Презентация на тему: Визуальное моделирование при анализе и проектировании. Основы Unified Modeling Language (UML)

Технологии программирования. Курс на базе Microsoft Solutions Framework Лекции 3-4. Визуальное моделирование при анализе и проектировании. Основы Unified Modeling Language (UML)

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Вспоминая предыдущую лекцию Программная инженерия, основные понятия Инженеры и программные инженеры Программная инженерия как инженерная дисциплина Область действия программной инженерии Цели программных инженеров Программные инженеры и научная среда Процесс создания ПО Понятие процесса. Основные фазы. Модель процесса. Каскадная и эволюционная модель. Итерационный подход. Модель пошаговой разработки и спиральная модель.

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Решение задач с использованием ВТ

Типовая схема решения задач с использованием ВТ

Анализ – Проектирование - Программирование 3-я часть и элементы 2-ой части этой цепочки изучаются в курсе «Методы программирования». 1-я и 2-я части составляют объект изучения отдельного курса «Анализ и проектирование». В настоящий момент в анализе и проектировании преобладает объектный подход (изучен в 1-2 семестрах). Вспомним суть объектного подхода.

Анализ предметной области. Декомпозиция 2 вида разбиения предметной области на составляющие: Алгоритмическая декомпозиция Основные элементы – алгоритмы. Объектная декомпозиция Основные элементы – виды абстракций (классы) и представители этих классов (объекты)

Алгоритмическая декомпозиция

Объектная декомпозиция

Объектный подход OOA (object oriented analysis) объектно-ориентированный анализ OOD (object oriented design) объектно-ориентированное проектирование OOP (object oriented programming) объектно-ориентированное программирование

Принципы объектного подхода Абстрагирование. выделяем главное, выявляем виды абстракций Инкапсуляция. скрываем детали реализации Иерархия. иерархия помогает разбить задачу на уровни и постепенно ее решать Агрегация и наследование. абстракции можно создавать на основе имеющихся Полиморфизм. полиморфизм позволяет иметь естественные имена и выполнять действия, релевантные ситуации, разбираясь на этапе работы программы

Пример: ООП и структуры хранения. Стек. Постановка задачи Задача. Выполнить проектирование и реализацию структуры хранения стека. Примечание. Не учитывать необходимость перераспределения памяти. Считать, что элементы целого типа.

Пример: ООП и структуры хранения. Стек. Анализ и проектирование Данные: MemSize – максимальное количество элементов. DataCount – количество элементов в стеке. pMem – указатель на память для хранения значений. Операции: IsFull – проверка на полноту. IsEmpty – проверка на пустоту. Get – взять элемент с вершины. Put – положить элемент в стек.

Пример: ООП и структуры хранения. Стек. Анализ и проектирование

Повторное использование... Повторное использование – применение уже существующих наработок в разрабатываемом ПО. Повторное использование – важный элемент проектирования. Необходимо проектировать новые элементы системы с тем, чтобы их в последствии можно было использовать. Необходимо при проектировании системы рассматривать возможность использования того, что уже есть и работает.

Повторное использование. Достоинства Девиз: не надо изобретать велосипед, если он уже изобретен. Достоинства повторного использования (по Соммервилю): Повышение надежности. Уменьшение проектных рисков. Эффективное использование специалистов. Соблюдение стандартов (пример: UI). Ускорение разработки.

Повторное использование. Виды Повторное использование достигается за счет следующих приемов: Компонентная разработка. Часть компонентов уже разработаны ранее, имеют четко описанный интерфейс. Они используются в качестве «кирпичиков» в новой системе. Использование паттернов (шаблонов) проектирования. Применяются известные подходы к решению некоторых встречавшихся ранее проблем. Использование стандартных прикладных (MKL, MFC…) и системных (API) библиотек.

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Вместо введения При изучении материалов по визуальному моделированию и языку UML в качестве основного источника рекомендуется классическая книга Г. Буч, Дж. Рамбо, А. Джекобсон. UML. Руководство пользователя. – ДМК-Пресс, Питер, 2004.

Модель Проблема в разработке ПО: Проекты не укладываются в сроки, бюджет, не удовлетворяют требованиям. Как бороться? На помощь приходит моделирование. Модель – упрощенное представление объектов и явлений реального мира.

Смысл моделирования Модель строят для того, чтобы лучше понять исследуемую систему. Задачи моделирования [3]: Визуализация системы в ее некотором состоянии. Определение структуры и поведения системы. Получение шаблона для создания системы. Документирование принятых решений.

Принципы моделирования [3] Выбор модели оказывает определяющее влияние на подход к решению проблемы и на то, как будет выглядеть это решение. Каждая модель может быть воплощена с разной степенью абстракции. Лучшие модели – те, что ближе к реальности. Наилучший подход при разработке сложной системы – использовать несколько почти независимых моделей.

Моделирование и объектный подход Объектный подход – один из ключевых подходов к моделированию. В результате OOA & OOD мы получаем «хороший» проект программной системы, прозрачный, удовлетворяющий требованиям, удобный для тестирования и отладки, коллективной разработки, развиваемый, допускающий повторное использование компонентов. Вопрос: все так безоблачно?

Большие системы Вопрос: все так безоблачно? Ответ: нет. В больших системах проект слишком велик для восприятия одним человеком.

Идея визуального моделирования Путь к решению проблемы: ВИЗУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В чем смысл? Визуализация упрощает понимание проекта в целом. Визуализация помогает согласовать терминологию и убедиться, что все одинаково понимают термины. Визуализация делает обсуждение конструктивным и понятным.

UML как воплощение идеи визуального моделирования Для визуального моделирования нужна специальная нотация или язык. UML (unified modeling language) – это язык для визуализации, специфицирования, конструирования, документирования элементов программных систем [3]. UML – язык общего назначения, предназначенный для объектного моделирования.

История UML. Этапы большого пути…* 1994: Grady Booch & James Rumbaugh (Rational Software) объединили методы Booch (проектирование) и OMT (анализ) ->Unified method 1995: присоединился Ivar Jacobson (OOSE метод)

История UML. Этапы большого пути…* 1996 – Идея о Unified Modeling Language (three amigos) 1996 – UML Partners консорциум под руководством three amigos Июнь, Октябрь 1996 – UML 0.9 & UML 0.91 Январь 1997 – спецификации UML 1.0 предложены OMG (Object Management Group) Август 1997 – спецификации UML 1.1 предложены OMG Ноябрь 1997 – UML 1.2 результат адаптации OMG Июнь 1999 – UML 1.3 Сентябрь 2001 – UML 1.4 Март 2003 – UML 1.5

История UML. Этапы большого пути* Принятый стандарт: ISO/IEC 19501:2005 Information technology – Open Distributed Processing – Unified Modeling Language (UML) Version 1.4.2 Октябрь 2004 – UML 2.0.

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Модели UML UML позволяет описывать систему следующими моделями: Модель функционирования Как описывается функциональность системы с точки зрения пользователя. Объектная модель Как выглядит проект системы с точки зрения объектного подхода. Динамическая модель Как взаимодействуют друг с другом компоненты системы в динамике, с течением времени. Какие процессы происходят в системе.

Диаграммы UML Диаграммы UML предназначены для визуального отображения моделей и их компонентов. UML 2.0 – 13 типов диаграмм. Структурные диаграммы (6) Диаграммы поведения (3) Диаграммы взаимодействия (4)

Структурные диаграммы Диаграмма классов Показывает классы, их атрибуты и связи между классами. Диаграмма компонентов Показывает компоненты и связи между ними Структурная диаграмма Показывает внутреннюю структуру классов и связи с внешним миром Диаграмма развертывания Показывает, как ПО размещается на аппаратуре (серверах, рабочих станциях...) Диаграмма объектов Показывает структуру системы в конкретный момент времени, объекты, их атрибуты... Диаграмма пакетов Показывает, как система раскладывается на крупные составные части и связи между этими частями

Диаграммы поведения Диаграмма действия Показывает потоки информации в системе. Диаграмма состояния Представляет собой конечный автомат, показывающий функционирование системы. Диаграмма вариантов использования Показывает работу системы с точки зрения пользователей.

Диаграммы взаимодействия Диаграмма кооперации Показывает структурную организацию участвующих во взаимодействии объектов Диаграмма взаимодействия (новация UML 2.0) Диаграмма последовательности Показывает временную упорядоченность событий Временная диаграмма Диаграмма связана с временными рамками

Понятия UML Для описания структуры: Актер, Атрибут, Класс, Компонент, Интерфейс, Объект, Пакет. Для описания поведения: Действие, Событие, Сообщение, Метод, Операция, Состояние, Вариант использования. Для описания связей: Агрегация, Ассоциация, Композиция, Зависимость, Наследование. Некоторые другие понятия: Стереотип, Кратность, Роль.

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Система бронирования билетов для авиакомпании SRS – Seat reservation system. Авиакомпания «GlobalAvia». SRS должна содержать 2 части: Занесение информации. Работа с клиентами. Дополнительная информация: Рейсы спланированы так, что до пункта назначения можно долететь с пересадками. Система должна помогать покупать билеты в зависимости от пожеланий пользователя.

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Как функционирует программная система? Программная система не функционирует сама по себе. Программная система функционирует под воздействием актеров – пользователей, машин и других программ. Актер ожидает, что система ведет себя строго определенным образом. Актер оказывает воздействие – система выдает ожидаемый результат. Модель того, как воздействие приводит к результату – Вариант использования.

Актеры и Варианты использования в UML Актер в UML – человек, машина или программа, воздействует на систему, является внешним по отношению к ней.

Связь актеров и вариантов использования Актеры и варианты использования общаются посредством посылки сообщений. Сообщения могут идти в обе стороны. Стрелка показывает инициатора общения (актер на рисунке) и может быть опущена.

Актеры и Варианты использования в SRS Актеры: Пользователь. Администратор. Варианты использования: Забронировать билет. Подобрать рейс. Работать с данными. Управлять рейсами. Работать с БД аэропорта.

SRS – Диаграмма вариантов использования

Некоторые соображения... [3] При таком моделировании обращают внимание на поведение системы, а не на ее реализацию. Хорошая модель описывает основное поведение системы, не являясь слишком подробным. Подобная модель позволяет проверить, удовлетворит ли система требования заказчика.

Некоторые соображения [3] Система средних размеров может быть описана большим количеством вариантов использования. Варианты использования могут описываться разными сценариями.

Сценарии варианта использования Для описания сценариев Варианта использования используется Диаграмма действия. Диаграмма действия это блок-схема, которая отображает динамику в поведении системы. Может использоваться не только для описания сценариев Варианта использования.

Диаграммы действия в SRS

Содержание Вспоминая предыдущую лекцию Анализ и проектирование. Некоторые частные вопросы Визуальное моделирование. История языка UML Структура языка UML Учебный пример. Постановка задачи Визуальное описание функциональной модели средствами UML Структура системы и ее описание средствами UML Что дальше? Литература

Классы в UML

Шаблоны классов в UML

Объекты в UML

Интерфейсы [3] Интерфейс определяет границу между спецификацией того, что делает абстракция, и реализацией того, как она это делает [3]. Интерфейс – это набор операций, используемых для специфицирования услуг, предоставляемых классом или компонентом [3]. Смысл использования: отделить детали реализации от функциональности. «Внешние» методы выносятся в Интерфейс.

Интерфейсы в UML

Пакеты в UML Пакет – структурная единица для группировки элементов модели, в частности, классов. Пакет – это способ организации элементов модели в более крупные блоки, которыми впоследствии позволяется манипулировать как единым целым [3]. Хорошо спроектированный пакет группирует семантически близкие элементы, которые имеют тенденцию изменяться совместно [3].

Подсистемы На этапе проектирования системы классы и пакеты могут объединяться в подсистемы. Подсистема – структурная единица. Каждая подсистема имеют свою область ответственности и реализует некоторую функциональность. Подсистема реализует Интерфейс, который описывает ее поведение. Примеры: подсистема бронирования билетов; подсистема доступа к данным...

Подсистемы в UML

Компоненты Компонент – физическая заменяемая часть системы, совместимая с одним набором интерфейсов и обеспечивающая реализацию какого-либо другого [3]. Компонент может разрабатываться и тестироваться независимо от системы. Виды компонентов: Исходные файлы (.cpp, .h, .java…). Бинарные файлы (.dll, .ocx…). Исполняемые файлы (.exe).

Компоненты в UML По смыслу компонент – реализация подсистемы. На этапе проектирования – подсистемы. На этапе реализации – компоненты.

Комментарии (заметки) в UML

Отношения между элементами модели в UML Отношения: Зависимость; Ассоциация; Обобщение (наследование); Реализация (для Интерфейса). Отношения показывают наличие связей между элементами модели и семантику этих связей.

Зависимость в UML Зависимость – связь между сущностями (классами, объектами). Зависимость показывает, что изменения в одной сущности могут повлиять на другую сущность.

Ассоциация в UML Ассоциация – связь между сущностями (классами, объектами). Ассоциация показывает наличие структурной связи между экземплярами (объектами). Связь через поле класса. Направление может быть не указано (двусторонняя связь).

Направление и навигация Заметим, что наличие направления связано с понятием Навигация. Навигация означает, что в направлении стрелки один объект «видит» другой, в то время как обратное не выполняется.

Кратности в UML Кратность – способ конкретизации характера отношения. Показывает тип отношения 1:1, 1:M, N:1, N:M.

Таблица кратностей в UML

Частные случаи ассоциаций: агрегация и композиция Агрегация предполагает, что 0 или более объектов одного типа включены в 1 или более объектов другого типа. Композиция – вариант агрегации, в котором каждый объект второго типа может быть включен ровно в 1 объект первого типа.

Обобщение (наследование)

Что дальше? Следующая тема: Microsoft Solutions Framework

Литература к лекции И. Соммервиль. Инженерия программного обеспечения, 6 изд. – И.д. "Вильямс", 2002. Г. Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++. Второе издание. – Бином, 1998. Г. Буч, Дж. Рамбо, А. Джекобсон. UML. Руководство пользователя. – ДМК-Пресс, Питер, 2004. G. Booch, J. Rumbaugh, I. Jacobson. The Unified Modeling Language Reference Manual – Second Edition, Addison-Wesley, 2004. www.uml.org www.wikipedia.org