Программы поддержки языка UML

Классом называется именованное описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями, связями и семантикой.

Атрибутом класса называется именованное свойство класса, описывающее множество значений, которые могут принимать экземпляры этого свойства. Класс может иметь любое число атрибутов. Свойство, выражаемое атрибутом, является свойством моделируемой сущности, общим для всех объектов данного класса. Так что атрибут является абстракцией состояния объекта. Любой атрибут любого объекта класса должен иметь некоторое значение.

Операцией класса называется именованная услуга, которую можно запросить у любого объекта этого класса. Операция – это абстракция того, что можно делать с объектом. Класс может содержать любое число операций. Набор операций класса является общим для всех объектов данного класса. Операции класса определяются в разделе, расположенном ниже раздела с атрибутами. При этом можно ограничиться только указанием имен операций, оставив более детальную спецификацию выполнения операций на поздние этапы моделирования. Описание операции может также содержать ее сигнатуру, т.е. имена и типы всех параметров, а если операция является функцией, то и тип ее значения. Класс Человек с определенными операциями показан на Рисунке 3.10.

Рисунок 3.10

В диаграмме классов могут участвовать связи трех разных категорий: зависимость, обобщение и ассоциирование. Для проектирования реляционных БД наиболее важны вторая и третья категории связей. Поэтому по поводу связей-зависимостей мы будет очень кратки.

Связь-зависимость - связь по использованию, когда изменение в спецификации одного класса может повлиять на поведение другого, использующего первый класса. 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. Понятно, что если интерфейс этого второго класса изменяется, то это влияет на поведение объектов первого класса. Простой пример диаграммы классов со связью-зависимостью показан на Рисунке 3.11.

Рисунок 3.11

Легко видеть, что связи-зависимости  существенны для объектно-ориентированных  систем. 

Связь-обобщение - связь между общей сущностью, называемой суперклассом, или родителем, и более специализированной разновидностью этой сущности, называемой подклассом, или потомком. Класс-потомок наследует все атрибуты и операции класса-предка, но в нем могут быть определены дополнительные атрибуты и операции.

Объекты класса-потомка могут использоваться везде, где могут использоваться объекты класса-предка. Это свойство называют полиморфизмом по включению, имея в виду, что объекты потомка можно считать включаемыми в класс-предок. Графически обобщения изображаются в виде сплошной линии с большой незакрашенной стрелкой, направленной к суперклассу. На Рисунке 3.12 показан пример иерархии одиночного наследования: у каждого подкласса имеется только один суперкласс.

 
Рисунок 3.12

Одиночное наследование является достаточным  в большинстве практических случаев  применения связи-обобщения. Однако в UML допускается и множественное  наследование (Рисунок 3.13), когда один подкласс определяется на основе нескольких суперклассов. В качестве одного из разумных примеров рассмотрим следующую диаграмму классов (для упрощения диаграммы не будем указывать имена атрибутов и операций).

 
Рисунок 3.13

На этой диаграмме классы Студент и Преподаватель порождены из одного суперкласса «Человек Из Университета». Но как это часто случается, многие студенты уже в студенческие годы начинают преподавать, так что могут существовать такие два объекта классов Студент и Преподаватель, которым соответствует один объект класса «Человек Из Университета». Итак, среди объектов класса Студент могут быть преподаватели, а некоторые преподаватели могут быть студентами. Мы можем определить класс «Студент Преподаватель» путем множественного наследования от суперклассов Студент и Преподаватель. Объект класса «Студент Преподаватель» обладает всеми свойствами и операциями классов Студент и Преподаватель, и может быть использован везде, где могут использоваться объекты этих классов. Так что полиморфизм по включению продолжает работать.

Но множественное наследование, помимо того, что не слишком часто  требуется на практике, порождает ряд проблем, из которых одной из наиболее известных является проблема именования атрибутов и операций в подклассе, полученном путем множественного наследования. Например, предположим, что при образовании подклассов Студент и Преподаватель в них обоих был создан атрибут с именем «номер Комнаты». Очень вероятно, что для объектов класса Студент значениями этого атрибута будут номера комнат в студенческом общежитии, а для объектов класса Преподаватель – номера служебных кабинетов. Как быть с объектами класса «Студент Преподаватель», для которых существенны оба одноименных атрибута? На практике применяется одно из следующих решений:

1. запретить образование подкласса «Студент Преподаватель», пока в одном из суперклассов не будет произведено переименование атрибута «номер Комнаты»;
2. наследовать это свойство только от одного из суперклассов, так что, например, значением атрибута «номер Комнаты» у объектов класса «Студент Преподаватель» всегда будут номера служебных кабинетов;
3. унаследовать в подклассе оба свойства, но автоматически переименовать оба атрибута, чтобы прояснить их смысл; назвать их, например, «номер Комнаты Студента» и «номер Комнаты Преподавателя».

Ни одно из решений не является полностью удовлетворительным. Первое решение требует возврата к ранее определенному классу, имена атрибутов и операций которого, возможно, уже используются в приложениях. Второе решение нарушает логику наследования, не давая возможности на уровне подкласса использовать все свойства суперклассов. Наконец, третье решение заставляет использовать длинные имена атрибутов и операций, которые могут стать недопустимо длинными, если процесс множественного наследования будет продолжаться от полученного подкласса.

Но, конечно, сложность проблемы именования атрибутов и операций не идет ни в какое сравнение со сложностью реализации множественного наследования в реляционных БД. Поэтому при использовании UML для проектирования реляционных БД нужно очень осторожно использовать наследование классов и стараться вообще избегать множественного наследования.

Связи-ассоциации

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. В ассоциации могут связываться два класса, и тогда она называется бинарной. Допускается создание ассоциаций, связывающих сразу n классов (они называются n-арными ассоциациями). Графически ассоциация изображается в виде линии, соединяющей класс сам с собой или с другими классами.

С понятием ассоциации связаны четыре важных дополнительных понятия: имя, роль, кратность и агрегация. Во-первых, ассоциации может быть присвоено имя, характеризующее природу связи. Смысл имени уточняется черным треугольником, располагаемым над линией связи справа или слева от имени ассоциации. Этот треугольник указывает направление, в котором должно читаться имя связи. Пример именованной ассоциации показан на Рисунке 3.14. Треугольник означает, что именованная ассоциация должна читаться как “Студент учится в Университете”.

Рисунок 3.14

Другим способом именования ассоциации является указание роли каждого класса, участвующего в этой ассоциации. Роль класса задается именем, помещаемым под линией ассоциации ближе к данному классу. На Рисунке 3.15 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.

Рисунок 3.15 

В общем случае, для ассоциации может задаваться и ее собственное имя, и имена ролей классов. Это связано с тем, что класс может играть одну и ту же роль в разных ассоциациях, так что в общем случае пара имен ролей классов не идентифицирует ассоциацию. С другой стороны, в простых случаях, когда между двумя классами определяется только одна ассоциация, можно вообще не связывать с ней дополнительные имена.

Кратностью (multiplicity) роли ассоциации называется характеристика, указывающая, сколько объектов класса с данной ролью может или должно участвовать в каждом экземпляре ассоциации (в UML экземпляр ассоциации называется соединением – link). Наиболее распространенным способом задания кратности роли ассоциации является указание конкретного числа или диапазона. Например, указание “1” говорит о том, что все объекты класса с данной ролью должны участвовать в некотором экземпляре данной ассоциации, причем в каждом экземпляре ассоциации может участвовать ровно один объект класса с данной ролью. Указание диапазона “0..1” говорит о том, что не все объекты класса с данной ролью обязаны участвовать в каком-либо экземпляре данной ассоциации, но в каждом экземпляре ассоциации может участвовать только один объект. Аналогично, указание диапазона “1..*” говорит, что все объекты класса с данной ролью должны участвовать в некотором экземпляре данной ассоциации, и в каждом экземпляре ассоциации должен участвовать хотя бы один объект (верхняя граница не задана). Толкование диапазона “0..*” является очевидным расширением случая “0..1”.

В более сложных (но крайне редко  встречающихся на практике) случаях  определения кратности можно  использовать списки диапазонов. Например, список “2, 4..6, 8..*” говорит, что все объекты класса с указанной ролью должны участвовать в некотором экземпляре данной ассоциации, и в каждом экземпляре ассоциации должны участвовать два, от четырех до шести или более восьми объектов класса с данной ролью (Рисунок 3.16).

 
Рисунок 3.16

На диаграмме классов с рисунка  показано, что произвольное (может  быть, нулевое) число людей являются работниками произвольного числа университетов. Каждый университет обучает произвольное (может быть, нулевое) число студентов, но каждый студент может быть студентом только одного университета.

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 агрегатной. Графически агрегатные ассоциации изображаются в виде простой ассоциации с незакрашенным ромбом на стороне класса-“целого”. Простой пример агрегатной ассоциации показан на Рисунке 3.17.

 
Рисунок 3.17

Объектами класса Аудитория являются студенческие аудитории, в которых проходят занятия. В каждой аудитории должны быть установлены парты. Поэтому в некотором смысле класс Парта является “частью” класса Аудитория. Мы умышленно сделали роль класса Парта необязательной, поскольку могут существовать аудитории без парт (например, класс для занятий танцами), и некоторые парты могут находиться на складе. Обратите внимание, что хотя аудитории, не оснащенные партами, как правило, непригодны для занятий, объекты классов Аудитория и Парта существуют независимо. Если некоторая аудитория ликвидируется, то находящиеся в ней парты не уничтожаются, а переносятся на склад.

Бывают случаи, когда связь “части”  и “целого” настолько сильна, что  уничтожение “целого” приводит к уничтожению всех его “частей”. Агрегатные ассоциации, обладающие таким свойством, называются композитными, или просто композициями. При наличии композиции объект-часть может быть частью только одного объекта-целого (композита). При обычной агрегатной ассоциации “часть” может одновременно принадлежать нескольким “целым”. Графически композиция изображается в виде простой ассоциации, дополненной закрашенным ромбом со стороны “целого”. Пример композитной агрегатной ассоциации показан на Рисунке 3.18.

 
Рисунок 3.18

Любой факультет является частью одного университета, и ликвидация университета приводит к ликвидации всех существующих в нем факультетов (хотя во время существования университета отдельные факультеты могут ликвидироваться и создаваться).

Заметим, что в контексте проектирования реляционных БД агрегатные и в  особенности композитные ассоциации влияют только на способ поддержки ссылочной целостности. В частности, композитная связь является явным указанием того, что ссылочная целостность между “целым” и “частями” должна поддерживаться путем каскадного удаления частей при удалении целого. При наличии простой ассоциации между двумя классами предполагается возможность навигации между объектами, входящими в один экземпляр ассоциации. Если известен конкретный объект-студент, то должна обеспечиваться возможность узнать соответствующий объект-университет. Если известен конкретный объект-университет, то должна обеспечиваться возможность узнать все соответствующие объекты-студенты. Другими словами, если не оговорено противное, то навигация по ассоциации может проводиться в обоих направлениях. Однако бывают случаи, в которых желательно ограничить направление навигации для некоторых ассоциаций. В этом случае на линии ассоциации ставится стрелка, указывающая направление навигации. Возможный пример показан на Рисунке 3.19.