Файл: Моделирование предметной области «Управление запасами» с помощью UML (Построение объектной модели предметной области «Управление запасами» с применением языка моделирования UML).pdf

Введение

Объектную модель предметной области можно построить с помощью визуального объектного языка моделирования UML или в виде программного продукта на некотором языке программирования, поддерживающем объектную технологию программирования, примером которого является язык Object Pascal.

Целью данного исследования, является изучение объектно–ориентированной методологии и технологии программирования на примере языка Object Pascal, методов и инструментов построения объектных моделей предметных областей, применение полученных знаний для построения объектной модели предметной области «Управление запасами».

Для достижения цели данного исследования поставлены следующие задачи:

• Изучить основные теоретические положения объектно-ориентированной методологии;
• Рассмотреть язык UML и построить объектную модель предметной области с применением данного языка.
• Объектом исследования настоящей курсовой работы является объектно–ориентированная методология проектирования.

Предметом исследования настоящего исследования являются объектная модель предметной области «Управление запасами» и её основные свойства.

На этапе анализа предметной области и проектирования структуры приложения необходимо построить UML диаграмму классов.

В процессе написания курсового проекта использовались следующие методы исследования:

• Описательный метод применяется при изложении теоретических аспектов проблемы и краткой характеристике объекта исследования;
• Метод сравнения и анализа. Позволяет сопоставлять различные взгляды на рассматриваемую тему и провести диагностику объекта исследования;
• Системный подход. Был использован с целью обобщения полученных результатов и выявления их логической взаимосвязи.

Глава 1. Основные теоретические положения объектно-ориентированной методологии

1.1 Основные понятия объектно-ориентированного подхода

С давних пор в программировании использовалась структурированная процедурно-ориентированная модель. Выбор целей проекта осуществляется одним из двух подходов, называемых «сверху вниз» и соответственно «снизу-вверх»

1. Подход «сверху вниз» подразумевает, что задача разбивается на подзадачи, те в свою очередь, на подзадачи следующего уровня и т.д. Этот процесс, называемый декомпозицией, длится до тех пор, пока упрощение подзадач не сводится к элементарным функциям, которые могут быть формализованы.
2. Подход «снизу-вверх» подразумевает, что пишутся процедуры для решения простых задач, затем они последовательно объединяются в более сложные процедуры пока не достигается нужный эффект.

Важными понятиями программирования являются процедурно-ориентированное программирование и объектно-ориентированное программирование.

Процедурно-ориентированное программирование – программирование на императивном языке, при котором последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы, то есть более крупные целостные единицы кода, с помощью механизмов самого языка.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) – это стиль программирования, который фиксирует поведение реального мира таким способом, при котором детали его реализации скрыты.

Объект – это некая отдельная сущность, выделяющаяся среди других сущностей своими свойствами, поведением, взаимодействием с другими объектами приложения.

Применение такой технологии позволяет представить структуру программы в виде множества взаимодействующих друг с другом объектов. В результате такого взаимодействия, осуществляемого путем передачи сообщений между объектами, реализуются заданные функции программы. Приняв сообщение, объект может выполнить определенное действие, называемое методом.

Между ООП и процедурно-ориентированным программированием существуют два важных различия:

1. В ООП программист сначала выделяет классы из описания предметной области, затем строится объектная модель решения задачи и только после этого переходит к анализу их методов и свойств.
2. Методы и свойства ассоциируются с классом, предназначенным для выполнения соответствующих операций.

Если проанализировать, каким образом человек решает разнообразные практические задачи в окружающем его мире, то можно понять, что этот мир также является объектно-ориентированным. Например, чтобы попасть на работу, человек, как правило, взаимодействует с таким объектом, как транспортное средство. Транспортное средство, в свою очередь, состоит из объектов, которые, взаимодействуя друг с другом, приводят его в движение, благодаря чему человек реализует свою задачу – добирается до нужного пункта. При этом ни водитель, ни пассажир не обязаны знать каким, образом взаимодействуют объекты, из которых состоит транспортное средство.

В объектно-ориентированном программировании, как и в реальном мире, пользователи программ изолированы от логической схемы, необходимой для выполнения задач. Например, для печати страницы в текстовом редакторе пользователь вызывает определенную функцию нажатием кнопки на панели инструментов, но не видит происходящих при этом внутренних процессов. При печати страницы во время работы программы происходит сложное взаимодействие объектов, которые, в свою очередь, взаимодействуют с принтером.

При создании объектно-ориентированной программы предметная область представляется в виде совокупности объектов, которые объединены в классы. Выполнение программы состоит в том, что объекты обмениваются сообщениями (взаимодействуют между собой). При представлении реального объекта, принадлежащей предметной области с помощью программного класса, необходимо выделить в реальном объекте его существенные особенности и проигнорировать многие другие свойства, ограничиваясь лишь теми, которые нужны для решения практической задачи. Такой прием называется абстракцией.

Абстракция – это выделение существенных характеристик объекта, отличающих его от других объектов. Причем список существенных свойств зависит от целей моделирования, и для разных задач может быть совершенно различным. Например, объект «крыса» с точки зрения биолога, изучающего миграции, ветеринара, или повара будет иметь совершенно разные характеристики.

Класс – это совокупность объектов, имеющих общие свойства и поведение. Таким образом, класс можно определить как некую общность конкретных объектов, как описание – какими они должны быть и что они должны делать. Если объекты реально существуют в приложениях, то класс – это абстракция, объединяющая объекты в одну группу согласно их свойствам и поведению в среде окружения, в которой они существуют и взаимодействуют. Например, кнопка Button1 в форме со всеми своими конкретными свойствами и действием является объектом класса Button.

Поведение – характеристика того, как один объект воздействует на другие объекты или изменяется сам под их воздействием. Поведение влияет на способ изменения состояний объекта.

В основе объектно-ориентированной технологии программирования лежат «три кита»: инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция (encapsulation) – свойство объединять внутри одной структуры состояние и поведение, и скрытие внутреннего устройства объекта и деталей реализации (от слова «капсула»). Важное свойство любого объекта его обособленность. Детали реализации объекта, т.е. внутренние структуры данных и алгоритмы их обработки, скрыты от пользователя объекта и недоступны для непреднамеренных изменений. Объект используется через интерфейс – совокупность правил доступа. Например, для того чтобы переключить телевизионную программу, нам достаточно на пульте дистанционного управления набрать ее номер, что запустит сложный механизм, который в итоге и приведет к желаемому результату. Нам совершенно необязательно знать, что происходит в пульте дистанционного управления и телевизоре, нам лишь достаточно знать, что телевизор обладает такой возможностью (методом) и как ее можно активировать. Инкапсуляция, или сокрытие реализации, является основополагающим свойством ООП. Она позволяет создавать пользовательские объекты, обладающие требуемыми методами, и далее оперировать ими, не вдаваясь в устройство этих объектов. Таким образом, инкапсуляция – механизм, который объединяет данные и методы обработки (манипуляции) этими данными и защищает и то, и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. Инкапсуляция кода внутри класса обеспечивает невозможность «сломать» этот код при любом изменении деталей реализации отдельных классов. Поэтому можно использовать объект в другом окружении, и быть уверенным, что он не испортит не принадлежащие ему области памяти. Если же все-таки надо что-то изменить или дополнить в классе, то используются механизмы наследования и полиморфизма.

Наследование (inheritance) – основанная на иерархии способность классов включать в себя свойства и поведение классов-предков, а также добавлять к ним свое собственное поведение и свойства. Каждый год в мире пишется множество программ и важно использовать уже написанный код. Преимущество объектно-ориентированного программирования состоит в том, что для объекта можно определить наследников, корректирующих или дополняющих его поведение. При этом нет необходимости не только повторять исходный код родительского объекта, но даже иметь к нему доступ. Таким способом упрощается модификация программы и создание новых программ на основе существующей. Только благодаря наследованию можно использовать объекты, исходный код которых недоступен, но в которые требуется внести изменения. Таким образом, при наследовании можно не просто добавлять новый функционал, но и изменить существующий. И во многом это обеспечивается благодаря полиморфизму.

Полиморфизм (polymorphism) («много форм») – возможность использовать одинаковые выражения для обозначения разных операций, возможность классов-наследников по-разному реализовывать метод, описанный для класса-предка, т.е. возможность во время выполнения программы с помощью одного и того же имени выполнять разные действия или обращаться к объектам разного типа. Полиморфизм реализуется через переопределение метода в классах-наследниках (метод имеет одно имя и одинаковые параметры, но работает по-разному) - это механизм виртуальных методов через динамическое связывание (dynamic binding). Также полиморфизм реализуется как «перегрузка» методов (метод имеет одно имя и разные параметры) - это, например, использование знака + для обозначения сложения в классе вещественных или целых чисел и классе строк: похожие сообщения дают совершенно разные результаты. Полиморфизм обеспечивает возможность абстрагирования общих свойств.

Модульность - это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули.
В процессе разделения системы на модули могут быть полезными два правила. Во-первых, поскольку модули служат в качестве элементарных и неделимых блоков программы, которые могут использоваться в системе повторно, распределение классов и объектов по модулям должно учитывать это. Во-вторых, многие компиляторы создают отдельный сегмент кода для каждого модуля. Поэтому могут появиться ограничения на размер модуля. Динамика вызовов подпрограмм и расположение описаний внутри модулей может сильно повлиять на локальность ссылок и на управление страницами виртуальной памяти. При плохом разбиении процедур по модулям учащаются взаимные вызовы между сегментами, что приводит к потере эффективности кэш-памяти и частой смене страниц.

Свести воедино столь разноречивые требования довольно трудно, но главное – это уяснить, что вычленение классов и объектов в проекте и организация модульной структуры есть независимые действия. Процесс вычленения классов и объектов составляет часть процесса логического проектирования системы, а деление на модули - этап физического проектирования. Разумеется, иногда невозможно завершить логическое проектирование системы, не завершив физическое проектирование, и наоборот. Два этих процесса выполняются итеративно.

Типизация - это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или по крайней мере управлять таким использованием.

Параллелизм - это свойство, отличающее активные объекты от пассивных.

Сохраняемость - способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.

В программирование основные понятия ООП перешли из других областей знаний, таких как философия, логика, математика и семиотика, причем, не претерпев особых изменений, по крайней мере, того, что касается сути этих понятий. Объектный способ декомпозиции (представления) является естественным и применяется на протяжении многих веков. Поэтому неудивительно, что в процессе эволюции технологии программирования он занял подобающее место.

Таким образом, в процессе разработки объектно-ориентированных программ необходимо:

1. определить множество образующих ее классов объектов (декомпозиция);
2. для каждого класса объектов задать набор необходимых данных (полей);
3. для каждого класса объектов задать набор действий (методов), выполняемых объектами;
4. для каждого класса объектов указать события, на которые будут реагировать объекты, и написать соответствующие процедуры-обработчики.

В исходном программном коде должны содержаться описания классов для всех программных объектов. Кроме того, должны быть описаны переменные, у которых в качестве типов указаны имена соответствующих классов. Экземпляры классов (объекты) создаются в процессе выполнения программы.

После своего создания экземпляр класса должен получить значения для всех своих полей. Разные экземпляры одного и того же класса могут иметь различные значения полей, но обладают одними и теми же методами. Поля класса недоступны для непосредственного обращения, в том числе, и присваивания. Это сделано для повышения надежности программ. Вместо непосредственного присваивания значения полю объекта должно быть выполнено обращение к специальному методу соответствующего класса, который выполняет такое присваивание и осуществляет контроль корректности вводимого значения. Аналогичным образом, для прочтения значения поля могут также использоваться специальные методы класса. Для связи полей с методами чтения/записи их значений используются члены класса, называемые свойствами. Пользователь, вводя данные для записи их в полях объекта или считывая значения полей, имеет дело со свойствами, представляющими эти поля. Поэтому обычно используется термин «значения свойств» вместо термина «значения полей».