть выведена из зависимостей служит и владеет; хотя производные зависимости и не добавляют новой информации, они часто бывают удобны; в этих случаях их можно указывать на диаграмме, пометив косой чертой.
Рис. 2.36. Неизбыточные зависимости
Удалив избыточные зависимости, нужно уточнить семантику оставшихся зависимостей следующим образом:
· неверно названные зависимости: их следует переименовать, чтобы смысл их стал понятен (см. п. 2.3.3);
· имена ролей: нужно добавить имена ролей там, где это необходимо; имя роли описывает роль, которую играет соответствующий класс в данной зависимости с точки зрения другого класса, участвующего в этой зависимости; если имя роли ясно из имени класса, его можно не указывать (см. п. 2.3.3);
· квалификаторы: добавляя квалификаторы там, где это необходимо, мы вносим элементы контекста, что позволяет добиться однозначной идентификации объектов; квалификаторы позволяют также упростить некоторые зависимости, понизив их кратность;
· кратность: необходимо добавить обозначения кратности зависимостей; при этом следует помнить, что кратность зависимостей может меняться в процессе дальнейшего анализа требований к системе;
· неучтенные зависимости должны быть выявлены и добавлены в модель.
2.2.4. Уточнение атрибутов. На следующем этапе уточняется система атрибутов: корректируются атрибуты классов, вводятся, в случае необходимости, новые атрибуты. Атрибуты выражают свойства объектов рассматриваемого класса, либо определяют их текущее состояние.
Атрибуты обычно соответствуют существительным; например цвет_автомобиля (свойство объекта), позиция_курсора (состояние объекта). Атрибуты, как правило, слабо влияют на структуру объектной модели.
Не следует стремиться определить как можно больше атрибутов: большое количество атрибутов усложняет модель, затрудняет понимание проблемы. Необходимо вводить только те атрибуты, которые имеют отношение к проектируемой прикладной системе, опуская случайные, малосущественные и производные атрибуты.
Наряду с атрибутами объектов необходимо ввести и атрибуты зависимостей между классами (связей между объектами).
При уточнении атрибутов руководствуются следующими критериями:
· Замена атрибутов на объекты . Если наличие некоторой сущности важнее, чем ее значение, то это объект, если важнее значение, то это атрибут: например, начальник - это объект (неважно, кто именно начальник, главное, чтобы кто-то им был), зарплата - это атрибут (ее значение весьма существенно); город - всегда объект, хотя в некоторых случаях может показаться, что это атрибут (например, город как часть адреса фирмы); в тех случаях, когда нужно, чтобы город был атрибутом, следует определить зависимость (скажем, находится) между классами фирма и город.
· Квалификаторы . Если значение атрибута зависит от конкретного контекста, его следует сделать квалификатором (см. п. 2.3.4).
· Имена . Именам обычно лучше соответствуют квалификаторы, чем атрибуты объектов; во всех случаях, когда имя позволяет сделать выбор из объектов некоторого множества, его следует сделать квалификатором (см. п. 2.3.4).
· Идентификаторы . Идентификаторы объектов связаны с их реализацией. На ранних стадиях проектирования их не следует рассматривать в качестве атрибутов.
· Атрибуты связей . Если некоторое свойство характеризует не объект сам по себе, а его связь с другим объектом (объектами), то это атрибут связи, а не атрибут объекта.
· Внутренние значения . Атрибуты, определяющие лишь внутреннее состояние объекта, незаметное вне объекта, следует исключить из рассмотрения.
· Несущественные детали . Атрибуты, не влияющие на выполнение большей части операций, рекомендуется опустить.
2.2.5. Организация системы классов, используя наследование. Далее необходимо постараться найти суперклассы для введенных классов. Это полезно, так как проясняет структуру модели и облегчает последующую реализацию. Пример рассмотрен в п. 2.3.5.
2.2.6. Дальнейшее исследование и усовершенствование модели. Лишь в очень редких случаях построенная объектная модель сразу же оказывается корректной. Модель должна быть исследована и отлажена. Некоторые ошибки могут быть найдены при исследовании модели без компьютера, другие - при ее интерпретации совместно с динамической и функциональной моделями на компьютере (эти модели строятся после того, как объектная модель уже построена).
Здесь мы рассмотрим приемы бескомпьютерного поиска и исправления ошибок в объектной модели. В их основе лежат внешние признаки, по которым можно находить ошибки в модели; эти признаки могут быть объединены в следующие группы.
Признаки пропущенного объекта (класса):
· несимметричности связей и обобщений (наследований); для исправления ошибки необходимо добавить пропущенные классы;
· несоответствие атрибутов и операций у класса; для исправления ошибки необходимо расщепить класс на несколько других классов, так чтобы атрибуты и операции новых классов соответствовали друг другу;
· обнаружена операция, не имеющая удовлетворительного целевого класса; для исправления ошибки необходимо добавить пропущенный целевой класс;
· обнаружено несколько зависимостей с одинаковыми именами и назначением; для исправления ошибки необходимо сделать обобщение и добавить пропущенный суперкласс.
Признаки ненужного (лишнего) класса:
· нехватка атрибутов, операций и зависимостей у некоторого класса; для исправления ошибки необходимо подумать, не следует ли исключить такой класс.
Признаки пропущенных зависимостей:
· отсутствуют пути доступа к операциям; для исправления ошибки необходимо добавить новые зависимости, обеспечивающие возможности обслуживания соответствующих запросов.
Признаки ненужных (лишних) зависимостей:
· избыточная информация в зависимостях; для исправления ошибки необходимо исключить зависимости, не добавляющие новой информации, или пометить их как производные зависимости;
· не хватает операций, пересекающих зависимость; для исправления ошибки необходимо подумать, не следует ли исключить такую зависимость.
Признаки неправильного размещения зависимостей:
· имена ролей слишком широки или слишком узки для их классов; для исправления ошибки необходимо переместить зависимость вверх или вниз по иерархии классов.
Признаки неправильного размещения атрибутов:
· нет необходимости доступа к объекту по значениям одного из его атрибутов; для исправления ошибки необходимо рассмотреть, нужно ли ввести квалифицированную зависимость.
Примеры практического применения описанных признаков см. в п. 2.3.6.
Пример объектной модели
Рассмотрим процесс построения объектной модели для системы банковского обслуживания в процессе анализа требований и предварительного проектирования этой системы. Для построения объектной модели рассматриваемой системы нам необходимо выполнить все этапы, перечисленные в п 2.2.
2.3.1. Определение объектов и классов. В п. 1.3 сформулирована задача и приведена схема сети банковского обслуживания (рис. 1.3). Анализируя эту постановку задачи, можно выделить возможные классы, сопоставив их существительным, упомянутым в ее предварительной формулировке; получится следующий список возможных имен классов (в алфавитном порядке):
Исследуем этот список, исключая из него имена классов в соответствии с рекомендациями п. 2.2.1:
· избыточные классы : ясно, что клиент и пользователь означают одно и то же понятие; для банковской системы более естественно оставить класс клиент;
· нерелевантные классы : таким классом является класс цена (он не имеет непосредственного отношения к работе банковской сети);
· нечетко определенные классы : такими классами являются служба_ведения_записей и проверка безопасности (эти службы входят в состав проводки), система (в нашем случае непонятно, что это такое), банковская_сеть (вся ПС будет обслуживать банковскую сеть);
· атрибуты : данные проводки, данные счета, деньги (имеются в виду реальные деньги, выдаваемые клиенту кассиром или банкоматом, либо принимаемые кассиром), квитанция (выдается клиенту вместе с деньгами) более естественно иметь в качестве атрибутов;
· реализационные конструкции выражают такие имена как программное_обеспечение и доступ; их тоже следует исключить из списка имен возможных классов.
После исключения всех лишних имен возможных классов получаем следующий список классов, составляющих проектируемую систему банковского обслуживания (эти классы представлены на рис. 2.5):
2.3.2. Подготовка словаря данных. Приведем часть словаря данных, содержащую определения классов, используемых в проекте.
ATM (банкомат) - терминал, который дает возможность клиенту осуществлять свою собственную проводку, используя для идентификации свою карточку. ATM (банкомат) взаимодействует с клиентом, чтобы получить необходимую информацию для проводки, посылает информацию для проводки центральному_компьютеру, чтобы он проверил ее и в дальнейшем использовал при выполнении проводки и выдает деньги и квитанцию клиенту. Предполагается, что ATM (банкомату) не требуется работать независимо от сети.
Банк - финансовая организация, которая содержит счета своих клиентов и выпускает карточки, санкционирующие доступ к счетам через сеть ATM (банкоматов).
Карточка - пластиковая карточка, врученная банком своему клиенту, которая санкционирует доступ к счетам через сеть ATM (банкоматов). Каждая карточка содержит код банка и номер карточки, закодированные в соответствии с национальными стандартами на банковские карточки. Код_банка однозначно идентифицирует банк внутри консорциума. Номер_карточки определяет счета, к которым карточка имеет доступ. Карточка не обязательно обеспечивает доступ ко всем счетам клиента. Каждой карточкой может владеть только один клиент, но у нее может существовать несколько копий, так что необходимо рассмотреть возможность одновременного использования одной и той же карточки с разных ATM (банкоматов).
Кассир - служащий банка, который имеет право осуществлять проводки с кассовых_ терминалов, а также принимать и выдавать деньги и чеки клиентам. Проводки, деньги и чеки, с которыми работает каждый кассир, должны протоколироваться и правильно учитываться.
Кассовый_терминал - терминал, с которого кассир осуществляет проводки для клиентов. Когда кассир принимает и выдает деньги и чеки, кассовый_терминал печатает квитанции. Кассовый_терминал взаимодействует с компьютером_банка, чтобы проверить и выполнить проводку.
Клиент - держатель одного или нескольких счетов в банке. Клиент может состоять из одного или нескольких лиц, или организаций. То же самое лицо, держащее счет и в другом банке рассматривается как другой клиент.
Компьютер_банка - компьютер, принадлежащий банку, который взаимодействует с сетью ATM (банкоматов) и собственными кассовыми_терминалами банка. Банк может иметь свою внутреннюю компьютерную сеть для обработки счетов, но здесь мы рассматриваем только тот компьютер_банка, который взаимодействует с сетью ATM.
Консорциум - объединение банков, которое обеспечивает работу сети ATM (банкоматов). Сеть передает в консорциум проводки банков.
Проводка - единичный интегрированный запрос на выполнение некоторой последовательности операций над счетами одного клиента. Было сделано предположение, что ATM (банкоматы) только выдают деньги, однако для них не следует исключать возможности печати чеков или приема денег и чеков. Хотелось бы также обеспечить гибкость системы, которая в дальнейшем обеспечит возможность одновременной обработки счетов разных клиентов, хотя пока этого не требуется. Различные операции должны быть правильно сбалансированы.
Счет - единичный банковский счет, над которым выполняются проводки. Счета могут быть различных типов; клиент может иметь несколько счетов.
Центральный_компьютер - компьютер, принадлежащий консорциуму, который распределяет проводки и их результаты между ATM (банкоматами) и компьютерами_банков. Центральный_компьютер проверяет коды банков, но не выполняет проводок.
2.3.3. Определение зависимостей. Следуя рекомендациям п. 2.2.3, выделяем явные и неявные глагольные обороты из предварительной постановки задачи и рассматриваем их как имена возможных зависимостей. Из постановки задачи о банковской сети (см. п. 1.3) можно извлечь следующие обороты:
Глагольные обороты (явные и неявные):
Банковская сеть включает кассиров и ATM"ы
Консорциум распределяет результаты проводок по ATM
Банк владеет компьютером банка
Компьютер банка поддерживает счета
Банк владеет кассовыми терминалами
Кассовый терминал взаимодействует с компьютером банка
Кассир вводит проводку над счетом
ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером во время проводки
Центральный компьютер взаимодействует с компьютером банка
ATM принимает карточку
ATM общается с пользователем
ATM выдает наличные деньги
ATM печатает квитанции
Система регулирует коллективный доступ
Банк предоставляет программное обеспечение
Консорциум состоит из банков
Консорциум владеет центральным компьютером
Система обеспечивает протоколирование
Система обеспечивает безопасность
Клиенты имеют карточки
Карточка обеспечивает доступ к счету
В банке служат кассиры
Затем исключаем ненужные или неправильные зависимости, используя критерии, сформулированные в п. 2.2.3:
· зависимости между исключенными классами: исключаются следующие зависимости: Банковская сеть включает кассиров и ATM"ы (класс банковская_сеть исключен), ATM печатает квитанции (класс квитанция исключен), ATM выдает наличные деньги (класс деньги исключен), Система обеспечивает протоколирование проводок (класс служба_ведения_записей исключен), Система обеспечивает безопасность ведения счетов (класс служба_безопасности исключен), Банки предоставляют программное обеспечение (класс программное_обеспечение исключен);
· нерелевантные зависимости и зависимости, связанные с реализацией: зависимость "Система регулирует коллективный доступ" исключается как связанная с реализацией;
· действия описываются такими зависимостями как "ATM принимает карточку" и "ATM общается с пользователем"; мы исключаем эти зависимости;
· тренарные зависимости: зависимость "Кассир вводит проводку над счетом" раскладывается на две бинарные зависимости "Кассир вводит проводку" и "Проводка относится к счету". Зависимость "ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером во время проводки" раскладывается на "ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером" и "Проводка начинается с ATM";
· производные зависимости: зависимость "Консорциум распределяет ATM"ы" является следствием зависимостей "Консорциум владеет центральным компьютером" и "ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером".
Удалив избыточные зависимости, получим следующий список зависимостей:
Банк владеет компьютером банка
Компьютер банка поддерживает счета
Банк владеет кассовыми терминалами
Кассовый терминал взаимодействует с компьютером банка
Кассир вводит проводку
Проводка относится к счету
ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером
Проводка начинается с ATM
Центральный компьютер взаимодействует с компьютером банка
Консорциум состоит из банков
Консорциум владеет центральным компьютером
Клиенты имеют карточки
Карточка обеспечивает доступ к счету
В банке служат кассиры
Уточним семантику оставшихся зависимостей следующим образом:
· переименуем неверно названные зависимости, чтобы смысл их стал более понятен; так зависимость Компьютер_банка поддерживает счета удобнее заменить зависимостью Банк держит счета.
· имена ролей можно не использовать, так как они ясны из имен классов, участвующих в зависимости, как например, для зависимости ATM"ы взаимодействуют с центральным компьютером;
· неучтенные зависимости: Проводка начинается с кассового_терминала, Клиенты имеют счета, Проводка регистрируется карточкой следует добавить в модель.
После уточнения зависимостей можно составить исходную версию объектной диаграммы. Для рассматриваемой задачи она будет иметь вид, представленный на рис. 2.37.
Рис. 2.37. Первая версия объектной диаграммы для банковской сети
2.3.4. Уточнение атрибутов. Применяя критерии, сформулированные в п. 2.2.4, получим:
Карточка содержит код_банка и код_карточки; их можно считать атрибутами объектов класса карточка, но удобнее использовать в качестве квалификаторов, так как код_банка обеспечивает выбор банка, сокращая кратность зависимости консорциум - банк; для аналогичного использования кода_карточки необходимо добавить зависимость Банк выпускает карточки, квалификатором которой будет код_карточки.
После внесения перечисленных изменений диаграмма примет вид, представленный на рис. 2.38.
2.3.5. Организация системы классов с использованием наследования. В рассматриваемом примере естественно определить суперклассы для объектов, определяющих различные терминалы: кассовый_терминал и ATM (банкомат), и для объектов, определяющих проводки: проводка_кассира и удаленная_проводка (с банкомата).
Внеся соответствующие изменения, получим объектную диаграмму, представленную на рис. 2.39.
Рис. 2.38. Объектная диаграмма для банковской сети после уточнения атрибутов и добавления квалификаторов
Рис. 2.39. Объектная диаграмма для банковской с учетом наследования
2.3.6. Дальнейшее усовершенствование модели. Карточка выступает в двух сущностях: как регистрационная единица в банке (сберкнижка), обеспечивающая клиенту доступ к его счетам, и как структура данных, с которой работает ATM. Поэтому удобно расщепить класс карточка на два класса: регистрация_карточки и карточка; первый из этих классов обеспечивает клиенту доступ к его счетам в банке, а второй определяет структуру данных, с которой работает ATM.
Класс проводка удобно представить как агрегацию классов изменение, так как проводка - это согласованная последовательность внесения изменений в счета и другие банковские документы; при работе с банковскими документами рассматривается три вида изменений: снятие, помещение и запрос.
Класс банк естественно объединить с классом компьютер_банка, а класс консорциум - с классом центральный_компьютер.
Рис. 2.40. Окончательный вид объектной диаграммы для банковской сети
После внесения перечисленных изменений объектная диаграмма примет вид, представленный на рис. 2.40. На этом построение объектной модели этапа предварительного проектирования заканчивается. Дальнейшие уточнения объектной модели будут производиться на следующих фазах ЖЦ системы.
Выделение подсистем
2.4.1. Понятие подсистемы. Итак, ПС представляет собой множество взаимозависимых объектов. Каждый объект характеризуется набором атрибутов, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций, которые можно применять к этому объекту. При разработке ПС удобно считать, что все атрибуты объектов являются закрытыми (т.е. они не доступны вне объекта, и для того, чтобы в некотором объекте узнать значение атрибута другого объекта, или изменить его, необходимо воспользоваться одной из открытых операций этого объекта, если, конечно, такая операция определена). Операции объектов могут быть как открытыми, так и закрытыми.
Таким образом, каждый объект имеет строго определенный интерфейс , т.е. набор открытых операций, которые можно применять к этому объекту. Все объекты одного класса имеют одинаковый интерфейс. Интерфейс класса (а, следовательно, и каждого объекта этого класса) задается списком сигнатур его открытых (общедоступных) операций (и реализующих их методов); сигнатуры закрытых операций в интерфейс объектов соответствующего класса не входят.
Объектная модель системы задает множество взаимозависимых объектов, составляющих систему, и, следовательно, определяет набор интерфейсов, доступных внутри системы. Все возможности по обработке данных внутри системы (т.е. в каждом объекте, входящем в состав системы) определяются этим набором интерфейсов, который определяет внутреннее окружение (или среду) системы .
Наряду с внутренним окружением системы можно определить ее внешнее окружение . Оно определяется функциями (операциями), реализованными в составе системного программного обеспечения (т.е. операционной системы, системы программирования, различных редакторов, СУБД и т.п.), а также в других прикладных системах и библиотеках, используемых совместно с системой. Объекты и операции, составляющие внешнее окружение системы, тоже могут быть доступны внутри системы. Чтобы не упустить этого из виду, можно было бы добавить в объектную модель еще один объект, интерфейс которого представлял бы возможности внешнего окружения, используемые в системе (такой интерфейс обычно представляет лишь часть возможностей внешнего окружения). Но это было бы не совсем точно, так как внешнее окружение реализуется не одним, а несколькими объектами. С другой стороны внутри системы нет резона рассматривать структуру ее внешнего окружения. Выход из указанного противоречия во введении в рассмотрение еще одной сущности - подсистемы.
Подсистема - это набор объектов и подсистем, обеспечивающих некоторую функциональность, и взаимодействующих между собой в соответствии с их интерфейсами. Интерфейс подсистемы представляет собой подмножество объединения интерфейсов всех объектов и подсистем, составляющих эту подсистему. В состав подсистемы может входить один, или более взаимозависимых объектов и/или подсистем.
Множество интерфейсов объектов (и подсистем), которые в своей совокупности составляют некоторую подсистему, составляет внутреннее окружение этой подсистемы. В состав каждой подсистемы должна быть включена подсистема окружение, представляющая внешнее окружение этой подсистемы. Подсистема окружение для системы банковского обслуживания, рассматриваемой в качестве сквозного примера представлена на рис. 2.41. Интерфейс подсистемы окружение определяет в каком программном окружении будет работать проектируемая система и какие возможности этого окружения будут использоваться во время ее работы (это важно, когда возникает потребность модификации или замены отдельных компонентов окружения).
Отметим, что подсистема окружение представляет только интерфейс системы банковского обслуживания с ее внешним окружением. Внешнее окружение системы банковского обслуживания состоит из нескольких подсистем и библиотек, и для него тоже может быть разработана объектная модель, которая может содержать и разрабатываемую систему (в этой объектной модели она будет одной из подсистем).
Объектную модель системы банковского обслуживания и ее системного (внешнего) окружения тоже можно изобразить в виде объектной диаграммы (правда, в состав этой объектной диаграммы будут входить не объекты, а только подсистемы; каждая подсистема изображается на диаграмме в виде прямоугольника с двойными вертикальными сторонами). Зависимости между подсистемами, изображенные на этой объектной диаграмме (рис. 2.42), отражают взаимодействие проектируемой системы банковского обслуживания и соответствующих подсистем в процессе работы системы. Тем самым определяются требования проектируемой системы к ее системному окружению.
Рис. 2.41. Объектная диаграмма банковской сети, в которой указан интерфейс с системным окружением
Рис. 2.42. Объектная диаграмма банковской сети и ее системного окружения
Введение понятия подсистемы и возможность включать в объектную модель наряду с объектами (классами) и подсистемы определяет иерархическую структуру объектной модели и позволяет использовать методологию OMT при проектировании достаточно сложных ПС, содержащих большое число различных объектов и классов.
2.4.2. Интерфейсы и окружения. Объекты и подсистемы, составляющие подсистему более высокого уровня, будем называть компонентами последней. Как уже было отмечено, для каждого компонента, входящего в состав объектной модели подсистемы, определен его интерфейс , т.е. набор открытых (общедоступных) операций, которые можно применять к этому компоненту (объекту или подсистеме).
Интерфейс объекта определяется интерфейсом соответствующего класса и задается списком сигнатур его открытых операций (методов). Интерфейс подсистемы определяется через итерфейсы составляющих ее объектов и подсистем следующим образом: операция может быть включена в интерфейс подсистемы, если в составе этой подсистемы имеется объект (подсистема), интефейс которого содержит эту операцию. Интерфейсы описываются на языке описания интерфейсов IDL (Interface Definition Language) .
Все возможности по обработке данных внутри подсистемы (т.е. в каждом компоненте, входящем в ее состав) определяются набором интерфейсов ее компонентов, который определяет внутреннее окружение подсистемы .
Если для некоторой подсистемы оказывается, что ни один ее компонент не содержит операции, которую желательно включить в ее интерфейс, в ее состав можно добавить объект, реализующий такую операцию. Такой объект называется интерфейсным объектом . Интерфейсные объекты позволяют согласовать внешний интерфейс подсистемы с ее внешним окружением , т.е. с интерфейсами других объектов и подсистем, которые вместе с рассматриваемой подсистемой составляют подсистему более высокого уровня.
Поясним введенные понятия на примере системы банковского обслуживания. В ее составе можно выделить подсистему банк (на самом деле в системе будет несколько экземпляров подсистемы банк - по одной для каждого банка, входящего в консорциум). При этом объектная модель системы примет вид, изображенный на рис. 2.43.
Рис. 2.43. Объектная диаграмма банковской сети после выделения подсистемы банк
При этом внешние интерфейсы подсистем банк и окружение вместе с интерфейсами объектов ATM и консорциум образуют внутреннее окружениесистемы банковского обслуживания. Ее внешнее окружение представлено на рис. 2.42; оно состоит из внешних интерфейсов различных программных систем, используемых в системе банковского обслуживания (на рис. показана лишь часть этих систем), и ее собственного внешнего интерфейса.
Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными принципами ее построения являются:
· абстрагирование (abstraction);
· инкапсуляция (encapsulation);
· модульность (modularity);
· иерархия (hierarchy).
Абстрагирование - это выделение наиболее важных, существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей.
Абстрагирование позволяет управлять сложностью системы, концентрируясь на существенных свойствах объекта. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования. Абстракция зависит от предметной области и точки зрения - то, что важно в одном контексте, может быть не важно в другом. Объекты и классы - основные абстракции предметной области.
Инкапсуляция - физическая локализация свойств и поведения в рамках единственной абстракции (рассматриваемой как «черный ящик»), скрывающая их реализацию за общедоступным интерфейсом.
Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только операции самого объекта, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или иначе ограничение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.
Инкапсуляция подобна понятию сокрытия информации (information hiding). Это возможность скрывать многочисленные детали объекта от внешнего мира. Внешний мир объекта - это все, что находится вне его, включая остальную часть системы. Сокрытие информации предоставляет то же преимущество, что и инкапсуляция, - гибкость.
Модульность - это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (модулей).
Модульность снижает сложность системы, позволяя выполнять независимую разработку отдельных модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.
Иерархия - это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням.
Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс использует структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов - агрегация.
Классы можно организовать в виде иерархической структуры, которая по внешнему виду напоминает схему классификации в понятийной логике. Иерархия понятий строится следующим образом. В качестве наиболее общего понятия или категории берется понятие, имеющее наибольший объем и, соответственно, наименьшее содержание. Это самый высокий уровень абстракции для данной иерархии. Затем данное общее понятие конкретизируется, то есть уменьшается его объем и увеличивается содержание. Появляется менее общее понятие, которое на схеме иерархии будет расположено на один уровень ниже исходного. Этот процесс конкретизации понятий может быть продолжен до тех пор, пока на самом нижнем уровне не будет получено понятие, дальнейшая конкретизация которого в данном контексте либо невозможна, либо нецелесообразна .