LecTP15 (официальные лекции (2010)), страница 2

Рис. 15.3. Пример отношения агрегирования между классами объектов.

Следует заметить, что объектная модель полностью включает описание внешней информационной среды при реляционном подходе.

Динамическая модель показывает допустимые последовательности изменений состояний объектов из объектной модели модельного мира, который должно представлять разрабатываемое ПС (программная система). Она описывает последовательности операций в ответ на внешние сигналы (взаимодействия) без рассмотрения того, что эти операции делают. Динамическая модель необходима, если в соответствующей объектной модели имеются активные объекты.

Основные понятия динамической модели: события и состояния объектов. Под событием здесь понимается элементарное воздействие одного объекта на другой, происходящее в определенный момент времени. Одно событие может логически предшествовать другому или быть не связанным с другим. Другими словами, события в динамической модели частично упорядочены. Под состоянием объекта здесь понимается совокупность значений атрибутов объекта и представления текущих связей этого объекта с другими объектами. Состояние объекта связывается с интервалом времени между некоторыми двумя событиями, на которые реагирует этот объект. Объект переходит из одного состояния в другое в результате реакции на некоторое событие (в конце интервала, связанного с этим состоянием).

Рис. 15.4. Диаграмма состояний телефонной линии.

В связи с этим в динамической модели для каждого класса активных объектов строится своя диаграмма состояний. Она представляет собой граф, вершинами которого являются состояния, а дугами – переходы между этими состояниями (переходы часто обозначаются именами событий). Некоторые переходы могут быть связаны с условиями, разрешающими эти переходы. Условие – это предикат, зависящий от значений некоторых атрибутов объекта. Каждое условие указывается на дуге, переходом по которой управляет это условие. Существенно, что в диаграмме состояний с некоторыми состояниями или событиями связываются определенные операции. Операция, связываемая с событием, обозначает реакцию объекта на это событие и считается, что она выполняется мгновенно (в точке некоторого временного интервала). Такая операция называется действием. Операция, связываемая с состоянием, выполняется в рамках временного интервала, с которым связано это состояние (т.е. имеет продолжительность, ограниченную этим интервалом). Такая операция называется деятельностью. Диаграмма состояний определяет управление активизацией указанных операций. Таким образом, диаграмма состояний описывает поведение одного класса объектов. Пример диаграммы состояний класса приведен на рис. 15.4.

Динамическая модель в целом объединяет все диаграммы состояний с помощью событий между классами.

Функциональная модель показывает, как вычисляются выходные значения из входных без указания порядка, в котором эти значения вычисляются. Она определяет все операции, условия и ограничения, используемые в объектной и динамической моделях (внешние операции). Функциональная модель соответствует определению внешних функций при реляционном подходе к разработке ПС.

Для определения крупных операций в функциональной модели используются потоковые диаграммы (диаграммы потоков данных), позволяющие выразить эти операции через более простые операции. Основными понятиями потоковых диаграмм являются процессы, объекты и потоки данных. Потоковая диаграмма – это граф, вершинами которого являются объекты или процессы, а дугами – потоки данных. Процессы преобразуют данные, поступающие от одних объектов и направляемые для хранения в другие объекты. Эти процессы представляют внутренние операции, через которые выражается операция, представляемая данной потоковой диаграммой. Объекты могут быть пассивными (хранилищами данных) и активными (агентами). Пассивные объекты используются только для хранения данных, а активные объекты используются как для хранения, так и для преобразования данных. Потоки данных определяют допустимые направления перемещения данных и типы перемещаемых данных.

Процессы могут выражаться терминальными операциями (определяемые непосредственно) или с помощью других потоковых диаграмм. Таким образом, потоковые диаграммы являются иерархическими.

Терминальные операции определяются так же, как и при реляционном подходе (см. лекции 4 и 5). Впрочем, и диаграммы потоков данных используются при реляционном подходе.

Таким образом, основным содержанием этапа внешнего описания при объектном подходе является объектное моделирование. При этом широко используются формальные языки спецификаций, в том числе и графические. Одним из наиболее употребительных в настоящее время таких языков является язык UML [15.5].

15.3. Особенности объектного подхода на этапе конструирования программного средства.

На этапе конструирования при объектном подходе продолжается процесс объектного моделирования: уточняются модели, построенные на этапе внешнего описания, в терминах описания программных систем и производится дальнейшая декомпозиция объектов [15.3, 15.4, 15.5].

В процессе разработки объектной архитектуры ПС выделяются все объекты, с информационными моделями которых собирается непосредственно работать пользователь, и завершается их программная спецификация, а так же определяется их пользовательский интерфейс. Такие объекты мы будем называть пользовательскими. Классы таких объектов или отдельные активные объекты образуют архитектурные подсистемы. Определяется метод взаимодействия между этими подсистемами.

Рис. 15.5. Архитектура «Клиент-Сервер»

В случае использования активных объектов основным широким классом архитектур при объектном подходе является коллектив параллельно действующих программ (см. лекцию 6), причем здесь роль программ выполняют как раз эти активные объекты, а способ управления передачей сообщений зависит от выбранного подкласса таких архитектур. Типичной архитектурой такого класса является архитектура «клиент-сервер» (см. рис. 15.5). В такой системе один из активных объектов, называемый сервером, выполняет определенные программные услуги по запросам других активных объектов, называемых клиентами. Такой запрос передается серверу с помощью сообщения от клиента, результат выполнения сервером запроса передаются соответствующему клиенту с помощью другого сообщения.

Дальнейшая разработка структуры программных подсистем и их кодирование на языках программирования может осуществляться уже в рамках реляционного подхода на ориентированных на него языках программирования [15.7] – пользователь внутреннюю организацию этих подсистем уже «не видит». Однако, во многих случаях существуют сильные аргументы за то, чтобы продолжить объектную декомпозицию этих подсистем. Объектная структура этих подсистем может быть существенно более понятной разработчику, чем их структура при реляционном подходе. Кроме того, продолжение объектной декомпозиции и использование основных понятий и методов объектного подхода при дальнейшей разработке ПС представляется «естественным», так как весь процесс разработки становится единообразным (концептуально целостным).

При разработки модульной структуры при объектном подходе используются преимущественно информационно прочные модули. Информационно прочный модуль, реализующий какой-либо класс объектов или логически связанную совокупность таких классов, обычно называют компонентом ПС.

15.4. Особенности объектного подхода на этапе кодирования программного средства.

На этапе кодирования при объектном подходе используются языки программирования уже другого типа – объектно-ориентированные [15.7, 15.8]. Считается, что язык программирования поддерживает объектно-ориентированное программирование, если он включает конструкции для [15.8]

• инкапсуляции и абстракции данных,

• наследования,

• динамического полиморфизма.

Однако, самое существенное различие между реляционными и объектно-ориентированными языками программирования заключается в следующем: в качестве основных средств декомпозиции программ в реляционных языках используются описания функций и процедур (декомпозиция отношений), а в объектно-ориентированных языках – описание классов объектов (декомпозиция объектов). Объекты, возникающие в программах при такой декомпозиции архитектурных подсистем, мы будем называть объектами процесса выполнения программ.

Изменяется и технология разработки программного модуля. При реляционном подходе для разработки модуля (в основном, реализующих функцию или процедуру) рекомендовались структурное программирование и пошаговая детализация (см. лекцию 8). При объектно-ориентированном подходе для разработки компонента (информационно прочного модуля) более подходит предложенная Дейкстрой [15.9] нисходящая технологию разработки слоистой структуры модуля. В этой технологии каждый модуль рассматривается состоящим из некоторой упорядоченной совокупности программных слоев (ср. со слоистой программной системой в лекции 6), причем каждый слой является реализацией некоторой абстрактной машины (в нашем случае это можно рассматривать как реализацию класса или логически связанной совокупности классов). Таким образом, модуль образует определенная цепочка иерархически связанных абстрактных машин (так называемые «бусы» [15.9]) Реализация каждой абстрактной машины выражается в терминах ниже стоящей абстрактной машины (ниже стоящего программного слоя) или в терминах выбранного языка программирования (при реализации абстрактной машины самого нижнего уровня). Разработка модуля начинается с разработки абстрактной машины самого верхнего уровня.

Упражнения к лекции 15.

15.1. В чем заключается сущность объектного подхода к разработке программных средств (ПС)?

15.2. Какие категории объектов можно выделить с точки зрения разработчиков ПС?

15.3. Что такое объектная модель ПС?

15.4. Что такое динамическая модель ПС?

15.5. Что такое диаграмма состояний класса?

15.6. Что такое функциональная модель ПС?

15.7. Что такое компонент ПС?

Литература к лекции 15.

15.1. К. Фути, Н. Судзуки. Языки программирования и схемотехника СБИС. – М.: Мир, 1988. С. 85-98.

15.2. В. Даль. Толковый словарь русского языка. – М.: Советская энциклопедия, 1975

15.3. J. Rumbaugh, M. Blaha, W. Premerlani, F. Eddy, W. Lorenzen. Objekt-Oriented Modeling and Design. – Prentice Hall. 1991.

15.4. Г.Буч. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения: пер. с англ. – М.: Конкорд, 1992.

15.5. М. Фаулер, К. Скотт. UML в кратком изложении. – М.: Мир, 1999.

15.6. Ф. Крачтен. Введение в RATIONAL UNIFIED PROCESS. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2002.

15.7. В.Ш.Кауфман. Языки программирования. Концепции и принципы. – М.: Радио и связь, 1993.

15.8. М. Бен-Ари. Языки программирования. Практический сравнительный анализ. – М.: Мир, 2000.

15.9. Э. Дейкстра. Заметки по структурному программированию / У. Дал, Э. Дейкстра, К. Хоор. Структурное программирование. – М.: Мир, 1975. – С. 7-97.