Унифицированный язык моделирования UML

Большинство существующих методов объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООАП) включают как язык моделирования, так и описание процесса моделирования. Язык моделирования — это нотация (в основном графическая), которая используется методом для описания проектов. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, которые используются в моделях; она является синтаксисом языка моделирования. Например, нотация диаграммы классов определяет, каким образом представляются такие элементы и понятия, как класс, ассоциация и множественность. Процесс — это описание шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта.

Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) — это преемник того поколения методов ООАП, которые появились в конце 80-х и начале 90-х гг. Создание UML фактически началось в конце 1994 г., когда Гради Буч и Джеймс Рамбо начали работу по объединению методов Booch и ОМТ (Object Modeling Technique) под эгидой компании Rational Software. К концу 1995 г. они создали первую спецификацию объединенного метода, названного ими Unified Method, версия 0.8. Тогда же, в 1995 г., к ним присоединился создатель метода OOSE (Object-oriented Software Engineering) Ивар Якобсон. Таким образом, UML является прямым объединением и унификацией методов Буча, Рамбо и Якобсона, однако дополняет их новыми возможностями. Главными в разработке UML были следующие цели:

• предоставить пользователям готовый к использованию выразительный язык визуального моделирования, позволяющий разрабатывать осмысленные модели и обмениваться ими;

• предусмотреть механизмы расширяемости и специализации для расширения базовых концепций;

• обеспечить независимость от конкретных языков программирования и процессов разработки;

• обеспечить формальную основу для понимания этого языка моделирования (язык должен быть одновременно точным и доступным для понимания, без лишнего формализма).

 

Варианты использования

В течение достаточно длительного периода времени в процессе как объектно-ориентированного, так и традиционного структурного проектирования разработчики использовали типичные сценарии, помогающие лучше понять требования к системе. Эти сценарии трактовались весьма неформально - они почти всегда использовались и крайне редко документировались. И вар Якобсон впервые ввел понятие "вариант использования" (use case) и придал ему такую значимость, что он превратился в основной элемент разработки и планирования проекта.

Вариант использования представляет собой последовательность действий (транзакций), выполняемых системой в ответ на событие, инициируемое некоторым внешним объектом (действующим лицом). Вариант использования описывает типичное взаимодействие между пользователем и системой. Например, два типичных варианта использования обычного текстового процессора — "сделать некоторый текст полужирным" и "создать индекс". Даже на таком простом примере можно выделить ряд свойств варианта использования: он охватывает некоторую очевидную для пользователей функцию, может быть как небольшим, так и достаточно крупным и решает для пользователя некоторую дискретную задачу В простейшем случае вариант использования определяется в процессе обсуждения с пользователем тех. функций, которые он хотел бы реализовать.

Когда Якобсон в 1994 г. предложил варианты использования в качестве основных элементов процесса разработки ПО, он также предложил применять для их наглядного представления диаграммы вариантов использования. На рис.1 показаны некоторые варианты использования для системы торговой организации; человеческие фигурки здесь обозначают действующих лиц, овалы - варианты использования, а линии и стрелки — различные связи между действующими лицами и вариантами использования.

 

Рисунок 2. Диаграмма вариантов использования

Действующее лицо (actor) — это роль, которую пользователь играет по отношению к системе. На рис.2 четыре действующих лица: Менеджер по продажам, Оптовый торговец, Продавец и Система учета. Действующие лица представляют собой роли, а не конкретных людей или наименования работ. Несмотря на то, что на диаграммах вариантов использования они изображаются в виде стилизованных человеческих фигурок, действующее лицо может также быть внешней системой, которой необходима некоторая информация от данной системы (например, Система учета). Показывать на диаграмме действующих лиц системы следует только в том случае, когда им действительно необходимы некоторые варианты использования.

Все варианты использования так или иначе связаны с внешними требованиями к функциональности системы. Если Системе учета требуется файл, то это требование должно быть удовлетворено. Варианты использования всегда следует анализировать вместе с действующими лицами системы, определяя при этом реальные задачи пользователей и рассматривая альтернативные способы решения этих задач.

Действующие лица могут играть различные роли по отношению к варианту использования. Они могут пользоваться его результатами или могут сами непосредственно в нем участвовать. Значимость различных ролей действующего лица зависит от того, каким образом используются его связи.

Хорошим источником для идентификации вариантов использования служат внешние события. Следует начать с перечисления всех событий, происходящих во внешнем мире, на которые система должна каким-то образом реагировать. Какое-либо конкретное событие может повлечь за собой реакцию системы, не требующую вмешательства пользователей, или, наоборот, вызвать чисто пользовательскую реакцию. Идентификация событий, на которые необходимо реагировать, помогает выделить варианты использования.

В дополнение к связям между действующими лицами и вариантами использования существуют два других типа связей (см. рис.2): "использование" (uses) и "расширение" (extends) между вариантами использования. Связь типа "расширение" применяется тогда, когда один вариант использования подобен другому, но несет несколько большую нагрузку

В данном примере основным вариантом использования является Заключить сделку В этом варианте предполагается нормальный ход процесса. Однако в случае превышения некоторого лимита — например, максимальной суммы торговой сделки, установленной для конкретноп клиента, процесс, связанный с данным вариантом использования, имеются исключения, то такое действующее лицо не имеет отношения к реализации других вариантов использования.

Выбор применяемой связи определяется следующими правилами:

• связь "расширение" следует применять при описании изменений в нормальном поведении системы;

• связь "использование" следует применять для избежания повторов в двух (или более) вариантах использования. Варианты использования являются необ­ходимым средством на стадии формирования требований к ПО. Каждый вариант использования — это потенциальное требование к системе, и пока оно не выявлено, невозможно запланировать его реализацию.

Различные разработчики подходят к описанию вариантов использования с разной степенью детализации. Например, Ивар Якобсон утверждает, что для проекта с трудоемкостью в 10 человеко-лет количество вариантов использования может составлять около 20 (не считая связей "использование" и "расширение"). Следует предпочитать небольшие и детализированные варианты использования, поскольку они облегчают составление и реализацию согласованного плана проекта.

 

 

Диаграммы

Диаграммы классов

Диаграммы классов являются центральным звеном объектно-ориентированных методов. Диаграмма классов определяет типы объектов системы и различного рода статические связи, которые существуют между ними. Имеются два основных вида статических связей:

• ассоциации (например, клиент может сделать заказ);

• подтипы (частный клиент является разновидностью клиента).

Рисунок 3. Диаграмма классов

На диаграммах классов изображаются также атрибуты классов, операции классов и ограничения, которые накладываются на связи между объектами.

На рис.3 изображена типичная диаграмма классов. Перед тем как приступить к описанию диаграмм классов, следует обратить внимание на один важный момент, связанный с характером использования этих диаграмм разработчиками. Этот момент обычно никак не документируется, однако оказывает существенное воздействие на способ интерпретации диаграмм и поэтому имеет ножное отношению к тому, что описывается с помощью модели.

Построение диаграмм классов можно рассматривать в различных аспектах:

•концептуальный аспект — диаграммы классов отображают понятия изучаемой предметной области (моделируемой организации). Эти понятия, естественно, будут соответствовать реализующим их классам, однако такое прямое соответствие зачастую отсутствует. На самом деле концептуальная модель мо­жет иметь весьма слабое отношение или вообще не иметь никакого отношения к реализующему ее программному обеспечению, поэтому ее можно рассматривать как не зависимую от средств реализации (языка программирования);

• аспект спецификации — модель спускается на уровень ПО, но рассматриваются только интерфейсы, а не программная реализация классов (под интерфейсом здесь понимается набор операций класса, видимых извне);

• аспект реализации - модель действительно определяет реализацию классов ПО. Этот аспект наиболее важен для программистов.

Понимание аспекта имеет большое значение как для построения, так и для чтения диаграмм классов. К сожалению, различия между аспектами не столь отчетливы, и большинство разработчиков при построении диаграмм допускают их смешение.

При построении диаграммы необходимо выбрать единственный аспект. При чтении диаграммы следует выяснить, в соответствии с каким аспектом она строилась. Если нужно интерпретировать эту диаграмму правильным образом, то без такого знания не обойтись.

Точка зрения на диаграммы классов, не будучи собственно формальной частью UML, однако при построении и анализе моделей является крайне важной. Конструкции UML можно использовать с любой из трех точек зрения. Большинство опытных разработчиков-программистов предпочитают аспект реализации. С другой стороны, очевидно, что построение диаграмм классов на стадии формирования требований к ПО должно выполняться с концептуальной точки зрения.

На рис.3 изображена простая модель классов, связанная с обработкой заказов клиентов. Опишем каждый фрагмент модели и рассмотрим его возможную интерпретацию с различных точек зрения.

Ассоциации представляют собой связи между экземплярами классов (личность работает в компании, компания имеет ряд офисов).

С концептуальной точки зрения ассоциации представляют собой концептуальные связи между классами. На диаграмме показано, что Заказ должен поступить от единственного Клиента, а Клиент в течение некоторого времени может сделать несколько Заказов. Каждый из этих Заказов содержит несколько Строк заказа, каждая из которых соответствует единственному Продукту. Каждая ассоциация обладает двумя ролями; каждая роль представляет собой направление ассоциации. Таким образом, ассоциация между Клиентом и Заказом содержит две роли: одна от Клиента к Заказу, другая - от Заказа к Клиенту.

Роль может быть явно поименованная с помощью метки. Например, роль ассоциации в направлении от Заказа к Строкам заказа называется «позиция заказа». Если такая метка отсутствует, роли присваивается имя класс - цели - таким образом, роль ассоциации от Заказа к Клиенту может быть названа Клиент (термины «начало» (source) и «цель» (target) употребляются для обозначения классов, являющихся соответственно начальным и конечным для ассоциации).

Заключение

В течение 1988 - 1991 гг. авторы применяли объектно-ориентированный подход при разработке программного обеспечения для персональных компьютеров: технологического модуля объектно-ориентированного программирования (ТМООП), графической объектно-ориентированной среды программирования (ГООСП) и объектно-ориентированной среды разработки специализированных словарей. Специфика разработки программ на персональных компьютерах, когда всю работу выполняет один программист в контакте с одним конечным пользователем (заказчиком), выявила преимущество использования от начала до конца одного языка программирования, к тому же довольно близкого к естественному. Объектно-ориентированные системы предъявляют повышенные требования к аппаратуре. Практика использования ТМООП на IBM PC/AT показала замедление скорости выполнения программ в 5-7 раз по сравнению с аналогичными программами на Си или Паскале. При этом время получения готовой программы сократилось в 2-3 раза, программы стали выглядеть яснее, лучше приспособлены для повторного использования.

Экономия интеллектуальных ресурсов за счет компьютерных, характерная для объектно-ориентированной технологии программирования, в наибольшей степени должна проявиться в крупных проектах, где дополнительно возникают проблемы управления коллективом разработчиков, конфиденциальности, распределенности.