Программы поддержки языка UML

Оглавление

 

 

 

 
Введение

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика языка UML

UML – это унифицированный графический  язык моделирования для описания, визуализации, проектирования и  документирования ОО систем. UML призван  поддерживать процесс моделирования ПС на основе ОО подхода, организовывать взаимосвязь концептуальных и программных понятий, отражать проблемы масштабирования сложных систем. Модели на UML используются на всех этапах жизненного цикла ПС, начиная с бизнес-анализа и заканчивая сопровождением системы. Разные организации могут применять UML по своему усмотрению в зависимости от своих проблемных областей и используемых технологий.

Краткая история UML

К середине 90-х годов различными авторами было предложено несколько десятков методов ОО моделирования, каждый из которых использовал свою графическую нотацию. При этом любой их этих методов имел свои сильные стороны, но не позволял построить достаточно полную модель ПС, показать ее «со всех сторон. К тому же отсутствие стандарта ОО моделирования затрудняло для разработчиков выбор наиболее подходящего метода, что препятствовало широкому распространению ОО подхода к разработке ПС.

По запросу Object Management Group (OMG) – организации, ответственной за принятие стандартов в области объектных технологий и баз данных назревшая проблема унификации и стандартизации была решена авторами трех наиболее популярных ОО методов – Г.Бучем, Д.Рамбо и А.Джекобсоном, которые объединенными усилиями создали версию UML 1.1, утвержденную OMG в 1997 году в качестве стандарта.

UML – это язык

Любой язык состоит из словаря и  правил комбинирования слов для получения осмысленных конструкций. Так, в частности, устроены языки программирования, таковым является и UML. Отличительной его особенностью является то, что словарь языка образуют графические элементы. Каждому графическому символу соответствует конкретная семантика, поэтому модель, созданная одним разработчиком, может однозначно быть понята другим, а также программным средством, интерпретирующим UML. Отсюда, в частности, следует, что модель ПС, представленная на UML, может автоматически быть переведена на ОО язык программирования (такой, как Java, C++, VisualBasic), то есть, при наличии хорошего инструментального средства визуального моделирования, поддерживающего UML, построив модель, мы получим и заготовку программного кода, соответствующего этой модели.

Следует подчеркнуть, что UML – это  именно язык, а не метод. Он объясняет, из каких элементов создавать  модели и как их читать, но ничего не говорит о том, какие модели и в каких случаях следует  разрабатывать. Чтобы создать метод  на базе UML, надо дополнить его описанием процесса разработки ПС. Примером такого процесса является Rational Unified Process.

 

Структура языка UML

Язык UML имеет сложную иерархическую  структуру, показанную на Рисунке 3.2.

 

Рисунок 3.2

 

Как следует из рисунка, первый иерархический  уровень языка UML составляют сущности, отношения между сущностями и наглядные диаграммы. Далее на следующем уровне показано, что понятие "структурные сущности" является именем семи видов пиктограмм (выразительных рисунков). Поведенческие сущности делятся на два вида диаграмм. Группирующие и аннотационные сущности имеют один вид пиктограмм, называемых примечаниями.

На Рисунке 3.3 в качестве примеров показаны пять видов пиктограмм – класс, актер, прецедент, пакет и примечание.

 

Рисунок 3.3

Класс изображается прямоугольником, разделенным на три поля. В первом поле помещается имя класса, однозначно определяющее данный класс среди множества других классов. Во втором поле помещаются атрибуты (общие свойства) класса. В третьем поле располагаются типовые операции, выполняемые объектами, принадлежащими данному классу. На Рисунке 3.4 показаны пиктограммы, изображающие класс "окно" и класс "экранный кадр".

Рисунок 3.4

 

Левая пиктограмма на Рисунке 3.4 показывает класс с именем "окно" и основные свойства (характеристики) присущие объектам этого класса. Правая пиктограмма показывает класс "кадр (frame)"с его основными характеристиками и подробными характеристиками, детализирующими основные характеристики. Детальная нотация класса дает возможность программистам и аналитикам визуализировать, специфицировать, конструировать и документировать класс на любом желаемом уровне детализации свойств класса, достаточном для поддержки прямого и обратного проектирования моделей и кода.

Актер – это внешний по отношению к компьютерной системе объект, взаимодействующий с ней. Графически актер изображается в виде пиктограммы, представляющей человека, поскольку актер это человек или группа людей, использующих данные, предоставляемые компьютерной системой. Например, в системе регистрации учебных курсов, актером являются студенты, записывающиеся на курсы преподавателей через автоматизированную систему регистрации курсов.

Прецедент - это описание множества последовательных событий, выполняемых компьютерной системой, которые приводят к наблюдаемому актером результату. Графически прецедент изображается в виде ограниченного непрерывной линией эллипса, обычно содержащего только имя прецедента. На UML диаграммах пиктограммы прецедента и актера обычно располагаются рядом.

Пакет - это единственная в языке UML первичная группирующая сущность. В пакет можно поместить структурные и поведенческие сущности и даже другие пакеты. Изображается пакет в виде папки с закладкой.

Примечание изображается в виде прямоугольника с загнутым краем. На UML диаграмме примечание присоединяется к одному или нескольким элементам диаграммы. Внутри прямоугольника-примечания помещаются комментарии или ограничения, относящиеся к элементу (или нескольким элементам) диаграммы. Комментарий может быть текстовым или графическим.

Рассмотрим  теперь пиктограммы отношений, используемых в UML диаграммах. Однонаправленные отношения представляются на UML диаграммах стрелками различных видов, а двунаправленное отношение представляется линией (Рисунок 3.5).

Рисунок 3.5

Показанное на рисунке однонаправленное отношение зависимость - это семантическое отношение между двумя сущностями, такое при котором изменение одной (первичной) сущности вызывает изменение семантики другой, зависимой сущности.

Ассоциация – это структурное двунаправленное отношение, описывающее совокупность взаимоотношений между объектами. Пометка единица (1) на левом конце линии ассоциации означает, что в двунаправленном отношении, наряду с многими работниками участвует один работодатель. Единица и звездочка на правом конце линии означает "единица или больше" (1..*). Если один конец линии ассоциации помечен единицей (1), то пометка на другом конце линий называется кратностью ассоциации. Кратность правого конца ассоциации, равна единице или больше. На линии ассоциации можно также задать кратность равную единице (1), можно указать диапазон кратности: ноль или единица (0..1), много (0..*). Разрешается также указывать кратность определенным числом (например 5). С помощью списков можно задавать и более сложные кратности. Например, список 0..1, 3..4, 6..* означает "любое число объектов кроме 2 и 5".Частным случаем ассоциации является отношение типа "часть/целое". Отношение такого типа называется агрегированием. В языке UML оно причислено к отношениям вида "имеет". Агрегирование изображается в виде ассоциации с незакрашенным ромбом со стороны целого, как показано на Рисунке 3.6

Рисунок 3.6

Обобщение - это однонаправленное отношение, называемое "потомок/предок", в котором объект "потомок" может быть подставлен вместо объекта предка. Потомок наследует структуру и поведение своего предка. Стрелка всегда указывает на предка.

Реализация – это семантическое однонаправленное отношение, которое может устанавливаться, во-первых, между интерфейсами и реализующими их классами или компонентами, во-вторых, между прецедентами и реализующими их кооперациями. Интерфейсы, компоненты и кооперации это еще три вида пиктограмм, относящихся к структурным сущностям. Пиктограммы интерфейса, кооперации и компонента показаны на Рисунке 3.7.

Рисунок 3.7

Интерфейс – это совокупность операций, предоставляемых классом или компонентом. Следовательно, интерфейс описывает поведение класса или компонента, видимое извне. Интерфейс определяет только описание (спецификации) операций класса или компонента, но он никогда не определяет физические реализации операций. Графически интерфейс изображается небольшим кружочком под которым пишется его имя, как показано на Рисунке 3.7.

Кооперация определяет взаимодействие, например классов. Участвуя в кооперации классы совместно производят некоторый кооперативный результат. Один и тот же класс может принимать участие в нескольких кооперациях. Графически кооперация изображается в виде эллипса, ограниченного пунктирной линией.

Компонент – это физическая часть компьютерной или иной системы. Компонент соответствует некоторому набору интерфейсов и обеспечивает физическую реализацию этого набора. Компоненты могут быть разных видов. Например, одним из видов компонент, используемых для моделирования программного обеспечения компьютерной системы, могут быть файлы исходного кода. Компонент, как правило, представляет собой физическую упаковку логических элементов, таких как классы, интерфейсы и кооперации. Графически компонент изображается в виде прямоугольника с вкладками. Внутри прямоугольника обычно пишется только имя компонента.

UML диаграммы

С помощью комбинации пиктограмм строятся UML диаграммы. Девять основных видов диаграмм перечисленных в третьей ветви структурного дерева языка UML. Рассмотрим три из них: диаграммы прецедентов, диаграммы классов и диаграммы действий.

Диаграмма прецедентов - это графическое представление всех или части актеров, прецедентов и взаимодействий между ними. В каждой системе обычно есть главная диаграмма прецедентов, которая описывает внешнюю границу системы и основные внешние функции (внешнее поведение) системы. В качестве примера диаграммы прецедентов рассмотрим диаграмму, изображающую все прецеденты для одного актера, которым является регистратор учебных курсов (Рисунок 3.8)

Рисунок 3.8

Диаграммы классов применяются  для моделирования объектно-ориентированных систем. На простых диаграммах показываются классы и отношения между классами. На сложных диаграммах показываются классы, интерфейсы, кооперации и отношения между ними. Диаграммы классов дают статический вид системы. Можно также сказать, что диаграммы классов представляют собой взгляды разработчиков на статические состояния проектируемых систем. С помощью диаграмм классов составляется словарь системы. Диаграммы классов являются основой для создания диаграмм компонентов и развертывания. Следует особо подчеркнуть, что диаграммы классов важны не только для визуализации, специфицирования и документирования структурных моделей, но также для прямого и обратного проектирования исполняемых кодов систем. На Рисунке 3.9 приведен пример простой диаграммы классов, моделирующей объекты системы регистрации курсов и отношения между ними.

Рисунок 3.9

UML диаграммы классов включают  в себя как частный случай  диаграммы "сущность-связь", которые используются для логического проектирования реляционных, объектно-ориентированных и гибридных объектно-реляционных баз данных.

Программы поддержки языка UML

Мы рассмотрели лишь отдельные  фрагменты языка UML. Они дают общее  представление о языке и могут  быть использованы как вспомогательный материал при его изучении по специальной литературе по языку UML. Однако, если пользоваться только литературными источниками, то очень трудно усвоить синтаксис и семантику языка UML. Наилучший способ изучения языка UML заключается в создании UML диаграмм для конкретных систем с помощью инструментальных программ поддержки. Наиболее известной программой поддержки языка UML является пакет Rational Rose 2000. Однако, существуют решения других компаний, например Microsoft Visio и GentleWare Poseidon.

Основные понятия диаграмм классов UML

Диаграммой классов в терминологии UML называется диаграмма, на которой  показан набор классов (и некоторых других сущностей, не имеющих явного отношения к проектированию БД), а также связей между этими классами (иногда термин relationship переводится на русский язык не как “связь”, а как “отношение”). Кроме того, диаграмма классов может включать комментарии и ограничения. Ограничения могут неформально задаваться на естественном языке или же могут формулироваться на языке OCL (Object Constraints Language), который является частью общей спецификации UML, но, в отличие от других частей языка, имеет не графическую, а линейную нотацию. Мы затронем эту тему ниже немного более подробно.