Синтаксис и семантика основных объектов UML

Классы

Классы - это базовые элементы любой объектно-ориентированной системы. Классы представляют собой описание совокупностей однородных объектов с присущими им свойствами - атрибутами, операциями, отношениями и семантикой.

В рамках модели каждому классу присваивается уникальное имя, отличающее его от других классов. Если используется составное имя (в начале имени добавляется имя пакета, куда входит класс), то имя класса должно быть уникальным в пакете.

Атрибут - это свойство класса, которое может принимать множество значений. Множество допустимых значений атрибута образует домен. Атрибут имеет имя и отражает некоторое свойство моделируемой сущности, общее для всех объектов данного класса. Класс может иметь произвольное количество атрибутов.

Операция - реализация функции, которую можно запросить у любого объекта класса. Операция показывает, что можно сделать с объектом. Исполнение операции часто связано с обработкой и изменением значений атрибутов объекта, а также изменением состояния объекта.

На рис. 11.1 приведено графическое изображение класса «Заказ» в нотации UML.

Рис. 11.1. Изображение класса в UML

Синтаксис UML для свойств классов (в отдельных программных средствах, например, в IBM UML Modeler, порядок записи параметров может быть иным):

<

признак видимости> <имя атрибута>: <тип данных>

= <значение по умолчанию>

<признак видимости> <имя операции> <(список аргументов)>

Видимость свойства указывает на возможность его использования другими классами. Один класс может «видеть» другой, если тот находится в области действия первого и между ними существует явное или неявное отношение. В языке UML определены три уровня видимости:

1. public (общий) - любой внешний класс, который «видит» данный, может пользоваться его общими свойствами. Обозначаются знаком «+» перед именем атрибута или операции;
2. protected (защищенный) - только любой потомок данного класса может пользоваться его защищнными свойствами. Обозначаются знаком «#»;
3. private (закрытый) - только данный класс может пользоваться этими свойствами. Обозначаются символом «-».

Еще одной важной характеристикой атрибутов и операций классов является область действия. Область действия свойства указывает, будет ли оно проявлять себя по-разному в каждом экземпляре класса, или одно и то же значение свойства будет совместно использоваться всеми экземплярами:

1. instance (экземпляр) - у каждого экземпляра класса есть собственное значение данного свойства;
2. classifier (классификатор) - все экземпляры совместно используют общее значение данного свойства (выделяется на диаграммах подчеркиванием).

Возможное количество экземпляров класса называется его кратностью. В UML можно определять следующие разновидности классов:

1. не содержащие ни одного экземпляра - тогда класс становится служебным (Abstract);
2. содержащие ровно один экземпляр (Singleton);
3. содержащие заданное число экземпляров;
4. содержащие произвольное число экземпляров.

Принципиальное назначение классов характеризуют стереотипы. Это, фактически, классификация объектов на высоком уровне, позволяющая определить некоторые основные свойства объекта (пример стереотипа - класс «действующее лицо»). Механизм стереотипов является также средством расширения словаря UML за счет создания на основе существующих блоков языка новых, специфичных для решения конкретной проблемы.

Диаграммы классов

Классы в UML изображаются на диаграммах классов, которые позволяют описать систему в статическом состоянии - определить типы объектов системы и различного рода статические связи между ними.

Классы отображают типы объектов системы.

Между классами возможны различные отношения, представленные на рис. 11.2:

1. зависимости, которые описывают существующие между классами отношения использования;
2. обобщения, связывающие обобщенные классы со специализированными;
3. ассоциации, отражающие структурные отношения между объектами классов.

Рис. 11.2. Отображение связей между классами

Зависимостью называется отношение использования, согласно которому изменение в спецификации одного элемента (например, класса «товар») может повлиять на использующий его элемент (класс «строка заказа»). Часто зависимости показывают, что один класс использует другой в качестве аргумента.

Обобщение - это отношение между общей сущностью (родителем - класс «клиент») и ее конкретным воплощением (потомком - классы «корпоративный клиент» или «частный клиент»). Объекты класса-потомка могут использоваться всюду, где встречаются объекты класса-родителя, но не наоборот. При этом он наследует свойства родителя (его атрибуты и операции). Операция потомка с той же сигнатурой, что и у(?) родителя, замещает(?) операцию родителя; это свойство называют полиморфизмом. Класс, у которого нет родителей, но есть потомки, называется корневым. Класс, у которого нет потомков, называется листовым.

Ассоциация - это отношение, показывающее, что объекты одного типа неким образом связаны с объектами другого типа («клиент» может сделать «заказ»). Если между двумя классами определена ассоциация, то можно перемещаться от объектов одного класса к объектам другого. При необходимости направление навигации может задаваться стрелкой. Допускается задание ассоциаций на одном классе. В этом случае оба конца ассоциации относятся к одному и тому же классу. Это означает, что с объектом некоторого класса можно связать другие объекты из того же класса. Ассоциации может быть присвоено имя, описывающее семантику отношений. Каждая ассоциация имеет две роли, которые могут быть отражены на диаграмме (рис. 11.3). Роль ассоциации обладает свойством множественности, которое показывает, сколько соответствующих объектов может участвовать в данной связи.

Рис. 11.3. Свойства ассоциации

рис. 11.3 иллюстрирует модель формирования заказа. Каждый заказ может быть создан единственным клиентом (множественность роли 1.1). Каждый клиент может создать один и более заказов (множественность роли 1..n). Направление навигации показывает, что каждый заказ должен быть «привязан» к определенному клиенту.

Такого рода ассоциация является простой и отражает отношение между равноправными сущностями, когда оба класса находятся на одном концептуальном уровне и ни один не является более важным, чем другой. Если приходится моделировать отношение типа «часть-целое», то используется специальный тип ассоциации - агрегирование. В такой ассоциации один из классов имеет более высокий ранг (целое - класс «заказ», рис. 11.2) и состоит из нескольких меньших по рангу классов (частей - класс «строка заказа»). В UML используется и более сильная разновидность агрегации - композиция, в которой объект-часть может принадлежать только единственному целому. В композиции жизненный цикл частей и целого совпадают, любое удаление целого обязательно захватывает и его части.

Для ассоциаций можно задавать атрибуты и операции, создавая по обычным правилам UML классы ассоциаций.

Диаграммы использования

Диаграммы использования описывают функциональность ИС, которая будет видна пользователям системы. «Каждая функциональность» изображается в виде «прецедентов использования» (use case) или просто прецедентов. Прецедент - это типичное взаимодействие пользователя с системой, которое при этом:

1. описывает видимую пользователем функцию,
2. может представлять различные уровни детализации,
3. обеспечивает достижение конкретной цели, важной для пользователя.

Прецедент обозначается на диаграмме овалом, связанным с пользователями, которых принято называть действующими лицами (актерами, actors). Действующие лица используют систему (или используются системой) в данном прецеденте. Действующее лицо выполняет некоторую роль в данном прецеденте. На диаграмме изображается только одно действующее лицо, однако реальных пользователей, выступающих в данной роли по отношению к ИС, может быть много. Список всех прецедентов фактически определяет функциональные требования к ИС, которые лежат в основе разработки технического задания на создание системы.

На диаграммах прецедентов, кроме связей между действующими лицами и прецедентами, возможно использование еще двух видов связей между прецедентами: «использование» и «расширение» (рис. 11.4). Связь типа «расширение» применяется, когда один прецедент подобен другому, но несет несколько большую функциональную нагрузку. Ее следует применять при описании изменений в нормальном поведении системы. Связь типа «использование» позволяет выделить некий фрагмент поведения системы и включать его в различные прецеденты без повторного описания.

На рис. 11.4 показано, что при исполнении прецедента «формирование заказа» возможно использование информации из предыдущего заказа, что позволит не вводить все необходимые данные. А при исполнении прецедентов «оценить риск сделки» и «согласовать цену» необходимо выполнить одно и то же действие - рассчитать стоимость заказа.

Рис. 11.4. Связи на диаграммах прецедентов

Динамические аспекты поведения системы отражаются приведенными ниже диаграммами.

В отличие от некоторых подходов объектного моделирования, когда и состояние, и поведение системы отображаются на диаграммах классов, UML отделяет описание поведения в диаграммы взаимодействия. В UML диаграммы классов не содержат сообщений, которые усложняют их чтение. Поток сообщений между объектами выносится на диаграммы взаимодействия. Как правило, диаграмма взаимодействия охватывает поведение объектов в рамках одного варианта использования.

Прямоугольники на диаграмме представляют различные объекты и роли, которые они имеют в системе, а линии между классами отображают отношения (или ассоциации) между ними. Сообщения обозначаются ярлыками возле стрелок, они могут иметь нумерацию и показывать возвращаемые значения.

Существуют два вида диаграмм взаимодействия: диаграммы последовательностей и кооперативные диаграммы.