Синтаксис и семантика основных объектов UML

Классы

Классы — это базовые элементы любой объектно-ориентированной системы. Классы представляют собой описание совокупностей однородных объектов с присущими им свойствами — атрибутами, операциями, отношениями и семантикой.

В рамках модели каждому классу присваивается уникальное имя, отличающее его от других классов. Если используется составное имя (в начале имени добавляется имя пакета, куда входит класс ), то имя класса должно быть уникальным в пакете.

Атрибут — это свойство класса, которое может принимать множество значений. Множество допустимых значений атрибута образует домен. Атрибут имеет имя и отражает некоторое свойство моделируемой сущности, общее для всех объектов данного класса. Класс может иметь произвольное количество атрибутов.

Операция — реализация функции, которую можно запросить у любого объекта класса. Операция показывает, что можно сделать с объектом. Исполнение операции часто связано с обработкой и изменением значений атрибутов объекта, а также изменением состояния объекта.

На рис. 3.1 приведено графическое изображение класса "Заказ" в нотации UML.

Рис. 3.1. Изображение класса в UML

Синтаксис UML для свойств классов (в отдельных программных средствах, например, в IBM UML Modeler, порядок записи параметров может быть иным):

Видимость свойства указывает на возможность его использования другими классами. Один класс может "видеть" другой, если тот находится в области действия первого и между ними существует явное или неявное отношение. В языке UML определены три уровня видимости:

• public (общий) — любой внешний класс, который "видит" данный, может пользоваться его общими свойствами. Обозначаются знаком " + " перед именем атрибута или операции;
• protected (защищенный) — только любой потомок данного класса может пользоваться его защищенными свойствами. Обозначаются знаком " # ";
• private (закрытый) — только данный класс может пользоваться этими свойствами. Обозначаются символом " - " .

Еще одной важной характеристикой атрибутов и операций классов является область действия. Область действия свойства указывает, будет ли оно проявлять себя по-разному в каждом экземпляре класса, или одно и то же значение свойства будет совместно использоваться всеми экземплярами:

• instance (экземпляр) — у каждого экземпляра класса есть собственное значение данного свойства;
• classifier (классификатор) — все экземпляры совместно используют общее значение данного свойства (выделяется на диаграммах подчеркиванием).

Возможное количество экземпляров класса называется его кратностью. В UML можно определять следующие разновидности классов:

• не содержащие ни одного экземпляра — тогда класс становится служебным (Abstract);
• содержащие ровно один экземпляр (Singleton);
• содержащие заданное число экземпляров;
• содержащие произвольное число экземпляров.

Принципиальное назначение классов характеризуют стереотипы. Это, фактически, классификация объектов на высоком уровне, позволяющая определить некоторые основные свойства объекта. Стереотипы являются одним из трех типов механизмов расширяемости в унифицированном языке моделирования (UML). Они позволяют проектировщикам расширять словарь UML для создания новых элементов моделирования, получаемых из существующих, но имеющих определенные свойства, которые подходят для конкретной проблемы предметной области или для другого специализированного использования. Например, при моделировании сети могут понадобиться символы для представления маршрутизаторов и концентраторов. С помощью стереотипных узлов можно представлять их в виде примитивных строительных блоков.

Графически стереотип отображается как имя, заключенное в кавычки (" " или, если такие кавычки недопустимы, то) и расположенное над именем другого элемента. В дополнение или в качестве альтернативы он может быть обозначен соответствующей иконкой. Значок может даже заменить весь символ UML. Например, стереотипы диаграммы классов могут быть использованы для описания методов поведения, таких как "конструктор".

Одной из альтернатив стереотипам, предложенной Петром Коудом в своей книге "Применение Java в моделировании цветом с UML: Организация и производство" является использование цветных архетипов. Архетипы, обозначенные UML-блоками разных цветов, могут быть использованы в сочетании со стереотипами. Это добавочное определение назначения показывает роль, которую играет объект UML в рамках более широкой программной системы.

Диаграммы классов

Классы в UML изображаются на диаграммах классов, которые позволяют описать систему в статическом состоянии — определить типы объектов системы и различного рода статические связи между ними.

Классы отображают типы объектов системы.

Между классами возможны различные отношения, представленные на рис. 3.2:

• зависимости, которые описывают существующие между классами отношения использования;
• обобщения, связывающие обобщенные классы со специализированными;
• ассоциации, отражающие структурные отношения между объектами классов.

Рис. 3.2. Отображение связей между классами

Зависимостью называется отношение использования, согласно которому изменение в спецификации одного элемента (например, класса " товар ") может повлиять на использующий его элемент ( класс "строка заказа"). Часто зависимости показывают, что один класс использует другой в качестве аргумента.

Обобщение— это отношение между общей сущностью (родителем — класс "клиент") и ее конкретным воплощением (потомком — классы "корпоративный клиент" или "частный клиент"). Объекты класса-потомка могут использоваться всюду, где встречаются объекты класса -родителя, но не наоборот. При этом он наследует свойства родителя (его атрибуты и операции). Операция потомка с той же сигнатурой, что и у родителя, замещает операцию родителя; это свойство называют полиморфизмом. Класс, у которого нет родителей, но есть потомки, называется корневым. Класс, у которого нет потомков, называется листовым.

Ассоциация— это отношение, показывающее, что объекты одного типа неким образом связаны с объектами другого типа ("клиент" может сделать "заказ"). Если между двумя классами определена ассоциация, то можно перемещаться от объектов одного класса к объектам другого. При необходимости направление навигации может задаваться стрелкой. Допускается задание ассоциаций на одном классе. В этом случае оба конца ассоциации относятся к одному и тому же классу. Это означает, что с объектом некоторого класса можно связать другие объекты из того же класса.

Ассоциации может быть присвоено имя, описывающее семантику отношений.

Каждая ассоциация имеет две роли, которые могут быть отражены на диаграмме (рис.3.3). Роль ассоциации обладает свойством множественности, которое показывает, сколько соответствующих объектов может участвовать в данной связи.

Рис. 3.3. Свойства ассоциации

Рисунок 3.3 иллюстрирует модель формирования заказа. Каждый заказ может быть создан единственным клиентом (множественность роли 1...1). Каждый клиент может создать один и более заказов (множественность роли 1..n). Направление навигации показывает, что каждый заказ должен быть "привязан" к определенному клиенту.

Такого рода ассоциация является простой и отражает отношение между равноправными сущностями, когда оба класса находятся на одном концептуальном уровне и ни один не является более важным, чем другой.

Если приходится моделировать отношение типа "часть-целое", то используется специальный тип ассоциации—агрегирование. В такой ассоциации один из классов имеет более высокий ранг (целое — класс "заказ", рис.1.2) и состоит из нескольких меньших по рангу классов (частей — класс "строка заказа").

В UML используется и более сильная разновидность ассоциации — композиция, в которой объект-часть может принадлежать только единственному целому. В композиции жизненный цикл частей и целого совпадают, любое удаление целого обязательно захватывает и его части.

Для ассоциаций можно задавать атрибуты и операции, создавая по обычным правилам UML классы ассоциаций.