Курсовая работа (т): Моделирование при разработке программного обеспечения

Стереотип (Stereotype) расширяет словарь UML, позволяя на основе существующих блоков языка создавать новые, специфичные блоки для решения конкретной проблемы. Например, работая с такими языками программирования, как Java или C++, часто приходится моделировать исключения (Exceptions) - они являются обыкновенными классами, хотя и рассматриваются особым образом. Обычно требуется, чтобы исключения можно было возбуждать и перехватывать, и ничего больше. Если пометить исключения соответствующим стереотипом, то с ними можно будет обращаться как с обычными строительными блоками языка. На рисунке 7.4 это продемонстрировано на примере класса Overflow.

Рисунок 7.4 - Механизмы расширения

Помеченное значение (Tagged value) расширяет свойства строительных блоков UML, позволяя включать новую информацию в спецификацию элемента. Скажем, если вы работаете над "коробочным" продуктом и выпускаете много его версий, то зачастую необходимо отслеживать версию и автора какой-нибудь важной абстракции. Ни версия, ни автор не являются первичными концепциями UML, но их можно добавить к любому блоку, такому, например, как класс, задавая для него новые помеченные значения. На рисунке 7.4 показано, как это можно сделать, на примере класса EventQueue.

Ограничения (Constraints) расширяют семантику строительных блоков UML, позволяя определять новые или изменять существующие правила. Вы можете, например, ограничить класс EventQueue так, чтобы все события добавлялись в очередь по порядку. На рисунке 7.4 показано, как можно определить ограничение, которое явно постулирует это правило для операции add.

Совместно эти три механизма расширения языка позволяют модифицировать UML в соответствии с потребностями проекта. Кроме того, они дают возможность адаптировать UML к новым технологиям разработки программного обеспечения, например к вероятному появлению более мощных языков распределенного программирования. С помощью механизмов расширения можно создавать новые строительные блоки, модифицировать существующие и даже изменять их семантику.

модель программный объектный uml

8.      Диаграмма вариантов использования

Диаграммы прецедентов (вариантов использования) представляют собой один из пяти типов диаграмм, применяемых в UML для моделирования динамических аспектов. Диаграммы прецедентов играют основную роль в моделировании поведения системы. Каждая диаграмма показывает множество прецедентов, актеров и отношения между ними.

Диаграммы прецедентов имеют большое значение для визуализации, специфицирования и документирования поведения элемента. Они облегчают понимание систем, подсистем или классов, представляя взгляд извне на то, как данные элементы могут быть использованы в соответствующем контексте.

Диаграммы прецедентов позволяют визуализировать поведение системы, подсистемы или класса, чтобы пользователи могли понять, как их использовать, а разработчики - реализовать соответствующий элемент. На рисунке 8.1 приводится диаграмма, описывающая использование сотового телефона.

Рисунок 8.1 - Диаграмма прецедентов

Диаграммой прецедентов, или использования (Use case diagram), называется диаграмма, на которой показана совокупность прецедентов и актеров, а также отношения между ними.

Диаграмма прецедентов обладает стандартными свойствами - именем и графическим содержанием, которое представляет собой одну из проекций модели. Диаграмма прецедентов отличается от прочих своим конкретным содержанием.

Диаграммы прецедентов обычно включают в себя: прецеденты, актеры, отношения зависимости, обобщения и ассоциации.

Как и все остальные диаграммы, они могут содержать примечания и ограничения. Иногда в диаграммы прецедентов помещают пакеты, применяемые для группирования элементов модели в более крупные блоки.

Диаграммы прецедентов, или использования, применяют для моделирования статического вида системы с точки зрения прецедентов. Этот вид охватывает главным образом поведение системы, то есть видимые извне сервисы, предоставляемые системой в контексте ее окружения.

При моделировании статического вида системы с точки зрения прецедентов, диаграммы использования обычно применяются двумя способами:

-        для моделирования контекста системы. Моделирование контекста подразумевает, что мы обводим систему воображаемой линией и выявляем актеры, которые находятся за этой линией и взаимодействуют с системой. Диаграммы прецедентов нужны на этом этапе для идентификации актеров и семантики их ролей;

9.      Диаграммы классов

Диаграммой классов (Class diagram) называют диаграмму, на которой показано множество классов, интерфейсов, коопераций и отношений между ними. Ее изображают в виде множества вершин и дуг (рисунок 9.1).

Рисунок 9.1 - Диаграмма классов

Диаграмме классов присущи общие для всех диаграмм свойства: имя и графическое содержание, являющееся одной из проекций модели. Вместе с тем диаграммы такого рода отличаются от остальных специфичным содержанием.

Диаграммы классов обычно содержат следующие сущности: классы, интерфейсы, кооперации, отношения зависимости, обобщения и ассоциации. Подобно всем остальным диаграммам, они могут включать в себя примечания и ограничения. Также в диаграммах классов могут присутствовать пакеты или подсистемы, применяемые для группирования элементов модели в более крупные блоки. Иногда в эти диаграммы помещают экземпляры, особенно если требуется визуализировать их тип (возможно, динамический).

Диаграммы классов применяют для моделирования статического вида системы с точки зрения проектирования. В этом представлении удобнее всего описывать функциональные требования к системе - услуги, которые она предоставляет конечному пользователю.

Обычно диаграммы классов используются в следующих целях:

-        для моделирования словаря системы. Моделирование словаря системы предполагает принятие решения о том, какие абстракции являются частью системы, а какие - нет. С помощью диаграмм классов вы можете определить эти абстракции и их обязанности;

-        для моделирования простых коопераций. Кооперация - это сообщество классов, интерфейсов и других элементов, работающих совместно для обеспечения некоторого кооперативного поведения, более значимого, чем сумма составляющих его элементов. Например, моделируя семантику транзакций в распределенной системе, вы не сможете понять происходящие процессы, глядя на один-единственный класс, поскольку соответствующая семантика обеспечивается несколькими совместно работающими классами. С помощью диаграмм классов удается визуализировать и специфицировать эти классы и отношения между ними;

-        для моделирования логической схемы базы данных. Логическую схему можно представлять себе как чертеж концептуального проекта базы данных. Во многих сферах деятельности требуется хранить устойчивую (persistent) информацию в реляционной или объектно-ориентированной базе данных. Моделировать схемы также можно с помощью диаграмм классов.

9.1     Шаблоны классов

Шаблоном называется параметризованный элемент. В таких языках программирования, как C++ или Ada, предусмотрена возможность создавать шаблоны классов, определяющие семейства классов (можно задавать также шаблоны функций, определяющие семейства функций). Параметрами шаблона могут быть классы, объекты или значения. Шаблон нельзя использовать непосредственно; сначала его нужно инстанцировать, то есть конкретизировать. Процесс инстанцирования - это связывание формальных параметров шаблона с фактическими. В результате из шаблона класса получается конкретный класс, с которым можно работать как с любым другим.

Чаще всего шаблоны классов используют при описании контейнеров, чтобы затем инстанцировать их для хранения конкретных элементов, - такой подход делает их безопасными по отношению к типам.

Язык UML также позволяет моделировать шаблоны классов. Как видно из рисунка 9.2, такой класс изображается в точности как обычный, но в верхнем правом углу его пиктограммы находится дополнительная ячейка, нарисованная пунктиром; в ней перечислены параметры шаблона.

Рисунок 9.2 - Шаблоны классов

10.    Диаграммы состояний

Диаграммы состояний - это один из пяти видов диаграмм в языке UML, используемых для моделирования динамических аспектов системы (к их числу относятся также диаграммы последовательностей и кооперации, диаграммы деятельности и диаграммы прецедентов). Под этим подразумевается моделирование поведения реактивных объектов.

В UML для моделирования поведения объекта с точки зрения порядка возникновения событий используются диаграммы состояний. Из рисунка 10.1 видно, что диаграмма состояний - это просто представление автомата, и основное внимание уделено потоку управления от одного состояния к другому.

Рисунок 10.1. Диаграмма состояний

Диаграмма состояний (State diagram) показывает автомат, фокусируя внимание на потоке управления от состояния к состоянию.

Автомат (State machine) - это описание последовательности состояний, через которые проходит объект на протяжении своего жизненного цикла, реагируя на события, - в том числе описание реакций на эти события.

Состояние (State) - это ситуация в жизни объекта, на протяжении которой он удовлетворяет некоторому условию, осуществляет определенную деятельность или ожидает какого-то события.

Событие (Event) - это спецификация существенного факта, который происходит во времени и пространстве. В контексте автоматов событие - это стимул, способный вызвать срабатывание перехода.

Переход (Transition) - это отношение между двумя состояниями, показывающее, что объект, находящийся в первом состоянии, должен выполнить некоторые действия и перейти во второе состояние, как только произойдет определенное событие, и будут выполнены заданные условия.

Деятельность (Activity) -это продолжающееся неатомарное вычисление внутри автомата.

Действие (Action) - это атомарное вычисление, которое приводит к смене состояния или возврату значения. Диаграмма состояний изображается в виде графа с вершинами и ребрами.

Диаграмма состояний обладает свойствами, общими для всех диаграмм, то есть имеет имя и графическое содержание, проецируемое на модель. От прочих диаграмм она отличается именно этим содержанием.

Обычно диаграмма состояний включает в себя:

-        простые и составные состояния;

-        переходы вместе с ассоциированными событиями и действиями.

Диаграмма состояний, по сути, составлена из элементов, встречающихся в любом автомате. Она может содержать ветвления, разделения, слияния, состояния деятельности и действий, объекты, начальные и конечные состояния, исторические состояния и т.д. Как и все прочие диаграммы, диаграмма состояний может содержать примечания и ограничения.

Диаграммы состояний применяются для моделирования динамических аспектов системы. Имеется в виду обусловленное порядком возникновения событий поведение объектов любого рода в любом представлении системной архитектуры, включая классы (в том числе активные), интерфейсы, компоненты и узлы.

При моделировании динамических аспектов системы, класса или прецедента диаграммы состояний обычно используются только с целью моделирования реактивных объектов.

Реактивный или управляемый событиями объект - это такой объект, поведение которого лучше всего характеризовать его реакцией на внешние события. Как правило, реактивный объект находится в состоянии ожидания, пока не получит событие, а когда это случается, его реакция зависит от предшествующих событий. После того как объект отреагирует на событие, он снова переходит в состояние ожидания следующего события. Для таких объектов интерес представляют, прежде всего, устойчивые состояния, события, инициирующие переходы из одного состояния в другое, и действия, выполняемые при смене состояния.

Диаграммы состояний предназначены для моделирования поведения одного объекта на протяжении его жизненного цикла. Диаграммы состояний моделируют поток управления от события к событию.

При моделировании поведения реактивного объекта нужно специфицировать главным образом три вещи: устойчивые состояния, в которых может находиться объект, события, которые инициируют переходы из одного состояния в другое, и действия, выполняемые при каждой смене состояния. Моделирование реактивного объекта подразумевает моделирование всего его жизненного цикла, начиная с момента создания и вплоть до уничтожения, с особым акцентом на устойчивые состояния, в которых может находиться объект.

Устойчивое состояние - такое, в котором объект может находиться неопределенно долгое время. Когда происходит некое событие, объект переходит в новое состояние. События могут также инициировать переходы в себя и внутренние переходы, когда исходное и целевое состояния совпадают. В ходе реакции на событие или изменения состояния объект может выполнить некоторое действие.

11.    Диаграммы деятельности

Диаграммы деятельности - это один из пяти видов диаграмм, применяемых в UML для моделирования динамических аспектов поведения системы (другие виды: диаграммы последовательностей и кооперации, состояний, прецедентов). Диаграмма деятельности - это, по существу, блок-схема, которая показывает, как поток управления переходит от одной деятельности к другой.

Как правило, диаграммы деятельности применяются, чтобы промоделировать последовательные (а иногда и параллельные) шаги вычислительного процесса. С помощью диаграмм деятельности можно также моделировать жизнь объекта, когда он переходит из одного состояния в другое в разных точках потока управления. Диаграммы деятельности могут использоваться самостоятельно для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования динамики совокупности объектов, но они пригодны также и для моделирования потока управления при выполнении некоторой операции.

Диаграмма деятельности (Activity diagram) показывает поток переходов от одной деятельности к другой.

Деятельность (Activity) - это продолжающийся во времени неатомарный шаг вычислений в автомате. Деятельности в конечном счете приводят к выполнению некоего действия (Action), составленного из выполняемых атомарных вычислений, каждое из которых либо изменяет состояние системы, либо возвращает какое-то значение. Действие может заключаться в вызове другой операции, посылке сигнала, создании или уничтожении объекта либо в простом вычислении - скажем, значения выражения.

Диаграмма деятельности в общем случае состоит из: состояний деятельности и состояний действия, переходов, объектов.

Диаграмма деятельности, собственно, представляет собой проекцию элементов, присутствующих в графе деятельности, - разновидности автомата, в которой все или большинство состояний - это состояния деятельности, а все или большинство переходов обусловлены завершением деятельности в состоянии-источнике. Поскольку диаграмма деятельности - это автомат, то к ней применимы все характеристики автоматов. Это означает, в частности, что диаграмма деятельности может содержать простые и составные состояния, точки ветвления, разделения и слияния (рисунок 11.1).