Структура языка UML

В одной лекции невозможно подробно рассмотреть все особенности и детали языка UML. Для этого вам следует обратиться к литературе, посвященной языку UML, например к книге Г.Буча, Д.Рембо, А. Джекобсона "Руководство пользователя UML". Наша цель - дать общее представление о языке UML. Поэтому мы сосредоточим внимание на структуре, графических элементах и диаграммах языка.

Язык UML имеет сложную иерархическую структуру, показанную на Рис.3.2.

Как видно из рисунка, первый иерархический уровень языка UML составляют сущности, отношения между сущностями и наглядные диаграммы. Рассмотрим последовательно эти три основные понятия языка UML.

Язык UML имеет четыре вида сущностей: структурные, поведенческие, группирующие и аннотационные сущности. Они показаны на втором уровне структурного дерева языка UML, представленного на Рис.3.2.

Далее на третьем уровне дерева показано, что понятие "структурные сущности" является именем семи видов пиктограмм (выразительных рисунков), которые называются классами, интерфейсами, кооперациями, прецедентами, активными классами, компонентами и узлами.

Поведенческие сущности делятся на два вида диаграмм. Диаграммы первого вида называются взаимодействиями, второго вида - автоматами. Группирующие сущности имеют только один вид пиктограмм, называемых пакетами. Аннотационные сущности также имеют один вид пиктограмм, называемых примечаниями.

На Рис.3.3 в качестве примеров показаны пять видов пиктограмм – классы, прецеденты, актеры, пакеты и примечания.

Класс изображается прямоугольником, разделенным на три поля. В первом поле помещается имя класса, однозначно определяющее данный класс среди множества других классов. Во втором поле помещаются атрибуты (общие свойства) класса. В третьем поле располагаются типовые операции, выполняемые объектами, принадлежащими данному классу. Таким образом класс - это совокупность (множество) объектов с общими атрибутами и операциями, а также с общими отношениями и семантикой. Объектами, объединенными в класс, могут быть, например, люди, окна системы Windows, экранные кадры и другие реальные или абстрактные объекты. На Рис.3.4 показаны пиктограммы, изображающие класс "окно" и класс "экранный кадр".

Левая пиктограмма на Рис.3.4 показывает класс с именем "окно" и основные свойства (характеристики) присущие объектам этого класса. Правая пиктограмма показывает класс "кадр (frame)"с его основными характеристиками и подробными характеристиками, детализирующими основные характеристики. Детальная нотация класса дает возможность программистам и аналитикам визуализировать, специфицировать, конструировать и документировать класс на любом желаемом уровне детализации свойств класса, достаточном для поддержки прямого и обратного проектирования моделей и кода (см. Рис. 2.2).

Вернемся к Рис. 3.3 и рассмотрим более детально, показанные на нем пиктограммы типа "прецеденты" и "актеры". Следует сказать, что термин "прецедент" это не очень удачный перевод на русский язык английского выражения use case (Computer Aided Software Engineering). Прецедент это описание множества последовательных событий, выполняемых компьютерной системой, которые приводят к наблюдаемому актером результату. Графически прецедент изображается в виде ограниченного непрерывной линией эллипса, обычно содержащего только имя прецедента.

Актер – это кто-то (или что-то) внешний по отношению к компьютерной системе, кто взаимодействует с ней. Графически актер изображается в виде пиктограммы, представляющей человека, поскольку актер это человек или группа людей, использующих данные, предоставляемые компьютерной системой. Например, в системе регистрации учебных курсов, которую мы рассмотрим в лекциях 4,5, актером являются студенты, записывающиеся на курсы преподавателей через автоматизированную систему регистрации курсов. Для базы данных федерального бюджета, функционирующей в Минфине Р.Ф., актерами являются чиновники, получающие информацию на рабочих местах базы данных Минфина. На UML диаграммах пиктограммы прецедента и актера обычно располагаются рядом. В совокупности они могут описывать внешнюю границу компьютерной системы.

Показанная на Рис.3.2 пиктограмма "пакет" изображает единственную в языке UML первичная группирующая сущность. В пакет можно поместить структурные и поведенческие сущности и даже другие пакеты. Изображается пакет в виде папки с закладкой. Существуют также вариации пакетов, например, каркасы, модели и подсистемы.

Последняя пиктограмма, показанная на Рис.3.2, называется "примечание". Примечание изображается в виде прямоугольника с загнутым краем. На UML диаграмме примечание присоединяется к одному или нескольким элементам диаграммы. Внутри прямоугольника-примечания помещаются комментарии или ограничения, относящиеся к элементу (или нескольким элементам) диаграммы. Комментарий может быть текстовым или графическим.

Рассмотрим теперь пиктограммы (рисунки) отношений, используемых в UML диаграммах. Отношения составляют вторую ветвь структурного дерева языка UML, представленного на Рис.3.2. Однонаправленные отношения представляются на UML диаграммах стрелками различных видов, а двунаправленное отношение представляется линией (Рис. 3.5).

Показанное на рисунке однонаправленное отношение "зависимость" - это семантическое отношение между двумя сущностями, такое при котором изменение одной (первичной) сущности вызывает изменение семантики другой, зависимой сущности.

Ассоциация – это структурное двунаправленное отношение, описывающее совокупность взаимоотношений между объектами. По сути дела ассоциация является сверткой бинарных отношений между объектами. Эту свертку может мысленно выполнить в своем сознании специалист (например, программист), который видит пиктограмму ассоциации на UML диаграмме.

Пометка единица (1) на левом конце линии ассоциации на Рис.3.5 означает, что в двунаправленном отношении, наряду с многими работниками участвует один работодатель. Единица и звездочка на правом конце линии означает "единица или больше" (1..*). Если один конец линии ассоциации помечен единицей (1), то пометка на другом конце линий называется кратностью ассоциации. Кратность правого конца ассоциации, показанной на Рис.3.5, равна единице или больше.

На линии ассоциации можно также задать кратность равную единице (1), можно указать диапазон кратности: ноль или единица (0..1), много (0..*). Разрешается также указывать кратность определенным числом (например 5). С помощью списков можно задавать и более сложные кратности. Например, список 0..1, 3..4, 6..* означает "любое число объектов кроме 2 и 5".

Частным случаем ассоциации является отношение типа "часть/целое". Отношение такого типа называется агрегированием. В языке UML оно причислено к отношениям вида "имеет". Агрегирование изображается в виде ассоциации с незакрашенным ромбом со стороны целого, как показано на Рис.3.6

Обобщение (см. Рис.3.5) - это однонаправленное отношение, называемое "потомок/прародитель", в котором объект "потомок" может быть подставлен вместо объекта прародителя (родителя или предка). Потомок наследует структуру и поведение своего родителя. Стрелка всегда указывает на родителя.

Наконец, реализация – это семантическое однонаправленное отношение, которое может устанавливаться, во-первых, между интерфейсами и реализующими их классами или компонентами, во-вторых, между прецедентами и реализующими их кооперациями. Интерфейсы, компоненты и кооперации это еще три вида пиктограмм, относящихся к структурным сущностям (см. Рис.3.2). Пиктограммы интерфейса, кооперации и компонента показаны на Рис.3.7.

Интерфейс – это совокупность операций, предоставляемых классом или компонентом. Следовательно интерфейс описывает поведение класса или компонента, видимое извне. Интерфейс определяет только описание (спецификации) операций класса или компонента, но он никогда не определяет физические реализации операций. Графически интерфейс изображается небольшим кружочком под которым пишется его имя, как показано на Рис.3.7.

Кооперация определяет взаимодействие, например классов. Участвуя в кооперации классы совместно производят некоторый кооперативный результат. Один и тот же класс может принимать участие в нескольких кооперациях. Графически кооперация изображается в виде эллипса, ограниченного пунктирной линией, как показано на Рис.3.6.

Компонент – это физическая часть компьютерной или иной системы. Компонент соответствует некоторому набору интерфейсов и обеспечивает физическую реализацию этого набора. Компоненты могут быть разных видов. Например, одним из видов компонент, используемых для моделирования программного обеспечения компьютерной системы, могут быть файлы исходного кода. Компонент, как правило, представляет собой физическую упаковку логических элементов, таких как классы, интерфейсы и кооперации. Графически компонент изображается в виде прямоугольника с вкладками, как показано на Рис.3.6. Внутри прямоугольника обычно пишется только имя компонента.

Рисунки других видов пиктограмм языка UML, с пояснением их смысла, вы найдете в книге Г. Буча. Пиктограммы - это логические кирпичики из которых составляются UML диаграммы.