UML - унифицированный язык объектно-ориентированного моделирования ИС

Введение
Есть множество технологий и инструментальных средств, с помощью которых можно разработать в некотором смысле хороший проект ИС, начиная со стадии анализа и заканчивая созданием программного кода системы. Часто эти технологии предъявляют очень жесткие требования к процессу разработки и применяемым ресурсам, а попытки модифицировать их под конкретные проекты получаются безрезультатными.
Данные технологии представлены CASE-средствами верхнего уровня или CASE-средствами полного жизненного цикла (upper CASE tools или full life-cycle CASE tools). Они не дают возможности оптимизировать работу на уровне отдельных элементов проекта, и, поэтому, многие разработчики перешли на так называемые CASE-средства нижнего уровня (lower CASE tools). Но тут им пришлось решить ещё одну задачу— проблему организации сотрудничества между различными командами, реализующими проект[1].
Унифицированный язык объектно-ориентированного моделирования Unified Modeling Language (UML) явился средством достижения компромисса между этими методами. Есть множество инструментальных средств, поддерживающих с помощью UML жизненный цикл информационных систем, и, одновременно, UML является достаточно гибким для настройки и поддержки специфики деятельности различных команд разработчиков.
Целью реферативной исследовательской работы является изучение унифицированного языка объектно-ориентированного моделирования ИС (UML) .
В процессе исследования необходимо решить следующие задачи:
Изучить синтаксис и семантику основных объектов UML
Рассмотреть различные виды диаграмм и их применение, а именно: диаграммы классов; диаграммы использования; диаграммы последовательностей; диаграммы состояний; диаграммы деятельности; диаграммы компонентов.
Методы исследования: обработка, анализ научных источников; анализ научной литературы, учебников и пособий по исследуемой проблеме.
1. Синтаксис и семантика основных объектов UML
Классом являются основные элементы какой-либо объектно-ориентированной системы. Классы иллюстрируют единство однородных объектов с отличительными характеристиками — атрибутами, операциями, отношениями и семантикой.
В границах модели любому классу даётся единственное в своём роде имя, которое его различает среди других классов. При применении составного имени (в начале имени добавляется имя пакета, куда входит класс), имя у каждого класса в пакете обязано быть уникальным.
Атрибут отражает характеристику класса. Множество допустимых значений атрибута создают домен. Атрибут обладает именем и выражает определённые характеристики моделируемого объекта, объединяющие все компоненты этого класса. Число атрибутов в классах может быть разным [2].
Под операцией можно понимать реализацию функции, которую можно запросить у любого объекта класса. Операция даёт возможность понять, что можно сделать с сущностью. Выполнение операции как правило сопряжено с обработкой и модификацией значений атрибутов сущности, а также изменением её состояния. На рисунке 1 дано графическое изображение класса "Заказ" в нотации UML.
Рис.1Визуализация класса в UML
Синтаксис UML для характеристик классов (в единичных алгоритмических средствах, например, в IBM UML Modeler, порядок записи параметров может быть иным):
Видимость характеристики обращает внимание на тот факт, что его она применима другими классами. Один класс может "видеть" другой, если тот расположен в сегменте функционирования первого и между ними есть явная или неявная взаимосвязь. В языке UML обусловлены три уровня видимости:
public (общий) — каждый внешний класс, который "видит" данный, может заимствовать его общие характеристики. Обозначаются знаком " + " перед именем атрибута или операции;
protected (защищенный) — только любой потомок данного класса может использовать его безопасными характеристиками. Обозначаются знаком "#";
private (закрытый) — только данный класс имеет право использовать эти характеристики. Обозначаются символом "-".
Как главное свойство атрибутов и операций классов, в дополнение вышесказанному, можно причислить область действия. Данная характеристика даёт понять, будет ли она демонстрировать себя по-разному в каждом экземпляре класса, или одно и то же значение характеристики будет комплексно осуществляться экземплярами класса:
instance (экземпляр) — у каждого экземпляра класса есть индивидуальное значение данного свойства;
classifier (классификатор) — все экземпляры совместно применяют общее значение данной характеристики (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);
имеют ровно один экземпляр ( Singleton);
имеют заданное число экземпляров;
имеют произвольное число экземпляров.
Существенную цель классов характеризуют стереотипы. Данный факт обуславливает классификацию сущностей на высоком уровне, которая даёт возможность определить некоторые основные характеристики объекта (пример стереотипа — класс "действующее лицо
2.Диаграммы классов
Классы в UML представляются на диаграммах классов, которые дают возможность проиллюстрировать систему в устойчивом состоянии, обусловить виды сущностей системы и разного типа статические отношения между ними. Между классами возможны различные отношения, представленные на рисунке 2:
зависимости, которые описывают существующие между классами связи использования;
обобщения, связывающие обобщенные классы со специализированными;
ассоциации, отражающие структурные связи между объектами классов.
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.
Рис.2 Отображение связей между классами
Обобщением является связь между общим объектом: родителем — классом "клиент", и его определённым представлением: потомком классами "корпоративный клиент" или "частный клиент".
Объекты класса-потомка применяют везде, где возникают сущности класса-родителя, но не наоборот. При этом он наследует характеристики родителя (его атрибуты и операции). Операция потомка с той же сигнатурой, что и у родителя, подменяет операцию родителя; это свойство называют полиморфизмом. Класс, у которого нет родителей, но есть потомки, называется корневым. Класс, у которого нет потомков, называется листовым.
Понятие ассоциация определяется связью, рассматривающей сущности одного типа состоящие в неких отношениях с сущностями другого типа ("клиент" может сделать "заказ"). Если между двумя классами определена ассоциация, то можно перемещаться от объектов одного класса к объектам другого[3]. 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 (рисунок 3). Роль ассоциации обладает свойством множественности, которое показывает, сколько соответствующих объектов может участвовать в данной связи.
Рис.3 Свойства ассоциации
Рисунок 3 иллюстрирует модель создания заказа. Каждый заказ может формироваться одним клиентом (множественность роли 1...1). Любой клиент формирует единичный заказ или много 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 UML применяется мощный тип агрегации, которая носит название композиция, в ней объект-часть может состоять только единственном целом. В композиции жизненный цикл частей и целого идентичны , каждое удаление целого обязательно захватывает и его части. Для ассоциаций можно задавать атрибуты и операции, создавая по обычным правилам UML классы ассоциаций.
3.Диаграммы использования
Диаграммы использования описывают функциональность ИС, которая будет видна пользователям системы. "Каждая функциональность" изображается в виде "прецедентов использования" (use case) или просто прецедентов.
Прецедентом называются отношения определённого типа пользователя с системой, оно при этом :
описывает видимую пользователем функцию,
может представлять различные уровни детализации,
обеспечивает достижение конкретной цели, важной для пользователя.
Прецедент изображают на диаграмме овалом, который сопряжён с пользователями, их обычно называют действующими лицами (актеры, actors). Применяют актёры систему в данном прецеденте