Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы ..pdf

ВВЕДЕНИЕ

Международные стандарты программной инженерии (Приложение 1) регламентируют жизненный цикл программных средств широкого класса в различных областях их применения. Они ориентированы в основном на структурное проектирование и разработку процессов, функций и данных в различных комплексах программ, в которых доминируют сложные алгоритмы обработки, относительно небольшой совокупности данных. Объектно-ориентированное проектирование (ООП) предназначено организовывать программные системы с большими базами данных на основе описаний объектов реального мира, важных для пользователей. Этот подход существенно отличается от структурного проектирования, которое акцентировано на сложные функции и процессы обработки данных. Объекты реального мира, существующие внутри области действия ООП программных проектов, определяются в терминах целей, характеристик и ответственностей поведения соответствующих данных (атрибутов) и отношений с другими многочисленными объектами. Все функции при этом скрыты внутри деталей описаний объекта.

Объектно-ориентированное проектирование представляет собой стратегию, в рамках которой программная система состоит из взаимодействующих объектов, имеющих собственное локальное состояние и способных выполнять определенный набор операций, определяемый состоянием объекта. Объекты скрывают информацию о представлении состояний и, следовательно, ограничивают к ним доступ. Под процессом ООП подразумевается проектирование классов объектов и взаимоотношений между этими классами. Объектно-ориентированные системы можно рассматривать как совокупность автономных и в определенной степени независимых объектов. Изменение реализации какого-нибудь объекта или добавление новых функций не влияет на другие объекты системы.

Общий процесс объектно-ориентированного проектирования состоит из нескольких крупных этапов:

• определение рабочего окружения системы и разработка моделей ее использования;
• проектирование архитектуры программной системы;
• определение и идентификация основных объектов системы;
• разработка модели архитектуры комплекса программ;

— определение и документирование интерфейсов объектов.
Процесс ООП нельзя представить в виде простой схемы (как при структурном проектировании), в которой предполагается четкая последовательность этапов. Фактически все перечисленные этапы в значительной мере можно выполнять параллельно, с учетом взаимного влияния друг на друга. Как только разработана архитектура системы, определяются объекты и интерфейсы. После создания моделей объектов отдельные объекты можно переопределить, а это может привести к изменениям в архитектуре системы.

---

Главное преимущество ООП программных средств состоит в том, что оно упрощает задачу внесения изменений в системную архитектуру, поскольку представление состояния объекта не оказывает на нее влияния. Изменение внутренних данных объекта не должно влиять на другие объекты системы. Более того, так как объекты слабо связаны между собой, обычно новые объекты просто вставляются без значительных воздействий на остальные компоненты системы.

1. КОНЦЕПЦИИ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Класс представляет собой абстракцию в предметной области приложения, в общем случае выраженную существительным. Абстракция может быть концептуальной или физической: она отражает возможности системы по хранению информации о ней, по взаимодействию с ней или же оба эти фактора. Класс включает: атрибуты (данные, описывающие объект, а также тот объем информации об объекте, который хранится в системе); отношения с другими классами и операциями (поведение данного объекта, которое и описывает соответствующие ответственности). Диаграмма класса отражает содержимое классов (набор декларативных, статичных элементов модели), и их взаимоотношения. Класс определяет интерфейсы соответствующих экземпляров объектов (таблица 1).

Таблица 1

Основные компоненты объектно-ориентированного проектирования программных средств

Компоненты	Содержание и функции
I Классы	Объединения однородных объектов, имеющих одинаковые атрибуты, структуру и поведение
Объекты	Реальности (сущности), описываемые границами, индивидуальными состояниями и поведением
Атрибуты	Характеристики класса, отражающие идентификацию, состояние и поведение конкретного объекта этого класса
Ассоциации	Отношение между классами, отражающее связи между объектами этих классов
Интерфейсы	Множества операций взаимодействия между объектами
Сообщения	Взаимодействия объектов, имеющие стимулы, отправителя и получателя
Операции	Возможные воздействия объекта на другой объект того же класса с целью вызвать отклик
Состояние	Ситуация, в течение которой объект выполняет деятельность или ожидает события
Инкапсуляция	Выделение и сокрытие части информации об объекте
Наследование	Совместное использование атрибутов и поведения объектов в пределах иерархической структуры для построения новых классов
Диаграмма последовательности	Диаграмма взаимодействия объектов, упорядоченных по времени их проявления

---

Классы должны отличаться идентичностью структуры, иметь четко определенные ответственности и поддерживать системные функции, взаимодействуя с другими объектами посредством сообщений. Классы описываются с помощью: атрибутов (данные, свойства), операций (службы, функции, поведение, процесс, методы), жизненного цикла разработки ПС (состояние, идентичность, независимость существования) и ассоциаций (отношения, связи, соединения). Классы имеют свойства, структуру, поведение и отличаются независимостью существования. Класс может применяться для определения подклассов, которые могут быть проиллюстрированы примерами. Однако класс нельзя проиллюстрировать непосредственно, опираясь только на него самого. Классы обладают поведением, которое также называется операцией, службой, функцией или методом. Эти термины используются в спецификации UML, где операция описывает класс и объект, а метод — реализацию операции.

Существует ряд подходов к определению классов объектов:

— использование грамматического анализа естественного языкового описания системы, объекты и атрибуты — это существительные, операции и сервисы — глаголы, такой подход реализован в иерархическом методе объектно-ориентированного проектирования, который широко используется;

— использование в качестве объектов ПС событий, объектов и ситуаций реального мира из области приложения (например самолетов, ролевых ситуаций менеджера) для реализации таких объектов, могут потребоваться специальные структуры хранения данных (абстрактные структуры данных);

— применение подхода, основанного на сценариях, в котором по очереди определяются и анализируются различные сценарии использования системы; группа, отвечающая за анализ, должна идентифицировать необходимые объекты, атрибуты и операции; метод анализа, при котором аналитики и разработчики присваивают роли объектам, отражают эффективность подхода, основанного на сценариях.

Для описания классов можно использовать информацию, полученную из разных источников. Объекты и операции, первоначально определенные на основе неформального описания системы, могут служить отправной точкой при ООП. Затем для усовершенствования и расширения описания первоначальных объектов можно использовать дополнительную информацию, полученную из области применения ПС или анализа сценариев. Дополнительную информацию также можно получить в ходе обсуждения с пользователями разрабатываемой системы или анализа имеющихся систем.

---

Объект является отдельным (особенным) экземпляром класса. Объекты — это исполняемые сущности с атрибутами и сервисами класса объектов. Объекты представляют собой реализацию класса, на основе одного класса можно создать много различных объектов. Обычно при разработке объектных моделей основное внимание сосредоточено на классах объектов и их отношениях. Во всех случаях применяется общее правило, согласно которому объект инкапсулирует данные о своем внутреннем строении.

Объект — это сущность, способная пребывать в различных состояниях и имеющая определенное множество операций. Состояние определяется как набор атрибутов объекта. Операции, связанные с объектом, предоставляют сервисы (функциональные возможности) другим объектам (клиентам) для выполнения определенных вычислений. Объекты создаются в соответствии с определением класса объектов, которое служит шаблоном для создания объектов. В него включены объявления всех атрибутов и операций, связанных с объектом данного класса. Нотация, которая используется для обозначения классов объектов, определена в UML.

Все объекты из класса имеют значения атрибутов, соответствующие атрибутам из полного дескриптора классов. Эти объекты будут также поддерживать операции, описываемые дескриптором классов. Объекты являются экземплярами класса и совместно используют свойства (атрибуты и операции) данного класса. Каждый объект отличается собственной идентичностью и имеет характерный набор значений для атрибута. Он является сущностью, инкапсулированной в двух воплощениях — состояния и поведения. Состояние представлено с помощью атрибутов и связей; операции и механизмы состояния представляют поведение. Состояние сохраняет эффекты от производимых некоей сущностью операций. Диаграммы объектов отображают объекты, их ассоциации и отношения (связи) в их развитии во времени. Объектом (если он подобен сущности) может быть:

— материальный предмет (или индивидуум);

— выполняемая роль;

— событие;

— взаимодействие (контракт);

— операционная процедура (обзор);

— организационная единица;

— место (банк);

— структура.

Объект является экземпляром, который структурирован и функционирует в соответствии со своим классом. Все объекты, порожденные одним и тем же классом, структурированы одним способом, хотя каждый из них имеет свой собственный набор связей атрибутов. Каждая связь атрибута имеет ссылку на экземпляр, обычно на значение данных. Объект может порождаться несколькими классами. В этом случае объект обладает всеми свойствами, которые объявлены во всех этих классах, как структурными, так и поведенческими. К объекту можно добавлять новые классы, а старые классы отделять. Это значит, что свойства новых классов динамически добавляются к данному объекту, а свойства, объявленные ранее в классе, удаляемые из объекта, динамически также удаляются из объекта.

---

Интерфейсом называется набор операций, характеризующих поведение элемента. Интерфейсы можно использовать для установки атрибута, возвращения значения атрибута и для запроса объекта с целью выполнения операции. Важной частью любого процесса ООП является специфицирование интерфейсов между различными компонентами системы. Интерфейсы необходимо определять так, чтобы объекты и другие компоненты можно было проектировать параллельно. Определив интерфейс, разработчики других объектов могут считать, что интерфейс уже реализован. Один и тот же объект может иметь несколько интерфейсов, причем каждый из них предполагает свой способ поддержки методов. Проектирование интерфейсов объектов связано со спецификацией интерфейса в объекте или группе объектов. Интерфейсы можно определить подобно диаграмме классов. По мере усложнения интерфейсов такой подход оказывается более эффективным, так как для обнаружения ошибок и противоречий в описании интерфейса можно воспользоваться средствами проверки синтаксиса языка программирования.

Сообщения — содержат объект назначения (включающий операцию, предназначенную для выполнения), название выполняемого оператора и параметры, которые необходимы для выполнения операции. Эти интерфейсы определяют средства взаимодействия между объектами. Каждому объекту пересылаются сообщения других объектов. Интерфейсы относятся к общедоступным методам, поскольку они имеют отношение к другим объектам. Полезно определять интерфейсы заранее, т.е. в начале жизненного цикла ПС. В этом случае команда программистов может быть разделена с учетом границ между объектами, что может быть предпочтительнее разделения по функциональным границам. После того как интерфейсы и набор ответственностей четко определены, они могут функционировать независимо, объединяясь лишь позднее, в цикле по тестированию модели.

Сообщение является спецификацией по транспортировке информации из одного экземпляра объекта в другой, причем ожидается, что эта деятельность имеет результат (сообщение может указывать на формирование сигнала или на вызов операции). Стимул определяет передачу информации из одного экземпляра объекта в другой, например, формирование сигнала или вызов операции; получение сообщения означает обработку стимула, который передается из экземпляра отправителя. Получатель (объект) является объектом для обработки стимула, который передается из экземпляра отправителя. Отношение представляет семантическую связь между элементами модели (примеры отношений включают ассоциации и обобщения). Ответственность является контрактом или обязательством создателя классов; для пересылки сообщения стимул передается из экземпляра объекта отправителя к экземпляру получателя. Отправитель (объект) представляет собой объект, передающий стимул в объект получателя.

---