Как связать на рисунке сущность и отношение uml

Обновлено: 23.04.2024

UML – унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language) – это система обозначений, которую можно применять для объектно-ориентированного анализа и проектирования.
Его можно использовать для визуализации, спецификации, конструирования и документирования программных систем.
Словарь UML включает три вида строительных блоков:

Сущности – это абстракции, которые являются основными элементами модели, связи соединяют их между собой, а диаграммы группируют представляющие интерес наборы сущностей.

Диаграмма – это графическое представление набора элементов, чаще всего изображенного в виде связного графа вершин (сущностей) и путей (связей). Язык UML включает 13 видов диаграмм, среди которых на первом месте в списке — диаграмма классов, о которой и пойдет речь.
Диаграммы классов показывают набор классов, интерфейсов, а также их связи. Диаграммы этого вида чаще всего используются для моделирования объектно-ориентированных систем. Они предназначены для статического представления системы.
Большинство элементов UML имеют уникальную и прямую графическую нотацию, которая дает визуальное представление наиболее важных аспектов элемента.

Сущности

Диаграммы классов оперируют тремя видами сущностей UML:

Структурные.
Поведенческие.
Аннотирующие.

Структурные сущности – это «имена существительные» в модели UML. В основном, статические части модели, представляющие либо концептуальные, либо физические элементы. Основным видом структурной сущности в диаграммах классов является класс .

Аннотирующие сущности – это поясняющие части UML-моделей, иными словами, комментарии, которые можно применить для описания, выделения и пояснения любого элемента модели. Главная из аннотирующих сущностей – примечание . Это символ, служащий для описания ограничений и комментариев, относящихся к элементу либо набору элементов. Графически представлен прямоугольником с загнутым углом; внутри помещается текстовый или графический комментарий.

Структурные сущности — классы

Класс – это описание набора объектов с одинаковыми атрибутами, операциями, связями и семантикой.

Графически класс изображается в виде прямоугольника, разделенного на 3 блока горизонтальными линиями:

имя класса
атрибуты (свойства) класса
операции (методы) класса.

Для атрибутов и операций может быть указан один из трех типов видимости:

Видимость для полей и методов указывается в виде левого символа в строке с именем соответствующего элемента.

Каждый класс должен обладать именем, отличающим его от других классов. Имя – это текстовая строка. Имя класса может состоять из любого числа букв, цифр и знаков препинания (за исключением двоеточия и точки) и может записываться в несколько строк.
На практике обычно используются краткие имена классов, взятые из словаря моделируемой системы. Каждое слово в имени класса традиционно пишут с заглавной буквы (верблюжья конвенция), например Sensor (Датчик) или TemperatureSensor (ДатчикТемпературы).

Для абстрактного класса имя класса записывается курсивом.

Атрибут (свойство) – это именованное свойство класса, описывающее диапазон значений, которые может принимать экземпляр атрибута. Класс может иметь любое число атрибутов или не иметь ни одного. В последнем случае блок атрибутов оставляют пустым.
Атрибут представляет некоторое свойство моделируемой сущности, которым обладают все объекты данного класса. Имя атрибута, как и имя класса, может представлять собой текст. На практике для именования атрибута используются одно или несколько коротких существительных, выражающих некое свойство класса, к которому относится атрибут.

Можно уточнить спецификацию атрибута, указав его тип, кратность (если атрибут представляет собой массив некоторых значений) и начальное значение по умолчанию.

Статические атрибуты класса обозначаются подчеркиванием.

Операция (метод) – это реализация метода класса. Класс может иметь любое число операций либо не иметь ни одной. Часто вызов операции объекта изменяет его атрибуты.
Графически операции представлены в нижнем блоке описания класса.
Допускается указание только имен операций. Имя операции, как и имя класса, должно представлять собой текст. На практике для именования операции используются короткие глагольные конструкции, описывающие некое поведение класса, которому принадлежит операция. Обычно каждое слово в имени операции пишется с заглавной буквы, за исключением первого, например move (переместить) или isEmpty (проверка на пустоту).
Можно специфицировать операцию, устанавливая ее сигнатуру, включающую имя, тип и значение по умолчанию всех параметров, а применительно к функциям – тип возвращаемого значения.

Абстрактные методы класса обозначаются курсивным шрифтом.
Статические методы класса обозначаются подчеркиванием.

Изображая класс, не обязательно показывать сразу все его атрибуты и операции. Для конкретного представления, как правило, существенна только часть атрибутов и операций класса. В силу этих причин допускается упрощенное представление класса, то есть для графического представления выбираются только некоторые из его атрибутов. Если помимо указанных существуют другие атрибуты и операции, вы даете это понять, завершая каждый список многоточием.
Чтобы легче воспринимать длинные списки атрибутов и операций, желательно снабдить префиксом (именем стереотипа) каждую категорию в них. В данном случае стереотип – это слово, заключенное в угловые кавычки, которое указывает то, что за ним следует.

Отношения между классами

Существует четыре типа связей в UML:

Зависимость
Ассоциация
Обобщение
Реализация

Эти связи представляют собой базовые строительные блоки для описания отношений в UML, используемые для разработки хорошо согласованных моделей.

Первая из них – зависимость – семантически представляет собой связь между двумя элементами модели, в которой изменение одного элемента (независимого) может привести к изменению семантики другого элемента (зависимого). Графически представлена пунктирной линией, иногда со стрелкой, направленной к той сущности, от которой зависит еще одна; может быть снабжена меткой.

Зависимость – это связь использования , указывающая, что изменение спецификаций одной сущности может повлиять на другие сущности, которые используют ее.

Ассоциация – это структурная связь между элементами модели, которая описывает набор связей, существующих между объектами.
Ассоциация показывает, что объекты одной сущности (класса) связаны с объектами другой сущности таким образом, что можно перемещаться от объектов одного класса к другому.
Например, класс Человек и класс Школа имеют ассоциацию, так как человек может учиться в школе. Ассоциации можно присвоить имя «учится в». В представлении однонаправленной ассоциации добавляется стрелка, указывающая на направление ассоциации.

Двойные ассоциации представляются линией без стрелок на концах, соединяющей два классовых блока.
Ассоциация может быть именованной, и тогда на концах представляющей её линии будут подписаны роли, принадлежности, индикаторы, мультипликаторы, видимости или другие свойства.

Множественность ассоциации представляет собой диапазон целых чисел, указывающий возможное количество связанных объектов. Он записывается в виде выражения с минимальным и максимальным значением; для их разделения используются две точки. Устанавливая множественность дальнего конца ассоциации, вы указываете, сколько объектов может существовать на дальнем конце ассоциации для каждого объекта класса, находящегося на ближнем ее конце. Количество объектов должно находиться в пределах заданного диапазона. Множественность может быть определена как единица 1 , ноль или один 0..1 , любое значение 0..* или * , один или несколько 1..* . Можно также задавать диапазон целых значений, например 2..5 , или устанавливать точное число, например 3 .

Агрегация – особая разновидность ассоциации, представляющая структурную связь целого с его частями. Как тип ассоциации, агрегация может быть именованной. Одно отношение агрегации не может включать более двух классов (контейнер и содержимое).
Агрегация встречается, когда один класс является коллекцией или контейнером других. Причём, по умолчанию агрегацией называют агрегацию по ссылке, то есть когда время существования содержащихся классов не зависит от времени существования содержащего их класса. Если контейнер будет уничтожен, то его содержимое — нет.
Графически агрегация представляется пустым ромбом на блоке класса «целое», и линией, идущей от этого ромба к классу «часть».

Композиция — более строгий вариант агрегации. Известна также как агрегация по значению.
Композиция – это форма агрегации с четко выраженными отношениями владения и совпадением времени жизни частей и целого. Композиция имеет жёсткую зависимость времени существования экземпляров класса контейнера и экземпляров содержащихся классов. Если контейнер будет уничтожен, то всё его содержимое будет также уничтожено.
Графически представляется как и агрегация, но с закрашенным ромбиком.

Третья связь – обобщение – выражает специализацию или наследование , в котором специализированный элемент (потомок) строится по спецификациям обобщенного элемента (родителя). Потомок разделяет структуру и поведение родителя. Графически обобщение представлено в виде сплошной линии с пустой стрелкой, указывающей на родителя.

Четвертая – реализация – это семантическая связь между классами, когда один из них (поставщик) определяет соглашение, которого второй (клиент) обязан придерживаться. Это связи между интерфейсами и классами, которые реализуют эти интерфейсы. Это, своего рода, отношение «целое-часть». Поставщик, как правило, представлен абстрактным классом. В графическом исполнении связь реализации – это гибрид связей обобщения и зависимости: треугольник указывает на поставщика, а второй конец пунктирной линии – на клиента.

Пример кода и диаграммы классов для него

Программа получает данные с датчика температуры (вводятся с консоли) — по 5 измерений для каждого из двух объектов класса TemperatureMeasure и усредняет их. Также предусмотрен класс ShowMeasure для вывода измеренных значений.

Результат выполнения

UML-диаграмма классов для приведенного выше кода будет выглядеть следующим образом:

На диаграмме классов основным классом является класс TemperatureMeasure , который и является измерителем температуры. В качестве измеренного значения формируется среднее арифметическое всех измерений - сумма всех измерений, деленная на их количество.
Для получения измерений и их суммирования используется класс Sensor (в качестве датчика температуры). В консольной задаче сами измерения передаются в этот класс для суммирования. Класс состоит в отношении агрегации с основным классом TemperatureMeasure : мы сначала создаем объект класса Sensor , а потом передаем его в качестве параметра конструктора классу TemperatureMeasure , чтобы использовать его в качестве части класса.
Количество измерений формируется классом MeasureCount , который содержит статическое свойство total для подсчета общего измерений, а также свойство count для подсчета количества измерителей конкретного объекта TemperatureMeasure . Класс MeasureCount находится в отношении композиции с классом TemperatureMeasure : объект MeasureCount создается непосредственно при создании объекта TemperatureMeasure (в его конструкторе).
Класс ITemperatureMeasure представляет собой интерфейс класса TemperatureMeasure и является своего рода поставщиком в отношении реализации.
Наконец, класс ShowTemperature находится в отношении зависимости с классом TemperatureMeasure , поскольку реализация единственного метода Show класса ShowTemperature зависит от структуры класса TemperatureMeasure .

Аве, Кодер! Диаграмма классов UML иллюстрирует структуру системы, описывая классы, их атрибуты, методы и отношения между объектами.

Даже самые малые детки знают, что UML происходит от Unified Modeling Language, если по- русски, то — унифицированный язык моделирования, который, как гласит легенда, разработали, когда серьезные дяди и тети в конец задолбались плавать в разнообразии кружочков, черточек и облачков.

Для тех, кому лень читать:

Главное действующее лицо

Для начала напомним себе что такое класс? Если в двух словах, то класс представляет собой шаблон для создания объектов, обеспечивающий начальные значения состояний: инициализацию полей-переменных и реализацию поведения полей и методов.

По сути, класс описывает то, каким объект может быть.

Класс представляет концепт, который описывает состояние (атрибуты) и поведение (методы). Каждый атрибут имеет свой тип, каждый метод — свою сигнатуру, но в диаграмме классов только имя класса является обязательной информацией к заполнению, что и логично — даже лучшие экстрасенсы мира не смогут понять, что это за безымянный квадрат и к чему он вообще относится.

Имя класса пишется в самом верхнем делении, затем идут атрибуты класса, типы которых записываются после двоеточия и, наконец, в нижнем делении идут методы.

Тип, который может возвращать метод, записывается после двоеточия в самом конце сигнатуры метода. Модификаторы области видимости изображены перед атрибутами класса и методами.

Каждый параметр в методе может также иметь описание направленности метода: in, out, inout.
На этой иллюстрации, method1 использует p1, как входной параметр и значение p1, каким-то образом, используется методом, а метод не изменяет p1.

Method2 принимает p2, как параметр ввода/вывода, значение p2, каким-то образом, используется методом и принимает выходное значение метода, но сам метод также может изменять p2.

Method3 использует p3, как выходной параметр, иными словами, параметр служит хранилищем для выходного значение метода.

Перспективы диаграммы классов в жизненном цикле разработки программного обеспечения

Мы можем использовать диаграммы классов на разных этапах жизненного цикла разработки программного обеспечения и, как правило, постепенно моделируя диаграммы классов с трех разных точек зрения по мере нашего продвижения по уровням детализации.

Концептуальная перспектива — это когда диаграммы интерпретируются как описание вещей в реальном мире. Таким образом, если мы берем концептуальную перспективу, мы рисуем диаграмму, которая представляет концепции в изучаемой области. Эти концепции относятся к классам, которые их реализуют. Концептуальная перспектива считается независимой от языка.

Спецификационная перспектива — это когда диаграммы интерпретируются, как описание абстракций программного обеспечения или компонентов со спецификациями и интерфейсами, но без привязки к конкретной реализации.

Имплементационная перспектива — это когда диаграммы интерпретируются, как описание реализаций программного обеспечения на определенной технологии и языке.
Таким образом, если ты берешь имплементационную перспективу, ты смотришь на реализацию программного обеспечения.

Типы отношений

Далее, я приведу шесть основных типов обозначений отношений между классами, которые встречаются в UML схемах чаще всего.

Ассоциация.

Аналогично связям, соединяющим объекты, ассоциации соединяют классы. Для того, чтобы между объектами была связь, между ними должна быть ассоциация.

Если предположить, что у нас есть два класса, которые взаимодействуют друг с другом, между ними должна быть проведена непрерывная соединительная линия, обозначающая на схеме ассоциацию. Часто мы также можем увидеть глагол, передающий ее смысл.

Помимо этого, мы также можем указать кратность, то есть число объектов, которые могут принимать участие в отношениях. Кратность задается в виде разделенного запятыми списка интервалов, в котором каждый интервал представлен в виде минимум-максимум.

Например, один студент может учиться у множества преподавателей.
Но и преподаватель может учить множество студентов.

Наследование

Или иногда его еще называют — генерализация.

Как следует из названия, это схематическое изображение отношения между родительским классом и его наследниками. Полая стрелка всегда направлена к классу «родитель».
Классический пример наследования: классы квадрат, прямоугольник и круг, которые являются наследниками родительского класса «фигура».

Мы вправе изображать наследование как отдельно для каждого класса, так и объединять их.
Если наследование происходит от абстрактного класса, то имя такого родительского класса записывается курсивом.

Обычно, под этим подразумевается отношение интерфейса и объектов, реализующих этот интерфейс.

Например, интерфейс Owner имеет методы для покупки и продажи частной собственности, а отношения классов Person и Corporation, реализующих этот интерфейс, на диаграмме будут обозначаться в виде пунктирной линии со стрелкой по направлению к интерфейсу.

Зависимость

Объект одного класса может использовать объект другого класса в своем методе.
Если объект не хранится в поле класса, то такой вид межклассовых отношений моделируется как зависимость.

Зависимость, по сути, является специальным случаем ассоциации двух классов, в этом случае, изменения в одном классе неумолимо повлекут за собой изменения в другом.

Например, у класса Person есть метод hasRead с входным параметром book, который возвращает true, если, к примеру, человек прочитал книгу.

Зависимость обозначается пунктирной линией со стрелкой, обращенной к классу, от которого зависят, например, методы другого класса.

Особый тип отношений между классами, когда один класс является частью другого.

Например, рабочее место программиста состоит из стула, стола, компьютера и вентилятора, но при удалении класса «рабочее место», у нас просто останутся все эти классы, только по отдельности.

Агрегация показана в виде непрерывной линии с полым ромбом направленным от классов, являющимися частью какого-либо класса к классу-агрегатору.

По сути, разновидность агрегации, только в этом случае, классы, являющиеся частью другого класса, уничтожают, когда уничтожается класс-агрегатор.

Например наше тело состоит из органов, но сами по себе они не жизнеспособны.

Композиция обозначается схожим с агрегацией способом, но ромб на этот раз полностью закрашен.

Финалочка

UML бывает очень полезен для новичков, находящихся на этапе понимания «что к чему долждно идти и от чего наследоваться». Как говорят наши англоязычные коллеги: «он помогает увидеть как выглядит весь лес за стволами деревьев».

Поэтому, перед началом твоего, пусть и небольшого, но сногсшибательного проекта, не хватайся сразу за код. Создай сперва архитектуру своего приложения в UML.

Диаграмма классов UML позволяет обозначать отношения между классами и их экземплярами. Для чего они нужны? Они нужны, например, для моделирования прикладной области. Но как отношения отражаются в программном коде? Данное небольшое исследование пытается ответить на этот вопрос — показать эти отношения в коде.

Сначала попробуем прояснить, как относятся друг к другу отношения между классами в UML. Используя различные источники удалось построить следующую структурную схему, демонстрирующую разновидности отношений:

Рис. 1 — Отношения между классами

Ассоциации имеют навигацию: двунаправленную или однонаправленную, указывающую на направление связи. То есть у каждого вида ассоциации еще есть два подвида, которое на рисунке не показаны.

1. Обобщение

Итак, наша цель — построить UML-диаграмму классов (Class Model), а затем отразить ее в объектно-ориентированном коде.

В качестве прикладной области возьмем отдел кадров некого предприятия и начнем строить его модель. Для примеров будем использовать язык Java.

Отношение обобщения — это наследование. Это отношение хорошо рассматривается в каждом учебнике какому-либо ООП языку. В языке Java имеет явную реализацию через расширение(extends) одного класса другим.

Рис. 2 — Отношение обобщения

Класс «Man»(человек) — более абстрактный, а «Employee»(сотрудник) более специализированный. Класс «Employee» наследует свойства и методы «Man».

Попробуем написать код для этой диаграммы:

2. Ассоциация

2.1 Бинарная

В модель добавили класс «IdCard», представляющий идентификационную карточку(пропуск) сотрудника. Каждому сотруднику может соответствовать только одна идентификационная карточка, мощность связи 1 к 1.

Рис. 3 — Бинарная ассоциация

В теле программы создаем объекты и связываем их:

Класс Employee имеет поле card, у которого тип IdCard, так же класс имеет методы для присваивания значения(setIdCard) этому полю и для
получения значения(getIdCard). Из экземпляра объекта Employee мы можем узнать о связанном с ним объектом типа IdCard, значит
навигация (стрелочка на линии) направлена от Employee к IdCard.

2.2 N-арная ассоциация

Представим, что в организации положено закреплять за работниками помещения. Добавляем новый класс Room.
Каждому объекты работник(Employee) может соответствовать несколько рабочих помещений. Мощность связи один-ко-многим.
Навигация от Employee к Room.

Рис. 4 — N-арная ассоциация

Теперь попробуем отразить это в коде. Новый класс Room:

Добавим в класс Employee поле и методы для работы с Room:

2.3 Агрегация

Введем в модель класс Department(отдел) — наше предприятие структурировано по отделам. В каждом отделе может работать один или более человек. Можно сказать, что отдел включает в себя одного или более сотрудников и таким образом их агрегирует. На предприятии могут быть сотрудники, которые не принадлежат ни одному отделу, например, директор предприятия.

Рис. 5 — Агрегация

Итак, наш класс, помимо конструктора и метода изменения имени отдела, имеет методы для занесения в отдел нового сотрудника, для удаления сотрудника и для получения всех сотрудников входящих в данный отдел. Навигация на диаграмме не показана, значит она является двунаправленной: от объекта типа «Department» можно узнать о сотруднике и от объекта типа «Employee» можно узнать к какому отделу он относится.

Так как нам нужно легко узнавать какому отделу относится какой-либо сотрудник, то добавим в класс Employee поле и методы для назначения и получения отдела.

2.3.1 Композиция

Предположим, что одним из требований к нашей системе является требование о том, чтоб хранить данные о прежней занимаемой должности на предприятии.
Введем новый класс «pastPosition». В него, помимо свойства «имя»(name), введем и свойство «department», которое свяжет его с классом «Department».

Данные о прошлых занимаемых должностях являются частью данных о сотруднике, таким образом между ними связь целое-часть и в то же время, данные о прошлых должностях не могут существовать без объекта типа «Employee». Уничтожение объекта «Employee» должно привести к уничтожению объектов «pastPosition».

Рис. 6 — Композиция

В класс Employee добавим свойства и методы для работы с данными о прошлой должности:

3. Зависимость

Для организации диалога с пользователем введем в систему класс «Menu». Встроим один метод «showEmployees», который показывает список сотрудников и их должности. Параметром для метода является массив объектов «Employee». Таким образом, изменения внесенные в класс «Employee» могут потребовать и изменения класса «Menu».

Рис. 7 — Зависимость

Заметим, что класс «Menu» не относится к прикладной области, а представляет собой «системный» класс воображаемого приложения.
Класс «Menu»:

4. Реализация

Реализация, как и наследование имеет явное выражение в языке Java: объявление интерфейса и возможность его реализации каким-либо классом.

Для демонстрации отношения «реализация» создадим интерфейс «Unit». Если представить, что организация может делиться не только на отделы, а например, на цеха, филиалы и т.д. Интерфейс «Unit» представляет собой самую абстрактную единицу деления. В каждой единице деления работает какое-то количество сотрудников, поэтому метод для получения количества работающих людей будет актуален для каждого класса реализующего интерфейс «Unit».

Рис. 8 — Реализация

Реализация в классе «Department»:

Как видим, реализация метода «getPersonCount» не совсем актуальна для класса «Department», так как он имеет метод «getEmployees», который возвращает
коллекцию объектов «Employee».

Выводы

Язык моделирования UML имеет набор отношений для построения модели классов, но даже такой развитой ООП язык, как Java имеет только две явные конструкции для отражения связей: extends(расширение) и interface/implements(реализация).
В результате моделирования получили следующую диаграмму:

Рис. 8 — Диаграмма классов

Литература

1) Г. Буч, Д. Рамбо, А. Джекобсон. Язык UML Руководство пользователя.

3) Эккель Б. Философия Java. Библиотека программиста. — СПб: Питер, 2001. — 880 с.

4) Орлов С. Технологии разработки программного обеспечения: Учебник. — СПб: Питер, 2002. — 464 с.

5) Мухортов В.В., Рылов В.Ю.Объектно-ориентированное программирование, анализ и дизайн. Методическое пособие. — Новосибирск, 2002.

Модель UML (UML model) ‒ это совокупность конечного множества конструкций языка, главные из которых ‒ это сущности и отношения между ними.

Сами сущности и отношения модели являются экземплярами метаклассов метамодели.

Рассматривая модель UML с наиболее общих позиций, можно сказать, что это граф (точнее, нагруженный мульти-псевдо-гипер-орграф), в котором вершины и ребра нагружены дополнительной информацией и могут иметь сложную внутреннюю структуру. Вершины этого графа называются сущностями, а ребра ‒ отношениями. Остальная часть раздела содержит беглый (предварительный), но полный обзор имеющихся типов сущностей и отношений. К счастью, их не слишком много. В последующих главах книги все сущности и отношения рассматриваются еще раз, более детально и с примерами.

1.4.1. Сущности

Для удобства обзора сущности в UML можно подразделить на четыре группы:

структурные;
поведенческие;
группирующие;
аннотационные.

Структурные сущности, как нетрудно догадаться, предназначены для описания структуры. Обычно к структурным сущностям относят следующие.

Объект (object) 1 ‒ сущность, обладающая уникальностью и инкапсулирующая в себе состояние и поведение.

Класс (class) 2 ‒ описание множества объектов с общими атрибутами, определяющими состояние, и операциями, определяющими поведение.

Интерфейс (interface) 3 ‒ именованное множество операций, определяющее набор услуг, которые могут быть запрошены потребителем и предоставлены поставщиком услуг.

Кооперация (collaboration) 4 ‒ совокупность объектов, которые взаимодействуют для достижения некоторой цели.

Действующее лицо (actor) 5 ‒ сущность, находящаяся вне моделируемой системы и непосредственно взаимодействующая с ней.

Компонент ∇ (component) 6 ‒ модульная часть системы с четко определенным набором требуемых и предоставляемых интерфейсов.

Артефакт (artifact) 7 ‒ элемент информации, который используется или порождается в процессе разработки программного обеспечения. Другими словами, артефакт ‒ это физическая единица реализации, получаемая из элемента модели (например, класса или компонента).

Узел (node) 8 ‒ вычислительный ресурс, на котором размещаются и при необходимости выполняются артефакты.

∇ В русском языке допустимо использование слова "компонент" мужского рода и слова "компонента" женского рода. Современная языковая практика склоняется к использованию мужского рода, поэтому мы употребляем, например, термин "диаграмма компонентов". Но в некоторых случаях традиция требует использования женского рода, например, "компонента связности графа".

На следующем рисунке приведена стандартная нотация в минимальном варианте для структурных сущностей.

Рис. Нотация структурных сущностей

Поведенческие сущности предназначены для описания поведения. Основных поведенческих сущностей всего две: состояние и действие (точнее, две с половиной, потому что иногда употребляется еще и деятельность, которую можно рассматривать как особый случай состояния).

Состояние (state) 1 ‒ период в жизненном цикле объекта, находясь в котором объект удовлетворяет некоторому условию и осуществляет собственную деятельность или ожидает наступления некоторого события.

Деятельность (activity) 2 можно считать частным случаем состояния, который характеризуется продолжительными (по времени) не атомарными вычислениями.

Действие (action) 3 ‒ примитивное атомарное вычисление.

Это только надводная часть айсберга поведенческих сущностей: состояния бывают самые разные (см. раздел 4.2). Кроме того, при моделировании поведения используется еще ряд вспомогательных сущностей, которые здесь не перечислены, потому что сосуществуют только вместе с указанными основными.

Несколько особняком стоит сущность ‒ вариант использования.

Вариант использования (use case) 4 ‒ множество сценариев, объединенных по некоторому критерию и описывающих последовательности производимых системой действий, доставляющих значимый для некоторого действующего лица результат.

Ниже приведена стандартная нотация в минимальном варианте для поведенческих сущностей.

Рис. Нотация поведенческих сущностей

Группирующая сущность в UML одна ‒ пакет ‒ зато универсальная.

Пакет (package) 1 ‒ группа элементов модели (в том числе пакетов).

Аннотационная сущность тоже одна ‒ комментарий.

Комментарий (comment) 2 ‒ произвольное по формату и содержанию описание одного или нескольких элементов модели.

Рис. Нотация группирующей и аннотационной сущностей

Приведенная классификация не является исчерпывающей. У каждой из этих сущностей есть различные частные случаи и вариации, рассматриваемые в последующих главах.

1.4.2. Отношения

В UML используются четыре основных типа отношений:

зависимость (dependency);
ассоциация (association);
обобщение (generalization);
реализация (realization).

Зависимость ‒ это наиболее общий тип отношения между двумя сущностями.

Отношение зависимости указывает на то, что изменение независимой сущности каким-то образом влияет на зависимую сущность.

Графически отношение зависимости изображается в виде пунктирной линии со стрелкой 1 , направленной от зависимой сущности 2 к независимой 3 , как показано на следующем рисунке. Как правило, семантика конкретной зависимости уточняется в модели с помощью дополнительной информации. Например, зависимость со стереотипом «use» означает, что зависимая сущность использует (скажем, вызывает операцию) независимую сущность.

Рис. Отношение зависимости

Ассоциация ‒ это наиболее часто используемый тип отношения между сущностями.

Отношение ассоциации имеет место, если одна сущность непосредственно связана с другой (или с другими ‒ ассоциация может быть не только бинарной).

Графически ассоциация изображается в виде сплошной линии 1 с различными дополнениями, соединяющей связанные сущности, как показано на следующем рисунке. На программном уровне непосредственная связь может быть реализована различным образом, главное, что ассоциированные сущности знают друг о друге. Например, отношение часть-целое является частным случаем ассоциации и называется отношением агрегации.

Рис. Отношение ассоциации

Обобщение ‒ это отношение между двумя сущностями, одна их которых является частным (специализированным) случаем другой.

Графически обобщение изображается в виде линии с треугольной незакрашенной стрелкой на конце 1 , направленной от частного 2 (подкласса) к общему 3 (суперклассу), как показано на следующем рисунке.

Рис. Отношение обобщения

Отношение реализациии используется несколько реже, чем предыдущие три типа отношений, поскольку часто подразумеваются по умолчанию.

Отношение реализации указывает, что одна сущность является реализацией другой.

Например, класс является реализацией интерфейса. Графически реализация изображается в виде пунктирной линии с треугольной незакрашенной стрелкой на конце 1 , направленной от реализующей сущности 2 к реализуемой 3 , как показано на следующем рисунке.

Рис. Отношение реализации

Перечисленные типы отношений являются основными, различные их вариации и дополнительные отношения детально рассматриваются в последующих главах.

1.4.3. Диаграммы

Предыдущий параграф преследует примерно те же цели, какие имеет описание лексики в обычном языке программирования. А именно, мы обрисовали (еще не полностью, но уже достаточно) множество слов UML (лексем, графических примитивов, элементов моделирования ‒ называйте, как хотите ‒ фиксированного термина нет). Пора переходить к синтаксису, а именно к описанию того, как из слов конструируются предложения.

На первый взгляд, все очень просто: берутся сущности и, если нужно, указываются отношения между ними. В результате получается модель, то есть граф (с разнородными вершинами и ребрами), нагруженный дополнительной информацией. Но при более внимательном рассмотрении обнаруживаются проблемы. Мы хотим затратить некоторые усилия на обсуждение этих проблем, иначе целый ряд особенностей UML может показаться висящим в воздухе, хотя на самом деле, эти особенности и есть продуманное решение замалчиваемых обычно проблем.

∇ Скажем, эту книгу ‒ не в качестве образца, а в качестве примера.

∇∇ Смеем вас уверить, что писать структурированный текст также намного легче.

Диаграммы UML и есть та основная накладываемая на модель структура, которая облегчает создание и использование модели.

Диаграмма (diagram) ‒ это графическое представление некоторой части графа модели.

Вообще говоря, в диаграмму можно было бы включить любые (допустимые) комбинации сущностей и отношений, но произвол в этом вопросе затруднил бы понимание моделей. Поэтому авторы UML определили набор рекомендуемых к использованию типов диаграмм, которые получили название канонических типов диаграмм.

Инструменты моделирования, как правило, обеспечивают работу со всеми каноническими диаграммами, но делают это довольно догматически, не позволяя отойти от канона ни на шаг, даже если это нужно по существу задачи. С другой стороны, некоторые инструменты, наряду с каноническими, поддерживают и апокрифические типы диаграмм. Было бы удобно, если бы набор канонических диаграмм предлагался по умолчанию, но пользователь мог бы настроить, изменить и переопределить этот набор в случае необходимости, примерно так, как это делается с шаблонами Microsoft Word. Некоторые инструменты, но далеко не все, поддерживают такие возможности.

Заметим, что помимо сущностей и отношений на диаграмме присутствует другие элементы модели, которые мы также будем называть конструкциями языка. Это тексты, которые могут быть написаны внутри фигур сущностей или рядом с линиями отношений, рамки диаграмм и их фрагментов, значки, присоединяемые к линиям или помещаемые внутрь фигур. Эти элементы не только помогают представить модель в более наглядной форме, но подчас несут значительную смысловую нагрузку.

1.4.4. Классификация диаграмм

В UML 1 ∇ всего определено 9 канонических типов диаграмм. Ниже перечислены их названия, принятые в этой книге (в других источниках есть отличия).

∇ Здесь и далее под UML 1 понимаются версии UML, предшествующие UML 2.0.

Диаграмма использования ∇ (Use Case diagram)
Диаграмма классов (Class diagram)
Диаграмма объектов (Object diagram)
Диаграмма состояний (State chart diagram)
Диаграмма деятельности (Activity diagram)
Диаграмма последовательности (Sequence diagram)
Диаграмма кооперации (Collaboration diagram)
Диаграмма компонентов (Component diagram)
Диаграмма размещения ∇∇ (Deployment diagram)

∇ В некоторых источниках название этого типа диаграмм переводится как "диаграмма прецедентов", что является грубейшей терминологической ошибкой. Не советуем пользоваться такими источниками ‒ скорее всего, их авторы не понимают того, о чем пишут.

∇∇ В некоторых источниках название данной диаграммы переводится как "диаграмма развертывания".

Этот список является итогом многочисленных дискуссий и компромиссов, поэтому не следует воспринимать его как догму. В частности, расхожее утверждение "в UML определены девять типов диаграмм" является не совсем верным: в метамодели UML определены элементы модели (сущности и отношения) и способы их комбинирования, а девять типов диаграмм ‒ это уже надстройка над языком, отражающая сложившуюся практику его использования.

Канонические диаграммы отнюдь не образуют полного ортогонального набора: они пересекаются как по включенным в них средствам, так и по области применения. Более того, некоторые из них являются частными случаями других, есть просто семантически эквивалентные пары, можно привести примеры допустимых диаграмм, для которых затруднительно указать однозначно, к какому именно из канонических типов диаграмма относится.

Сказанное можно проиллюстрировать условной классификацией диаграмм, приведенной ниже.

Рис. Иерархия типов диаграмм для UML 1

Мы поместили диаграмму использования отдельно, не относя ее ни к диаграммам описания структуры, ни к диаграммам описания поведения. В большинстве источников диаграммы использования относят к описанию поведения, что нам представляется некоторой натяжкой ∇ . Кроме отношений обобщения, на диаграмме классов, а именно эта диаграмма изображена на рис. Иерархия типов диаграмм для UML 1, дополнительно показаны некоторые зависимости между отдельными UML диаграммами. Эти зависимости в каждом конкретном случае носят различный характер, что отражено посредством использования различных стереотипов. Подробнее о стандартных стереотипах зависимостей см. параграф 3.1.1.

∇ Подобная взаимосвязь безусловно существует, что выражается на рис. Иерархия типов диаграмм для UML 1 в виде отношения зависимости со стереотипом «refine» .

В UML 2 ∇ внесены значительные коррективы как в список канонических диаграмм, а именно их число увеличилось до 13, так и в список доступных конструкций языка, что значительно расширило область его применения. Кроме этого две диаграммы были переименованы: диаграмма кооперации была переименована в диаграмму коммуникации ∇∇ , а диаграмма состояний в диаграмму автомата ∇∇∇ .

∇ Здесь и далее под UML 2 понимаются версии UML, начиная с UML 2.0.

∇∇ В UML 1 возникала невольная ассоциация между диаграммой кооперации и одноименной сущностью, что было не совсем верно и порой вводило в заблуждение.

∇∇∇ В UML 2 синтаксическая и смысловая нагрузка диаграммы состояний настолько изменилась, что название уже не отражало содержания.

Список новых диаграмм и их названий, принятых в этой книге, приведен ниже.

Диаграмма внутренней структуры (Composite Structure diagram)
Диаграмма пакетов (Package diagram)
Диаграмма автомата (State machine diagram)
Диаграмма коммуникации (Communication diagram)
Обзорная диаграмма взаимодействия (Interaction Overview diagram)
Диаграмма синхронизации (Timing diagram)

На рис. Иерархия типов диаграмм для UML 2 (часть 1 и 2) приведена диаграмма классов, отражающая взаимосвязь диаграмм в UML 2.

Рис. Иерархия типов диаграмм для UML 2 (часть 1)

Рис. Иерархия типов диаграмм для UML 2 (часть 2)

Далее в этой главе мы очень бегло опишем все тринадцать канонических диаграмм, с тем, чтобы иметь определенный контекст и словарный запас для последующего изложения. Детали изложены в остальных главах книги.

Но прежде чем перейти к следующему разделу, сделаем одно небольшое отступление относительно того, как стандарт требует оформлять диаграммы. Общий шаблон представления диаграммы приведен ниже.

Рис. Нотация для диаграмм

Основных элементов оформления два: наружная рамка и ярлычок с названием диаграммы. Если с рамкой все просто ‒ это прямоугольник, ограничивающий область в котором должны находиться элементы диаграммы, то название диаграммы записывается в специальном формате, приведенном на рис. Нотация для диаграмм.

Указанная сложная форма ярлычка поддерживается не всеми инструментами. Впрочем, это не обязательно, поскольку семантика первична, а нотация вторична. Далее мы везде используем в качестве ярлычка диаграммы прямоугольник, и это не должно вызывать недоразумений.

Возможные теги (типы) для диаграмм приведены в следующей таблице. Теги, предлагаемые стандартом, записаны во второй столбец. Однако, как показала практика, предлагаемые стандартом правила не всегда удобны и логически обоснованы, поэтому третий столбец таблицы содержит разумную на наш взгляд альтернативу.

Парадигма объектно-ориентированного программирования (далее просто ООП) повсеместно используется при создании современного программного обеспечения. Модель объектов, заложенная в данную парадигму, способна достаточно точно описывать свойства и возможности сущностей реального мира. Разумеется, эти объекты не существуют обособленно друг от друга, они взаимодействуют друг с другом для достижения какой-то глобальной цели разрабатываемой системы.

Стандартная библиотека некоторого языка программирования – замечательный сборник полезных утилит. Однако разнообразие решаемых программистами задач так велико, что одной только стандартной библиотекой ограничиться не получится. Программисту часто приходится самому создавать необходимый ему набор функциональности. Это можно сделать, создав пакет функций или набор классов.

Создание собственных классов при разработке программы добавляет в проект новый уровень абстракции, который позволяет определить некоторый функционал системы и работать в дальнейшем только с ним.

Чем выше уровень абстракции, которым пользуется программист, тем выше уровень его продуктивности при разработке приложения.

«Хорошая абстракция превращает практически неподъемную задачу в две, решить которые вполне по силам. Первая из этих задач состоит в определении и реализации абстракции, а вторая - в использовании этих абстракций для решения текущей проблемы.»
Э.С. Таненбаум

Использование ООП может существенно упросить жизнь программисту. Это достигается за счёт сокрытия особенностей внутренней реализации классов. Программисту остаётся лишь пользоваться её удобствами. Кажется, что ООП – панацея от всех проблем. Однако на практике, если не иметь чёткого представления о том, какие классы нужно реализовать и как ими потом пользоваться, в результате может получиться очень запутанная система, которая начнёт порождать спагетти-коду (от англ. “spaghetti code”), который будет лишь мешаться, когда вы захотите добавить что-то новое в систему.

Чтобы избежать большинства проблем, возникающих при использовании ООП, нужно:

Иметь некоторый опыт создания программ и использования классов.

Строить структурные диаграммы классов.

Первое придёт со временем, а со вторым я могу вас познакомить прямо сейчас. Сегодня мы разберём диаграмму классов UML.

Читайте также: