Построение объектной модели задачи с использованием языка моделирования UML. Основные понятия объектно-ориентированного подхода. Описание структуры приложения

Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными принципами ее построения являются:

· абстрагирование (abstraction);

· инкапсуляция (encapsulation);

· модульность (modularity);

· иерархия (hierarchy).

Абстрагирование - это выделение наиболее важных, существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей.

Абстрагирование позволяет управлять сложностью системы, концентрируясь на существенных свойствах объекта. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования. Абстракция зависит от предметной области и точки зрения - то, что важно в одном контексте, может быть не важно в другом. Объекты и классы - основные абстракции предметной области.

Инкапсуляция - физическая локализация свойств и поведения в рамках единственной абстракции (рассматриваемой как «черный ящик»), скрывающая их реализацию за общедоступным интерфейсом.

Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только операции самого объекта, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или иначе ограничение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.

Инкапсуляция подобна понятию сокрытия информации (information hiding). Это возможность скрывать многочисленные детали объекта от внешнего мира. Внешний мир объекта - это все, что находится вне его, включая остальную часть системы. Сокрытие информации предоставляет то же преимущество, что и инкапсуляция, - гибкость.

Модульность - это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (модулей).

Модульность снижает сложность системы, позволяя выполнять независимую разработку отдельных модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.

Иерархия - это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням.

Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс использует структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов - агрегация.

Классы можно организовать в виде иерархической структуры, которая по внешнему виду напоминает схему классификации в понятийной логике. Иерархия понятий строится следующим образом. В качестве наиболее общего понятия или категории берется понятие, имеющее наибольший объем и, соответственно, наименьшее содержание. Это самый высокий уровень абстракции для данной иерархии. Затем данное общее понятие конкретизируется, то есть уменьшается его объем и увеличивается содержание. Появляется менее общее понятие, которое на схеме иерархии будет расположено на один уровень ниже исходного. Этот процесс конкретизации понятий может быть продолжен до тех пор, пока на самом нижнем уровне не будет получено понятие, дальнейшая конкретизация которого в данном контексте либо невозможна, либо нецелесообразна .

Объектная модель существующего бизнеса показывает как, и за счет чего реализуются прецеденты. Данная модель раскрывает внутреннее устройство бизнеса, а именно: какие виды ресурсов используются для реализации прецедентов и каким образом они взаимодействуют. Описание объектной модели базируется на понятии "объект". Объекты представляют участников процессов и различного рода сущности (готовая продукция, заказ и т.д.).

Интерфейсные объекты, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Менеджер по работе с клиентами. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: взаимодействует с клиентами, оформляет заказы, принимает оплату от клиентов за заказы.
• 2. Материально-ответственный кладовщик. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: взаимодействие с поставщиками, принимает материалы и подписывает счет-фактуру.
• 3. Водитель-экспедитор. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: доставка готового изделия клиенту.

Управляющие объекты, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Проектировщик. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: проектирование изделия, управление исполнением проекта, контроль.
• 2. Оператор автоматизированного учета. Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: ведение автоматизированного учета, работа с базой данных.
• 3. Мебельный мастер (Сборщик). Атрибуты: ФИО, должность, заработная плата. Обязанности: изготовление продукта в соответствии с проектом.

Объекты-сущности, исследуемого бизнес-процесса:

• 1. Чек - документ, выдаваемый по факту оплаты заказа.
• 2. Каталог - документ отражающий ассортимент выпускаемой продукции.
• 3. Бланк заказа - документ, в который входит номер заказа, дата заказа, информация о клиенте, выбранный тип, эскиз изделия, пожелания клиента.
• 4. Проект изделия - проект заказанной мебели.
• 5. Заявка на материалы - документ, характеризующий необходимые материалы и их объемы.
• 6. База данных - программа, позволяющая вести материальный учет в фирме.
• 7. Материалы - необходимы для производства заказного изделия.
• 8. Счет-фактура - документ, подписываемый по факту отгрузки материалов.
• 9. Готовое изделие - результат производства, характеризуется принадлежностью к какому-либо заказу.

В таблице 5.1 приведено описание взаимосвязи объектов друг с другом.

Таблица 5.1 Описание взаимодействия объектов друг с другом

	Объекты связи	Вид связи
	Клиент - Менеджер по работе с клиентами	отношение коммуникации	Клиент обращается к менеджеру для оформления заказа на изготовление мебели
	Менеджер - Клиент	отношение коммуникации	Менеджер предоставляет клиенту каталог возможных эскизов изделий
	Клиент - Каталог	отношение использования	Клиент выбирает подходящий эскиз
	Клиент - Менеджер	отношение коммуникации	Клиент выказывает свой выбор и пожелания
	Менеджер - Клиент	отношение коммуникации	Менеджер объясняет условия и сроки
	Клиент - Менеджер	отношение коммуникации	Клиент оплачивает заказ
	Менеджер - Чек	отношение использования	Менеджер печатает чек
	Менеджер - Клиент	отношение коммуникации	Менеджер отдает клиенту чек
	Менеджер - Бланк заказа	отношение использования	Менеджер формирует бланк заказа
	Менеджер - Проектировщик	отношение коммуникации	Менеджер относит бланк заказа проектировщику в проектный отдел
	Проектировщик - Бланк заказа	отношение использования	Проектировщик принимает бланк заказа
		отношение использования	Проектировщик разрабатывает проект
	Проектировщик - Проект изделия	отношение использования	Проектировщик оценивает проект
	Проектировщик - Заявка на материалы	отношение использования	Проектировщик формирует заявку на материалы
	Проектировщик - Оператор автоматизированного учета	отношение коммуникации	Проектировщик передает оператору автоматизированного учета заявку на материалы
	Оператор автоматизированного учета - Заявка на материалы	отношение использования	Оператор автоматизированного учета принимает заявку на материалы
	Оператор автоматизированного учета - База данных	отношение использования	Оператор автоматизированного учета сверяет наличие необходимых материалов с имеющимися материалами
	Материально-ответственный кладовщик - Поставщики	отношение коммуникации	Материально-ответственный кладовщик заказывает необходимые материалы у поставщиков
	Поставщики - Материально-ответственный кладовщик	отношение коммуникации	Доставка материалов
	Материально-ответственный кладовщик - Материалы	отношение использования	Прием материалов
	Материально-ответственный кладовщик - Счет-фактура	отношение использования	Подписывает счет-фактуру
	Материально-ответственный кладовщик - Сборщик	отношение коммуникации	Сообщение о наличии материалов на складе
	Проектировщик - Сборщик	отношение коммуникации	Передача проекта изделия сборщику
	Сборщик - Проект изделия	отношение использования	Сборщик мебели получает и изучает проект изделия
	Сборщик - Готовое изделие	отношение использования	Сборщик изготавливает изделие
	Сборщик - Проектировщик	отношение коммуникации	Сборщик зовет проектировщика для контроля качества изделия
	Проектировщик - Готовое изделие	отношение использования	Контроль качества изделия
	Проектировщик - Сборщик	отношение коммуникации	Проектировщик говорит оценку качества изделия
	Сборщик - Готовое изделие	отношение использования	Исправление дефектов в готовом изделии
	Сборщик - Водитель-экспедитор	отношение коммуникации	Передача бланка заказа и готового изделия водителю-экспедитору
	Водитель-экспедитор - Клиент	отношение коммуникации	Передача готового изделия

Примечание: В случае если необходимые материалы имеются на складе, то пункты 18, 19, 20, 21 данной таблицы пропускаются.

Динамическая модель взаимодействия подразделений и заказчика, в прецеденте "Продажа заказного продукта" изображена на рисунке 5.1 Динамическая модель взаимодействия подразделения, сотрудника и заказчика, в прецеденте "Оформление заказа" изображена на рисунке 5.2 Динамическая модель взаимодействия подразделения, сотрудников и заказчика, в прецеденте "Проектирование" изображена на рисунке 5.3 Динамическая модель взаимодействия сотрудников, в прецеденте "Изготовление" изображена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.1 Диаграмма последовательности прецедента "Продажа заказного продукта"

Рисунок 5.2 Диаграмма последовательности прецедента "Оформление заказа"

Рисунок 5.3 Диаграмма последовательности прецедента "Проектирование"

Рисунок 5.4 Диаграмма последовательности прецедента "Изготовление"

ТЕМА 4: Методология моделирования бизнес-процессов

1.Сущность моделирования и классификация моделей в реинжиниринге

Основные требования к построению моделей бизнес-процессов в компании

Методика построения прецедентной модели

Методика построения объектной модели

Вопрос 1

Моделирование - основной инструмент анализа и проектирования сложных систем. Существует огромное количество различного рода моделей. Классифицировать модели можно различными способами. По способу воплощения модели можно разделить на материальные (реальные, вещественные) и абстрактные (идеальные). Поскольку материальные модели имеют довольно ограниченную область применения, перейдем к рассмотрению абстрактных моделей.

Абстрактная модель есть отображение реального объекта в виде идеальных конструкций, выполненных средствами мышления. Выделим два основных класса абстрактных моделей: формальные (математические) и семантические (содержательные).

В формальных моделях отражаются математические закономерности, существующие между количественными параметрами. К этому классу моделей относятся, в частности, системы уравнений, статистические модели, модели исследования операций др. Математические модели универсальны в том смысле, что одна и та же модель может описывать весьма различные физические процессы или явления. Основное достоинство математических моделей заключается в том, что они позволяют с помощью формального аппарата вычислений находить решение при заданных условиях. Основная же трудность заключается в том, что не все системы удается адекватно описать некоторой единой математической моделью.

Сложные системы потому и называются сложными, что они плохо поддаются формализации. Для них целесообразно использовать семантические модели . В отличие от формальных, в семантических моделях сохраняется семантика объекта (раздел лингвистики, изучающий смысловое значение единиц языка). Примерами семантических моделей могут служить дерево целей организации, модель организационной структуры, модель информационных коммуникаций компании и т.п.

Как правило, семантические модели описывают некие объекты (сущности, системы, подсистемы, элементы), свойства объектов (параметры, характеристики), их состояния и поведение, а также отношения между объектами. Семантические модели могут быть как статическими , отражающими постоянные, устойчивые состояния объектов и отношения, так и динамическими , отражающими поток событий, т.е. изменение во времени состояний объектов, а также последовательность выполнения взаимодействий объектов. В качестве языковых средств описания семантических моделей используются графы, диаграммы, таблицы, блок-схемы, естественный язык (язык общения между людьми).

Основой большинства семантических моделей являются базовые модели системного анализа (модель "черного ящика", модель состава и модель структуры) и модели семантических сетей. В последнее время для построения этого вида моделей активно используется объектно-ориентированный подход.

Семантические модели не заменимы на ранних этапах проектирования сложных систем, когда формируется концепция системы. Интегрированная семантическая модель системы позволяет представить общую картину, составить обобщенное описание, в котором подчеркнуты основные сущности, а детали скрыты. Главное в такой модели - краткость и понятность. Такая модель может служить основой для построения более детальных моделей, описывающих отдельные аспекты, подсистемы. Таким образом, семантическая модель может служить каркасом для построения других моделей, в том числе и математических. Она служит для структуризации информации об объекте.

Вопрос 2

Любая компания является сложной системой, для которой невозможно построить единую формальную модель, охватывающую абсолютно все детали. Поэтому необходима не одна, а несколько согласованных моделей, которые являются основой для построения более детальных моделей.

В модели бизнеса должны найти отражение:

1.Функция компании во внешнем мире : что она делает, для кого, с какой целью. Необходимо описать окружающую среду компании, включающую клиентов, партнеров, субподрядчиков и т.д., а также взаимодействие компании с этой средой.

2. Архитектура компании , т.е. наиболее важные статические структуры компании. Элементами структур должны быть:

Внешние и внутренние процессы компании;

Функции (отдельные шаги процессов);

Продукция (выход процессов и функций);

Ресурсы, как человеческие, так и технические.

Элементы могут быть охарактеризованы параметрами, позволяющими описывать их состояния. Для описания структур необходимо также отразить отношения между элементами, в том числе:

Отношения между процессами, отдельными функциями (шагами) процессов;

Отношения между участниками процесса - различного рода ресурсами, средствами и продукцией;

Отношения между людьми (отношения подчиненности, коммуникации и т.д.).

3. "Динамика" бизнеса , т.е. выполнение бизнес-процессов во времени. Динамика отражается в виде потока событий, т.е. последовательности выполнения операций и передачи стимулов к их выполнению.

Методика построения моделей компании должна позволять строить понятные и обозримые модели. Модель должна исключать ненужные детали, акцентируя внимание на наиболее существенных аспектах. Необходимо, чтобы язык описания модели был достаточно выразителен.

Методика должна быть достаточно формализована, т.е. должна включать в себя некоторые довольно четкие процедуры или техники генерации компонент модели. Желательно, чтобы методика поддерживалась инструментальными компьютерными системами. Использование инструментальных систем поддержки существенно облегчает процесс разработки больших проектов, особенно при коллективной разработке, в которой участвуют различные группы разработчиков.

Вопрос 3

Наибольшее распространение получили 2 группы методологий моделирования бизнес-процессов:

1. Методика построения П-О-моделей (прецедент- объект - моделей), Данная методика предполагает последовательное построение двух типов моделей бизнеса: внешней (прецедентной или П-модели) и внутренней (объектной или О-модели).

Внешняя или прецедентная модель (П-модель) описывает бизнес так, как он виден извне, т.е. как он воспринимается клиентами и другим окружением. П-модель отражает представление о том, что делает бизнес, а не как делает.

Что такое "прецедент ". Прецедент - это "внешний" бизнес-процесс, ориентированный на клиента. Прецедент заканчивается получением продукта - измеримой потребительской ценности для некоторого индивидуального потребителя бизнес-системы.

Прецеденты могут иметь множество вариантов хода событий. Каждый конкретный прецедент (вариант) называется экземпляром . Экземпляр реализует конкретный поток событий в конкретных условиях для конкретного клиента. Похожие варианты хода событий группируются в классы прецедентов.

Можно рассматривать класс, как обобщенный прецедент. Например, класс прецедентов "Продажа" описывает общий ход событий, выполняемых при продаже любого продукта любому клиенту. Конкретный экземпляр прецедента "Продажа" может отличаться в деталях, например, в зависимости от того, новый это клиент или нет, компетентный или несведущий и т.п.

Построение П-модели начинается с выделения прецедентов и элементов окружения - клиентов, партнеров, поставщиков. Окружение моделируется при помощи действующих лиц, которые называются субъектами . Субъекты обозначают все то в окружении, что взаимодействует с бизнесом. Субъектом может быть: человек (например, клиент, покупатель); другая компания (например, организация-поставщик, субподрядчик); техническая система (например, компьютерная система другой компании).

Так же, как и для прецедентов, для субъектов различают понятия класса и экземпляра. Класс субъекта описывает общие характеристики некоторого типа субъектов, а экземпляр - характеристики конкретного субъекта.

После идентификации субъектов и прецедентов бизнес-системы необходимо описать взаимодействия между ними. На рис. 3.1 представлена графическая модель взаимодействия прецедентов и субъектов.

Отношения, представленные на данной модели, называются отношениями коммуникации . Они отражают реальные отношения прецедентов с окружением, заключающиеся в обмене веществом (сырьем, инструментами, готовой продукцей), энергией и информацией. Т.о. отношения коммуникации моделируют материальные, энергетические и информационные потоки.

Следующий шаг в построении П.модели - описание прецедента последовательностью мелких шагов. Такое описание называется потоком событий . С точки зрения системного подхода осуществляется декомпозиция процесса-прецедента на подпроцессы-события.

Рассмотрим для примера описание прецедента "Продажа продукта". Основной поток событий:

1. Продавец получает заявку клиента

2. Если в заявке указывается готовый продукт, то продавец проверяет наличие требуемого продукта на складе. Далее прецедент продолжается с шага 5.

3. Если в заявке указывается заказной продукт, продавец уточняет сведения о заказе и передает их проектировщику продукта

4. Проектировщик модифицирует продукт в соответствии с требованиями клиента

5. Продавец принимает от клиента оплату

6. Продавец сообщает отправителю количество продукта и адрес клиента и заказывает транспорт

7. Отправитель доставляет клиенту продукт.

Каждый шаг (событие) прецедента представляет собой некоторое действие, переводящее прецедент в новое состояние. В свою очередь, новое состояние прецедента является стимулом для выполнения следующего шага (события). Таким образом, прецедент рассматривается как машина состояний-событий .

Вопрос 4

Описание О-модели базируется на понятии "объект". Объекты представляют участников процессов и различного рода сущности (продукция, предметы, задачи и т.д.). Различают классы объектов, описывающие общие характеристики некоторого типа объектов, и экземпляры , описывающие характеристики конкретного объекта. О-модель, представленную в терминах классов объектов, называют идеальной моделью. Такая модель не учитывает некоторых деталей реализации модели на практике. О-модель, описанную в терминах экземпляров объектов, называют реальной. Она учитывает особенности конкретной реализации.

Выделяются следующие типовые классы объектов:

1. Интерфейсные - объекты, осуществляющие взаимодействие с окружением, т.е. с субъектами. Примерами интерфейсных объектов являются Продавец, Регистратор, Секретарь. В роли интерфейсного объекта может выступать не только человек. Это может быть, например, часть информационной системы - графический интерфейс пользователя.

2. Управляющие - активные объекты, управляющие процессами, но не имеющие контакта с окружением. Типичные примеры управляющих объектов в компании - это Разработчик продукции, Менеджер проекта.

3. Объекты-сущности - пассивные объекты, которые обрабатываются бизнесом. Как правило, объекты-сущности не являются человеческими или техническими ресурсами. Типичные примеры сущностей в компании - Продукция, Заказ, Извещение.

Один и тот же объект может участвовать не только в одном прецеденте, он может принимать участие во многих событиях в бизнесе. Кроме того, как и в случае с субъектами, один реальный человек или техническая система может выполнять роли нескольких объектов. Например, продавец продукции кроме роли интерфейсного объекта, выполняющего контакт с клиентом, может играть роль менеджера.

Объекты (классы и экземпляры) связываются отношениями . Бинарное отношение связывает два объекта. Оно может быть как однонаправленным, так и двунаправленным.

В графической модели взаимодействия объектов прецедента объекты изображаются треугольниками (интерфейсные - с буквой "и" внутри, управляющие - с буквой "у" внутри), а отношения между объектами - дугой (стрелкой). На рис. 3.4 представлена модель взаимосвязей объектов для прецедента "Продажа заказного продукта", описанного в п.3.2.1.

Отношения, представленные на данной модели, относятся к двум типам: отношения коммуникации (изображены сплошной стрелкой) и отношения использования (изображены пунктирной стрелкой). Отношения коммуникации отражают материальные, энергетические и информационные потоки между различными объектами, а также между объектами и субъектами. Отношение использования означает, что один объект некоторым образом использует другой. Например, объект "Продавец" формирует объект "Адрес клиента", объект "Отправитель продукта" использует "Адрес клиента" для получения информации о том, куда доставлять продукт.

Для того, чтобы иметь представление обо всех ролях и обязанностях объекта, нужно составить описание объекта . Описание объекта состоит из двух частей: описание состояний и описание поведения. Для составления описания состояний объекта, прежде всего, необходимо выделить все его характеристики, свойства, называемые атрибутами. Атрибут должен иметь имя, диапазон возможных значений, а для экземпляра объекта еще и конкретное текущее значение атрибута. Например, объект "Заказ" может иметь атрибуты, указывающие название заказываемого товара, его характеристики, количество, имя клиента, заказавшего товар и т.д. Как правило, состав атрибутов одинаков для всего класса объекта. Различные экземпляры объекта отличаются лишь набором конкретных значений атрибутов.

Различают постоянные атрибуты, значения которых не изменяются в ходе выполнения прецедента и переменные, которые определяют различные состояния объекта. Например, объект «Заказ» может иметь переменный атрибут, указывающий, находится ли заказ в стадии изготовления товара, отправки товара или он уже выполнен.

Описание поведения объекта заключается в выявлении всех его обязательств , т.е. всех взаимодействий объекта с другими объектами и субъектами в ходе выполнения прецедента.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-11

Объектная модель

Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными принципами ее построения являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и сохраняемость. Каждый из этих принципов сам по себе не нов, но в объектной модели они впервые применены в совокупности.

Объектно-ориентированный анализ и проектирование принципиально отличаются от традиционных подходов структурного проектирования: здесь нужно по-другому представлять себе процесс декомпозиции, а архитектура получающегося программного продукта в значительной степени выходит за рамки представлений, традиционных для структурного программирования. Отличия обусловлены тем, что структурное проектирование основано на структурном программировании, тогда как в основе объектно-ориентированного проектирования лежит методология объектно-ориентированного программирования.

Методы структурного проектирования помогают упростить процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков. Аналогично, методы объектно-ориентированного проектирования созданы для того, чтобы помочь разработчикам применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты.

. (object-oriented analysis, ООА) направлен на создание моделей реальной действительности на основе объектно-ориентированного мировоззрения.

Объектно-ориентированный анализ - это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов, выявленных в предметной области.

. (object-oriented design, ООД)

Программирование прежде всего подразумевает правильное и эффективное использование механизмов конкретных языков программирования. Проектирование, напротив, основное внимание уделяет правильному и эффективному структурированию сложных систем. Определим объектно-ориентированное проектирование следующим образом:

Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы.

В данном определении содержатся две важные части: объектно-ориентированное проектирование

1) основывается на объектно-ориентированной декомпозиции;

2) использует многообразие приемов представления моделей, отражающих логическую (классы и объекты) и физическую (модули и процессы) структуру системы, а также ее статические и динамические аспекты.

Именно объектно-ориентированная декомпозиция отличает объектно-ориентированное проектирование от структурного, в первом случае логическая структура системы отражается абстракциями в виде классов и объектов, во втором - алгоритмами.

. (object-oriented programming, OOП)

Объектно-ориентированное программирование - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.

В данном определении можно выделить три части:

1) OOП использует в качестве базовых элементов объекты, а не алгоритмы;

2) каждый объект является экземпляром какого-либо определенного класса;

3) классы организованы иерархически .

Программа будет объектно-ориентированной только при соблюдении всех трех указанных требований. В частности, программирование, не основанное на иерархических отношениях, не относится к OOП, а называется программированием на основе абстрактных типов данных.

Выделяют пять основных разновидностей стилей программирования, которые перечислены ниже вместе с присущими им видами абстракций:

Невозможно признать какой-либо стиль программирования наилучшим во всех областях практического применения. Например, для проектирования баз знаний более пригоден стиль, ориентированный на правила, а для вычислительных задач - процедурно-ориентированный. По накопленному опыту объектно-ориентированный стиль является наиболее приемлемым для широчайшего круга приложений; действительно, эта парадигма часто служит архитектурным фундаментом, на котором основываются другие парадигмы.

Каждый стиль программирования имеет свою концептуальную базу. Каждый стиль требует своего умонастроения и способа восприятия решаемой задачи. Для объектно-ориентированного стиля концептуальная база - это объектная модель. Она имеет четыре главных элемента:

• абстрагирование;
• инкапсуляция;
• модульность;
• иерархия.

Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных, имеются еще три дополнительных элемента:

• типизация;
• параллелизм;
• сохраняемость.

Называя их дополнительными, имеется в виду, что они полезны в объектной модели, но не обязательны.

Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя.

Абстракция основывается на понятиях клиента и сервера.

Клиентом называется любой объект, использующий ресурсы другого объекта (называемого сервером ).

Мы будем характеризовать поведение объекта услугами, которые он оказывает другим объектам, и операциями, которые он выполняет над другими объектами. Такой подход концентрирует внимание на внешних проявлениях объекта и приводит к идее контрактной модели программирования, когда внешнее проявление объекта рассматривается с точки зрения его контракта с другими объектами, в соответствии с этим должно быть выполнено и его внутреннее устройство (часто во взаимодействии с другими объектами). Контракт фиксирует все обязательства, которые объект-сервер имеет перед объектом-клиентом. Другими словами, этот контракт определяет ответственность объекта, то есть то поведение, за которое он отвечает.

Каждая операция, предусмотренная этим контрактом, однозначно определяется ее формальными параметрами и типом возвращаемого значения. Полный набор операций, которые клиент может осуществлять над другим объектом, вместе с правильным порядком, в котором эти операции вызываются, называется протоколом. Протокол отражает все возможные способы, которыми объект может действовать или подвергаться воздействию. Он полностью определяет, тем самым, внешнее поведение абстракции со статической и динамической точек зрения.

Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.

Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним устройством. Чаще всего инкапсуляция выполняется посредством скрытия информации, то есть маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его методов. Практически это означает наличие двух частей в классе: интерфейса и реализации. Интерфейс отражает внешнее поведение объекта, описывая абстракцию поведения всех объектов данного класса. Внутренняя реализация описывает представление этой абстракции и механизмы достижения желаемого поведения объекта. Принцип разделения интерфейса и реализации соответствует сути вещей: в интерфейсной части собрано все, что касается взаимодействия данного объекта с любыми другими объектами; реализация скрывает от других объектов все детали, не имеющие отношения к процессу взаимодействия объектов.

Модульность - это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули.

В процессе разделения системы на модули могут быть полезными два правила. Во-первых, поскольку модули служат в качестве элементарных и неделимых блоков программы, которые могут использоваться в системе повторно, распределение классов и объектов по модулям должно учитывать это. Во-вторых, многие компиляторы создают отдельный сегмент кода для каждого модуля. Поэтому могут появиться ограничения на размер модуля. Динамика вызовов подпрограмм и расположение описаний внутри модулей может сильно повлиять на локальность ссылок и на управление страницами виртуальной памяти. При плохом разбиении процедур по модулям учащаются взаимные вызовы между сегментами, что приводит к потере эффективности кэш-памяти и частой смене страниц.

Свести воедино столь разноречивые требования довольно трудно, но главное – это уяснить, что вычленение классов и объектов в проекте и организация модульной структуры есть независимые действия. Процесс вычленения классов и объектов составляет часть процесса логического проектирования системы, а деление на модули - этап физического проектирования. Разумеется, иногда невозможно завершить логическое проектирование системы, не завершив физическое проектирование, и наоборот. Два этих процесса выполняются итеративно.

Иерархия - это упорядочение абстракций, расположение их по уровням.

Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия "is-a") и структура объектов (иерархия "part of").

Важным элементом объектно-ориентированных систем и основным видом иерархии "is-a" является упоминавшаяся выше концепция наследования. Наследование означает такое отношение между классами (отношение родитель/потомок), когда один класс заимствует структурную или функциональную часть одного или нескольких других классов (соответственно, одиночное и множественное наследование ). Иными словами, наследование создает такую иерархию абстракций, в которой подклассы наследуют строение от одного или нескольких суперклассов. Часто подкласс достраивает или переписывает компоненты вышестоящего класса.

Если иерархия "is а" определяет отношение "обобщение/специализация", то отношение "part of" (часть) вводит иерархию агрегации. В иерархии "part of" класс находится на более высоком уровне абстракции, чем любой из использовавшихся при его реализации.

Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.

Параллелизм - это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.

Сохраняемость - способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.

Зависимости между классами (объектами)

С каждым объектом связана структура данных, полями которой являются атрибуты этого объекта и указатели функций (фрагментов кода), реализующих операции этого объекта (отметим, что указатели функций в результате оптимизации кода обычно заменяются на обращения к этим функциям). Таким образом, объект - это некоторая структура данных, тип которой соответствует классу этого объекта.

Между объектами можно устанавливать зависимости по данным. Эти зависимости выражают связи или отношения между классами указанных объектов. Примеры таких зависимостей изображены на рисунке 2.6 (первые две зависимости - бинарные, третья зависимость - тренарная). Зависимость изображается линией, соединяющей классы над которой надписано имя этой зависимости, или указаны роли объектов (классов) в этой зависимости (указание ролей - наиболее удобный способ идентификации зависимости).

Рис. 2.6. Зависимости между классами

Зависимости между классами являются двусторонними: все классы в зависимости равноправны. Это так даже в тех случаях, когда имя зависимости как бы вносит направление в эту зависимость. Так, в первом примере на рисунке 2.6 имя зависимости имеет_столицу предполагает, что зависимость направлена от класса страна к классу город (двусторонность зависимости вроде бы пропала); но следует иметь в виду, что эта зависимость двусторонняя в том смысле, что одновременно с ней существует и обратная зависимость является_столицей. Точно таким же образом, во втором примере на рисунке 2.6 можно рассматривать пару зависимостей владеет-принадлежит. Подобных недоразумений можно избежать, если идентифицировать зависимости не по именам, а по наименованиям ролей классов, составляющих зависимость.

В языках программирования зависимости между классами (объектами) обычно реализуются с помощью ссылок (указателей) из одного класса (объекта) на другой. Представление зависимостей с помощью ссылок обнаруживает тот факт, что зависимость является свойством пары классов, а не какого-либо одного из них, т.е. зависимость - это отношение. Отметим, что хотя зависимости между объектами двунаправлены, их не обязательно реализовать в программах как двунаправленные, оставляя ссылки лишь в тех классах, где это необходимо для программы.

Дальнейшие примеры зависимостей между классами приведены на рисунке 2.7. Первый пример показывает зависимость между клиентом банка и его счетами. Клиент банка может иметь одновременно несколько счетов в этом банке, либо вовсе не иметь счета (когда он впервые становится клиентом банка). Таким образом, нужно изобразить зависимость между клиентом и несколькими счетами, что и сделано на рисунке 2.7. Второй пример показывает зависимость между пересекающимися кривыми (в частности, прямыми) линиями. Можно рассматривать 2, 3, и более таких линий, причем они могут иметь несколько точек пересечения. Наконец, третий пример показывает необязательную (optional) зависимость: компьютер может иметь, а может и не иметь мышь.

Зависимостям между классами соответствуют зависимости между объектами этих классов. На рисунке 2.8 показаны зависимости между объектами для первого примера рисунка 2.6; на рисунке 2.9 показаны зависимости между объектами для примеров, изображенных на рисунке 2.7.

Рис. 2.7. Дальнейшие примеры зависимостей. Обозначения

Рис. 2.8. Зависимости между объектами

Отметим, что при изображении зависимостей между объектами мы, как правило, знаем количество объектов и не нуждаемся в таких обозначениях как "несколько", "два и более", "не обязательно".

При проектировании системы удобнее оперировать не объектами, а классами.

Рис. 2.9. Более сложные зависимости между объектами

Понятие зависимости перенесено в объектно-ориентированную технологию проектирования программных систем из технологии проектирования (и моделирования) баз данных, где зависимости используются с давних пор. Языки программирования, как правило, не поддерживают явного описания зависимостей. Тем не менее описание зависимостей очень полезно при разработке программных систем. Технология OMT использует зависимости при интерпретации диаграмм, описывающих систему.

Теперь у нас есть все необходимые понятия, чтобы описать процесс построения объектной модели. Этот процесс включает в себя следующие этапы:

• определение объектов и классов;
• подготовка словаря данных;
• определение зависимостей между объектами;
• определение атрибутов объектов и связей;
• организация и упрощение классов при использовании наследования;
• дальнейшее исследование и усовершенствование модели.