Рис. 18.15. Модель агрегирования
На рис. 18.16 показана модель композиции. Эта модель сообщает нам, что класс "тело" не только включает в себя (что можно было бы реализовать агрегированием) голову, две руки и две ноги, но что эти объекты (голова, руки и ноги) будут созданы при создании тела и исчезнут вместе с ним. Иными словами, они не имеют независимого существования.
Рис. 18.16. Модель композиции
Дискриминаторы и силовые классы
Как можно спроектировать производство разных моделей автомобилей одной марки? Предположим, вас наняла фирма Acme Motors, которая производит пять автомобилей: Pluto (компактный малолитражный автомобиль для поездок за покупками), Venus (четырехдверный "седан" с двигателем средней мощности), Mars (спортивный автомобиль типа "купе" с наиболее мощным двигателем, рассчитанный на максимальную скорость), Jupiter (мини-фургон с форсированным двигателем как у спортивного купе, правда, менее скоростной, зато более мощный) и Earth (маломощный, но скоростной фургон).
Можно было бы просто произвести все эти модели от общего класса Car, как показано на рис. 18.17.
Рис. 18.17. Обобщение подклассов всех моделей в общий базовый класс
Но давайте более детально проанализируем различия между моделями. Очевидно, что они различаются мощностью двигателя, типами кузова и специализацией. Комбинируя эти основные признаки, мы получим характеристики различных моделей. Таким образом, в нашем примере важнее сконцентрировать внимание не на названиях моделей, а на их основных признаках. Такие признаки называются дискриминаторами и в UML отображаются особым образом (см. рис. 18.17).
Рис. 18.18. Модель отношения дискриминаторов
Диаграмма на рис. 18.18 показывает, что классы разных моделей можно производить от класса Автомобиль, комбинируя такие дискриминаторы, как мощность двигателя, тип кузова и назначение автомобиля.
Каждый дискриминатор можно реализовать в виде простого перечисления. Например, объявим перечисление типов кузова:
enum BodyType={sedan, coupe, minivan, stationwagon}
Однако далеко не каждый дискриминатора можно объявить, просто назвав его. Например, назначение определяется многими параметрами. В таком случае дискриминатор можно смоделировать как класс, и разные типы дискриминатора будут возвращаться как объекты класса.
Таким образом, технические характеристики автомобиля, определяющие его использование, могут быть представлены объектом типа performance, содержащим данные о скорости, габаритах и прочих характеристиках. В UML классы, в которых инкапсулирован дискриминатор и которые используются для создания экземпляров другого класса (в нашем примере класса Автомобиль) таким образом, что разные экземпляры класса приобретают характеристики разных типов (например, Спортивный автомобиль и Семейный автомобиль), называются силовыми. В нашем примере класс Назначение (performance) является силовым для класса Автомобиль. При создании объекта класса Автомобиль также создается объект Назначение, который ассоциируется с текущим объектом Автомобиль, как показано на рис. 18.19.
Использование силовых классов позволяет создавать различные логические типы, не прибегая к наследованию. Поэтому в программе можно легко манипулировать множеством типов, не создавая класс для каждого нового типа.
Обычно в программах на C++ использование силовых классов реализуется с помощью указателей. Так, в нашем примере класс Car (соответствующий классу проекта Автомобиль) будет содержать указатель на объект класса PerformanceCharacteristics (рис. 18.20). Если хотите потренироваться, создайте самостоятельно силовые классы для дискриминаторов Кузов (body) и Двигатель (engine).
Class Car:public Vehicle
{
public:
Car();
~Car();
//другие открытые методы опущены
private:
PerformanceCharacteristics*pPerformance;
};
И наконец, силовые классы дают возможность создавать новые типы данных во время выполнения программы.
Поскольку каждый логический тип различается только атрибутами ассоциированных с ним силовых классов, то эти атрибуты могут быть параметрами конструкторов данных силовых классов. Это означает, что можно во время выполнения программы создавать новые типы автомобилей, изменяя установки атрибутов силовых классов. Число новых типов, которые можно создать во время выполнения программы, ограничивается только числом логических комбинаций атрибутов разных силовых классов.
Динамическая модель
В модели проекта важно указать не только отношения между классами, но и принципы их взаимодействия. Например, классы Расчетный счет, ATM и Квитанция взаимодействуют с классом Клиент в ситуации Снятие со счета. Возвращаясь к виду последовательных диаграмм, которые использовались в начале анализа (см. рис. 18.11), рассмотрим теперь взаимодействие классов на основе определенных для них методов, как показано на рис. 18.21.
Рис. 18.19. Дискриминатор как силовой класс
Рис. 18.20. Отношение между объектом класса Автомобиль и связанным с ним силовым классом
Рис. 18.21. Диаграмма взаимодействия классов
Эта простая диаграмма показывает взаимодействие между несколькими классами проекта при определенной ситуации использования программы. Предполагается, что класс ATM делегирует классу Расчетный счет ответственность за учет остатка денег на счете, в то время как Расчетный счет делегирует классу ATM ответственность за доведение этой информации пользователю.
Существует два вида диаграмм взаимодействий классов. На рис. 18.21 показана диаграмма последовательности действий. Та же ситуация, но в другом виде, изображена на рис. 18.22 и называется диаграммой сотрудничества. Диаграмма первого типа определяет последовательность событий за некоторое время, а диаграмма второго типа — принципы взаимодействия классов. Диаграмму сотрудничества можно создать прямо из диаграммы последовательности. Такие средства, как Rational Rose, автоматически выполнят это задание после щелчка на кнопке.
Рис. 18.22. Диаграмма сотрудничества
Диаграммы переходов состояний
После того как стали понятными взаимодействия между объектами, надо определить различные возможные состояния каждого из них. Моделировать переходы между различными состояниями можно в диаграмме состояний (или диаграмме переходов состояний). На рис. 18.23 показаны различные состояния класса Расчетный счет при регистрации клиента в системе.
Каждая диаграмма состояний начинается с состояния Начало и заканчивается нулем или некоторым другим концевым состоянием. Каждое состояние имеет свое имя, и в переходах между состояниями могут быть установлены Сторожа, представляющие собой условия, при выполнении которых возможен переход от состояния к состоянию.
Сверхсостояния
Клиент может в любое время передумать и не регистрироваться. Он может это сделать после того, как вставил карточку или после ввода пароля. В любом случае система должна принять его запрос на аннулирование и вернуться в состояние Не зарегистрирован (рис. 18.24).
Как видите, в более сложной диаграмме, содержащей много состояний, указание на каждом шаге возможности перехода к состоянию Отмена внесет сумятицу. Особенно раздражает тот факт, что отмена является исключительным состоянием, отвлекающим от анализа нормальных переходов между состояниями. Эту диаграмму можно упростить, используя сверхсостояние (рис. 18.25).
Диаграмма на рис. 18.25 дает ту же информацию, что и на рис. 18.24, но намного яснее и легче для чтения. В любой момент от начала регистрации и вплоть до ее завершения процесс можно отменить. Если вы это сделаете, то вернетесь в состояние Не зарегистрирован.
Рис. 18.23. Переходы состояний класса Расчетный счет
Рис. 18.24. Отмена регистрации
Рис. 18.25. Сверхсостояние
Резюме
На этом занятии в общих чертах рассмотрены вопросы анализа и проектирования объектно-ориентированных программ. Анализ состоит в определении ситуаций и сценариев использования программы, а проектирование заключается в определении классов и моделировании отношений и взаимодействия между ними.
Еще не так давно программист быстро набрасывал основные требования к программе и начинали писать код. Современные программы отличаются тем, что работа над ними никогда не заканчивается, если только проект не оказался нежизнеспособным и не был отвергнут. Тщательное планирование проекта в начале гарантирует возможность быстрой и безболезненной модернизации его в будушем.
