Язык UML: причины появления и история развития языка, структура языка

Для создания моделей анализа и проектирования объектно-ориентированных программных систем используют языки визуального моделирования. Первые языки этого вида появились в конце 70-х – начале 80-х годов прошлого столетия, но ввиду того, что объектно-ориентированный подход в те времена еще не получил широкого распространения, количество языков было довольно ограничено (насчитывалось около 10 языков). Второе поколение приходится на конец 80-х – начало 90-х годов XX века, когда объектно-ориентированный подход набирает популярность. Неразбериха и разногласия, возникшие вследствие большого количества языков, привели к идее создания унифицированного (единого) языка визуального моделирования объектно-ориентированных программных систем. Таким языком (уже третьего поколения) и стал унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language – UML).

Работа над созданием нового языка началась в октябре 1994 г. В январе 1997 г. был издан документ с описанием языка UML версии 1.0, в ноябре 1997 г. выходит версия UML 1.1, а в июне 1999 г. – UML 1.3. После выхода очередной версии 1.4 языка UML в сентябре 2001 г. начинается официальная разработка стандарта языка UML 2.0. Хотя затем в марте 2003 г. выходит версия 1.5. Окончательный же стандарт языка UML 2.0 был издан только в августе 2005 г. В настоящее время используется версия 2.1 вышедшая в 2006 г.

Основные элементы унифицированного языка моделирования:

С самой общей точки зрения описание языка UML состоит из двух взаимодействующих частей: семантики и нотаци и. Семантика – система правил и соглашений, определяющих толкование и придание смысла конструкциям некоторого языка. Нотация – система условных обозначений, принятая в некотором языке для изображения и визуализации модели.

В рамках языка UML семантика и нотация тесно взаимосвязаны: семантика языка описывается с использованием некоторого подмножества нотации, а, в свою очередь, нотация описывает соответствие или отображение графической нотации в базовые понятия семантики.

Формальное описание самого языка UML основывается на некоторой общей иерархической структуре модельных представлений, состоящей из 4-ех уровней: мета-метамодель (M3), метамодель (M2), модель (M1), объекты и экземпляры (M0).

Конкретизация понятий модели происходит на уровне объектов или экземпляров. При этом совокупность объектов рассматривается как отдельный экземпляр модели поведения, поскольку содержит конкретную информацию относительно того, чему в действительности соответствуют те или иные понятия модели.

Все описание языка UML на метамодельном уровне содержится в пакетах: «Элементы ядра», «Абстракции», «Основы», «Конструкции», «Простейшие типы».

Пакет «Элементы ядра» является главным и содержит в себе все остальные пакеты, которые в свою очередь также включают в себя другие пакеты.

Пакет «Абстракции» является наиболее фундаментальным из всех перечисленных пакетов. Он содержит основные абстрактные элементы, необходимые для разработки объектных моделей.

Пакет «Основы» содержит минимальное подмножество элементов языка UML, которые называются метаклассами и используются для дальнейшей конкретизации при моделировании структур систем. Метаклассы данного пакета и отношения между ними описывают следующие диаграммы: диаграмма типов, диаграмма классов, диаграмма типов данных, диаграмма пакетов.

Пакет «Конструкции» определяет расширенное подмножество элементов языка UML, которые используются для детального моделирования систем. Для описания метаклассов данного пакета используются следующие диаграммы: диаграмма верхнего уровня, диаграмма выражений, диаграмма классов, диаграмма классификаторов, диаграмма ограничений, диаграмма типов данных, диаграмма пространств имен, диаграмма операций диаграмма пакетов.

Пакет «Простейшие типы» содержит несколько предопределенных типов, которые используются при определении абстрактного синтаксиса моделей. Сюда включены: целочисленный тип (Integer), логический тип (Boolean), строковый тип (String), неограниченное натуральное число (Unlimited Natural).

Также в состав вспомогательных конструкций входит пакет «Модели», который специфицирует базовые элементы языка UML, необходимые для построения отдельных модельных представлений.

33.Канонические диаграммы языка UML: их виды и типы, рекомендации построения

В языке UML все представления о модели сложной системы фиксируются виде специальных графических конструкций – диаграмм. В терминах языка UML определены следующие типы диаграмм:

- диаграммы структуры;

- диаграммы поведения;

- диаграммы взаимодействия (являются подмножеством диаграмм поведения).

Диаграммы структуры (или структурные диаграммы) предназначены для представления статической структуры элементов в модели системы. На них изображаются те элементы модели и отношения, которые не зависят от времени.

Диаграммы поведения изображают динамическое поведение объектов в системе, включая кооперации, деятельности, вызовы методов объектов и изменение их состояний.

В каждой из перечисленных групп диаграмм содержится набор канонических диаграмм.

К структурным диаграммам относят:

- диаграмма классов;

- диаграмма композитной структуры;

- диаграмма пакетов;

- диаграмма объектов

- диаграмма компонентов;

- диаграмма развертывания

К диаграммам поведения относят:

- диаграмма вариантов использования;

- диаграмма деятельности;

- диаграмма конечного автомата.

К диаграммам взаимодействия относят:

- диаграмма последовательности;

- диаграмма коммуникации;

- диаграмма обзора взаимодействия;

- временная диаграмма.

В общем случае при построении диаграмм на языке UML необходимо придерживаться следующих основных рекомендаций и требований:

1. Каждая диаграмма должна служить законченным представлением соответствующего фрагмента моделируемой предметной области.

2. Все сущности на диаграмме модели должны быть одного концептуального уровня.

3. Вся информация о сущностях должна быть явно представлена на диаграммах.

4. Диаграммы не должны содержать противоречивой информации.

5. Диаграммы не следует перегружать текстовой информацией.

6. Каждая диаграмма должна быть самодостаточной для правильной интерпретации всех ее элементов и понимания семантики всех используемых графических символов.

7. Количество диаграмм различных типов для модели конкретного приложения не является строго фиксированным.

8. Любая из моделей системы должна содержать только те элементы, которые определены в нотации языка UML.

9. Каждая диаграмма в нотации языка UML имеет область содержания для изображения графических узлов и путей между ними, которые представляют собой собственно элементы модели в нотации UML.

34.Механизмы расширения UML: виды, примеры использования

Хотя язык UML обладает довольно большим набором понятий и графических символов для моделирования программных систем, на практике может потребоваться включение в модель дополнительных свойств или элементов, которые в явном виде в языке UML не определены. Для реализации этой потребности в язык UML включены механизмы расширения, которые в общем случае предназначены для выполнения следующих задач:

- уточнения или спецификации общих элементов метамодели;

- определения таких расширений языка UML, которые зависят от специфики моделируемого процесса или от языка реализации программного кода;

- присоединения произвольной семантической или несемантической информации к элементам модели.

В языке UML реализованы три механизма расширения: стереотип, ограничение и помеченное значение.

Стереотип – это элемент модели, который расширяет семантику базового элемента метамодели языка UML. В моделях языка UML стереотипы могут быть представлены следующими способами:

- в форме текста, заключенного в двойные угловые кавычки (знаки «меньше» и «больше») и размещенного выше или перед именем элемента модели;

- в форме графической пиктограммы, которая заменяет текст имени соответствующего стереотипа;

- в форме прямоугольника класса с уменьшенной пиктограммой стереотипа внутри этого прямоугольника, расположенной, как правило, в верхнем правом углу.

Стереотипы обеспечивают применение специальной терминологии предметной области в дополнение или вместо терминологии используемой для расширяемого элемента. В метамодели языка UML. В язык UML уже заложено большое количество стереотипов, в дополнение к которым разработчики CASE-средств также могут добавлять свои стереотипы.

Ограничение – логическое условие, выраженное текстом на естественном языке или на языке, который может быть прочитан некоторой машиной, с целью декларирования семантики некоторого элемента модели. Ограничение является утверждением, которое указывает на то, что при правильном проектировании системы должно быть удовлетворено некоторое дополнительное условие.

Имя ограничения, как правило, не указывается, так как большинство ограничений являются безымянными. Логическое выражение может быть представлено в форме текста на естественном языке, не некотором языке программирования или на специально разработанном для этой цели языке – языке объектных ограничений (Object Constraint Language – OCL). Каждое ограничение может относиться или ссылается на один или несколько элементов модели, графически это обозначается пунктирной линией без направления, соединяющей элемент и ограничение.

Помеченное значение – явное определение некоторого свойства объекта в форме пары «имя = значение». В помеченном значении имя также называется тегом. Отдельные теги предопределены в языке UML, другие могут быть определены самим разработчиком. Помеченное значение в языке UML представляется только в форме текста, заключенного в фигурные скобки и размещенного ниже или после имени элемента модели. Помеченное значение также может быть изображено в форме примечания, присоединенного к соответствующему элементу модели.

35.Диаграмма вариантов использования: назначение, принципы построения

Диаграмма вариантов использования, как правило, является исходной моделью, с которой начинается процесс моделирования на языке UML. Она описывает функциональное назначение системы в самом общем виде с точки зрения всех ее пользователей и заинтересованных лиц. Диаграмма вариантов использования пре6дставляет собой диаграмму, на которой изображаются варианты использования проектируемой системы, как правило, заключенные в границу субъекта и внешние актеры, а также определенные взаимоотношения между актерами и вариантами использования.

Основным назначением диаграммы вариантов использования является спецификация функциональных требований к проектируемой системе.

Основными элементами (предметами языка UML), отображаемыми на диаграмме вариантов использования, являются: вариант использования, актер, системная граница, примечание.

L AwQUAAYACAAAACEAa1lTyt4AAAAIAQAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbEyPwU7DMBBE70j8g7VI XBB1StsEhTgVQqBybYp6duMlTonXaey2oV/PcoLjzoxm3xTL0XXihENoPSmYThIQSLU3LTUKPjZv 948gQtRkdOcJFXxjgGV5fVXo3PgzrfFUxUZwCYVcK7Ax9rmUobbodJj4Hom9Tz84HfkcGmkGfeZy 18mHJEml0y3xB6t7fLFYf1VHpyDdb1Y26bav28vdPr7P1ofqsjoodXszPj+BiDjGvzD84jM6lMy0 80cyQXQK5gsOsjzPeBL7s8UUxI6FLEtBloX8P6D8AQAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS /gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhACTEoqIYAgAAMQQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAGtZU8reAAAACAEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAcgQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYA AAAABAAEAPMAAAB9BQAAAAA= " strokeweight="1.5pt"/>

Ввод данных о клиенте

Вариант использования представляет собой законченный фрагмент поведения системы с точки зрения тех или иных заинтересованных лиц без указания технических или физических особенностей его реализации. Описание этого фрагмента поведения называется сценарием. Сценарии могут задаваться в нескольких формах: в виде обычного неструктурированного текста, в виде упорядоченного списка действий или в виде текста не некотором формализованном языке.

Актер представляет собой любую внешнюю по отношению к проектируемой системе сущность, которая взаимодействует с системой и использует ее функциональные возможности для достижения определенных целей или решения частных задач.

Предварительная версия модели

Также на диаграмме вариантов использования может присутствовать элемент – системная граница, которая предназначена для обозначения субъекта моделирования (некоторого элемента модели, который обладает функциональным поведением). Актеры внутри системной границы присутствовать не могут, так как они по определению являются внешними по отношению к моделируемой системе сущностями.

Примечания, предназначены для включения в модель произвольной текстовой информации, в качестве которой могут быть указаны, например, пояснения разработчика относительно элементов модели.

 

На диаграмме вариантов использования между актерами и вариантами использования могут применяться следующие виды отношений:

Отношение ассоциации на диаграмме вариантов использования предназначено только для обозначения взаимодействия актера и варианта использования. Отношение ассоциации на диаграмме вариантов использования, как и на других диаграммах языка UML, обозначается сплошной линией, соединяющей актера и вариант использования.

Отношения включения и расширения на диаграмме вариантов использования являются частными случаями отношения зависимости, которое определяется как форма взаимосвязи между двумя элементами модели, специфицирующее то обстоятельство, что изменение одного (независимого) элемента приводит к измерению другого (зависимого) элемента. Отношение зависимости в языка UML обозначается пунктирной стрелкой с V-образным наконечником, направленной от зависимого элемента к независимому элементу.

Отношение расширения определяет взаимосвязь одного варианта использования с некоторым другим вариантом использования, функциональность или поведение которого задействуется не всегда, а только при выполнении некоторых дополнительных условий. Графически данное отношение обозначается в виде отношения зависимости со стереотипом <<extend>>, направленного от расширяющего к расширяемому варианту использования.

Отношение обобщения предназначено для спецификации того факта, что один элемент модели является специализацией другого элемента модели. Главной особенностью отношения обобщения является то, что оно может связывать между собой только элементы одного типа. Графически это отношение обозначается сплошной линей со стрелкой в форме не закрашенного