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

В век всеобщей компьютеризации практически невозможно обойтись без компьютерной техники и специализированного программного обеспечения. Применение специализированных программ позволяет улучшить качество выполняемой работы, упростить человеческий труд, ускорить выполнение технологического процесса, облегчает хранение и передачу информации и многое другое.

В большинстве случаев используемые программные комплексы хранят производственную информацию, и эта информация должна быть доступна некоторому количеству пользователей и, зачастую, пользователи работают с данными одновременно. Эти идеи послужили основой концепции, согласно которой данные должны быть организованны в базы данных, для управления которыми, широко используются системы управления базами данных (СУБД).

Актуальность исследования заключается в том, что из существующих подходов к проектированию информационных систем объектно-ориентированный в настоящее время считается наиболее эффективным т.к. оперирует абстракциями реальных объектов и операций. Т.е. при построении модели имеющейся предметной области, выделении бизнес-процессов и пр. строится и модель будущей информационной системы (ИС).

К тому же одной из важных особенностей объектно-ориентированного подхода является унифицированность процесса разработки ИС, неотъемлемой частью которого является унифицированный язык моделирования UML. Данная особенность обеспечивает упорядоченный подход к распределению задач и обязанностей при проектировании ИС, охватывающий весь ее жизненный цикл. Именно поэтому основы объектно-ориентированного подхода, а также принципы унифицированного моделирования широко используются при проектировании автоматизированных информационных систем.

Объектом исследования данной работы является объектно-ориентированный подход к проектированию информационных систем. Предметом исследования является унифицированный язык моделирования.
Цель данной работы является обзор и анализ основных принципов и особенностей объектно-ориентированного подхода, а также его неотъемлемого инструмента унифицированного языка моделирования (UML).

В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:

Обзор основных понятий и концепций объектно-ориентированного подхода;
Анализ унифицированного процесса разработки информационных систем;
Обзор основных структур унифицированного языка моделирования;
Обзор основных понятий унифицированного языка моделирования;

Использование объектно-ориентированного подхода на примере.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА

Сущность объектно-ориентированного подхода

В основе объектно-ориентированного подхода (ООП) лежит объектная декомпозиция, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы — в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира.

Наиболее популярными методологиями, поддерживающими объектно-ориентированный подход, в настоящий момент являются:

унифицированный процесс (Unified Process, UP);

экстремальное программирование (eXtreme Programming, XP);

гибкое моделирование (Agile Modeling, AM).

Базовым средством фиксации (документирования) результатов проектирования систем посредством этих методологий является унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language, UML).

Объектная модель является наиболее естественным способом представления 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 (1967), Smalltalk (1970-е гг.), C++ (1980-е гг.) и языком моделирования UML (1990-е гг.). На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования данных, в особенности модель «сущность—связь».

Объект – это абстракция реальной или воображаемой сущности с четко выраженными концептуальными границами, индивидуальностью (идентичностью), состоянием и поведением.

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

• инкапсуляция (encapsulation);

• наследование (inheritance);

• полиморфизм (polymorphism);

• абстрагирование (abstraction);

• модульность (modularity);

• иерархия (hierarchy).

Инкапсуляция (encapsulation) — свойство, при котором объекты содержат описание атрибутов и действий одновременно. 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.

Наследование (inheritance) — метод определения объектов, при котором производные объекты (потомки) наследуют свойства (атрибуты и действия) от своих родителей. Наследование свойств в объектно- ориентированном подходе понимается как наследование атрибутов и методов, т. е. возможность использования в производном объекте атрибутов и методов базового объекта.

Полиморфизм (polymorphism) — свойство объектов, при котором действие с одинаковыми именами вызывает различное поведение для различных объектов. Полиморфизм предполагает возможность одинакового именования разных действий. Эта особенность имеет два аспекта:

• возможность одинакового именования статических методов;

• возможность одинакового именования динамических методов

В UML для описания полиморфизма вводятся понятия операции и метода. У классов есть операции, которые определяют его поведение. В некотором смысле операция — это набор общих сведений о поведении класса: детали реализации никак не специфицированы операцией, но некоторый комментарий по поводу реализации может быть дан в неформальном виде, например, на естественном языке. При этом каждый потомок класса может предоставить метод, реализующий любую унаследованную операцию, отличный от соответствующего метода предка.

Операция — это лишь описание какой-либо черты поведения объекта, а метод — уже конкретная реализация.

Операции обязательно наследуются, т. е. распространяются вдоль иерархии без каких-либо изменений, а методы могут перекрываться потомками для реализации конкретных деталей поведения, присущих объектам класса-потомка.

Абстрагирование (abstraction) — 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.

Модульность (modularity) — 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 (hierarchy) — 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.

С учетом приведенных выше определений сущность объектно-ориентированного подхода к анализу и проектированию информационных систем заключается в декомпозиции системы на классы, которые соответствуют однотипным объектам предметной области, и построении из них иерархии в виде ориентированного графа с использованием отношений композиции и наследования.

Проблемы, стимулировавшие развитие ООП:

• необходимость повышения производительности разработки за счет многократного (повторного) использования ПО;

• необходимость упрощения сопровождения и модификации разработанных систем (локализация вносимых изменений);

• облегчение проектирования систем (за счет сокращения семантического разрыва между структурой решаемых задач и структурой ПО).

1.2. Преимущества и недостатки объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированный подход имеет ряд следующих преимуществ:

1. Описание системы в виде объектов больше соответствует содержательному смыслу предметной области. Например, при использовании структурного подхода БД должна удовлетворять требованиям нормализации, в соответствии с которыми данные по одному и тому же объекту (сущности из реального мира) могут храниться в нескольких таблицах;
2. Сущности реального мира, как правило, обладают поведением, что в объектно-ориентированном проектировании отражается с помощью определения методов класса. В структурном подходе данные (атрибуты) и алгоритмы (методы) существуют отдельно друг от друга;
3. Объединение атрибутов и методов в объекте (классе), а также инкапсуляция позволяют добиться большей внутренней и меньшей внешней связности между компонентами системы. Это облегчает решение проблем:

адаптации системы к изменению существующих или появлению новых требований;

сопровождения системы на разных стадиях жизненного цикла;

повторного использования компонентов.

Объектно-ориентированный подход позволяет легче организовать параллельные вычисления, так как каждый объект обладает собственными значениями характеристик (атрибутов) и поведением, за счет чего можно добиться его автономной работы;

Case-средства, поддерживающие объектно-ориентированный подход, на основе информации об объектах позволяют достичь большей степени автоматизации кодогенерации. Case-средства, поддерживающие структурный подход, хорошо справляются с генерацией структур БД. Однако следует отметить, что эта структура должна удовлетворять требованиям нормализации. В связи с чем автоматическая кодогенерация (например, экранов или функций обработки данных) возможна лишь в редких случаях.