Projektowanie systemów informacyjnych

E. Stemposz, Analiza i Projektowanie Systemów Informatycznych, Wykład 7, Slajd 1

Projektowanie systemów informacyjnych

Ewa Stemposz, Kazimierz Subieta

Instytut Podstaw Informatyki PAN, Warszawa

Polsko-Japońska Wyższa SzkołaTechnik Komputerowych, Warszawa

Wykład 7

Model obiektowy (4)


Zagadnienia

Dziedziczenie asocjacjiAsocjacje pochodneRedukcja licznościRole wielowartościoweTrochę więcej o agregacjiAgregacja rekursywnaTrochę więcej o asocjacji kwalifikowanejTrochę więcej o mechanizmach rozszerzalności


Dziedziczenie asocjacji (1)

K1

K2 K3 K4

K

aa

{incomplete}

K1

K2 K3 K

a

Aby asocjacje a (diagram po lewej stronie) mogły zostać zastąpione jedną asocjacją a poprowadzoną od nadklasy K1 do klasy K (diagram po prawej stronie) obie asocjacje az diagramu po lewej stronie muszą spełniać następujące warunki:

muszą mieć tą samą semantykę, muszą mieć tą samą strukturę, asocjacja a musi łączyć klasę K z wszystkimi podklasami klasy K1.


Dziedziczenie asocjacji (2)

Referattytułautorzy [1..*]

Zaproszony Zwykłyocena

Sesjanazwadata

Termingodz.

Termingodz.

wygłaszany

1..* 0..1

wygłaszany

1

0..1

Termingodz.

0..1

1..*

Zastosowanie dziedziczenia asocjacji spowodowało, że część informacji nie została przeniesiona na nowy diagram (zmiany zostały oznaczone czerwonym kolorem).

wygłaszany

Nazwa dla klasy asocjacji ?


Asocjacje pochodne

1) Jeśli Osoba mieszka w mieściew którym pracuje, to któraś z asocjacji: mieszka lub znajduje siępowinna zostać oznaczona jakopochodna (albo usunięta z diagramu).

Osoba Miasto

Firma

mieszka 11..*

znajduje się

1

1..*

1..*

pracuje w

10..1? pracodawca

2) Jeśli liczność roli pracodawcawynosi 0..1 asocjacja mieszka niebędzie pochodna, ponieważ nie dlawszystkich obiektów powiązania będą mogły być wydedukowane.

Możliwe asocjacje pochodne:

/mieszka lub /znajduje się


Redukcja liczności

K1

Ka1a21 y K21x

K1 K2

K

a1a2

x y

Wykorzystanie klasy pośredniczącej dla redukcji liczności związków wiele-do-wielu

Przykład

Zatrudnienie

stanowiskopensja

Osoba1..*

Firma*

Osoba*

Firma1..*

Zatrudnienie

stanowiskopensja

1

1

/pracodawca1..* *

gdzie: x, y oznaczają liczności wiele


Role wielowartościowe (1)

Rola wielowartościowa to taka rola, dla której górna granica liczności jest większa od 1.

K1 K2r1 r2

Przyjmuje się domyślnie:

zbiór obiektów, opisujący daną rolę, jest nieuporządkowany, dany obiekt pojawia się tylko jeden raz w w zbiorze obiektów opisującym rolę, powyższe reguły mogą zostać zmienione dzięki ograniczeniom {ordered}, {bag} i stereotypowi «history ».

*1

Rola r2 jest tu rolą wielowartościową.

Uwaga: W sensie dosłownym, liczności obu końców asocjacji oznaczają liczności obu ról.

:K1

:K1:K2

:K2

:K2

a

a

a

K1 K21..2a

*

{ordered}

Ograniczenie {ordered} pozwalana uporządkowanie zbioru obiektów opisującego daną rolę.



Dwa powiązania między dwoma tymi samymi obiektami występują też w sytuacji,jak poniżej, ale nie są to powiązania o tej samej semantyce, jak w przykładzie poprzednim.

Osoba Firma

pracuje

jest dyrektorem0..1

0..1

1

*

Nowak : Osoba IBM : Firma

pracuje

jest dyrektorem

Ograniczenie: {bag}

Zatrudnienie

data zatrudnieniadata zwolnieniastanowiskopensja

Osoba1..*

Firma*

{bag}

X:Osoba Y:Firma

:Zatrudnienie

01.01.199015.12.1995programista2000

:Zatrudnienie

01.01.1998NULLanalityk5000

{subset}



Stereotyp: «history» dla oznaczenia roli pracodawca

Zatrudnienie


Osoba1..*

Firma*

«history »pracodawca

:Osoba :Firma

:Zatrudnienie

01.01.199015.12.1995programista2000

:Zatrudnienie


Stereotyp «history», podobnie jak ograniczenie {bag}, pozwala na utworzenie więcej niż jednegopowiązania o danej semantyce między dwoma obiektami, ale wykorzystywanie go jest raczejukierunkowane na rejestrowanie zmian w czasie.



Zatrudnienie


Osoba1..*

Firma*

:Osoba :Firma

:Zatrudnienie

01.01.199015.12.1995programista2000

:Zatrudnienie


Zastosowanie klasy pośredniczącej Zatrudnienie wprawdzie pozwala na utworzenie wielu powiązań pracuje między dwoma tymi samymi obiektami, wystąpieniami klas Osoba i Firma, ale nie uwidacznia tego faktu.


Agregacja (1)

Agregacja jest rodzajem asocjacji; zadaniem agregacji jest modelowanie związku całość-część.

agregacja jest asocjacją: dla obu jej końców są określane liczności, a także może mieć atrybuty, np.

Grupa Student

Terminoddo

* 1..15

agregacja jest wykorzystywana do modelowania związku całość-część

Grupa Student* 1..15

całość część


Agregacja (2)

Inne nazwy dla ról agregacji:

całość

składa się zzawieraobejmuje, itp.

część

wchodzi w składnależyjest zawarta w, itp.

Nazwa agregacji i nazwy jej ról, jako oczywiste, są pomijane !

A B

Własności agregacji:

jest relacją niesymetryczną, tzn. jeśli B jest częścią A, to A nie jest częścią B

A B C jest relacją przechodnią (tranzytywną), tzn. jeśli C jest częścią B i B jest częścią A, to C jest częścią A


Agregacja (3)

Kryteria służące analitykowi pomocą w podjęciu decyzji czy do modelowania pojęciowego wykorzystać agregację, 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), kryterium fizycznej części.

Wszystkie kryteria zawiodły, a mimo to zdecydowano się zastosować agregację, ponieważ lepiej niż zwykła asocjacja modelujezwiązek część-całość - pewne operacje można wykonywać na całości, a nie na każdej z częścioddzielnie.

Grupa

Terminoddo

* 1..15

zmień plan

Student

zmień plan

zmień plan

Operacja zmień plan została oznaczona jako ta, która będzie automatycznie wykonana dla wszystkich części, wtedy gdy zostanie wywołana dla całości (propagacja operacji).

planplan


Agregacja rekursywna (1)

Agregacja rekursywna

K?

?

Obiekt klasy K może zarówno wchodzić w skład innych obiektów klasy K, jak i zawierać obiekty klasy K.

K0..1

0..1

:K

: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?



K0..1

*

:K

:K

:K

:K :K

:K :K

Czy można tu zastosować liczność dokładnie 1 zamiast 0..1 i liczność 1..* zamiast liczności * ?

Częśćnazwamateriałrozmiary

0..1

*

I II

Firma Oddział1 *

*

0..1

Dla którego z obu powyższych diagramów możliwość zastosowania kompozycji wydaje się być bezdyskusyjna?



K*

*

:K

:K

:K

:K :K

:K :K

Przykłady agregacji rekursywnych

Program

1..*Blok

Instrukcja złożona

Instrukcjaprosta0..1

1

*

I II

Człon

*Wyrażenie

operator binarny

Zmiennanazwa

1

Staławartość

*

12-gi operand

1-szy operand

Jak wyglądałby diagram obiektowy dla wyrażenia, np.

(x + y/2) * (x/3 - y)


Asocjacja kwalifikowana (1)

KatalogPlik

nazwa

1 * { nazwa pliku jest unikatowa w ramach katalogu }

Katalog Pliknazwa pliku0..11

Perspektywa pojęciowa - plik jest w ramach katalogu jednoznacznie identyfikowany przez nazwę.

Perspektywa projektowa - wskazanie na to, że katalog plików można zorganizować jako tablicę asocjacyjną lub słownik (przeszukiwanie za pomocą nazwy pliku).


Asocjacja kwalifikowana (2)

TablicaKwadratrząd

kolumna

11

TablicaKwadrat

rządkolumna

1 100Kwalifikator asocjacji może stanowić więcej niż jeden atrybut. Warunek - wartości tych atrybutów muszą pozwolić na jednoznaczną identyfikację obiektu w ramach pewnego zbioru obiektów (tutaj - w ramach zbioru kwadratów należących do jednej konkretnej tablicy, czyli jednego obiektu klasy Tablica).

Asocjacja kwalifikowana, jak każda asocjacja, może posiadać atrybuty.

nr kontadata założ.

* *Bank

nazwa

Osobaimięnazwisko

data założ.

* 0..1Bank

nazwa

Osobaimięnazwiskonr. konta


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, klasa czy

metoda) może mieć co najwyżej jeden stereotyp.

Są stereotypy predefiniowane, ale użytkownicy mogą też definiować własne.

Stereotypy rozszerzają semantykę metamodelu.


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).

Ikona może być używana na 2 sposoby: zamiast symbolu stereotypu (c, d) lub razem z nim (b).W przypadkach a, b, c zawartość elementu modelu opatrzonego stereotypem (tu: klasy Pióro Świetlne) jest widoczna. W przypadku d została opuszczona.

«sterowanie» PióroŚwietlnelokacja: Punkturuchom (Tryb)

PióroŚwietlnelokacja: Punkturuchom (Tryb)

PióroŚwietlne

«sterowanie» PióroŚwietlnelokacja: Punkturuchom (Tryb)

ikona

(a) (b)

(c) (d)

« lub » guillemets - jeden znak - używany w charakterze cudzysłowia w jęz. francuskim


Stereotypy; przykłady

«trwała» Prostokątpunkt1: Punktpunkt2: Punkt

«konstruktory»Prostokąt (p1: Punkt, p2: Punkt)

«zapytania»obszar () : Realaspekt() : Real...

«aktualizacje»przesuń (delta: Punkt)przeskaluj (współczynnik: Real)

P1 P2 «include»

P3 P4 «extend»

rodzaj elementów modelu: relacje między przypadkami użycialista stereotypów dla tego rodzaju: «include» i «extend»

Każda relacja między przypadkami użycia (element modelu) jest opatrzona jednym z dwóch stereotypów z powyższej listy.

«trwała» Prostokątpunkt1: Punktpunkt2: Punkt

«konstruktory»Prostokąt (p1: Punkt, p2: Punkt)

«zapytania»obszar () : Realaspekt () : Real...

«»przesuń (delta: Punkt)przeskaluj (współczynnik: Real)

Jednym stereotypem można opatrzyć całą listęelementów modelu. Koniec listy może byćoznaczany przez «».


Wartość etykietowaną stanowi ciąg znaków o postaci: słowo kluczowe = wartość.

Dowolny łańcuch znaków może być użyty jako słowo kluczowe.

Są słowa kluczowe predefiniowane, ale użytkownik może też definiować własne.

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}.

Wartości etykietowane

Wartości etykietowane są używane do skojarzenia arbitralnej informacji z pojedynczym

elementem modelu.

{autor = “Jan Nowak”, termin zakończenia = “31 Maja 1999”, status = analiza}

Przykład:

Wartości etykietowane są szczególnie przydatne do przechowywania informacji związanychz zarządzaniem projektem (jak w przykładzie powyżej) czy szczegółów implementacyjnych.


Ograniczenia

Ograniczenia specyfikują restrykcje nakładane na elementy modelu. Mogą stanowić wyrażeniajęzyka naturalnego czy języka formalnego (np. OCL w UML), mogą też przyjmować postaćformuły matematycznej lub fragmentu kodu (czy też pseudokodu).

Notacja: są zawarte wewnątrz {} i umieszczane za elementem w klasie, lub poza klasą. Mogąteż być umieszczane w komentarzu (przykład na następnej folii).

Pracownik

imięnazwiskopensja {<=10 000}

Pracownik

imięnazwiskopensja {pensja <=10 000}

{pensja nie wzrasta o więcej niż 300}

ograniczeniestatyczne

ograniczeniedynamiczne

zmień pensję (nowa)

Ograniczenie dynamiczne - tu interesuje nas poprzedni stan elementu, na który jest nałożone ograniczenie.

Czy powiedzie się próba zmiany pensji z 2500 na 5500?


Ograniczenia; przykłady

Konto

Firma

Osoba

{xor}

należy do

0..1

0..1

*

*

Symbole, takie jak - - - - oraz - - - - > mogą być używane do wskazywania elementów, na które zostały nałożone ograniczenia.

Firma0..11..*

pracownik pracodawca

podwładny

szef0..1

*

{Osoba.pracodawca = Osoba.szef.pracodawca}

Osoba

ograniczeniew komentarzu


Ograniczenia predefiniowane; przykłady

{complete} {podział całkowity}

{incomplete} {podział nie całkowity}

{disjoint} {podział rozłączny}

{overlapping} {podział nierozłączny}

{or} {lub}

{xor} {albo}

{ordered} {uporządkowane}

{subset} {podzbiór}

{bag} {wielozbiór}

{history} {historia}

{hierarchy} {hierarchia}

{dag} {graf acykliczny skierowany} dag - directed acyclic graph

j. angielski j. polski


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, definiowana dla klas posiadających dane, które nie powinny ulec zmianie po wykonaniu operacji; ten warunek musi być zawsze spełniony dla wszystkich wystąpień danej klasy.

Na bazie definicji warunków wstępnego i końcowego można sformułować definicję wyjątku (exception) - zachodzi przy spełnionym warunku wstępnym i niemożliwości spełnienia warunku końcowego.


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 jako kontrakt wiążący daną operację i operacji wywołujących 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 pracownika są usuwane po 2 latach od daty…”

warunek wstępny: minęło 2 lata,warunek końcowy: dane pracownika zostały usunięte z zasobów.

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 i końcowe powinny być dokumentowane łącznie z dokumentowaniem operacji. W idealnym przypadku powinny stanowić część kodu definiującego interfejs.


Przykład asercji w języku Eiffel

Class STACK[T] exportnb_elements,empty, full, push, pop, topfeaturenb_elements : INTEGER;. . .push(x : T) is

- Add on top

not full;do . . .

require

ensure

not empty;top=x;nb_elements=old nb_elements + 1end; - push. . .


Przykład asercji w języku Eiffel (cd.)

invariant

0 nb_elements; nb_elements max_size;empty = (nb_elements = 0)end; - class STACK

Inwarianty mogą przybierać wartość = FALSE jedynie w trakcie wykonywania operacji.

Przykład

Tablica

sortuj

«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 }


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 typach podstawowych, ale nie jest przeznaczony do zapisywania kodu wykonalnego.

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

AaA

mA

BaB

mB

1 *rA

rB

• wyrażenie OA. aA zwróci wartość atrybutu aA

• wyrażenie OA. rB zwróci zbiór obiektów klasy B powiązanych z danym obiektem OA

Przykład

Niech OA oznacza pewien obiekt klasy A, wtedy:



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



Przykłady

lot.pilot.godziny_treningowe >= lot.samolot.min_godz

może być wykorzystane do zwrócenia zbioru pilotów, którzy wylatali odpowiednią dla danego samolotu liczbę godzin

firma.pracownik->select (tytuł = “szef” and self.raport->size >10)

zwróci zbiór pracowników będących szefami, którzy dostarczyli więcej niż 10 raportów


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 (“demand no more, promise no less”).

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.

Obiekt klasy B może zastąpić obiekt klasy A, co oznacza, że jego zachowanie z punktu widzenia obiektu wysyłającego komunikatwywołujący metodę m, powinno być takie same, jak gdyby komunikat wysłano do obiektu klasy A.


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 programowych.

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.

Projektowanie systemów informacyjnych

Documents

Transcript of Projektowanie systemów informacyjnych