Арлоу Д., Нейштадт А. UML2 и Унифицированный процесс. Практический объектно-ориентированный анализ и проектирование

Подождите немного. Документ загружается.

164 Глава 7. Объекты и классы

Кратность позволяет моделировать коллекции сущностей или неопре

деленные значения.

Применяя выражение кратности к атрибуту, можно моделировать две

совершенно разные сущности (рис. 7.9).

• Коллекции – если выражение кратности определяет целое число

больше нуля, значит, задается коллекция типа. Например, выра

жение colors : Color[7] моделирует атрибут, являющийся коллекцией

из семи объектов Color (цвет), которые можно использовать для мо

делирования цветов радуги.

• Неопределенные значения – большинство языков различают атри

бут, содержащий пустой, или неинициализированный, объект (на

пример, пустая строка, ""), и атрибут, указывающий в «никуда»,

т. е. ссылку на неопределенный (null) объект. Когда атрибут ссыла

ется на null, это означает, что объект, на который он указывает, еще

не был создан или уже прекратил существование. При детальном

проектировании иногда важно указать, что null является возмож

ным значением атрибута. Смоделировать это можно с помощью

специального выражения кратности [0..1]. Рассмотрим пример ат

рибута emailAddress (электронныйАдрес) (рис. 7.9): если значение ат

рибута – "" (пустая строка), то это можно понять так, что адрес

электронной почты был запрошен, но не был предоставлен. С дру

гой стороны, если атрибут emailAddress указывает на null, можно ска

зать, что адрес электронной почты еще не был запрошен и, следова

тельно, его значение неизвестно. Если проводятся такие разграни

чения, исключительно важно указывать в документации emailAdd

ress точную семантику "" и null. Как видите, это довольно тонкие

проектные рассуждения, но они могут быть важны и полезны.

На рис. 7.9 приведено несколько примеров синтаксиса кратности.

7.5.2.4. Начальное значение

Начальное значение позволяет задавать значение атрибута в момент

создания объекта.

выражение кратности

имя состоит из двух или более строк

адрес состоит из трех строк

emailAddress состоит из одной строки или имеет значение null

PersonDetails

–name : String [2..*]

–address : String [3]

–emailAddress : String [0..1]

Рис. 7.9. Примеры синтаксиса кратности

7.5. Нотация классов в UML 165

Начальное значение (initialValue) позволяет задавать значение, прини

маемое атрибутом при создании экземпляра класса (т. е. объекта). Это

значение называют начальным, потому что оно присваивается атрибу

ту в момент создания объекта. Использование начальных значений

везде, где есть возможность, является хорошим стилем программиро

вания. Это гарантирует, что состояние создаваемых объектов класса

всегда действительное (valid) и они пригодны к использованию.

В анализе начальные значения используются только тогда, когда они

могут выразить или обозначить важное бизнесограничение. Подобная

ситуация встречается довольно редко.

7.5.2.5. Расширенный синтаксис атрибута

Подобно любому другому элементу моделирования UML, семантику

атрибутов можно расширять, указывая перед ними стереотипы или

задавая после них помеченные значения, например

«стереотип» атрибут { метка1 = значение1, метка2 = значение2, … }

В помеченных значениях можно хранить любую информацию. Напри

мер, иногда они используются для хранения информации о версии,

как показано здесь:

address { addedBy="Jim Arlow", dateAdded="20MAR2004" }

В этом примере записано, что Джим Арлоу (Jim Arlow) добавил атри

бут address (адрес) в некоторый класс 20 марта 2004 года.

7.5.3. Ячейка операций

Операции – это функции, закрепленные за определенным классом.

По сути, они обладают всеми характеристиками функций:

• имя

• список параметров

• возвращаемый тип

Сигнатура операции включает имя, тип всех ее параметров и возвращае

мый тип.

Сочетание имени операции, типов всех ее параметров и возвращаемого

типа образует сигнатуру операции (рис. 7.10). Сигнатура каждой опе

видимость имя( направление имяПараметра : типПараметра = значениеПоУмолчанию, ... ) : возвращаемыйТип

сигнатура операции

список параметров

Рис. 7.10. Сигнатура операции

166 Глава 7. Объекты и классы

рации класса должна быть уникальной, поскольку именно сигнатура

идентифицирует операцию. Когда объект получает сообщение, его сиг

натура сравнивается с сигнатурами операций, определенных в классе

объекта. Если обнаруживается соответствие, инициируется запраши

ваемая операция объекта.

Разные языки программирования немного поразному определяют,

что должно составлять сигнатуру операции. Например, в С++ и Java

возвращаемый тип игнорируется. Это означает, что две операции клас

са, отличающиеся только возвращаемыми типами, будут рассматри

ваться как одна и та же операция и генерировать ошибку компилято

ра/интерпретатора. В Smalltalk, языке со слабым контролем типов,

все параметры и возвращаемый тип имеют тип Object, и поэтому сигна

туру составляет только имя операции.

Имена операций записываются в стиле lowerCamelCase. В качестве

имен используются глаголы или глагольные группы. Необходимо из

бегать применения в именах специальных символом и сокращений.

Каждый параметр операции имеет форму, показанную на рис. 7.11.

В операции может быть от нуля до нескольких параметров.

Имена параметров записываются в стиле lowerCamelCase и обычно яв

ляются именем существительным или именной группой, поскольку

обозначают чтото, что передается в операцию. Каждый параметр име

ет определенный тип, который является классом или примитивным

типом.

Направление и применяемое по умолчанию значение параметра рас

сматриваются в следующих двух разделах.

7.5.3.1. Направление параметра

Для параметров операции может быть задано направление:

операция( in p1:Integer, inout p2:Integer, out p3:Integer, return p4:Integer, return

p5:Integer )

Если направление не указано, по умолчанию оно принимает значение

in (в). Семантика направления параметра приведена в табл. 7.6.

Семантика значений in, inout (виз) и out (из) довольно проста, а вот

return (возвратить) возможно потребует большего внимания.

Обычно ожидается, что функция возвращает один объект, как показа

но ниже:

maximumValue = max( a, b )

minimumValue = min( a, b )

направление имяПараметра : типПараметра = значениеПоУмолчанию

Рис. 7.11. Синтаксис параметров операции

7.5. Нотация классов в UML 167

где a, b, maximumValue (максимальное значение) и minimumValue (мини

мальное значение) – целые числа. Обычный синтаксис операции под

держивает именно эту ситуацию: каждая операция обычно имеет

только одно возвращаемое значение. Как мы видели, в UML такие

«обычные» операции можно смоделировать следующим образом:

maximumValue( a:Integer, b:Integer ) : Integer

Таблица 7.6

Однако в некоторых языках операции могут возвращать более одного

значения. Например, в языке программирования Python можно было

бы написать:

maximumValue, minimumValue = maxMin( a, b )

где maxMin( a, b ) возвращает два значения – максимальное и минималь

ное. В UML это можно смоделировать следующим образом:

maxMin( in a: Integer, in b:Integer, return maxValue:Integer, return minValue:Integer )

Как видим, направление return параметра позволяет моделировать си

туации, когда операция возвращает более одного значения.

Возвращаемые параметры могут быть перечислены и после имени опе

рации:

maxMin( in a: Integer, in b:Integer ) : Integer, Integer

Параметр Семантика

in p1:Integer Применяется по умолчанию.

Операция использует p1 как входной параметр.

Значение p1 какимто образом используется операцией.

Операция не изменяет p1.

inout p2:Integer Операция принимает p2 как параметр ввода/вывода.

Значение p2 какимто образом используется операцией.

и принимает выходное значение операции.

Операция может изменять p2.

out p3:Integer Операция использует p3 как выходной параметр.

Параметр служит хранилищем для выходного значения

операции.

Операция может изменять p3.

return p4:Integer Операция использует p4 как возвращаемый параметр.

Операция возвращает p4 как одно из своих возвращаемых

значений.

return p5:Integer Операция использует p5 как возвращаемый параметр.

Операция возвращает p5 как одно из своих возвращаемых

значений.

168 Глава 7. Объекты и классы

В данном случае применение ключевого слова return было бы плохим

стилем, поскольку возвращаемые параметры и так явно выделены.

На самом деле направления параметров являются вопросом проекти

рования, поэтому обычно во время анализа о них не заботятся (если

только не используется OCL).

Направления параметров имеют большое значение при проектирова

нии, особенно если речь идет о генерации кода. Генераторы кода будут

проецировать направления параметров UML в конкретную семантику

передачи параметров в целевом языке программирования.

7.5.3.2. Значения параметров по умолчанию

Для параметра операции может быть задано значение, применяемое по

умолчанию. Если при вызове операции параметру не присваивается зна

чение, используется значение по умолчанию.

На рис. 7.12 показано, как задаются применяемые по умолчанию зна

чения. Здесь в классе Canvas имеется две операции: drawCircle(.. .) (нари

совать круг) и drawSquare(...) (нарисовать квадрат), отрисовывающие на

экране круг и квадрат соответственно. Для параметра origin (начало от

счета) задается значение по умолчанию Point(0,0). Если при вызове этих

операций данный параметр будет опущен, фигуры будут отрисованы

на экране относительно точки {0,0}.

На самом деле применяемые по умолчанию значения являются вопро

сом проектирования; во время анализа они используются редко.

7.5.3.3. Расширенный синтаксис операции

Семантику операций можно расширить, предваряя их стереотипами

и дополняя помеченными значениями.

«стереотип» операция(…) { метка1 = значение1, метка2 = значение2, … }

Можно также ввести помеченные значения в параметры операций, но

мы ни разу не сталкивались с ситуацией, когда это было бы полезно.

7.5.3.4. Операции запроса

В каждой операции есть свойство isQuery. Если в инструменте модели

рования этому свойству присвоено значение true, операция является

операцией запроса. Это означает, что она не имеет побочных эффектов

и не меняет состояние объекта, в котором вызывается. Операция, воз

Canvas

drawCircle( origin: Point = Point( 0, 0 ), radius : Integer )

drawSquare( origin: Point = Point( 0, 0 ), size : Dimension )

Рис. 7.12. Задание параметров по умолчанию

7.5. Нотация классов в UML 169

вращающая значение атрибута, называется операцией запроса. Ее свой

ству isQuery должно быть присвоено значение true.

По умолчанию isQuery имеет значение false. Обычно isQuery задается при

проектировании. Однако если в UMLмоделях применяется OCL (см.

главу 25), важно обозначить операции запроса, потому что выражения

OCL не могут менять состояния системы и поэтому могут использовать

только операции запроса. Если задано isQuery, компиляторы OCL мо

гут проверять, какие операции (допустимые или нет) вызывают OCL

выражения.

Более или менее универсальный способ наименования операций за

проса – ставить приставку get перед именем того, что вы запрашивае

те. Пример приведен на рис. 7.13.

7.5.4. Синтаксис стереотипа класса

Стереотипы могут отображаться поразному (рис. 7.14). Однако боль

шинство разработчиков моделей используют имя, заключенное в ка

вычки («имя cтереотипа»), или пиктограмму. Другие варианты не так

широко используются, и инструментальные средства моделирования

часто налагают ограничения.

Стереотипы также могут быть ассоциированы с цветами или текстура

ми, но это очень плохая практика. У некоторых читателей, имеющих

проблемы со зрением или не различающих цвета, могут возникнуть

сложности с пониманием таких диаграмм. Кроме того, чаще всего диа

граммы распечатываются в чернобелом варианте.

BankAccount

getBalance() : double

операция запроса

(isQuery = true)

имя атрибута начинается

с большой буквы

возвращает значение

атрибута balance

balance : double

Рис. 7.13. Именование операций запроса

Ticket

«entity»

Ticket

«entity»

Ticket

предпочтительное

пиктограмма

стереотип

предпочтительное

Рис. 7.14. Варианты отображения стереотипов

170 Глава 7. Объекты и классы

7.6. Область действия

Атрибуты и операции, область действия которых – экземпляр, принад

лежат или выполняются определенным объектом.

До сих пор мы видели, что у объектов есть собственные копии атрибу

тов, определенных в их классе. Таким образом, атрибуты разных объ

ектов могут принимать разные значения. Аналогично все операции,

рассмотренные до сих пор, выполняются определенными объектами.

Это обычная ситуация. Говорят, что эти атрибуты и операции имеют

область действия – экземпляр.

Атрибуты и операции, область действия которых – класс, принадлежат

или выполняются во всех объектах данного класса.

Однако иногда нужно определить атрибуты, которые имеют единствен

ное, общее для всех объектов класса значение. И нужны операции (как

операции создания объектов), не относящиеся ни к одному конкретно

му экземпляру класса. Говорят, что такие атрибуты и операции имеют

область действия – класс. Свойства, область действия которых –

класс, обеспечивают набор глобальных характеристик объектов класса.

7.6.1. Область действия – класс

и область действия – экземпляр

Обозначение атрибутов и операций с областями действия класс и эк

земпляр показано на рис. 7.15. Семантика таких атрибутов и опера

ций приведена в табл. 7.7.

7.6.2. Область действия определяет возможность доступа

Возможность доступа операции к другому свойству класса определяет

ся областью действия операции и областью действия свойства, к кото

рому пытаются получить доступ.

Операции, область действия которых – экземпляр, могут организовы

вать доступ к другим атрибутам и операциям с такой же областью дей

+create( accNumber : String )

+getAccountNumber : String

!incrementCount()

+decrementCount()

+getCount() : int

BankAccount

!accountNumber : String

!count : int = 0

область действия –

экземпляр

область действия –

класс (подчеркнуто)

Рис. 7.15. Атрибуты и операции с областями действия класс и экземпляр

7.7. Создание и уничтожение объектов 171

ствия, а также ко всем атрибутам и операциям, область действия кото

рых – класс.

Операции, область действия которых – класс, могут организовывать

доступ только к атрибутам и операциям, имеющим область действия –

класс. Операции уровня класса не имеют доступа к операциям уровня

экземпляра, потому что:

• возможно, еще не создано ни одного экземпляра класса;

• даже если экземпляры класса существуют, неизвестно, какой из

них использовать.

Таблица 7.7

7.7. Создание и уничтожение объектов

Конструкторы – это специальные операции, создающие новые объекты.

Область их действия – класс.

Область действия – экземпляр Область действия – класс

Атрибуты По умолчанию область действия

атрибутов – экземпляр.

Для атрибутов может быть опре

делена область действия класс.

Каждый объект класса получа

ет собственную копию атрибу

тов, область действия которых –

экземпляр.

Каждый объект класса исполь

зует одну и ту же единственную

копию атрибутов класса.

Следовательно, значения атри

бутов экземпляра могут быть

разными в каждом объекте.

Следовательно, значения атри

бутов класса во всех объектах

одинаковые.

Операции По умолчанию область действия

операций – экземпляр.

Для операций может быть опре

делена область действия – класс.

Каждый вызов операции экзем

пляра касается конкретного эк

земпляра класса.

Вызов операции класса не каса

ется конкретного экземпляра

класса. Операции уровня класса

можно рассматривать как при

меняемые к самому классу.

Невозможно вызвать операцию

экземпляра, не имея в распоря

жении экземпляра класса. Без

условно, это означает, что нель

зя использовать операции, об

ласть действия которых – эк

земпляр, для создания объектов

этого класса: никогда не полу

чится создать первый объект.

Инициировать операции класса

можно, даже не имея экземпля

ра класса; это идеально подхо

дит для операций создания объ

ектов.

172 Глава 7. Объекты и классы

Конструкторы – это специальные операции, создающие новые экземп

ляры классов. Эти операции должны иметь область действия – класс.

Если бы они были уровня экземпляра, не было бы возможности соз

дать первый экземпляр класса.

Конструкторы – забота проектирования. Обычно их не показывают

на аналитических моделях.

В разных языках программирования действуют разные стандарты

именования конструкторов. Абсолютно универсальный подход – на

зывать конструктор просто create(…) (создать). Это делает понятным

назначение данной операции. Однако языки Java, C# и C++ требуют,

чтобы имя конструктора совпадало с именем класса.

У класса может быть несколько конструкторов с одинаковыми имена

ми, но с разным набором параметров. Конструктор без параметров на

зывают применяемым по умолчанию конструктором (default con+

structor). Параметры конструктора можно использовать для иници

ализации значений атрибутов в момент создания объекта.

На рис.7.16 показан простой пример класса BankAccount (банковский

счет). При каждом создании объекта BankAccount в качестве параметра

в его конструктор должно передаваться значение типа String. Эта стро

ка используется для задания атрибута accountNumber (номер счета) (на

пример, значение “XYZ001002”). Тот факт, что конструктору класса Bank

Account необходим параметр, говорит о том, что создать объект BankAc

count, не определив этот параметр, нельзя. Это гарантирует задание ат

рибута accountNumber каждого объекта BankAccount в момент создания

объекта. Это очень хороший стиль.

В аналитических моделях обычно не занимаются конструкторами

(и тем более деструкторами). Они не имеют ни влияния, ни отношения

к бизнессемантике класса. Если всетаки есть желание обозначить

операции создания, можно ввести операцию create() без параметров

как структурный нуль. Или можно указать только параметры, имею

щие в перспективе существенное значение.

Когда дело дойдет до детального проекта, необходимо будет опреде

лить имя, типы параметров и возвращаемый тип каждой операции

(см. раздел 17.4). Сюда входит и явное описание конструктора и де

структора.

Уничтожение объекта не такая простая операция, как его создание.

В разных ОО языках программирования семантика уничтожения объ

BankAccount

универсальное имя конструктора стандарт Java/C#/C++

BankAccount

+BankAccount( accNumber : String )+create( accNumber : String )

Рис. 7.16. Именование конструктора

7.7. Создание и уничтожение объектов 173

екта разная. Более подробно создание и уничтожение объектов рас

сматриваются в следующих двух разделах.

7.7.1. Конструкторы – пример класса ClubMember

Пример класса ClubMember (член клуба) (рис. 7.17) показывает обычное

применение атрибутов и операций уровня класса. Этот класс описывает

некий член клуба. Атрибут numberOfMembers (количество членов) – за

крытый (private) атрибут класса типа int. Следовательно, этот атрибут

используется совместно всеми объектами класса ClubMember. Его значе

ние для каждого из этих объектов будет одинаковым.

При создании атрибута numberOfMembers ему присваивается начальное

значение, равное нулю. Далее, если бы это был атрибут экземпляра,

каждый объект при создании получал бы собственную копию этого ат

рибута. Однако область действия этого атрибута – класс. Значит, су

ществует только одна его копия, и эта единственная копия инициали

зируется только один раз. Когда именно это происходит, зависит от

языка реализации. Мы должны знать лишь то, что атрибут инициали

зируется со значением нуль при запуске программы.

Предположим, что в операции create(...) происходит вызов операции

класса incrementNumberOfmembers() (увеличить число членов). Как можно

ожидать из ее имени, эта операция увеличивает значение атрибута клас

са numberOfMembers. При каждом создании экземпляра класса numberOf

Members увеличивается на единицу. В класс введен счетчик! С помощью

операции класса getNumberOfMembers() (получить количество членов)

можно запросить значение атрибута numberOfMembers. Данная операция

возвращает число, равное количеству созданных объектов ClubMember.

7.7.2. Деструкторы – пример класса ClubMember

Деструкторы – это специальные операции, которые «наводят порядок»

при уничтожении объектов.

+create( number : String, name : String )

+getMembershipNumber() : String

+getMemberName() : String

!incrementNumberOfMembers

+decrementNumberOfMembers

+getNumberOfMembers() : int

ClubMember

!membershipNumber : String

!memberName : String

!numberOfMembers : int = 0

Рис. 7.17. Применение атрибутов и операций уровня класса