Файл: Анализ и оценка средств реализации объектно-ориентированного подхода к проектированию экономической информационной системы.pdf

Ещё совсем недавно, никто и подумать не мог, что наступит то время, когда компьютер будет решать столько задач, что станет важной частью жизни человек, дома за его пределами, на работе, в офисе и предприятии.
Особенности развития современных информационных технологий характеризуются все возрастающей сложностью разработки информационных систем (ИС).

Информационная система (ИС) – материальная система, организующая, хранящая и преобразующая информацию. Это система, основным предметом и продуктом труда в которой является информация.
Проектирование информационных систем в наши дни является весьма трудоемкой задачей, требующей времени и высокой квалификации участвующих в проектировании специалистов. Сложность разработки ИС обуславливается еще и тем, что потребности заказчика могут меняться в течение всего периода проектирования, тем, что при разработке системы возникает необходимость согласования проектных решений между различными группами специалистов и представителями. В связи с этим разработаны определенные спецификации и соглашения, стандартизирующие процессы проектирования информационных систем.

Под проектированием обычно понимается некий унифицированный подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной задачи. Для того чтобы получить адекватный предметной области проект ИС в виде системы правильно работающих программ, необходимо иметь целостное, системное представление о модели, которое отражает все аспекты функционирования будущей информационной системы. При этом под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию – быть адекватной этой области. Объектно-ориентрованный подход полностью устраняет те недостатки, с которыми ранее столкнулись разработчики ПО. Вот почему, целью курсовой работы является раскрытие современных методов и средств проектирования, в частности в объектно-ориентированном подходе к проектированию ПО.

1. Структура объектно-ориентированного программирования

1.1. Сущность объектно-ориентированного подхода

В основе объектно-ориентированного подхода лежит объектная декомпозиция, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира. Понятие «объект» впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем абстрагирования на уровне компьютеров. С объектно - ориентированной архитектурой также тесно связаны объектно- ориентированные операционные системы. Однако наиболее значительный вклад в объектный подход был внесен объектными и объектно - ориентированными языками программирования: Simula , Smalltalk, C++ и языком моделирования UML . На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования данных, в особенности модель «сущность-связь».

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

абстрагирование (abstraction);
инкапсуляция (encapsulation);
модульность (modularity);
иерархия (hierarchy).

Кроме основных имеются еще три дополнительных элемента, не являющихся в отличие от основных строго обязательными:

• типизация (typing)',
• параллелизм (concurrency)',
• устойчивость (persistence).

1.2. Объектно-ориентированный подход

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 — 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.

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.

1.3. Основные понятия объектно-ориентированного подхода

К основным понятиям объектно-ориентированного подхода относятся:

объект;
класс;
атрибут;
операция;
полиморфизм (интерфейс);
компонент;
связи.

Объект - предмет или явление, имеющее четко определенное поведение и обладающие состоянием, поведением и индивидуальностью. Состояние объекта — одно из возможных условий, в которых он может существовать, оно изменяется со временем. Состояние объекта характеризуется перечнем всех возможных (статических) свойств данного объекта и текущими значениями (динамическими) каждого из этих свойств. Состояние объекта определяется значениями его свойств (атрибутов) и связями с другими объектами. Поведение определяет действия объекта и его реакцию на запросы от других объектов. Поведение характеризует воздействие объекта на другие объекты, изменяющее их состояние. Иначе говоря, поведение объекта полностью определяется его действиями. Каждый объект обладает уникальной индивидуальностью. Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Термины «экземпляр класса» и «объект» являются эквивалентными. Класс - это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Определение классов и объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного проектирования.

Также 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.

1.4. Унифицированный язык моделирования UML

Унифицированный язык моделирования UML1 (Unified Modeling Language) представляет собой язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем, организационно-экономических систем, технических систем и других систем различной природы. UML содержит стандартный набор диаграмм и нотаций самых разнообразных видов. UML — это преемник того поколения методов объектно-ориентированного анализа и проектирования, которые появились в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Создание UML фактически началось в конце 1994 г., когда Гради Буч и Джеймс Рамбо начали работу по объединению их методов Booch и ОМТ (Object Modeling Technique) под эгидой компании Rational Software. К концу 1995 г. они создали первую спецификацию объединенного метода, названного ими Unified Method, версия 0.8. Тогда же в 1995 г. к ним присоединился создатель метода OOSE (Object-Oriented Software Engineering) Ивар Якобсон. Таким образом, UML является прямым объединением и унификацией методов Буча, Рамбо и Якобсона, однако дополняет их новыми возможностями. Главными в разработке UML были следующие цели:

предоставить пользователям готовый к использованию выразительный язык визуального моделирования, позволяющий им разрабатывать осмысленные модели и обмениваться ими;
предусмотреть механизмы расширяемости и специализации для расширения базовых концепций;
обеспечить независимость от конкретных языков программирования и процессов разработки;
обеспечить формальную основу для понимания этого языка моделирования (язык должен быть одновременно точным и доступным для понимания, без лишнего формализма);
стимулировать рост рынка объектно-ориентированных инструментальных средств;
интегрировать лучший практический опыт.

UML предназначены для того, чтобы разработчики могли адаптировать язык моделирования к своим конкретным нуждам, не меняя при этом его метамодель. К механизмам расширения UML относятся:

стереотипы;
тегированные (именованные) значения;
ограничения.

Стереотип — это новый тип элемента модели, который определяется на основе уже существующего элемента. Стереотипы расширяют нотацию модели, могут применяться к любым элементам модели и представляются в виде текстовой метки или пиктограммы (иконки).

Управляющие классы (control classes) отвечают за координацию действий других классов. Обычно у каждого варианта использования имеется один управляющий класс, контролирующий потоки событий этого варианта использования. Управляющий класс отвечает за координацию, но сам не несет в себе никакой функциональности — остальные классы не посылают ему большого количества сообщений. Вместо этого он сам посылает множество сообщений. В системе могут быть и другие управляющие классы, общие для нескольких вариантов использования.

Помимо упомянутых стереотипов, разработчики ПО могут создавать собственные наборы стереотипов, формируя тем самым специализированные подмножества UML.

Одних графических средств, таких как диаграмма классов или диаграмма состояний, недостаточно для разработки точных и непротиворечивых модели систем. Существует необходимость задания дополнительных ограничений, которым должны удовлетворять различные компоненты или объекты модели. Именно для этих целей и был разработан язык OCL. По своей сути он является формальным языком, более простым для изучения, чем традиционные формальные языки. В то же время язык OCL специально ориентирован на описание бизнес- процессов и бизнес -логики, поскольку был разработан в одном из отделений корпорации IBM. OCL представляет собой формальный язык для описания ограничений, которые могут быть использованы при определении различных компонентов языка UML. Хотя язык OCL является частью языка UML, в общем случае он может иметь гораздо более широкую область приложений, чем конструкции языка UML.