Основные элементы диаграммы

Диаграмма вариантов использования состоит из ряда элементов. Основными элементами являются: варианты использования или прецедент (use case), актер или действующее лицо (actor) и отношения между актерами и вариантами использования (relationship).

Актеры (actor) Актером называется любой объект, субъект или система, взаимодействующая с моделируемой бизнес-системой извне для достижения своих целей или решения определенных задач. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая служит источником воздействия на моделируемую систему.Актеры взаимодействуют с системой посредством передачи и приема сообщений от вариантов использования. Сообщение представляет собой запрос актером сервиса от системы и получение этого сервиса.Актер обозначается значком человечка с подписью названия с заглавной буквы.

Рис. 1. Обозначение актера

Имя актера должно быть достаточно информативным с точки зрения семантики. Для этой цели подходят наименования должностей в компании (например, продавец, кассир, менеджер, президент).

Варианты использования (use case) Вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Другими словами каждый вариант использования определяет набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером.Каждый вариант использования представляет собой последовательность действий, который должен быть выполнен проектируемой системой при взаимодействие её с соответствующим актером, сами эти действия не отображаются на диаграмме. Вариант использования отображается эллипсом, внутри которого содержится его краткое имя с заглавной буквы в форме существительного или глагола.

Рис. 2. Обозначение варианта использования

 

Примеры вариантов использования: регистрация, авторизация, оформление заказа, просмотреть заказ, проверка состояния текущего счета и т.д.

3. Отношения в диаграмме вариантов использования

Отношение (relationship) — семантическая связь между отдельными элементами модели.

Один актер может взаимодействовать с несколькими вариантами использования. В этом случае этот актер обращается к нескольким сервисам данной системы. В свою очередь один вариант использования может взаимодействовать с несколькими актерами, предоставляя для всех них свой сервис.

Существуют следующие отношения:  ассоциации, обобщение, зависимость (состоит из включение и расширение).

Ассоциация (association) – отношение между актером и вариантом использования. Обозначается сплошной линией между актером и вариантом использования.

Рис. 3. Простая ассоциация

 

Направленная ассоциация (directed association) – то же что и простая ассоциация, но показывает, что вариант использования инициализируется актером. Обозначается стрелкой.

Рис. 4. Направленная ассоциация

 

Направленная ассоциация позволяет ввести понятие основного актера (он является инициатором ассоциации) и второстепенного актера (вариант использования является инициатором, т.е. передает актеру справочные сведения или отчет о выполненной работе).

Рис. 5. Направленная ассоциация с основным и второстепенным актерами

 

 

Особенности использования отношения ассоциации:

1. Один вариант использования может иметь несколько ассоциаций с различными актерами.

2. Два варианта использования, относящиеся к одному и тому же актеру, не могут быть ассоциированы, т.к. каждый их них описывает законченный фрагмент функциональности актера.

Отношение обобщение (generalization) – показывает, что потомок наследует атрибуты и поведение своего прямого предка, т.е. один элемент модели является специальным или частным случаем другого элемента модели. Может применяться как для актеров, так для вариантов использования.
Графически отношение обобщения обозначается сплошной линией со стрелкой в форме не закрашенного треугольника, которая указывает на родительский вариант использования.

Ниже на рисунке показано отношение обобщение. Вариант использования А называется предком (или родителем), а вариант использования Б – потомком (или дочерним) по отношению к А.

Рис. 6. Отношение обобщения

 

Потомки участвуют во всех отношениях родительских вариантов использования. В свою очередь, потомки могут наделяться новыми свойствами поведения, которые отсутствуют у родительских вариантов использования, а также уточнять или модифицировать наследуемые от родителей свойства поведения.

Особенности использования отношения обобщения:

1. Главной особенностью отношения обобщения является то, что оно может связывать между собой только элементы одного типа.

2. Один вариант использования может иметь несколько родительских вариантов использования (множественное наследование).

3. Один вариант использования может быть предком для нескольких дочерних вариантов использования (таксономический характер отношений).

Также существует обобщение между актерами.

Рис. 7. Отношение обобщения между актерами

 

В приведенном примере Администратор наследует все атрибуты своего предка Пользователь, но может иметь свои индивидуальные, которые не изображены на рисунке.

Отношение зависимости (dependency) определяется как форма взаимосвязи между двумя элементами модели, предназначенная для спецификации того обстоятельства, что изменение одного элемента модели приводит к изменению некоторого другого элемента. В общем случае зависимость является направленным бинарным отношением, которое связывает между собой два элемента модели: независимый и зависимый

Отношение включение (include) – частный случай общего отношения зависимости между двумя вариантами использования, при котором некоторый вариант использования содержит поведение, определенное в другом варианте использования.

Графическое изображение пунктирная стрелка с ключевым словом «include»

Рис. 7. Отношение включение

 

Зависимый вариант использования (Б) называют базовым, а независимый – включаемым (А). На рисунке включение означает, что каждое выполнение варианта использования А всегда будет включать в себя выполнение варианта использования Б. На практике отношение включения используется для моделирования ситуации, когда существует общая часть поведения двух или более вариантов использования. Общая часть выносится в отдельный вариант использования, т.е. типичный пример повторного использования функциональности.

Особенности использования отношения включения:

1. Один базовый вариант использования может быть связан отношением включения с несколькими включаемыми вариантами использования.

2. Один вариант использования может быть включен в другие варианты использования.

3. На одной диаграмме вариантов использования не может быть замкнутого пути по отношению включения.

Отношение расширение (extend) – показывает, что вариант использования расширяет базовую последовательность действий и вставляет собственную последовательность. При этом в отличие от типа отношений “включение” расширенная последовательность может осуществляться в зависимости от определенных условий.

Графически изображение – пунктирная стрелка направленная от зависимого варианта (расширяющего) к независимому варианту (базовому) с ключевым словом «extend».

Рис. 8. Отношение расширение

 

Вариант использования А «Оформление заказа» является базовым и может быть расширен вариантом использования Б “Предоставление скидки”, например, при наличие у покупателя скидочной карточки.

Отношение расширение позволяют моделировать тот факт, что базовый вариант использования может присоединять к своему поведению некоторые дополнительные поведения за счет расширения в варианте другом варианте использования

Наличие такого отношения всегда предполагает проверку условия в точке расширения (extension point) в базовом варианте использования. Точка расширения может иметь может иметь некоторое имя и изображена с помощью примечания.

Рис. 9. Отношение расширение с точкой расширения

 

Особенности использования отношения расширения:

1. Один базовый вариант использования может иметь несколько точек расширения, с каждой из которых должен быть связан расширяющий вариант использования.

2. Один расширяющий вариант использования может быть связан отношением расширения с несколькими базовыми вариантами использования.

3. Расширяющий вариант использования может, в свою очередь, иметь собственные расширяющие варианты использования.

4. На одной диаграмме вариантов использования не может быть замкнутого пути по отношению расширения.

Рис. 10. Книжный интернет - магазин

Рис. 11. Диаграмма вариантов использования для системы альтернативных средств расчетов

Лабораторная работа № 8. Составление диаграммы классов (2 часа)

 

Составляем диаграмму классов для ИС, изученной на предыдущих занятиях.

Диаграмма классов

Введение

Проектируя информационную систему, необходимо определить ее основные структурныекомпоненты, их характеристики, свойства и связи с другими компонентами разрабатываемойсистемы – то есть составить логическую структуру системы. В объектно-ориентированномпрограммировании для этих целей обычно используется диаграмма классов, которая можетотражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметнойобласти, такими как объекты и подсистемы, а также описывать их внутреннюю структуру итипы отношений.

 

Подготовка

Диаграмма классов представляет разрабатываемую систему с точки зренияпроектирования. Перед тем как составлять диаграмму классов для информационнойсистемы необходимо завершить другие стадии разработки информационной системы: вчастности необходимо провести анализ предметной области, определиться с границамисистемы, функциональными и нефункциональными требованиями.Для разработки системы на ранних этапах, и выявления четких требований заказчика, можно описать общую концепцию системы и составить use-caseдиаграммы. Составление концепции и диаграмм use-caseранее уже рассматривалось в предыдущих разделах.

Итак, диаграмма классов строится исходя из функций,выполнение которых должна обеспечивать система, и определяет основные ее структурныекомпоненты. Далее, мы рассмотрим построение диаграммы классов для конкретной системы, но для начала необходимо ознакомится с формальным описанием и основными понятиями диаграмм классов, описанными в спецификации UML 2.0 (http://www.omg.org/spec/UML/2.0/).

 

Основные понятия диаграмм классов UML

Диаграммой классов в терминологии UML называется диаграмма, на которой показан набор классов а также связей между этими классами, поэтому основным понятием для диаграммы классов является понятие класса. Классом называется именованное описание совокупности объектов, которые обладают одинаковой структурой, поведением и отношениями с объектами других классов. Что же представляет собой объект? Объектом в ООП является любое представление сущности реального мира. Таким образом, программная система представляется в виде множества самостоятельных объектов, взаимодействующих друг с другом, причем каждый объект сам отвечает за хранение информации, необходимой для его жизни, и, реализует свое собственное поведение. Несмотря на то, что формально понятие объекта ни как не отражается в диаграмме классов, каждый класс в системе описывает совокупность объектов, и каждый объект является типичным представителем своего класса.

Проиллюстрируем вышесказанное следующим примером: представим себе систему, состоящую из семьи (отец, ребенок, мать) и квартиры (помещения, мебель, техника). Было бы логично выделить в этой системе следующие категории объектов (классы): человек, предмет мебели, прибор, помещение. Объектами в данной системе могут являться «Телевизор Samsung LE-32B450 №1234567» «LED телевизор BBK LEM1949SD №7654321". В некоторый момент бывает удобно сослаться не на конкретный телевизор, а на все телевизоры, независимо от их конкретной модели, года выпуска и серийного номера. В этом случае и необходимо понятие класса.

Классы в UML могут объединяться в пакеты. Пакеты позволяют организовывать классы в меньшие модули и облегчить определение местонахождения класса, а также помогают избегать различные конфликтов с именами классов.

Графически в UML класс обозначается в виде прямоугольника, который может быть разделен горизонтальными линиями на разделы или секции. В этих разделах указываются имя класса, атрибуты и операции. Единственным обязательным элементом обозначения класса является его имя, поэтому на начальном этапе моделирования можно ограничиться только указанием имен операций, оставив более детальную спецификацию выполнения операций на поздние этапы. Имя класса представляет собой строку текста, однозначно идентифицирующую класс и уникальную в пределах пакета. Именами классов могут быть такие существительные, как «Сотрудник», «Компания, «Руководитель», «Клиент», «Продавец», «Менеджер», «Офис» и другие, имеющие непосредственное отношение к моделируемой предметной области и функциональному назначению проектируемой системы.

Во второй сверху секции прямоугольника класса, записываются атрибуты (или свойства) класса. В языке UML каждому атрибуту класса соответствует отдельная строка текста, которая состоит из квантора видимости атрибута, имени атрибута, его кратности, типа значений атрибута и, возможно, его исходного значения:

<квантор видимости><имя атрибута>[кратность]:<тип атрибута> = <исходное значение>{строка-свойство}

Квантор видимости может принимать одно из трех возможных значений и отображается при помощи соответствующих специальных символов:

· «+» обозначает атрибут с областью видимости типа общедоступный (public). Атрибут с этой областью видимости доступен или виден из любого другого класса пакета, в котором определена диаграмма;

· «#» обозначает атрибут с областью видимости типа защищенный (protected). Атрибут с этой областью видимости недоступен или невиден для всех классов, за исключением подклассов данного класса;

· «-» обозначает атрибут с областью видимости типа закрытый (private). Атрибут с этой областью видимости недоступен или невиден для всех классов без исключения.

Имя атрибута, как и имя класса, представляет собой строку текста, которая используется в качестве идентификатора соответствующего атрибута и поэтому должна быть уникальной в пределах данного класса. Имя атрибута является единственным обязательным элементом синтаксического обозначения атрибута.

Тип атрибута или тип данных представляет собой характеристику набора данных, которая определяет:

· диапазон возможных значений данных из набора;

· допустимые операции, которые можно выполнять над этими значениями;

· способ хранения этих значений в памяти.

Кратность указывает на то, сколько элементов данного типа содержится в атрибуте. Для примера рассмотрим атрибутимя_сотрудника [1..2]: String. Здесь «имя_сотрудника» является именем атрибута, который служит для представления информации об имени конкретного сотрудника. Тип атрибута «String» (Строка) указывает на тот факт, что отдельное значение имени представляет собой строку текста, а кратность [1..2] указывает на то, что атрибут «имя_сотрудника»состоит из одного или двух слов (например, «Кирилл» или «Александр Иванович»)

Исходное значение служит для задания начального значения соответствующего атрибута в момент создания отдельного экземпляра класса. Необходимо придерживаться правила принадлежности значения типу конкретного атрибута.

Строка-свойство служит для указания значений свойств, которые могут быть применены к данному объекту. Например, для атрибута age:Integerможно определить следующую строку свойство: {age=today-birthday}.

В следующей, третьей секции прямоугольника класса, записываются операции. Операцией называется реализация услуги, которую можно запросить у любого объекта класса для воздействия на его поведение, т. е. операция – это абстракция того, что позволено делать с объектом. Совокупность операций характеризует функциональный аспект поведения класса.Сигнатура записи операций в языке UMLвыглядит следующим образом:

<квантор видимости><имя операции>(список параметров):<выражение типа возвращаемого значения>{строка-свойство}

Квантор видимости для операций аналогичен понятию квантора видимости для атрибутов.

Имя операции представляет собой строку текста, которая используется в качестве идентификатора соответствующей операции и поэтому должна быть уникальной в пределах данного класса. Имя операции является единственным обязательным элементом синтаксического обозначения операции.

Список параметров является перечнем разделенных запятой формальных параметров, каждый из которых может быть представлен в следующем виде:

<вид параметра><имя параметра>:<выражение типа>=<значение параметра по умолчанию>.

Каждый параметр представляет собой спецификацию переменной операции, которая может быть изменена, передана или возвращена. Здесь, вид параметра — есть одно из ключевых слов «in» (передаваемый), «out» (возвращаемый) или «inout» (изменяемый); имя параметра – идентификатор соответствующего формального параметра; выражение типа указывает на тип данных параметра; значение параметра по умолчанию аналогично исходному значению для атрибутов.

Выражение типа возвращаемого значения определяет тип данных значения, которое возвращается объектом после выполнения соответствующей операции.

Строка-свойство, аналогично строке свойства для атрибутов,служит для указания значений свойств, которые могут быть применены к данному элементу.Например, для некоторой операции может использоваться строка-свойство (concurrent), означающая, что данная операция должна выполняться последовательно.

В качестве примеров записи операций можно привести следующие обозначения отдельных операций:

· +addPhone (phone:String)

· deposit (in amount: Ammount): Ammount

· #release ():contractStatus

В диаграмме классов могут участвовать связи трех разных категорий: зависимость, обобщение и ассоциация.

Связь-зависимость представляет собой отношение использования, когда изменение в спецификации одного класса может повлиять на поведение другого, использующего первый. Чаще всего зависимости применяются в диаграммах классов, чтобы отразить в сигнатуре операции одного класса тот факт, что параметром этой операции могут быть объекты другого класса. Простой пример диаграммы классов со связью-зависимостью показан на Рис. 1.

Рис. 1. Отношение зависимости между классами

 

Семантически все отношения, включая обобщения и ассоциации, являются разновидностями отношений зависимости. Но обобщения и ассоциации обладают семантикой, достаточно важной для того, чтобы рассматривать их как особые виды отношений.

Ассоциацией называется структурная связь, показывающая, что объекты одного класса некоторым образом связаны с объектами другого или того же самого класса. Допускается, чтобы оба конца ассоциации относились к одному классу. С понятием ассоциации связаны четыре важных дополнительных понятия: имя, роль, кратность и агрегация. Во-первых, ассоциации может быть присвоено имя, характеризующее природу связи. Например, имя ассоциации «учится» и стрелка,направленная от класса «студент» к классу «университет», означает, что студент учится в университете. Другим способом именования ассоциации является указание роли каждого класса, участвующего в этой ассоциации.На Рис. 2 показаны две ассоциации между классами Человек и Университет, в которых эти классы играют разные роли. Как мы видим, объекты класса Человек могут выступать в роли РАБОТНИКОВ при участии в ассоциации, в которой объекты класса Университет играют роль НАНИМАТЕЛЯ. В другой ассоциации объекты класса Человек играют роль СТУДЕНТА, а объекты класса УНИВЕРСИТЕТ – в роли ОБУЧАЮЩЕГО.

Рис. 2. Указание ролей ассоциации

 

Кратностью (multiplicity) роли ассоциации называется характеристика, указывающая, сколько объектов класса с данной ролью может или должно участвовать в каждом экземпляре ассоциации (Рис. 3).

Рис. 3. Кратность ассоциации

 

Обычная ассоциация между двумя классами характеризует связь между равноправными сущностями: оба класса находятся на одном концептуальном уровне. Иногда в диаграмме классов требуется отразить тот факт, что ассоциация между двумя классами имеет специальный вид «часть-целое». В этом случае класс «целое» имеет более высокий концептуальный уровень, чем класс «часть». Ассоциация такого рода называется агрегацией. Пример агрегации можно увидеть на Рис. 4.

Рис. 4. Отношение агрегации

Связь обобщение между классами представляет собой отношение между более общим классом (суперклассом, или родителем) и его конкретным воплощением (субклассом, или потомком). Обобщение означает, что объекты класса-потомка могут использоваться всюду, где встречаются объекты класса-родителя, но не наоборот (Рис. 5).

Рис. 5. Отношение обобщения

Далее, рассмотрим кортежную модель диаграммы классов, представленную на Рис. 6.

 

Рис. 6. Кортежная модель диаграммы классов

Так как диаграмма классов отражает структурные особенности разрабатываемой системы, в кортежной модели присутствует только модель морфологии элементов, которая располагается на первом уровне кортежной модели.

На втором уровне кортежной модели располагаются подсистемы, которые будут реализованы в разрабатываемой системе. Подсистемы определяются на более ранних этапах моделирования, и представляют собой достаточно крупные части автоматизированной системы, выделенные по функциональным или структурным признаками отвечающие конкретным целям и задачам. Наиболее точно подсистемы определяются при проектировании use-case диаграмм.

Третьим уровнем в кортежной модели является уровень «пакетов». Пакеты состоят из совокупности классов, и каждый пакет представляет собственное пространство имен.

Четвертый уровень – уровень классов. Здесь появляется понятие «связь между классами», которая может быть трех видов: ассоциация, зависимость и обобщение. На Рис. 6 показан пример связи между классами (классом 1.1.1 и классом 1.1.j), конечно, в зависимости от проектируемой системы, могут возникнуть любые связи между классами, которые вы определили.

На пятом уровне представлены объекты класса. Объект является отдельным экземпляром класса, который создается на этапе выполнения программы. Поэтому количество объектов класса не ограничено. Однако связь между классами означает, что между объектами этих классов также существует связь, что и показано на рисунке.

Наконец, на шестом уровне расположены атрибуты и операции класса, описывающие структуру и поведение объектов этих классов. Связь между классами, указывает на то, что один класс как-то использует другой, поэтому используемые другими классами атрибуты и операции должны быть видимыми. Для примера предположим, что в структуре объектов класса 1.1.j используется атрибут класса 1.1.1 и поведение множества объектов класса n.i.1 использует какую-либо операцию класса 1.1.j. Таким образом, используемый атрибут класса 1.1.1 и используемая операция класса 1.1.j должны быть видны другим классам, что на данном рисунке отображается значком public.