Построение объектной модели программной системы. · иерархическое описание сложной системы путем выделения пакетов

Объектная модель существующего бизнеса показывает как, и за счет чего реализуются прецеденты. Данная модель раскрывает внутреннее устройство бизнеса, а именно: какие виды ресурсов используются для реализации прецедентов и каким образом они взаимодействуют. Описание объектной модели базируется на понятии "объект". Объекты представляют участников процессов и различного рода сущности (готовая продукция, заказ и т.д.).

Интерфейсные объекты, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Менеджер по работе с клиентами. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: взаимодействует с клиентами, оформляет заказы, принимает оплату от клиентов за заказы.
• 2. Материально-ответственный кладовщик. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: взаимодействие с поставщиками, принимает материалы и подписывает счет-фактуру.
• 3. Водитель-экспедитор. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: доставка готового изделия клиенту.

Управляющие объекты, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Проектировщик. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: проектирование изделия, управление исполнением проекта, контроль.
• 2. Оператор автоматизированного учета. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: ведение автоматизированного учета, работа с базой данных.
• 3. Мебельный мастер (Сборщик). Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: изготовление продукта в соответствии с проектом.

Объекты-сущности, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Чек - документ, выдаваемый по факту оплаты заказа.
• 2. Каталог - документ отражающий ассортимент выпускаемой продукции.
• 3. Бланк заказа - документ, в который входит номер заказа, дата заказа, информация о клиенте, выбранный тип, эскиз изделия, пожелания клиента.
• 4. Проект изделия - проект заказанной мебели.
• 5. Заявка на материалы - документ, характеризующий необходимые материалы и их объемы.
• 6. База данных - программа, позволяющая вести материальный учет в фирме.
• 7. Материалы - необходимы для производства заказного изделия.
• 8. Счет-фактура - документ, подписываемый по факту отгрузки материалов.
• 9. Готовое изделие - результат производства, характеризуется принадлежностью к какому-либо заказу.

В таблице 5.1 приведено описание взаимосвязи объектов друг с другом.

Таблица 5.1 Описание взаимодействия объектов друг с другом

Примечание: В случае если необходимые материалы имеются на складе, то пункты 18, 19, 20, 21 данной таблицы пропускаются.

Динамическая модель взаимодействия подразделений и заказчика, в прецеденте "Продажа заказного продукта" изображена на рисунке 5.1 Динамическая модель взаимодействия подразделения, сотрудника и заказчика, в прецеденте "Оформление заказа" изображена на рисунке 5.2 Динамическая модель взаимодействия подразделения, сотрудников и заказчика, в прецеденте "Проектирование" изображена на рисунке 5.3 Динамическая модель взаимодействия сотрудников, в прецеденте "Изготовление" изображена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.1 Диаграмма последовательности прецедента "Продажа заказного продукта"

Рисунок 5.2 Диаграмма последовательности прецедента "Оформление заказа"

Рисунок 5.3 Диаграмма последовательности прецедента "Проектирование"

Рисунок 5.4 Диаграмма последовательности прецедента "Изготовление"

Базы данных. Заочники

Лабораторная работа №1

Построение объектной модели задачи с использованием языка моделирования UML.

К защите работы должен быть предоставлен проект, созданный в пакете Rational Rose, включающий три вида диаграмм: прецедентов, классов (интерфейс, данные) и последовательностей для каждой функции.

Общая информация

Построение модели необходимо для того, чтобы лучше понимать разрабатываемую систему.

Моделирование позволяет решить следующие задачи:

Визуализировать систему в ее текущем или желательном для нас состоянии;

Определить структуру или поведение системы;

Получить шаблон, позволяющий затем сконструировать систему;

Документировать принимаемые решения, используя полученные модели.

Класс (Class) – это описание совокупности объектов с общими атрибутами, операциями и отношениями. Графически класс изображается в виде прямоугольника, в котором обычно записаны его имя, атрибуты и операции, как показано на рис. 1. Одной из разновидностей сущности класс является актер (Actor). Обычно актер представляет роль, которую в данной системе играет человек, аппаратное устройство или даже другая система. Как показано на рис. 2, актеров изображают в виде человеческих фигурок.

Прецедент (Use Case) - это описание последовательности выполняемых системой действий, которая производит наблюдаемый результат, значимый для какого-то определенного актера (Actor). Прецедент применяется для структурирования поведенческих сущностей модели. Графически прецедент изображается в виде ограниченного непрерывной линией эллипса, обычно содержащего только его имя, как показано на рис. 3.

Поведенческие сущности являются динамическими составляющими модели UML. Это глаголы языка: они описывают поведение модели во времени и пространстве. Существует два вида поведенческих сущностей:

Взаимодействие (Interaction);

Автомат (State machine).

Взаимодействие (Interaction) – это поведение, суть которого заключается в обмене сообщениями (Messages) между объектами в рамках конкретного контекста для достижения определенной цели. Графически сообщения изображаются в виде стрелки, над которой почти всегда пишется имя соответствующей операции, как показано на рис. 4.

Группирующие сущности являются организующими частями UML. Это блоки, на которые можно разложить модель. Есть только одна группирующая сущность, а именно пакет.

Пакеты (Packages) представляют собой универсальный механизм организации элементов в группы. В пакет можно поместить структурные, поведенческие и даже другие группирующие сущности. В отличие от компонентов, существующих во время работы системы, пакеты носят чисто концептуальный характер, то есть существуют только во время разработки. Изображается пакет в виде папки с закладкой, содержащей, как правило, только имя (см. рис. 5).

Аннотационные сущности – пояснительные части модели UML. Это комментарии для дополнительного описания, разъяснения или замечания к любому элементу модели. Имеется только один тип аннотационных элементов – примечания (Note).

Примечание – это просто символ для изображения комментариев или ограничений, присоединенных к элементу или группе элементов. Графически примечание изображается в виде прямоугольника с загнутым краем, содержащим текстовый или графический комментарий, как показано на рис. 6.

В языке UML определены четыре типа отношений:

Зависимость;

Ассоциация;

Обобщение;

Реализация.

Эти отношения являются основными строительными блоками в UML и применяются для создания корректных моделей.

Зависимость (Dependency) – это семантическое отношение между двумя сущностями, при котором изменение одной из них, независимой, может повлиять на семантику другой, зависимой. Графически зависимость изображается в виде прямой пунктирной линии, часто со стрелкой (см. рис. 7).

Ассоциация (Association) – структурное отношение, описывающее совокупность связей; связь – это соединение между объектами. Графически ассоциация изображается в виде прямой линии (иногда завершающейся стрелкой или содержащей метку), рядом с которой могут присутствовать дополнительные обозначения, например кратность и имена ролей. На рис. 8 показан пример отношений этого типа.

Диаграмма в UML – это графическое представление набора элементов, изображаемое чаще всего в виде связного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями). Диаграммы рисуют для визуализации системы с разных точек зрения. В UML выделяют девять видов диаграмм:

Диаграммы классов;

Диаграммы объектов;

Диаграммы прецедентов;

Диаграммы последовательностей;

Диаграммы кооперации;

Диаграммы состояний;

Диаграммы действий;

Диаграммы компонентов;

Диаграммы развертывания.

На диаграмме классов показывают классы, интерфейсы, объекты и кооперации, а также их отношения. При моделировании объектно-ориентированных систем этот тип диаграмм используют чаще всего. Диаграммы классов соответствуют статическому виду системы с точки зрения проектирования.

На диаграмме прецедентов представлены прецеденты и актеры (частный случай классов), а также отношения между ними. Диаграммы прецедентов относятся к статическому виду системы с точки зрения прецедентов использования. Они особенно важны при организации и моделировании поведения системы.

Диаграммы последовательностей являются частным случаем диаграмм взаимодействия. На диаграммах взаимодействия представлены связи между объектами; показаны в частности, сообщения, которыми объекты могут обмениваться. Диаграммы взаимодействия относятся к динамическому виду системы. При этом диаграммы последовательности отражают временную упорядоченность сообщений.

Порядок выполнения работы будет рассмотрен на примере следующего задания:

Необходимо обеспечить хранение в базе данных следующей информации:

- информация о студентах (включает Ф. И.О., домашний адрес, паспортные данные, номер зачетки, дата рождения, группа);

- информация о специальностях (наименование специальности, шифр);

- информация о группах (специальность, год поступления, номер группы).

Обеспечить выдачу документа “Список группы”, содержащего поля: порядковый номер, Ф. И.О., номер зачетки.

Построение объектной модели выполняется в пакете Rational Rose. Для этого создадим пустой проект. Начинать выполнение работы следует с диаграммы прецедентов. Ее строят в области Main секции Use Case View, как показано на рис.9.

Перед началом построения диаграммы необходимо определить роли пользователей системы (актеров) и их функции (прецеденты). В нашем случае с системой работают два актера – это «Работник учебного отдела» и «Работник деканата». В функции работника учебного отдела входит ведение списка специальностей (под ведением списка мы будем понимать добавление записей, их корректировку и удаление). Функции работника деканата включают в себя ведение списка студентов и ведение списка групп.

Построенная диаграмма изображена на рис. 10.

Далее в секции Logical View следует создать две диаграммы классов. Для этого можно создать два пакета. Первая диаграмма должна содержать классы интерфейса проектируемого приложения (см. рис. 11). Вторая диаграмма – сущности базы данных (см. рис. 12).

В построенной диаграмме классов отображены все формы будущего приложения и их взаимосвязь.

Следующий этап построения объектной модели – создание диаграмм последовательностей. Диаграммы последовательностей создаются для каждого прецедента на диаграмме прецедентов. Чтобы добавить диаграмму последовательностей к прецеденту необходимо выбрать его в дереве и вызвать на нем контекстное меню (NewàSequence Diagram) как показано на рис. 13.

Пример диаграммы последовательностей для прецедента «Ведение списка специальностей» представлен на рис. 14.

При создании любого программного проекта в качестве первого (и самого главного) этапа есть всегда проектирование. В любой инженерной дисциплине под проектированием обычно понимается какой-то унифицирован подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной задачи. За предположением Страуструпа: "Цель проектирования - выявление ясной и относительно простой внутренней структуры, которая иногда называется архитектурой... Проект является окончательным продуктом процесса проектирования". Продуктами проектирования являются модели, которые позволяют нам понять структуру будущей системы, сбалансировать требования и наметить схему реализации.

Моделирование широко распространено во всех инженерных дисциплинах, в значительной мере из-за того, что оно реализует принципы декомпозиции, абстракции и иерархии. Каждая модель описывает определенную часть рассмотренной системы, а мы в свою очередь строим новые модели на базе старых, в которых более-менее уверенные. Модели позволяют нам контролировать наши неудачи. Мы оцениваем поведение каждой модели в обычных и необычных ситуациях, а затем проводим соответствующие доработки, если нас что-то не удовлетворяет.

Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными ее принципами является: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм, и сохраняемость. Каждый из этих принципов собственно не новый, но в объектной модели они впервые применены в совокупности. Первые четыре понятия является обязательными в том понимании, что без каждого из них модель не будет объектно-ориентированной. Другие являются дополнительными, имея в виду, что они полезны в объектной модели, но не обязательные.

Преимущества объектной модели

Объектная модель принципиально отличается от моделей, которые связаны с более традиционными методами структурного анализа, проектирования и программирования. Это не значит, что объектная модель требует отказа от всех ранее найденных и испытанных временами методов и приемов. Скорее, она вносит некоторые новые элементы, которые добавляются к предыдущему опыту. Объектный подход обеспечивает ряд существенных удобств, что другими моделями не предусматривались. Наиболее важно, что объектный подход позволяет создавать системы, которые удовлетворяют признакам хорошо структурированных сложных систем. Есть еще пять преимуществ, что дает объектная модель.

1. Объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности объектных и объектно-ориентированных словно программирование. Страуструп отмечает: "Не всегда очевидно, как в полной мере использовать преимущества такого языка, как С++. Существенно повысить эффективность и качество кода можно просто за счет использования С++ в качестве "улучшившего С" с элементами абстракции данных. Однако намного более значительным достижением является введение иерархии классов в процессе проектирования. Именно это называется объектно-ориентированным проектированием и именно здесь преимущества С++ демонстрируются наилучшим образом". Опыт показал, что при использовании таких языков, как Smalltalk, Object Pascal, С++, CLOS и Аdа, вне объектной модели, их наиболее сильные бока или игнорируются, или применяются неправильно.
2. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования не только программ, но и проектов, что, в конечном итоге, ведет к созданию среды разработки. Объектно-ориентированные системы часто выходят более компактными, чем их не объектно-ориентированные эквиваленты. А это означает не только уменьшение объема кода программ, но и удешевление проекта, за счет использования предыдущих разработок, которое дает выигрыш в стоимости и времени
3. Использование объектной модели приводит к построению систем на основе стабильных промежуточных описаний, что упрощает процесс внесения изменений. Это дает системе возможность развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных змей исходных требований.
4. Объектная модель уменьшает риск разработки сложных систем, в первую очередь потому, что процесс интеграции растягивается на все время разработки, а не превращается в одноразовое событие, Объектный подход состоит из ряда хорошо продуманных этапов проектирования, которое также уменьшает степень риска и повышает уверенность в правильности принятых решений.
5. Объектная модель ориентирована на человеческое восприятие мира, или, по словам Робсона, "много из людей, которые не имеют понятие о том, как работает компьютер, находят полностью естественным объектно-ориентированный подход к системам".

При объектно-ориентированном подходе анализ требований к системе сводится к разработке моделей этой системы. Моделью системы (или какого-либо другого объекта или явления) мы называем формальное описание системы, в котором выделены основные объекты, составляющие систему, и отношения между этими объектами. Построение моделей - широко распространенный способ изучения сложных объектов и явлений. В модели опущены многочисленные детали, усложняющие понимание. Моделирование широко распространено и в науке, и в технике.

Модели помогают:

Проверить работоспособность разрабатываемой системы на ранних этапах ее разработки;

Общаться с заказчиком системы, уточняя его требования к системе;

Вносить (в случае необходимости) изменения в проект системы (как в начале ее проектирования, так и на других фазах ее жизненного цикла).

В настоящее время существует несколько технологий объектно-ориентированной разработки прикладных программных систем, в основе которых лежит построение и интерпретация на компьютере моделей этих систем. В данном проекте применена одна из них - OMT (Object Modeling Techniques). Кроме того построена диаграмма объектной модели на языке UML.

Объектная модель описывает структуру объектов, составляющих систему, их атрибуты, операции, взаимосвязи с другими объектами. В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В объектной модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.

Определение классов объектной модели

Анализ внешних требований к проектируемой системе позволяет определить объекты и классы объектов, связанные с прикладной проблемой, которую должна решать эта система. Все классы должны быть осмыслены в рассматриваемой прикладной области; классов, связанных с компьютерной реализацией, как например список, стэк и т.п. на этом этапе вводить не следует.

Начнём с выделения возможных классов из письменной постановки прикладной задачи. При определении возможных классов нужно постараться выделить как можно больше классов, выписывая имя каждого класса, который приходит на ум. В частности, каждому существительному, встречающемуся в предварительной постановке задачи, может соответствовать класс. Поэтому при выделении возможных классов каждому такому существительному обычно сопоставляется возможный класс.

В результате получаем следующий список возможных имён классов:

Другой proxy;

Документ;

Удалённый Web сервер;

Конфигурация;

Информация о документе;

Информация об удалённом Web сервере;

Заголовок запроса;

Заголовок ответа.

Прикладная система представляет собой множества взаимозависимых объектов. Каждый объект характеризуется набором свойств, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций, которые можно применить к этому объекту.

При разработке прикладных систем удобно считать, что все свойства объектов являются закрытыми (т.е. они недоступны вне объекта). Операции объектов могут быть как открытыми, так и закрытыми.

Таким образом, каждый объект имеет строго определенный интерфейс, т.е. набор открытых операций, которые можно применять к этому объекту. Все объекты одного класса имеют одинаковый интерфейс.

Объектная модель представляет статистическую структуру проек­тируемой системы (подсистемы). Однако знания статической структуры недостаточно, чтобы понять и оценить роботу под­системы. Необходимо иметь средства для описания изменений, которые происходят с объектами и их связями во время роботы подсистемы.

Одним из таких средств является динамическая модель под­системы. Она строится после того, как объектная модель подсистемы построена и предварительно согласована и отлажена. Динамическая модель подсистемы состоит из диаграмм сос­тояний ее объектов подсистем.

Текущее состояние объекта характеризуется совокупностью текущих значений его атрибутов и связей. Во время работы системы составляющие её объекты взаимодействуют друг с другом, в результате чего изменяются их состояния. Единицей влияния является событие : каждое событие приводит к смене состояния одного или нескольких объектов в системе, либо к возникновению новых событий. Работа системы характеризуется последовательностью происходящих в ней событий.

Событие происходит в некоторый момент времени. Примеры событий: старт ракеты, старт забега на 100 м, начало проводки, выдача денег и т.п. Событие не имеет продолжительности (точнее, оно занимает пренебрежимо малое время).

Если события не имеют причинной связи (т.е. они логически независимы), они называются независимыми (concurrent ). Такие события не влияют друг на друга. Независимые события не имеет смысла упорядочивать, так как они могут происходить в произвольном порядке. Модель распределенной системы обязательно должна содержать независимые события и активности.

Последовательность событий называется сценарием. После разработки и анализа сценариев определяются объекты, генерирующие и принимающие каждое событие сценария.

При возникновении события происходит не только переход объекта в новое состояние, но и выполняется действие, связанное с этим событием. Действием называется мгновенная операция, связанная с событием.

Процесс построения объектной модели включает в себя следующие этапы:

Определение объектов и классов;

Подготовка словаря данных:

Определение зависимостей между объектами;

Определение свойств объектов и связей;

Организация и упрощение классов при использовании наследования;

Дальнейшее исследования и усовершенствование модели.