Диаграмма классов (Class diagram)
Диаграмма классов описывает типы объектов системы и различного рода статические отношения, которые существуют между ними. На диаграммах классов отображаются также свойства классов, операции классов и ограничения, которые накладываются на связи между объектами.
Описаниеклассаможет включать множество различных элементов, и чтобы они не путались, в языке предусмотрено группирование элементов описания класса по секциям. Стандартных секций три:
секция имени — наряду с обязательным именем может содержать также стереотип, кратность и список именованных значений;
секция свойств — содержит список описаний свойств класса;
секция операций — содержит список описаний операций класса.
Как и все основные сущности UML, класс обязательно имеет имя, а стало быть, секция имени не может быть опущена. Прочие секции могут быть пустыми или отсутствовать вовсе.
Класс изображается прямоугольником. Если секций более одной, то внутренность прямоугольника делится горизонтальными линиями на части, соответствующие секциям.
На рис. 2 изображена упрощенная диаграмма классов системы, занимающейся обработкой заказов клиентов. Прямоугольники на диаграмме представляют классы и разделены на три части: имя класса (жирный шрифт), его атрибуты и его операции. На рис. 2 также показаны два вида связей между классами: ассоциации и обобщения.
Свойства
Свойства представляют структурную функциональность класса. В первом приближении можно рассматривать свойства как поля класса. Свойства представляют единое понятие, воплощающееся в двух совершенно различных сущностях: в атрибутах и в ассоциациях. Хотя на диаграмме они выглядят совершенно поразному, в действительности это одно и то же.
Атрибуты
Атрибут описывает свойство в виде строки текста внутри прямоугольника класса. Полная форма атрибута:
видимость имя: тип кратность = значение по умолчанию {строка свойств}
Например:
имя: String [1] = "Без имени" {readOnly}
Обязательно только имя.
Метка видимости обозначает, относится ли атрибут к открытым (обозначается значком +) (public), закрытым () (private), защищенным (#) (protected), пакетным (
) (package);
Имя атрибута – способ ссылки класса на атрибут – приблизительно соответствует имени поля в языке программирования;
Тип атрибута накладывает ограничение на вид объекта, который может быть размещен в атрибуте. Можно считать его аналогом типа поля в языке программирования.
Кратность рассмотрена ниже.
Значение по умолчанию представляет собой значение для вновь создаваемых объектов, если атрибут не определен в процессе создания.
Элемент {строка свойств} позволяет указывать дополнительные свойства атрибута. В примере он равен {readOnly}, то есть клиенты класса не могут изменять атрибут. Если он пропущен, то, как правило, атрибут можно модифицировать. Остальные строки свойств будут описаны позже.
Кратность
Рис.2.Примердиаграммыклассов
Кратность свойства обозначает количество объектов, которые могут заполнять данное свойство. Чаще всего встречаются следующие кратности:
1 (Заказ может представить только один клиент, т.е в классе “Заказ” (Order) может быть только один “Клиент” (Customer)
0..1 (Корпоративный клиент может иметь, а может и не иметь единственного торгового представителя.)
* (Клиент не обязан размещать заказ, и количество его заказов не ограничено. Он может разместить ноль или более заказов.)
В большинстве случаев кратности определяются своими нижней и верхней границами, например 2..4. Нижняя граница может быть нулем или положительным числом, верхняя граница представляет собой положительное число или * (без ограничений). Если нижняя и верхняя границы совпадают, то можно указать одно число; поэтому 1 эквивалентно 1..1. Поскольку это общий случай, * является сокращением 0..*. При рассмотрении атрибутов могут встретиться термины, имеющие отношение к кратности.
Optional (необязательный) предполагает нулевую нижнюю границу.
Mandatory (обязательный) подразумевает, что нижняя граница равна или больше 1.
Singlevalued (однозначный) – для такого атрибута верхняя граница равна 1.
Multivalued (многозначный) имеет в виду, что верхняя граница больше 1; обычно *.
Если свойство может иметь несколько значений, то лучше употреблять множественную форму его имени. По умолчанию элементы с множественной кратностью образуют множество, поэтому если вы просите клиента разместить заказы, то они приходят не в произвольном порядке. Если порядок заказов в ассоциации имеет значение, то в конце ассоциации необходимо добавить {ordered}. Если вы хотите разрешить повторы, то добавьте {nonunique}.
Кратность атрибута по умолчанию равна [1].
Операции
Операции (operations) представляют собой действия, реализуемые некоторым классом.
Существует очевидное соответствие между операциями и методами класса. Обычно можно не показывать такие операции, которые просто манипулируют свойствами, поскольку они и так подразумеваются.
Полный синтаксис операций в языке UML выглядит следующим образом:
видимость имя (список параметров) : возвращаемый тип {строка свойств}
Метка видимости обозначает, относится ли операция к открытым (обозначается значком +) (public), закрытым () (private), защищенным (#) (protected), пакетным () (package);
Имя – это имя операции.
Список параметров – список параметров операции.
Возвращаемый тип – тип возвращаемого значения операции, если таковой есть.
Строка свойств – свойства, которые применяются к данной операции.
Параметры в списке параметров обозначаются таким же образом, что и для атрибутов. Они имеют
вид: направление имя: тип = значение по умолчанию
Имя, тип и значение по умолчанию те же самые, что и для атрибутов.
Направление обозначает, является ли параметр входным (in), выходным (out) или тем и другим (inout). Если направление не указано, то предполагается in.
Например, в классе “Счет” операция может выглядеть так: + balanceOn (date: Date) : Money Следует различать операции, изменяющие состояние системы, и операции, не делающие этого.
Язык UML определяет запрос как некую операцию, результатом которой является некоторое значение, получаемое от класса; при этом состояние системы не изменяется, то есть данная операция не вызывает побочных эффектов. Такую операцию можно пометить строкой свойств {query} (запрос). Операции, изменяющие состояние, называются модификаторами, иначе командами. Строго говоря, различие между запросом и модификаторами состоит в том, могут ли они изменять видимое состояние. Видимое состояние – это то, что можно наблюдать извне.
Считается полезным выделение запросов, так как это позволяет изменить порядок выполнения запросов и не изменить при этом поведение системы. Общепринято конструировать операции так, чтобы модификаторы не возвращали значение, – тогда можно быть уверенным в том, что операции, возвращающие значения, являются запросами. Делать так все время не очень удобно, но необходимо применять этот способ так часто, как только возможно.
Другие термины, с которыми иногда приходится сталкиваться, – это методы получения значения, или геттеры (getting methods) и методы установки значения, или сеттеры (setting methods). Метод_получения'>Метод получения значения возвращает некоторое значение из поля класса (и не делает ничего больше). Метод установки значения помещает некоторое значение в поле класса (и не делает ничего больше). Клиент класса за пределами класса не способен определить, является ли запрос методом получения значения или модификатор – методом установки значений. Эта информация о методах является исключительно внутренней для каждого из классов.
Существует также различие между операцией и методом. Операция представляет собой то, что вызывается объектом – объявление процедуры, тогда как метод – это тело процедуры. Эти два понятия различают, когда имеют дело с полиморфизмом. Если у вас есть супертип с тремя подтипами, каждый из которых переопределяет одну и ту же операцию супертипа, то вы имеете дело с одной операцией и
четырьмя реализующими ее методами. Обычно термины операция и метод употребляются как взаимозаменяемые, однако иногда полезно их различать.
Отношения
В UML используются четыре основных типа отношений:
зависимость (dependency);
ассоциация (association);
обобщение (generalization);
реализация (realization)
Зависимость
Зависимость — это наиболее общий тип отношения между двумя сущностями. Отношение зависимости указывает на то, что изменение независимой сущности какимто образом влияет на зависимую сущность. В случае классов зависимости появляются по разным причинам: один класс посылает сообщение другому классу; один класс владеет другим классом как частью своих данных; один класс использует другой класс в качестве параметра операции.
Графически отношение зависимости изображается в виде пунктирной линии со стрелкой, направленной от зависимой сущности к независимой (например, как на рис. 3). 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.3.Примерзависимости
Ассоциация
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).
 Ассоциация это другая ипостась свойства. Значительная часть информации, которую можно указать в атрибуте, появляется в ассоциации. На рис. 4 и 5 показаны одни и те же свойства, представленные в различных обозначениях.
Рис.4.Представлениесвойствзаказаввидеатрибутов
Графически ассоциация изображается в виде сплошной непрерывной линии между двумя классами, направленная от исходного класса к целевому классу. Имя свойства (вместе с кратностью) располагается на целевом конце ассоциации. Целевой конец ассоциации указывает на класс, который является типом свойства. Большая часть информации в обоих представлениях одинакова,но некоторые элементы отличаются друг от друга. В частности, ассоциация может показывать кратность на обоих концах линии.
Рис.5.Представлениесвойствзаказаввидеассоциаций
Естественно, возникает вопрос: «Когда следует выбирать то или иное представление свойств?». Как правило, небольшие элементы, такие как даты или логические значения, – главным образом, типы значений, обозначаются при помощи атрибутов, а ассоциации обозначают более значимые классы, такие как клиенты или заказы. Предпочтительно также использовать прямоугольники классов для наиболее значимых классов диаграммы, а ассоциации и атрибуты для менее важных элементов.
Двунаправленные ассоциации
Двунаправленная ассоциация, показанная на рис. 6, – это пара свойств, связанных в противоположных направлениях. Класс Car (Автомобиль) имеет свойство owner:Person[1], а класс Person (Личность) имеет свойство cars:Car[*]. (Обратите внимание, что использована множественная форма имени свойства cars по причине того, что у свойства кратность больше 1.)
Рис.6.Двунаправленнаяассоциация
Агрегация и композиция
Простая ассоциация между двумя классами отражает структурное отношение между равноправными сущностями, когда оба класса находятся на одном концептуальном уровне и ни один не является более важным, чем другой. Но иногда приходится моделировать отношение типа "часть/целое", в котором один из классов имеет более высокий ранг (целое) и состоит из нескольких меньших по рангу (частей). К примеру, можно сказать, что двигатель и колеса представляют собой части автомобиля.
Отношение такого типа называют агрегированием (aggregation); оно причислено к отношениям типа "имеет" (с учетом того, что объектцелое имеет несколько объектовчастей). Агрегирование является частным случаем ассоциации и изображается в виде простой ассоциации с незакрашенным ромбом со стороны "целого" (рис. 7).
Наряду с агрегацией в языке UML есть более определенное свойство – композиция (composition).
Композиция — более строгий вариант агрегации. Композиция имеет жёсткую зависимость времени существования экземпляров классаконтейнера и экземпляров содержащихся классов. Если контейнер будет уничтожен, то всё его содержимое будет также уничтожено. Графически представляется так же, как и агрегация, но с закрашенным ромбиком.
На рис. 8 экземпляр класса Point (Точка) может быть частью многоугольника, а может представлять центр окружности, но он не может быть и тем и другим одновременно. Главное правило состоит в том, что хотя класс может быть частью нескольких других классов, но любой экземпляр может принадлежать только одному владельцу. На диаграмме классов можно показать несколько классов потенциальных владельцев, но у любого экземпляра класса есть только один объектвладелец.
Можно заметить, что на рис. 8 не показаны обратные кратности. В большинстве случаев, как и здесь, они равны 0..1. Единственной альтернативой является значение 1, когда класскомпонент разработан таким образом, что у него только один классвладелец.
Правило «нет совместного владения» является ключевым в композиции. Другое допущение состоит в том, что если удаляется многоугольник (Polygon), то автоматически должны удалиться все точки (Points), которыми он владеет.
Рис.7.Агрегация
Рис.8.Композиция
Обобщение
Обобщение (generalization) — 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, направленной от частного (подкласса) к общему (суперклассу).
На рис. 9 показан пример обобщения, где классы Rectangle (Прямоугольник) и Square (Квадрат) являются подклассами класса Shape (Фигура).
Еще один пример обобщения включает индивидуального и корпоративного клиентов некоторой бизнессистемы (см. рис. 2). Несмотря на определенные различия, у них много общего. Одинаковые свойства можно поместить в базовый класс Customer (Клиент, супертип), при этом класс Personal Customer (Индивидуальный клиент) и класс Corporate Customer (Корпоративный клиент) будут выступать как подтипы.
 Этот факт служит объектом разнообразных интерпретаций в моделях различных уровней. На концептуальном уровне мы можем утверждать, что Корпоративный клиент представляет собой подтип Клиента, если все экземпляры класса Корпоративный клиент по определению являются также экземплярами класса Клиент. Таким образом, класс Корпоративный клиент представляет собой частную разновидность класса Клиент. Основная идея заключается в следующем: все, что нам известно о классе Клиент (ассоциации, атрибуты, операции), справедливо также и для класса Корпоративный клиент.
Рис.9.Примеробобщения
С точки зрения программного обеспечения очевидная интерпретация наследования выглядит следующим образом: Корпоративный клиент является подклассомкласса Клиент. В основных объектноориентированных языках подкласс наследует всю функциональность суперкласса и может переопределять любые методы суперкласса.
Важным принципом эффективного использования наследования является замещаемость.
Необходимо иметь возможность подставить Корпоративного клиента в любом месте программы, где требуется Клиент, и при этом все должно прекрасно работать. По существу это означает, что когда вы пишете программу в предположении, что у вас есть Клиент, то вы можете свободно использовать любой подтип Клиента.
Вследствие полиморфизма Корпоративный клиент может реагировать на определенные команды не так, как другой Клиент, но вызывающий не должен беспокоиться об этом отличии. Наследование представляет собой мощный механизм, но оно несет с собой много такого, что не всегда является необходимым для достижения замещаемости.
Замещаемые классы можно создавать при помощи массы других механизмов. Поэтому многие разработчики предпочитают различать создание подтипа, то есть наследование интерфейса, и создание подкласса, или наследование реализации. Класс – это подтип, если он может замещать свой супертип, в независимости от того, использует он наследование или нет. Создание подкласса используется как синоним обычного наследования.
Существует достаточное количество других механизмов, позволяющих создавать подтипы без создания подклассов. Примером может служить реализация интерфейса и множество стандартных шаблонов разработки.
Реализация
Рис.10.Примеротношенияреализации
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, направленной от реализующей сущности к реализуемой (рис. 10).
На рис. 10 классы OpenDocCmd и CloseDocCmd реализуют интерфейс Command.
Примечания и комментарии
Примечания – это комментарии на диаграммах. Примечания могут существовать сами по себе или быть связаны пунктирной линией с эле ментами, которые они комментируют (рис. 11). Они могут присутствовать на диаграммах любого типа.
Рис.11.Примечаниеиспользуетсякаккомментарийкодномуилиболееэлементамдиаграммы
Ключевые слова
Когда требуется смоделировать конструкцию, отсутствующую в UML, но похожую на один из его элементов, можно взять символ существующей конструкции UML, пометив его ключевым словом, чтобы показать, что используется нечто другое.
Примером может служить интерфейс. Интерфейс (interface) в UML означает класс, в котором все операции открытые и не имеют тел методов. Это соответствует, например, интерфейсам в Java.
Поскольку это специальный вид класса, то он изображается с помощью пиктограммы с ключевым словом
«interface». Обычно ключевые слова представляются в виде текста, заключенного во французские кавычки («елочки»). Вместо ключевых слов можно использовать специальные значки, но тем самым вы заставляете всех запоминать их значения.
Некоторые ключевые слова, такие как {abstract}, заключаются в фигурные скобки. В действительности никогда не понятно, что формально должно быть в кавычках, а что в фигурных скобках. К счастью, если вы ошибетесь, то заметят это только настоящие знатоки UML. Но лучше быть внимательными.
Некоторые ключевые слова настолько общеупотребительны, что часто заменяются сокращениями:
«interface» часто сокращается до «I», а {abstract} – до {A}. Такие сокращения очень полезны, особенно на белых досках, однако их применение не стандартизовано. Поэтому если вы их употребляете, то не забудьте найти место для расшифровки этих обозначений.
Статические операции и атрибуты
Если в UML ссылаются на операции и атрибуты, принадлежащие классу, а не экземпляру класса, то они называются статическими. Это эквивалентно статическим членам в Cподобных языках. На диаграмме класса статические элементы подчеркиваются (рис. 12).
Рис.12.СтатическаяоперациявклассеOrder
|
Скачать 1.02 Mb.