6. Vom Klassendiagramm zum Programm

Analyse des Ist-Standes
6. Vom Klassendiagramm
zum Programm
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
OOAD WiSe 10
CASE-Werkzeuge
Übersetzung einzelner Klassen
Übersetzung von Assoziationen
Spezielle Arten der Objektzugehörigkeit
Aufbau einer Software-Architektur
Weitere Schritte zum lauffähigen Programm
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157
• bekannter Weg: Kundenwünsche,
Anforderungsformulierung, Analyse-Modell
• Analysemodell kann realisiert werden, aber:
– Klassen kaum für Wiederverwendung geeignet
– Programme meist nur aufwändig erweiterbar
– viele unterschiedliche Lösungen zu gleichartigen
Problemen
• deshalb: fortgeschrittene Designtechniken studieren
• aber: um fortgeschrittenes Design zu verstehen,
muss man die Umsetzung von Klassendiagrammen
in Programme kennen (dieses Kapitel)
• aber: um fortgeschrittenes Design zu verstehen,
muss man einige OO-Programme geschrieben haben
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UML-Toolsuiten / CASE-Werkzeuge
Übersetzung einfacher Diagramme (1/3)
6.1
6.2
Theorie:
• UML-Werkzeuge unterstützen die automatische Umsetzung von
Klassendiagrammen in Programmgerüste (Skelette)
• Entwickler müssen die Gerüste mit Code füllen
• viele Werkzeuge unterstützen Roundtrip-Engineering, d.h.
Änderungen im Code werden auch zurück in das Designmodell
übernommen (wenn man Randbedingungen beachtet)
• Roundtrip beinhaltet auch Reverse-Engineering
Praxis:
• sehr gute kommerzielle Werkzeuge (z. B. IBM Rational, Borland
Together); allerdings muss man für Effizienz Suite von
Werkzeugen nutzen; d. h. auf deren Entwicklungsweg einlassen
• ordentliche nicht kommerzielle Ansätze für Teilgebiete;
allerdings Verknüpfung von Werkzeugen wird aufwändig
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159
158
Anmerkung: auch
bei Realisierung
kann vereinbart
werden, dass getund set-Methoden
in Übersichten
weggelassen (und
damit als gegeben
angenommen)
werden
Klassenmethoden
sind unterstrichen
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160
Übersetzung einfacher Diagramme (2/3)
Übersetzung einfacher Diagramme (3/3)
public class Mitarbeiter {
/**
* @uml.property name="minr"
*/
private int minr;
/**
* Getter of the property <tt>minr</tt>
* @return Returns the minr.
* @uml.property name="minr"
*/
public int getMinr() {
return minr;
}
/**
* Setter of the property <tt>minr</tt>
* @param minr The minr to set.
* @uml.property name="minr"
*/
public void setMinr(int minr) {
this.minr = minr;
}
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private String vorname = "";
public String getVorname() { return vorname;}
public void setVorname(String vorname) {
this.vorname = vorname;
}
private String nachname = "";
public String getNachname() {return nachname;}
public void setNachname(String nachname) {
this.nachname = nachname;
private static int mitarbeiterzaehler;
public static int getMitarbeiterzaehler() {
return mitarbeiterzaehler;
}
public static void setMitarbeiterzaehler
(int mitarbeiterzaehler) {
Mitarbeiter.mitarbeiterzaehler = mitarbeiterzaehler;
}
}
= evtl. notwendige Korrekturen, bei CASE-Werkzeug
161
Notwendige Code-Ergänzung durch Entwickler
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162
Umgang mit Assoziationen im Design
6.3
• Assoziationen zunächst nur Strich mit Namen (und
Multiplizitäten)
• für Implementierung jede Assoziation konkretisieren (Richtung
der Navigierbarkeit, Multiplizitäten sind Pflicht)
public Mitarbeiter(String vorname, String nachname){
this.vorname=vorname;
this.nachname=nachname;
this.minr=Mitarbeiter.mitarbeiterzaehler++;
}
@Override
public String toString() {
return minr+": "+vorname+" "+nachname;
}
= vom Entwickler ergänzt
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163
public class Projektaufgabe {
/** werkzeugspezifische Kommentare weggelassen
*/
private Mitarbeiter bearbeiter;
public Mitarbeiter getBearbeiter() {
return bearbeiter;
}
public void setBearbeiter(Mitarbeiter bearbeiter) {
this.bearbeiter = bearbeiter;
}
}
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164
Multiplizität 1
Multiplizität n (1/2)
• Objekreferenz darf nie null sein
• Umsetzung als Collection (Sammlung, Container)
private Mitarbeiter bearbeiter = new Mitarbeiter();
• oder im Konstruktor setzen
• man sieht, default-Konstruktoren sind auch hier
hilfreich; deshalb, wenn irgendwie möglich
definieren
• Gleiche Problematik mit der Werte-Existenz, bei
Multiplizität 1..n
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165
Multiplizität n (2/2)
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166
Arten der Zugehörigkeit (Aggregation 1/2)
6.4
• Zum Codefragment der letzten Zeile passt besser folgendes
Klassendiagramm
• nicht exklusiver Teil eines Objekts (Mitarbeiter kann bei
mehreren Projektaufgaben Bearbeiter sein)
*
• Hinweis: Standardhilfsklassen z. B. aus der JavaKlassenbibliothek oder der C++-STL werden typischerweise in
Klassendiagrammen nicht aufgeführt
• Anmerkung: man sieht die UML-Notation für generische (oder
parametrisierte) Klassen
• UML-Werkzeuge unterscheiden sich bei der Generierung und
beim Reverse-Engineering beim Umgang mit Collections
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• Umsetzung hängt von Art der Collection ab
– sollen Daten geordnet sein
– sind doppelte erlaubt
– gibt es spezielle Zuordnung key -> value
• Entwickler muss zur Typwahl spätere Nutzung kennen
• eine Umsetzung für 1..*
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
public class Projektaufgabe {
private List<Mitarbeiter> bearbeiter =
new ArrayList<Mitarbeiter>();
• bitte, bitte in Java nicht alles mit ArrayList realisieren (!!!)
• Multiplizität 0..7 als Array umsetzbar
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167
• in C++: Mitarbeiter *bearbeiter;
Mitarbeiter* Projektaufgabe::getBearbeiter(){
return bearbeiter;}
oder Mitarbeiter bearbeiter;
Mitarbeiter& Projektaufgabe::getBearbeiter(){
return bearbeiter;}
• Realisierungsproblem: Projektaufgabe kann Namen des
Bearbeiters ändern bearbeiter->setNachname("Meier");
• Kann als Verstoß gegen Kapselung (Geheimnisprinzip)
angesehen werden
• Designansatz: Klasse erhält Interface, die Methoden enthält, die
bestimmte andere Klassen nutzen können
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168
Arten der Zugehörigkeit (Aggregation 2/2)
Arten der Zugehörigkeit (Komposition 1/2)
• Designansatz: Verhindern unerwünschten Zugriffs durch
Interface (generell gute Idee !)
• Konkretisierung der Zugehörigkeit: existenzabhängiges Teil,
Exemplarvariable gehört ausschließlich zum Objekt (Mitarbeiter
kann [unrealistisch] nur exakt eine Projektaufgabe bearbeiten;
niemand anderes nutzt dieses Objekt)
• Realisierung in C++
Mitarbeiter bearbeiter;
Mitarbeiter Projektaufgabe::getBearbeiter (){
return bearbeiter;
}
Kurzdarstellung
Interfacerealisierer:
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• Bei Rückgabe wird Kopie des Objekts erstellt und zurück
gegeben
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169
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170
Arten der Zugehörigkeit (Komposition 2/2)
Kurzzeitige Klassennutzungen
• Java arbeitet nur mit Referenzen (unschöne Ausnahme sind
Elementartypen), wie realisiert man
• Klassen nutzen andere Klassen nicht nur für Exemplar- (und
Klassen-) Variablen
• Klassen erzeugen Objekte anderer Klassen lokal in Methoden,
um diese weiter zu reichen
public class Projektverwaltung {
private Projekt selektiertesProjekt;
public void projektaufgabeErgaenzen(String name){
Projektaufgabe pa= new Projektaufgabe(name);
selektiertesProjekt.aufgabeHinzufuegen(pa);
}
• Klassen nutzen Klassenmethoden anderer Klassen
• In der UML gibt es hierfür den „Nutzt“-Pfeil
• (Omondo: <<include>>)
@Override // in Mitarbeiter.java
public Mitarbeiter clone(){ // echte Kopie
Mitarbeiter ergebnis= new Mitarbeiter();
ergebnis.minr=minr;
ergebnis.nachname=nachname; //Strings sind
ergebnis.vorname=vorname;
//Konstanten
return ergebnis;
}
// in Projektaufgabe
public Mitarbeiter getBearbeiter() {
return bearbeiter.clone();
}
• Variante: bei Realisierung überall doll aufpassen
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• Wenn zu viele Pfeile im Diagramm, dann mehrere Diagramme mit
gleichen Klassen zu unterschiedlichen Themen
• UML-Werkzeuge unterstützen Analyse von Abhängigkeiten
171
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172
Erstellen einer Softwarearchitektur
Systematische Entwicklung komplexer Systeme
6.5
• Ziel des Design ist ein Modell, welches das Analysemodell
vollständig unter Berücksichtigung
implementierungsspezifischer Randbedingungen umsetzt
• allgemeine Randbedingungen: Es gibt ingenieurmäßige
Erfahrungen zum gutem Aufbau eines Klassensystems; dieses
wird auch SW-Architektur genannt
• Ziele für die Architektur
– Performance
– Wartbarkeit
– Erweiterbarkeit
– Verständlichkeit
– schnell realisierbar
– Minimierung von Risiken
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173
• Für große Systeme entstehen viele Klassen; bei guten Entwurf:
• Klassen die eng zusammenhängen (gemeinsame
Aufgabengebiete)
• Klassen, die nicht oder nur schwach zusammenhängen
(Verknüpfung von Aufgabengebieten)
• Strukturierung durch SW-Pakete; Pakete können wieder Pakete
enthalten
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Typische 3-Schichten-SW-Architektur
Beispiel: grobe Paketierung (eine Variante)
• Ziel: Klassen eines oberen Pakets
greifen nur auf Klassen eines
unteren Paketes zu (UML-“nutzt“Pfeil)
• Änderungen der oberen Schicht
beeinflussen untere Schichten
nicht
• Analysemodell liefert
typischerweise nur Fachklassen
• Datenhaltung steht für Persistenz
• typisch Varianten von 2 bis 5
Schichten
• Klassen in Schicht sollten
gleichen Abstraktionsgrad haben
• Schicht in englisch „tier“
• obere und untere Schichten
können stark von speziellen
Anforderungen abhängen (später)
• Anmerkung: Datenverwaltung noch nicht konzipiert
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174
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Beispiel: grobe Paketierung (zweite Variante)
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Forderung: azyklische Abhängigkeitsstruktur
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178
Umsetzung von Paketen in Java und C++
Paketabhängigkeiten optimieren
package fachklassen.projektdaten;
import fachklassen.projektmitarbeiter.Mitarbeiter;
public class Projektaufgabe {
private Mitarbeiter bearbeiter;
/* ... */
}
• Ziel ist es, dass Klassen sehr eng
zusammenhängen; es weniger Klassen gibt, die eng
zusammenhängen und viele Klassen und Pakete, die
nur lose gekoppelt sind
• Möglichst bidirektionale oder zyklische
Abhängigkeiten vermeiden
• Bei Paketen können Zyklen teilweise durch die
Verschiebung von Klassen aufgelöst werden
• Wenig globale Pakete (sinnvoll für projektspezifische
Typen (z. B. Enumerations) und Ausnahmen)
• Es gibt viele Designansätze, Abhängigkeiten zu
verringern bzw. ihre Richtung zu ändern
#include "Mitarbeiter.h" //evtl. mit Dateibaum
using namespace Fachklassen::Projektmitarbeiter;
namespace Fachklassen{
namespace Projektdaten{
class Projektaufgabe{
private:
Mitarbeiter *bearbeiter; // ...
};
}
}
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180
Architektursichten
Trick: Abhängigkeit umdrehen
6.6
• generell können Interfaces häufiger in anderen Paketen liegen,
als ihre Implementierer
• Java-Klassenbibliothek Swing fordert häufig die InterfaceImplementierung bei der Ereignisbehandlung
• Paket- und Klassendiagramme geben einen guten
Überblick über die Ergebnisse des statischen SWEntwurfs
• Es gibt aber mehr Sichten (Betrachtungsweisen), die
für eine vollständige SW-Architektur relevant sind
• z. B. wurde die HW des zu entwickelnden Systems
noch nicht berücksichtigt
• Diese Sichten müssen zu einem System führen;
deshalb müssen sich Sichten überlappen
• z. B. eigenes Diagramm mit Übersicht über
eingesetzte Hardware und Vernetzung; dazu
Information, welche SW wo laufen soll
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182
4+1 Sichten mit (Teilen der) UML
4+1 Sichten
Logische Sicht
- funktionale Analyseergebnisse
- Klassenmodell
Logische Sicht
Implementierungssicht
- Subsysteme
- Schnittstellen
- Klassendiagramme
- Paketdiagramme
Ablaufsicht
- Prozesse
- Nebenläufigkeit
- Synchronisation
Szenarien
-Use Case-Diagramme
- Aktivitätsdiagramme
Ablaufsicht
- Sequenzdiagramme
Physische Sicht
- Kommunikations- Deploymentdiagramme
- Zustandsdiagramme
diagramme
Physische Sicht
- Zielhardware
- Netzwerke
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Implementierungssicht
- Komponentendiagramme
Szenarien
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184
Ablaufsicht
Implementierungssicht
• wichtig für verteilte Systeme; bzw. Systeme, die
verteilt (auch auf einem Rechner) laufen
• Festlegen der Prozesse
• Festlegen etwaiger Threads
• so genannte aktive Klassen; werden Objekte dieser
Klassen gestartet, so starten sie als eigenständige
Prozesse/Threads
• Das Designmodell muss physikalisch realisiert
werden; es muss eine (ausführbare) Datei entstehen
• Pakete fassen als Komponenten realisiert Klassen
zusammen
• häufig werden weitere Dateien benötigt: Bilder,
Skripte zur Anbindung weiterer Software,
Installationsdateien
• Komponenten sind austauschbare Bausteine eines
Systems mit Schnittstellen für andere Komponenten
• Typisch ist, dass eine Komponente die Übersetzung
einer Datei ist
• Typisch ist, dass eine Komponente die Übersetzung
eines Pakets ist; in Java .jar-Datei
aktivesObjekt:
AktiveKlasse
AktiveKlasse
• Prozessverhalten u. a. durch Sequenzdiagramme
beschreibbar
• (übernächste VL etwas mehr; gibt eigenes Modul
dazu)
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Komponentendiagramm
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186
Physische Sicht: vorgegebene HW mit Vernetzung
• Einsatz- und Verteilungsdiagramm (deployment diagram)
• Knoten steht für physisch vorhandene Einheit, die über
Rechenleistung oder/und Speicher verfügt
• <<executable>> (ausführbare Datei) und <<artifact>> (Datei)
müssen zur HW-Beschreibung nicht angegeben werden
• Bilder zeigen zwei alternative
Darstellungen
• Komponenten bieten
Schnittstellen(realisierungen) (Kreis) und
benötigen Schnittstellen(realisierungen)
(Halbkreis)
• Komponenten können über Schnittstellen
in Diagrammen verknüpft werden
• in die Komponenten können die
zugehörigen Klassen eingezeichnet
werden
• Ports erlauben den Zugriff auf bestimmten
Teil der Klassen und Interfaces (nicht im
Diagramm)
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