Projektowanie systemów informacyjnych

Prezentacja na temat: "Projektowanie systemów informacyjnych"— Zapis prezentacji:

1 Projektowanie systemów informacyjnych
Wykład 7 Model obiektowy (4) Ewa Stemposz, Kazimierz Subieta Instytut Podstaw Informatyki PAN, Warszawa Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych, Warszawa

2 Zagadnienia Dziedziczenie asocjacji Asocjacje pochodne
Redukcja liczności Role wielowartościowe Trochę więcej o agregacji Agregacja rekursywna Trochę więcej o asocjacji kwalifikowanej Trochę więcej o mechanizmach rozszerzalności

3 Dziedziczenie asocjacji (1)
K1 a K1 K2 K3 K4 a a K2 K3 K K Aby obie asocjacje a (diagram po lewej stronie) mogły zostać zastąpione jedną asocjacją a poprowadzoną od nadklasy K1 do klasy K (diagram po prawej stronie), asocjacje a z diagramu po lewej stronie powinny spełniać następujące warunki: powinny mieć tę samą semantykę, powinny mieć tę samą strukturę, byłoby dobrze, gdyby asocjacja a łączyła klasę K z wszystkimi podklasami klasy K1 (?).

4 Dziedziczenie asocjacji (2)
Termin Nazwa dla klasy asocjacji ? Referat {abstract} godz. tytuł 1..* wygłaszany autorzy[1..*] 0..1 Sesja nazwa 0..1 Zwykły wygłaszany Zaproszony data ocena 1..* 0..1 1 Termin godz. wygłaszany Wykorzystanie faktu, że asocjacje są dziedziczone spowodowało, że część informacji nie została przeniesiona na nowy diagram (zmiany oznaczono czerwonym kolorem). Aby zapobiec utracie informacji, do diagramu należałoby wprowadzić odpowiednie ograniczenia. Termin godz.

5 Asocjacje pochodne Osoba Miasto 1..* 1
mieszka 1 1) Jeśli Osoba mieszka w mieście, w którym pracuje, to jedna z asocjacji: mieszka lub znajduje się albo powinna zostać oznaczona jako pochodna albo powinna być usunięta z diagramu. pracownik 1..* 1 2) Jeśli liczność roli pracodawca zmienimy na 0..1, to asocjacja mieszka nie będzie pochodna, ponieważ nie dla wszystkich obiektów powiązania mieszka będą mogły być wydedukowane. Podobnie, jeśli liczność roli pracownik zmienimy na *, to asocjacja znajduje się nie będzie pochodna. 0..1 ? 1 pracodawca Firma znajduje się 1..* Możliwe asocjacje pochodne: /mieszka lub /znajduje się

6 Redukcja liczności Wykorzystanie klasy pośredniczącej dla redukcji liczności związków wiele-do-wielu K1 K2 x y K a1 K1 K2 1 y a2 x 1 K a1 a2 gdzie: x, y oznaczają liczności wiele Przykład: Osoba Firma 1..* * 1..* /pracodawca Zatrudnienie stanowisko pensja * 1 Osoba Zatrudnienie stanowisko pensja Firma 1 * 1..*

7 Role wielowartościowe (1)
Rola wielowartościowa to taka rola, dla której górna granica liczności jest większa od 1. W UML przyjmuje się domyślnie, że: 1 * K1 K2 zbiór obiektów, opisywany daną rolą, jest nieuporządkowany, dany obiekt pojawia się tylko jeden raz w w zbiorze obiektów opisanym rolą, powyższe reguły mogą zostać zmienione dzięki ograniczeniom {ordered}, {bag} i stereotypowi «history ». r1 r2 Rola r2 jest tu rolą wielowartościową. W sensie dosłownym, liczności obu końców asocjacji oznaczają liczności obu ról. Uwaga: a Ograniczenie {ordered} pozwala na uporządkowanie zbioru obiektów opisanego daną rolą. a :K2 źle :K1 :K2 a {ordered} * dobrze :K1 a 1..2 K1 K2 :K2 a

8 Role wielowartościowe (2)
Między dwoma tymi samymi obiektami może wystąpić więcej niż jedno powiązanie (np. jak na diagramie poniżej), ale nie mogą to być – jak poprzednio – powiązania o tej samej semantyce. Osoba Firma pracuje jest dyrektorem 0..1 1 * Nowak : Osoba IBM : Firma pracuje jest dyrektorem {subset} pracuje Ograniczenie: {bag} :Zatrudnienie programista 2000 pracuje Osoba Firma 1..* * Y:Firma {bag} X:Osoba pracuje Zatrudnienie data zatrudnienia data zwolnienia stanowisko pensja :Zatrudnienie NULL analityk 5000

9 Role wielowartościowe (3)
Stereotyp: «history» dla oznaczenia roli pracodawca Osoba * Firma 1..* «history» pracodawca pracuje :Osoba :Firma :Zatrudnienie programista 2000 NULL analityk 5000 Zatrudnienie data zatrudnienia data zwolnienia stanowisko pensja pracuje Stereotyp «history» – podobnie jak ograniczenie {bag} – pozwala na utworzenie więcej niż jednego powiązania (o danej semantyce) między dwoma obiektami; wykorzystywanie tego stereotypu jest ukierunkowane na rejestrowanie zmian w czasie.

10 Role wielowartościowe (4)
Zatrudnienie 1 data zatrudnienia data zwolnienia stanowisko pensja * 1..* 1 Firma Osoba :Zatrudnienie programista 2000 :Firma :Osoba Zastosowanie klasy pośredniczącej Zatrudnienie wprawdzie pozwala na utworzenie wielu powiązań pracuje między dwoma tymi samymi obiektami (wystąpieniami klas Osoba i Firma), ale nie pozwala na uwidocznienie tego faktu. :Zatrudnienie NULL analityk 5000

11 Agregacja (1) Agregacja jest rodzajem asocjacji; zadaniem agregacji jest modelowanie związku całość-część. agregacja jest asocjacją: dla obu jej końców są określane liczności, ponadto (jak każda asocjacja) może mieć atrybuty, np. * 1..15 Grupa Student Termin od do agregacja jest wykorzystywana do modelowania związku całość-część * 1..15 Grupa Student całość część

12 Agregacja (2) Inne nazwy dla ról agregacji: całość część
Nazwa agregacji i nazwy jej ról, jako oczywiste, są z reguły (?) pomijane. składa się z zawiera obejmuje, itp. wchodzi w skład należy jest zawarta w, itp. Własności agregacji: jest relacją niesymetryczną, tzn. jeśli B jest częścią A, to A nie jest częścią B A B jest relacją przechodnią (tranzytywną), tzn. jeśli C jest częścią B i B jest częścią A, to C jest częścią A A B C

13 Agregacja (3) Kryteria służące analitykowi pomocą w podjęciu decyzji czy do modelowania pojęciowego wykorzystać agregację/kompozycję, czy też zwykłą asocjację: kryterium istnienia (część nie istnieje samodzielnie bez całości), kryterium wstawiania (nie ma sensu wstawianie części do systemu, jeśli nie wstawiono do niego całości), kryterium usuwania (usuwanie całości powinno skutkować usunięciem wszystkich powiązanych z tą całością części, w drugą stronę ta reguła nie obowiązuje), kryterium fizycznej części. Wszystkie kryteria zawiodły, a mimo to zastosowano agregację, gdyż lepiej niż zwykła asocjacja modeluje związek część-całość: pewne operacje można wykonywać na całości, a nie na każdej z części oddzielnie. zmień plan Student zmień plan plan Grupa * 1..15 plan zmień plan Termin od do Operacja zmień plan została oznaczona jako ta, która będzie automatycznie wykonana dla wszystkich części, wtedy gdy zostanie wywołana dla całości (tzw. propagacja operacji).

14 Agregacja rekursywna (1)
? Obiekt klasy K może zarówno wchodzić w skład innych obiektów klasy K, jak i może zawierać obiekty klasy K. 0..1 K :K 1 0..1 :K :K Co by było, gdyby któryś z końców tej agregacji (lub oba końce) oznaczyć licznością dokładnie 1 zamiast liczności opcjonalnej 0..1 ? Jakie zmiany wprowadziłoby do powyższego diagramu zastosowanie zwykłej asocjacji zamiast agregacji ? Czy można tu zastosować kompozycję?

15 Agregacja rekursywna (2)
0..1 K :K 2 * :K :K :K :K :K :K Czy można tu zastosować liczność dokładnie 1 zamiast 0..1 i liczność 1..* zamiast liczności * ? Czy można tu zastosować kompozycję? I Część II 0..1 nazwa materiał rozmiary 1 0..1 Firma * Oddział * * Dla którego z obu powyższych diagramów możliwość zastosowania kompozycji wydaje się być bezdyskusyjna?

16 Agregacja rekursywna (3)
* K :K 3 Czy tu można zastosować kompozycję? * :K :K :K :K :K :K Przykłady agregacji rekursywnych Jak wyglądałby diagram obiektowy dla wyrażenia, np. (x + y/2) * (x/3 - y) I Program II 1 2-gi operand 1 * 1..* 1-szy operand 1 Człon Blok * Wyrażenie Zmienna Stała Instrukcja złożona Instrukcja prosta operator binarny nazwa wartość 0..1 * Gdzie można by tu zastosować kompozycję – w I czy w II ?

17 Asocjacja kwalifikowana (1)
{ nazwa pliku jest unikatowa w ramach katalogu } 1 Plik * Katalog nazwa 1 0..1 Katalog nazwa pliku Plik Perspektywa pojęciowa – plik jest w ramach katalogu jednoznacznie identyfikowany przez nazwę. 1 Perspektywa projektowa – wskazanie na to, że katalog plików można zorganizować jako tablicę asocjacyjną (słownik) (przeszukiwanie za pomocą nazwy pliku). 2

18 Asocjacja kwalifikowana (2)
Kwalifikator asocjacji może być określony przez więcej niż jeden atrybut. Warunek – wartości tych atrybutów muszą pozwolić na jednoznaczną identyfikację obiektu/ grupy obiektów w ramach pewnego zbioru obiektów (tutaj – w ramach zbioru kwadratów przypisanych do jednej konkretnej tablicy, czyli do jednego obiektu klasy Tablica). Kwadrat rząd kolumna 1 100 Tablica przypisany do Tablica Kwadrat rząd kolumna 1 przypisany do Asocjacja kwalifikowana, jak każda asocjacja, może posiadać atrybuty. Osoba Osoba Bank Bank * * 0..1 imię nazwisko nr. konta * imię nazwisko nazwa nazwa nr konta data założ. data założ.

19 Mechanizmy rozszerzalności w UML
W UML istnieją trzy rodzaje mechanizmów rozszerzalności: stereotypy, wartości etykietowane, ograniczenia. Stereotypy Stereotypy umożliwiają meta-klasyfikację elementów modelu. Istnieje lista stereotypów dla każdego rodzaju elementów modelu (elementu metamodelu UML), np. relacji między przypadkami użycia, klas czy metod. Dany element modelu (np. jedna relacja między przypadkami użycia, jedna klasa czy metoda) może być oznaczona co najwyżej jednym stereotypem, w sytuacji, gdy stereotyp występuje na diagramie w postaci ikony. Są stereotypy predefiniowane, ale użytkownicy mogą też definiować własne. Stereotypy rozszerzają semantykę metamodelu.

20 Stereotypy - notacja Notacja: zwykle «nazwa stereotypu» lub ikona, ale można też używać koloru czy tekstury, choć z różnych względów nie jest to polecane (ograniczenia ludzkie lub sprzętu). Znak « (lub ») używany jest w charakterze cudzysłowia w jęz. francuskim (guillemets). (a) «sterowanie» PióroŚwietlne lokacja: Punkt uruchom (Tryb) (b) «sterowanie» PióroŚwietlne lokacja: Punkt uruchom (Tryb) Ikona dla stereotypu (c) PióroŚwietlne lokacja: Punkt uruchom (Tryb) (d) PióroŚwietlne Ikona może być używana na 2 sposoby: zamiast nazwy stereotypu (c, d) lub razem z nią (b). W przypadkach a, b, c zawartość elementu modelu opatrzonego stereotypem (tu: klasy Pióro Świetlne) jest widoczna. W przypadku d została opuszczona.

21 Stereotypy; przykłady
1 P1 P2 «include» «extend» P3 P4 rodzaj elementów modelu (element metamodelu): relacja między przypadkami użycia lista stereotypów dla tego rodzaju: «include» i «extend» Każda relacja między przypadkami użycia w konstruowanym modelu musi być opatrzona jednym z dwóch stereotypów z powyższej listy. 2 «trwała» Prostokąt punkt1: Punkt punkt2: Punkt «konstruktory» Prostokąt (p1: Punkt, p2: Punkt) «zapytania» obszar () : Real aspekt() : Real ... «aktualizacje» przesuń (delta: Punkt) przeskaluj (współczynnik: Real) «trwała» Prostokąt punkt1: Punkt punkt2: Punkt «konstruktory» Prostokąt (p1: Punkt, p2: Punkt) «zapytania» obszar () : Real aspekt () : Real ... «» przesuń (delta: Punkt) przeskaluj (współczynnik: Real) Jednym stereotypem można opatrzyć całą listę elementów modelu. Koniec listy można oznaczyć poprzez «».

22 Wartości etykietowane
Wartości etykietowane są używane do skojarzenia arbitralnej informacji z pojedynczym elementem modelu. Wartość etykietowaną stanowi ciąg znaków o postaci: słowo kluczowe = wartość. Są słowa kluczowe predefiniowane, ale użytkownik może też definiować własne. Dowolny łańcuch znaków może być użyty jako wartość słowa kluczowego. Listę wartości etykietowanych (oddzielonych przecinkami) umieszcza się w {}. Dowolny element modelu może być skojarzony nie tylko z listą wartości etykietowanych – ale w bardziej ogólnym sensie – z łańcuchem własności w postaci: {dowolny łańcuch znaków}. Przykład: {autor = “Jan Nowak”, termin zakończenia = “31 Maja 1999”, status = analiza} Wartości etykietowane są szczególnie przydatne do przechowywania informacji związanych z zarządzaniem projektem (jak w przykładzie powyżej) czy szczegółów implementacyjnych.

23 Ograniczenia Ograniczenia specyfikują restrykcje nakładane na elementy modelu. Mogą stanowić wyrażenia języka naturalnego czy języka formalnego (np. OCL w UML), mogą też przyjmować postać formuły matematycznej lub fragmentu kodu (czy też pseudokodu). Notacja: Ograniczenia są zawarte wewnątrz {} i umieszczane za elementem w klasie, lub poza klasą. Z reguły są umieszczane w komentarzu (przykład na następnej folii). ograniczenie statyczne Pracownik Pracownik imię nazwisko pensja {<=10 000} imię nazwisko pensja {<=10 000} {pensja nie wzrasta o więcej niż 300} zmień pensję (pensja) ograniczenie dynamiczne W przypadku ograniczenia dynamicznego – w przeciwieństwie do ograniczenia statycznego – interesuje nas poprzedni stan elementu, dla którego wyspecyfikowano ograniczenie. Czy powiedzie się próba zmiany pensji z 2500 na 5500, przy ograniczeniach jak powyżej?

24 Ograniczenia; przykłady
Symbole, takie jak oraz > są używane do wskazywania elementów, na które zostały nałożone ograniczenia. 0..1 Firma * {xor} Konto * należy do Osoba 0..1 podwładny Osoba * 1..* 0..1 Firma 0..1 pracownik pracodawca szef {Osoba.pracodawca = Osoba.szef.pracodawca} ograniczenie w komentarzu

25 Ograniczenia predefiniowane; przykłady
j. angielski j. polski {complete} {podział całkowity} {incomplete} {podział nie całkowity} {disjoint} {podział rozłączny} {overlapping} {podział nierozłączny} {or} {lub} (suma logiczna) {xor} {albo} (różnica symetryczna) {ordered} {uporządkowane} {subset} {podzbiór} {bag} {wielozbiór} {hierarchy} {hierarchia} {dag} {graf acykliczny skierowany} dag - directed acyclic graph

26 Design by Contract (1) W idealnym przypadku ograniczenia powinny być implementowane jako asercje w docelowym języku programowania. Asercje są sercem metody projektowania Design by Contract zastosowanej przez Bertranda Meyer’a w języku Eiffel. Design by Contract nie jest metodą specyficzną dla tego tylko języka – może i powinna być wykorzystana w każdym. Asercja – to wyrażenie typu Boolean (warunek), którego wartość = FALSE prowadzi do błędu. Zwykle asercje są testowane jedynie podczas debuggowania. Design by Contract używa 3 rodzajów asercji: warunek wstępny (precondition) – definiuje, co powinno być spełnione, aby dana operacja wykonała się poprawnie (jak powinien wyglądać “świat sprzed”), warunek końcowy (postcondition) – określa, co będzie po poprawnym wykonaniu operacji (“świat po”), inwariant – asercja, specyfikowana w oparciu o atrybuty zdefiniowane w klasie będącej właścicielem operacji, określa warunek, który musi być spełniony dla wszystkich wystąpień tej klasy po poprawnym wykonaniu danej operacji. Na bazie definicji warunków wstępnego i końcowego można sformułować definicję wyjątku (exception): wyjątek zachodzi przy spełnionym warunku wstępnym i niemożliwości spełnienia warunku końcowego.

27 Design by Contract (2) Warunki, jak powyżej, mają kluczowe znaczenie dla wykonania się operacji i są zupełnie niezależne od kontekstu, w jakim operacja jest wywoływana. Bertrand Meyer stwierdza, że obecność tych warunków należy traktować jak kontrakt wiążący daną operację i operacje wywołujące ją. Operacja gwarantuje: “jeśli wywołasz mnie ze spełnionym warunkiem wstępnym, to obiecuję doprowadzić do stanu, w którym będzie spełniony warunek końcowy” [Meyer 1988,1992]. Warunki nie narzucają konkretnej implementacji w języku programowania. Przykład: “dane pracowników są usuwane po 2 latach od daty zwolnienia” (a nie „usuń dane pracowników po 2 latach od daty zwolnienia”) warunek wstępny: musi minąć 2 lata od daty zwolnienia, warunek końcowy: dane pracowników, których to dotyczy, muszą zostać usunięte. Kto powinien być odpowiedzialny za poprawność warunków (aby uniknąć nadmiaru kontroli) – w idealnym przypadku: za warunek wstępny – operacja wywołująca, za warunek końcowy i inwarianty – operacja wywoływana. Warunki wstępne, końcowe i inwarianty powinny być dokumentowane łącznie z dokumentowaniem operacji. W idealnym przypadku powinny stanowić część kodu definiującego interfejs.

28 Przykład asercji w języku Eiffel
Class STACK[T] export nb_elements,empty, full, push, pop, top feature nb_elements : INTEGER; . . . push(x : T) is Add on top require not full; do . . . ensure not empty; top=x; nb_elements=old nb_elements + 1 end; - push . . . Inwarianty mogą przybierać wartość = FALSE jedynie w trakcie wykonywania operacji. invariant 0  nb_elements; nb_elements  max_size; empty = (nb_elements = 0) end; - class STACK

29 Przykład asercji w języku Eiffel (cd.)
Pracownik «precondition» dane osobowe . . . data zatrudnienia data zwolnienia {minęło 2 lata od daty zwolnienia} «postcondition» {dane zwolnionych pracowników zostały usunięte z zasobów} usuń zwolnionych Przykład 2: «postcondition» {po sortowaniu: nie zmienia się liczba elementów; każda wartość pojawia się tyle samo razy, co przed sortowaniem; dla kolejnych wartości x i y zachodzi x <= y} Tablica sortuj

30 OCL – Object Constraint Language (1)
OCL jest językiem o notacji tekstowej służącym do specyfikowania warunków, ograniczeń, asercji i zapytań (zapisu wyrażeń ścieżkowych). OCL zawiera pewien zestaw predefiniowanych operatorów do operowania na elementach kolekcji czy na typach podstawowych, ale nie jest przeznaczony do zapisywania kodu. Podstawowe elementy składni OCL: element.selektor selektor może być nazwą atrybutu (opisującego element) – wtedy zwracana jest albo wartość albo zbiór wartości atrybutu selektor może być nazwą roli (celu) – wtedy zwracany jest zbiór powiązanych obiektów Przykład: Niech oA oznacza pewien obiekt klasy A, wtedy: A aA mA B aB mB 1 wyrażenie oA.aA zwróci wartość atrybutu aA * rA rB wyrażenie oA.rB zwróci zbiór obiektów klasy B powiązanych z danym obiektem oA

31 OCL - Object Constraint Language (2)
element.selektor (lista arg) selektor jest nazwą operacji wywoływanej dla elementu, wartością wyrażenia jest tu wynik zwracany przez operację element.selektor (kwalifikator) selector specyfikuje asocjację kwalifikowaną; element plus wartość kwalifikatora jednoznacznie identyfikują zbiór powiązanych obiektów zbiór-> własność-zbioru własność-zbioru stanowi nazwę wbudowanej w OCL funkcji na zbiorze, np. select, reject, size zbiór->select (warunek) zwraca podzbiór elementów spełniających wyspecyfikowany warunek zbiór->reject (warunek) zwraca podzbiór elementów nie spełniających wyspecyfikowanego warunku zbiór->size zwraca liczność zbioru self specyfikuje aktualnie rozważany obiekt (może być opuszczony, gdy kontekst jest znany) operator np .=, <, >, <=, >=, <>, +, -, *, /, not, and, or, xor

32 OCL – Object Constraint Language (3)
Przykłady: samolot.pilot->select (godziny_treningowe >= samolot.min_godz) może być wykorzystane do zwrócenia zbioru pilotów, dla których liczba godz. treningowych jest co najmniej równa minimalnej liczbie godz. wymaganych dla danego samolotu firma.pracownik->select (tytuł = “szef” and self.raport->size >10) zwróci zbiór pracowników będących szefami, którzy dostarczyli więcej niż 10 raportów 1 1..* Pracownik tytuł 1 * Firma Raport

33 Zasada zamienialności a ograniczenia
Zasada zamienialności (byt programistyczny typu B może zastąpić byt typu A, o ile B jest podtypem A) przenosi się na ograniczenia w sposób wyrażony poniższym potocznym stwierdzeniem: Nie żądaj więcej, nie obiecuj mniej (ang. “demand no more, promise no less”). A Obiekt klasy B może zastąpić obiekt klasy A, co oznacza, że jego zachowanie z punktu widzenia obiektu wysyłającego komunikat wywołujący metodę m na obiekcie klasy B, powinno być takie same, jak gdyby komunikat wysłano do obiektu klasy A. m B m Warunek wstępny dla metody m w klasie B – powinien być nie silniejszy niż dla metody m w klasie A; warunek końcowy – nie słabszy niż w klasie A.

34 Podsumowanie mechanizmów rozszerzalności
UML dostarczyła kilku mechanizmów rozszerzalności, aby umożliwić projektantom wprowadzanie modyfikacji bez konieczności zmiany samego języka modelowania. Twórcy UML starali się w ten sposób (chociażby w pewnym stopniu) zaspokoić potrzeby specyficznych dziedzin problemowych czy środowisk programistycznych. Narzędzia mogą przechowywać wprowadzone modyfikacje oraz manipulować nimi bez konieczności wnikania w ich semantykę – modyfikacje z reguły są przechowywane w postaci łańcuchów znakowych. Narzędzia mogą ustanowić własną składnię i semantykę dla obsługi mechanizmów rozszerzalności. Należy pamiętać, że rozszerzenia stanowią z definicji odstępstwo od standardów UML, i że w naturalny sposób prowadzą do utworzenia pewnego dialektu UML, a to z kolei może prowadzić do problemów z przenaszalnością. Trzeba zawsze dobrze rozważyć zyski i straty możliwe do poniesienia dzięki korzystaniu z tych mechanizmów, szczególnie wtedy, gdy “stare” standardowe mechanizmy pracują wystarczająco dobrze.