Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Объектно-ориентированный подход.).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Наша жизнь – существование в необыкновенное время. Наши предки не могли и представить себе создание компьютера в своё время. Бурное развитие данной отрасли дало толчок к открытию и созданию множества ранее неизвестных технологий, изменивших мир. Текущее поколение возможно станет свидетелем нового этапа эры компьютеризации общества, когда машинам будет требоваться меньшее вмешательство со стороны человека нежели сейчас, а пока этого не случилось проектирование информационных систем остается одной из важных задач.

Создание бизнес-информационных систем представляет довольно сложную и трудоемкую задачу, требующую высокой квалификации специалистов в сфере информационных технологий.

Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. Основная задача любого успешного проекта заключается в том, чтобы на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации можно было обеспечить:

• требуемую функциональность системы и степень адаптации к изменяющимся условиям ее функционирования;
• требуемую пропускную способность системы;
• требуемое время реакции системы на запрос;
• безотказную работу системы в требуемом режиме, иными словами - готовность и доступность системы для обработки запросов пользователей;
• простоту эксплуатации и поддержки системы;
• необходимую безопасность.

Производительность является главным фактором, определяющим эффективность системы. Хорошее проектное решение служит основой высокопроизводительной системы.

Проектирование информационных систем охватывает три основные области:

• проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных;
• проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;
• учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.

В реальных условиях проектирование — это поиск способа, который удовлетворяет требованиям функциональности системы средствами имеющихся технологий с учетом заданных ограничений.

Объектно-ориентированный подход

---

Разница между структурным и объектно-ориентирован­ным подходом сводится к способу декомпозиции. Объектно-ориен­тированный подход активно использует в своем арсенале объектную декомпозицию, но при этом статиче­ская структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а определение поведения системы в терминах обме­на сообщениями ме­жду объектами. Абсолютно каждый объект системы имеет собственное поведение, моделирующее поведение объекта окружающего мира. Само понятие объект первоначально было использовано приблизительно 30 лет назад в тех средствах в надежде отойти от привычной архи­тектуры фон Неймана и преодолеть барьер между уровнями абстрагирования в компьютерах. На объектно-ориентированной архи­тектуре завязаны объектно-ориентированные операционные сис­темы. Тем не менее значительный вклад в данный подход внесен объект­ными и объектно-ориентированными языками программирования такими, как например С++. Наибольшее влияние на ОО подход оказали развивавшиеся достаточно независимо методы модели­рования баз дан­ных, в особенности подход сущность-связь.

Основой объектно-ориентированного подхода яв­ляется объектная модель. Основными элементами являются:

• абстракция;

• инкапсуляция;

• модульность;

• иерархия.

Помимо основных дополнительно имеются еще три элемента, не являю­щихся строго обязательными:

• типизация;

• параллелизм;

• устойчивость.

Абстрагирование — это выделение существенных характеристик не­кото­рого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы относи­тельно даль­нейшего рассмотрения и анализа. 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.

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 методы са­мого класса, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция яв­ляются взаимо­дополняющими операциями: абстрагирование фокусирует вни­мание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или, иначе, огра­ни­чение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.

---

Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее де­композиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой 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.

Типизация — это ограничение, накладываемое на класс объектов и пре­пятствующее взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающее ее возможность). Типизация позволяет защитить­ся от использования объектов одного класса вместо другого или по крайней мере управлять таким использо­ванием.

Параллелизм — свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой.

Устойчивость — свойство объекта существовать, но времени (вне зависи­мости от процесса, породившего данный объект) и/или в пространстве (при пе­ремещении объекта из адресного пространства, в котором он был создан).

Основные понятия объектно-ориентированного подхода - объект и класс.

Объект определяется как осязаемая реальность — предмет или явление, имеющие четко определяемое поведе­ние. Объект обладает со­стоянием, поведением и индивидуаль­ностью; структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Термины "экземпляр класса" и "объект'' являются эквивалентными. Состояние объекта характеризуется переч­нем всех возможных (статических) свойств данного объек­та и текущими значе­ниями (динамическими) каждого из этих свойств. Поведение характеризует воздействие объекта на дру­гие объекты и наоборот относительно изменения со­стояния этих объектов и передачи сообщений. Иначе говоря, поведение объек­та полностью определяется его действиями. Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать со­ответствующую реакцию называется операцией. Как пра­вило, в объектных и объектно-ориентированных языках операции, выполняемые над данным объек­том, называются методами и явля­ются составной частью определения класса.

---

Класс — это множество объектов, связанных общностью структу­ры и по­ведения. Любой объект является экземпляром класса. Опре­деление классов и объектов — одна из самых сложных задач объек­тно-ориентированного проек­тирования.

Следующую группу важных понятий объектного подхода состав­ляют на­следование и полиморфизм. Понятие полиморфизма может быть интерпретиро­вано как способность класса принадлежать более чем одному типу. Наследова­ние означает построение новых классов на основе существующих с возможно­стью добавления или переоп­ределения данных и методов.

Объектно-ориентированная система изначально строится с учетом ее эво­люции. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения новой функциональности классов с по­мощью создания производных классов — потомков базовых клас­сов. Потомки наследуют характеристики родительских классов без изменения их первоначального описания и добавляют при необ­хо­димости собственные структуры данных и методы. Определе­ние производных классов, при котором задаются только различия или уточнения, в огромной степени экономит время и усилия при производстве и использовании специфи­каций и программного кода.

Важным качеством объектного подхода является согласован­ность моделей деятельности организации и моделей проектируе­мой системы от стадии фор­мирования требований до стадии ре­ализации. Требование согласованности мо­делей выполняется бла­годаря возможности применения абстрагирования, мо­дульности, полиморфизма на всех стадиях разработки. Модели ранних ста­дий могут быть непосредственно подвергнуты сравнению с моде­лями реализации. По объектным моделям может быть прослеже­но отображение реальных сущно­стей моделируемой предметной области (организации) в объекты и классы ин­формационной си­стемы.

УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ

UML – унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language) – это система обозначений, которую можно применять для объектно-ориентированного анализа и проектирования.
Его можно использовать для визуализации, спецификации, конструирования и документирования программных систем.
Словарь UML включает три вида строительных блоков:

• Диаграммы;
• Сущности;
• Связи.

Сущности – это абстракции, которые являются основными элементами модели, связи соединяют их между собой, а диаграммы группируют представляющие интерес наборы сущностей.

Диаграмма – это графическое представление набора элементов, чаще всего изображенного в виде связного графа вершин (сущностей) и путей (связей). Язык UML включает 13 видов диаграмм, среди которых на первом месте в списке — диаграмма классов, о которой и пойдет речь.
Диаграммы классов показывают набор классов, интерфейсов, а также их связи. Диаграммы этого вида чаще всего используются для моделирования объектно-ориентированных систем. Они предназначены для статического представления системы.
Большинство элементов UML имеют уникальную и прямую графическую нотацию, которая дает визуальное представление наиболее важных аспектов элемента.

---

Сущности

Диаграммы классов оперируют тремя видами сущностей UML:

• Структурные.
• Поведенческие.
• Аннотирующие.

Структурные сущности – это «имена существительные» в модели UML. В основном, статические части модели, представляющие либо концептуальные, либо физические элементы. Основным видом структурной сущности в диаграммах классов является класс.
Поведенческие сущности – динамические части моделей UML. Это «глаголы» моделей, представляющие поведение модели во времени и пространстве. Основной из них является взаимодействие – поведение, которое заключается в обмене сообщениями между наборами объектов или ролей в определенном контексте для достижения некоторой цели. Сообщение изображается в виде линии со стрелкой, почти всегда сопровождаемой именем операции.
Аннотирующие сущности – это поясняющие части UML-моделей, иными словами, комментарии, которые можно применить для описания, выделения и пояснения любого элемента модели. Главная из аннотирующих сущностей – примечание. Это символ, служащий для описания ограничений и комментариев, относящихся к элементу либо набору элементов. Графически представлен прямоугольником с загнутым углом; внутри помещается текстовый или графический комментарий.

Структурные сущности — классы

Класс – это описание набора объектов с одинаковыми атрибутами, операциями, связями и семантикой. 
Графически класс изображается в виде прямоугольника, разделенного на 3 блока горизонтальными линиями:

• имя класса
• атрибуты (свойства) класса
• операции (методы) класса. 
  Для атрибутов и операций может быть указан один из трех типов видимости:
• — — private (частный)
• # — protected (защищенный)
• + — public (общий)

Видимость для полей и методов указывается в виде левого символа в строке с именем соответствующего элемента.
Каждый класс должен обладать именем, отличающим его от других классов. Имя – это текстовая строка. Имя класса может состоять из любого числа букв, цифр и знаков препинания (за исключением двоеточия и точки) и может записываться в несколько строк. 
На практике обычно используются краткие имена классов, взятые из словаря моделируемой системы. Каждое слово в имени класса традиционно пишут с заглавной буквы (верблюжья конвенция), например Sensor (Датчик) или TemperatureSensor (ДатчикТемпературы).
Для абстрактного класса имя класса записывается курсивом.
Атрибут (свойство) – это именованное свойство класса, описывающее диапазон значений, которые может принимать экземпляр атрибута. Класс может иметь любое число атрибутов или не иметь ни одного. В последнем случае блок атрибутов оставляют пустым.
Атрибут представляет некоторое свойство моделируемой сущности, которым обладают все объекты данного класса. Имя атрибута, как и имя класса, может представлять собой текст. На практике для именования атрибута используются одно или несколько коротких существительных, выражающих некое свойство класса, к которому относится атрибут.
Можно уточнить спецификацию атрибута, указав его тип, кратность (если атрибут представляет собой массив некоторых значений) и начальное значение по умолчанию.
Статические атрибуты класса обозначаются подчеркиванием.
Операция (метод) – это реализация метода класса. Класс может иметь любое число операций либо не иметь ни одной. Часто вызов операции объекта изменяет его атрибуты.
Графически операции представлены в нижнем блоке описания класса.
Допускается указание только имен операций. Имя операции, как и имя класса, должно представлять собой текст. На практике для именования операции используются короткие глагольные конструкции, описывающие некое поведение класса, которому принадлежит операция. Обычно каждое слово в имени операции пишется с заглавной буквы, за исключением первого, например move (переместить) или isEmpty(проверка на пустоту).
Можно специфицировать операцию, устанавливая ее сигнатуру, включающую имя, тип и значение по умолчанию всех параметров, а применительно к функциям – тип возвращаемого значения.
Абстрактные методы класса обозначаются курсивным шрифтом.
Статические методы класса обозначаются подчеркиванием.
Изображая класс, не обязательно показывать сразу все его атрибуты и операции. Для конкретного представления, как правило, существенна только часть атрибутов и операций класса. В силу этих причин допускается упрощенное представление класса, то есть для графического представления выбираются только некоторые из его атрибутов. Если помимо указанных существуют другие атрибуты и операции, вы даете это понять, завершая каждый список многоточием. 
Чтобы легче воспринимать длинные списки атрибутов и операций, желательно снабдить префиксом (именем стереотипа) каждую категорию в них. В данном случае стереотип – это слово, заключенное в угловые кавычки, которое указывает то, что за ним следует.

---