UML: Einführung. Vorlesung Modellierung Modellierungsmethoden der Informatik. Wintersemester 2011/12. UML und Objekt-Orientierung

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1 UML: Einfürung Vorlesung Modellierung Modellierungsmetoden der Informatik Wintersemester 2011/12 Prof. Barbara König Übungsleitung: Dr. Sander Bruggink UML = Unified Modeling Language Standard-Modellierungssprace für Software Engineering. Basiert auf objekt-orientierten Konzepten. Ser umfangreic, entält viele versciedene Typen von Modellen. Entwickelt von Grady Booc, James Rumbaug, Ivar Jacobson (1997). UML und Objekt-Orientierung Barbara König Modellierung 1 UML und Objekt-Orientierung Barbara König Modellierung 213 Was bedeutet Objekt-Orientierung? Grundidee Die reale Welt bestet aus Objekten, die untereinander in Bezieungen steen. Diese Sictweise wird auc auf Modellierung und Softwareentwicklung übertragen. Etwas genauer... Daten (= Attribute) werden zusammen mit der Funktionalität (= Metoden) in Objekten organisiert bzw. gekapselt. Jedes Objekt ist in der Lage Nacricten (= Metodenaufrufe) zu empfangen, Daten zu verarbeiten und Nacricten zu senden. Diese Objekte können einmal erstellt in versciedenen Kontexten wiederverwendet werden. Gescicte der Objekt-Orientierung Entwicklung von objekt-orientierten Programmierspracen: 60er Jare: Simula (zur Bescreibung und Simulation von komplexen Mensc-Mascine-Interaktionen) 80er Jare: C++ 90er Jare: Java Verbreitung von objekt-orientierten Entwurfsmetoden: 70er Jare: Entity-Relationsip-Modell 90er Jare: Vorläufer von UML: OOSE (Object-Oriented Software Engineering), OMT (Object Modeling Tecnique) Seit 1997: UML Seit 2005: UML 2.0 Barbara König Modellierung 214 Barbara König Modellierung 215

2 UML und Objekt-Orientierung UML und Objekt-Orientierung Vorteile der objekt-orientierten Programmierung und Modellierung Leicte Wiederverwendbarkeit dadurc, dass Daten und Funktionalität zusammen verwaltet werden und es Konzepte zur Modifikation von Code (Sticwort: Vererbung) gibt. Näe zur realen Welt: viele Dinge der realen Welt können als Objekte modelliert werden. Verträglickeit mit Nebenläufigkeit und Parallelität: Kontrollfluss kann nebenläufig in den Objekten ablaufen und die Objekte können durc Nacrictenaustausc bzw. Metodenaufrufe untereinander kommunizieren. Ein Beispiel für die Modellierung von Objekten der realen Welt: Farkartenautomat Daten: Fartziele, Zoneneinteilung, Fartkosten Funktionalität: Tasten drücken, Preise anzeigen, Münzen einwerfen, Farkarte auswerfen UML und Objekt-Orientierung Barbara König Modellierung 216 UML: Einfürung Barbara König Modellierung 217 Konzepte Klassen: definiert einen Typ von Objekten mit bestimmten Daten und bestimmter Funktionalität. Beispiel: die Klasse der VRR-Farkartenautomaten Objekte: Instanzen der Klasse. Beispiel: der Farkartenautomat am Duisburger Hauptbanof, Osteingang Einsatzgebiete von UML im Software-Engineering Visualisierung Spezifikation Konstruktion (z.b. zur Codegenerierung) Dokumentation Barbara König Modellierung 218 Barbara König Modellierung 219

3 UML: Einfürung UML: Einfürung Vokabular der UML (nac Booc/Rumbaug/Jacobson) Dinge (tings) Bezieungen (relationsips) Diagramme (diagrams) Dinge Strukturen (structural tings) Veralten (beavioral tings) Gruppen (grouping tings) Annotationen (annotational tings) Bezieungen Abängigkeiten (dependencies) Assoziationen (associations) Generalisierungen (generalizations) Realisierungen (realizations) UML: Einfürung Barbara König Modellierung 220 UML: Einfürung Barbara König Modellierung 221 UML-Diagramme Strukturdiagramme Klassendiagramm Komponentendiagramm Objektdiagramm Kompositionsstrukturdiagramm Interaktionsdiagramme Diagramme der UML Aktivitätsdiagramm Kommunikationsdiagramm Interaktionsübersictsdiagramm Diagramme (I) Strukturdiagramme Klassendiagramme (class diagrams) Objektdiagramme (object diagrams) Kompositionsstrukturdiagramme (composite structure diagram) Paketdiagramme (package diagram) Verteilungsdiagramme (deployment diagram) Komponentendiagramme (component diagrams) Sequenzdiagramm Verteilungsdiagramm Paketdiagramm Anwendungsfalldiagramm Zustands- diagramm Zeitverlaufs-/ Timing-Diagramm Barbara König Modellierung 222 Barbara König Modellierung 223

4 UML: Einfürung Diagramme (II) Wir beginnen mit n... Aktivitätsdiagramme (activity diagrams) (state diagrams) Anwendungsfalldiagramm (use case diagrams) Interaktionsdiagramme (sequence diagrams) Kommunikationsdiagramm (communication diagram) Zeitverlaufsdiagramm (timing diagram) Interaktionsübersictsdiagramm (interaction overview diagram) Beispiel: Klasse der zweidimensionalen Punkte mit x-, y-koordinaten und Operationen zum Auslesen der Koordinaten Grapisce Darstellung einer Klasse Point x: int y: int get x(): int get y(): int Klassenname Attribute (evtl. mit Typ) Operationen/Metoden Wir werden im Folgenden einige dieser Begriffe mit Leben füllen. Barbara König Modellierung 224 Barbara König Modellierung 225 Bemerkungen: Bei den Attributen andelt es sic um sogenannte Instanzattribute, d.., sie geören zu den Instanzen einer Klasse (nict zur Klasse selbst). Man kann die Sictbarkeit eines Attributes bzw. einer Metode spezifieren, indem man + (öffentlic/sictbar) oder (privat/nict sictbar) vor den Attribut-/Metodennamen screibt. Auc die Angabe # (gescützt/protected) ist möglic. In diesem Fall ist das Attribut nur für Klassen sictbar, die von der entsprecenden Klasse erben. Bemerkungen: Attribute aben im allgemeinen Typen, mancmal auc Vorgabewerte (= initiale Werte). Dies wird dann folgendermaßen notiert: x: int = 0 Merstellige Operationen mit Rückgabewert werden mit iren Typen folgendermaßen notiert: add(m: int, n: int): int Barbara König Modellierung 226 Barbara König Modellierung 227

5 Grapisce Darstellung einer Instanz einer Klasse Point x: int y: int get x(): int get y(): int mypoint :Point instantiate x = 0 y = 0 Grapisce Darstellung von Generalisierung/Spezialisierung Point x: int y: int get x(): int get y(): int Colored Point c: string color(): string setcolor(c: string) Die Klasse Colored Point spezialisiert die Klasse Point. Umgekert generalisiert Point die Klasse Colored Point. Barbara König Modellierung 228 Barbara König Modellierung 229 Bemerkungen: In einer solcen Situation nennt man Point Superklasse und Colored Point Subklasse. Die Subklasse erbt die Attribute, Metoden und Assoziationen der Superklasse (und kann diesen noc weitere inzufügen). Daer sprict man auc von Vererbung. Außerdem kann man in der Subklasse Metoden der Superklasse überscreiben und durc neue ersetzen. Wie kann man Bezieungen zwiscen Klassen in UML darstellen? Es gibt folgende möglice Bezieungen: Assoziation Aggregation Komposition Barbara König Modellierung 230 Barbara König Modellierung 231

6 Wir beginnen mit der scwäcsten Relation zwiscen zwei Klassen: der Assoziation. Assoziation Es gibt eine Assoziation zwiscen den Klassen A und B, wenn es eine semantisce Bezieung zwiscen den Klassen gibt. Beispiel für eine Assoziation Eine Person besitzt ein Auto. Person Auto Üblicerweise werden Assoziationen durc Referenzen realisiert. D.., eine der Klassen at ein Attribut vom Typ der anderen Klasse. Diese Attribute werden im Klassendiagramm jedoc nict explizit angegeben. besitzt Barbara König Modellierung 232 Barbara König Modellierung 233 Bemerkungen: Es kann eine Leserictung der Assoziation eingefürt werden: Person besitzt Auto Die Navigationsrictung (bescrieben durc eine Pfeilspitze) kann von der Leserictung abweicen. Sie bescreibt, welce Klasse iren Assoziationspartner kennt (und daer seine Metoden aufrufen kann). Person besitzt Auto Multiplizitäten: an beide Enden der Assoziationen können Multiplizitäten in Form von Intervallen m..n (oder einfac nur m für m..m) angegeben werden. Hier besitzt eine Person bis zu fünf Autos. Ein Auto ist im Besitz genau einer Person. Person besitzt Auto Falls die Multiplizität größer als eins ist, muss dies in der Implementierung durc eine Liste (oder Menge oder Array) von Referenzen realisiert werden. Hier kennen sic beide Klassen gegenseitig. Barbara König Modellierung 234 Barbara König Modellierung 235

7 Multiplizitäten allgemein: in folgendem Diagramm können i Instanzen von A (mit m i n) mit einer Instanz von B assoziert sein. Umgekert können j Instanzen von B (mit k j l) mit einer Instanz von A assoziiert sein. A m..n k..l B Rollen: Klassen können in versciedenen Assoziationen versciedene Rollen spielen. Rollen werden auc an den Assoziationen notiert (und können alle Bestandteile eines Attributs entalten). Falls es keine obere Scranke gibt, wird ein Stern (= unendlic) verwendet. Beispielsweise stet 2.. für mindestens zwei. Grossandel Verkaeufer Kaeufer Haendler Verkaeufer Kaeufer Endkunde Die Multiplizität 0.. wird als Standardwert angenommen, wenn keine Angabe voranden ist. Barbara König Modellierung 236 Barbara König Modellierung 237 Die näcste Relation Aggregation ist etwas stärker. Aggregation Es gibt eine Aggregation zwiscen den Klassen A und B, wenn Instanzen der Klasse A Instanzen der Klasse B als Teile entalten. (Ein Ganzes entält merere Teile.) Beispiel für eine Aggregation Ein Parkplatz entält merere Autos. Parkplatz entaelt Auto Barbara König Modellierung 238 Barbara König Modellierung 239

8 Die stärkste Relation ist die sogenannte Komposition. Komposition Es gibt eine Komposition zwiscen den Klassen A und B, wenn Instanzen der Klasse A Instanzen der Klasse B als Teile entalten und die Lebenszeit der Teile wird vom Ganzen kontrolliert. Das eißt, die Teile können (müssen) gelösct werden, sobald die Instanz der Klasse A gelösct wird. Beispiel für eine Komposition Ein Auto bestet aus vier Rädern. Auto 1 4 bestet aus Rad Die Räder werden zerstört, sobald das Auto zerstört wird. Bemerkung: In diesem Fall muss die Multiplizität, die an der scwarzen Raute stet, immer 0 oder 1 sein. Jedes Teil kann öcstens zu einem Ganzen geören. Barbara König Modellierung 240 In Klassendiagrammen befinden sic normalerweise nict nur zwei Klassen mit einer Assoziationen, sondern versciedene Klassen eines Programms oder Moduls, mit iren Bezieungen untereinander. Beispiel: Parkplatz entaelt Auto bestet aus Rad n-äre Assoziation Barbara König Modellierung 241 Neben binären (zweistelligen) Assoziationen gibt es auc n-äre Assoziationen, die eine Bezieung zwiscen n Klassen bescreiben. Vorspeise 0.. besitzt 1 Person Hauptgerict Dessert Menue Barbara König Modellierung 242 Barbara König Modellierung 243

9 Generalisierungsgruppen Klassen können in untersciedlicer Weise spezialisiert bzw. unterteilt werden. Daer können Generalisierungen zu Gruppen zusammengefasst werden. Frau Mann Gesclect Person Alter Kind Erwacsener Dabei wird die jeweilige Generalisierungsgruppe (ier: Alter bzw. Gesclect) im Diagramm angegeben. Den Generalisierungsgruppen können Eigenscaften (in gescweiften Klammern) zugeordnet werden. complete/incomplete: complete: die Generalisierungsgruppe ist vollständig, d.., sie überdeckt alle Instanzen der Klasse. incomplete: die Generalisierungsgruppe ist unvollständig. disjoint/overlapping: disjoint: die spezialisierenden Klassen besitzen keine gemeinsamen Instanzen (keine Überlappung). overlapping: die spezialisierenden Klassen können gemeinsame Instanzen besitzen. Barbara König Modellierung 244 Barbara König Modellierung 245 Beispiele für die Eigenscaften complete/incomplete und disjoint/overlapping: {incomplete,disjoint} {complete,disjoint} Frau Gesclect Person Alter Kind Person Erwacsener Mann {complete,disjoint} Hier andelt es sic um eine Partitionierung der Instanzen der Klasse. {incomplete,disjoint} Warum unvollständig? es felt eine Klasse Jugendlicer. Barbara König Modellierung 246 Barbara König Modellierung 247

10 {complete,overlapping} Landtier Lebensraum {incomplete,overlapping} Landtier Lebensraum Wassertier Tier Tier Wassertier Fliegendes Tier {incomplete,overlapping} {complete,overlapping} Fliegende Tiere felen. Scildkröten sind sowol Land- als auc Wassertiere. Barbara König Modellierung 248 Barbara König Modellierung 249 Merfacvererbung Es ist auc möglic, dass eine Klasse von mereren Klassen erbt, d.., eine Spezialisierung versciedener Klassen ist. Dies bezeicnet man als Merfacvererbung. Frau Mann Gesclect Maedcen Person Alter Kind Erwacsener Ein Mädcen ist sowol ein Kind als auc ein weiblicer Mensc (= Frau). Barbara König Modellierung 250 Basierend auf diesen grapiscen Notation sollte man ein objekt-orientiertes System modellieren, bevor es implementiert wird. Dabei stellen sic insbesondere folgende Fragen: Welce Objekte und Klassen werden benötigt? Welce Merkmale aben diese Klassen und welce Bezieungen besteen zwiscen Inen? Wie sollen die Klassen eingesetzt werden? Welce Metoden stellen diese Klassen zur Verfügung? Wie wirken diese Metoden zusammen? In welcen Zuständen können sic Objekte befinden und welce Nacricten werden wann an andere Objekte gescickt? Barbara König Modellierung 251

11 Beispiel: Modellierung einer Bank Beispiel: Modellierung einer Bank Ein größeres Beispiel für objekt-orientierte Modellierung und Programmierung: Wir modellieren eine Bank. Folgende Anforderungen werden gestellt: Eine Bank at merere Kunden und merere Angestellte und fürt eine Menge von Konten. Konten können Giro- oder Sparkonten sein. (Ein Sparkonto wirft öere Zinsen ab, darf aber nict ins Minus absinken.) in Euro oder in Dollar gefürt werden. Auf den Konten sollen folgende Operationen ausgefürt werden können: Einzalen Abeben Verzinsen Umbucen Außerdem sollen alle Objekte (inklusive der Bank) ire Darstellung ausdrucken können. Dazu at jedes Objekt eine eigene print-metode. Das bezeicnet man auc als Overloading: eine Metode gleicen Namens kann bei Objekten versciedener Klassen aufgerufen werden und erzielt dort untersciedlice Effekte. Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 252 Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 253 Klasse Bank: Bank name: string neuen kunden anlegen() angestellten einstellen() konten verzinsen() print() Metoden: neuen Kunden anlegen; neuen Angestellten einstellen; alle Konten verzinsen Außerdem: Eine Bank bestet (in Kompositionsrelation) aus einer Menge von Konten, die verscwinden, wenn die Bank verscwindet. Außerdem gibt es Aggregationen mit einer Liste von Kunden und von Angestellten. Klasse Konto: Konto nummer: string zins: float kontostand: Betrag einzalen(wert: Betrag) abeben(wert: Betrag) umbucen auf(kto: konto, wert: Betrag) print() verzinsen() Attribute: Kontonummer, Zins Metoden: Kontostand abfragen, einzalen, abeben, umbucen eines Betrags auf ein anderes Konto, Konto verzinsen Außerdem: Konto stet in einer Kompositionsrelation mit Betrag, d.., jedes Konto entält einen Betrag (siee Klassendiagramm). Barbara König Modellierung 254 Barbara König Modellierung 255

12 Beispiel: Modellierung einer Bank Beispiel: Modellierung einer Bank Klasse Sparkonto: Klasse Girokonto: Konto Girokonto zins: float = Die Klasse Girokonto wird von Konto abgeleitet. Typiscerweise ist der Zins bei Girokonten niedriger als bei Sparkonten. Von daer wird dieser auf einen niedrigeren Anfangswert gesetzt. Konto Sparkonto zins: float = 0.02 abeben(wert: Betrag) umbucen auf(kto: Konto, wert: Betrag) Bei der Klasse Sparkonto muss wie beim Girokonto ein neuer Anfangswert für den Zins gesetzt werden. Außerdem: es muss darauf geactet werden, dass das Konto nict ins Minus abgleitet. Dazu werden die entsprecenden Metoden überscrieben (in der Implementierung muss die Bedingung entsprecend getestet werden). Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 256 Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 257 Klasse Betrag: Betrag wert: float negativ(): bool plus(wert: Betrag) minus(wert: Betrag) print() mult(faktor: float) Metoden: Test, ob Konto im Minus; Betrag addieren, subtraieren; Multiplikation mit einer Gleitpunktzal (zum Verzinsen!) Klasse Euro: Betrag Euro Von Betrag wird zunäcst die Klasse Euro abgeleitet. Metoden: Betrag in Euro ausgeben Beträge müssen im allgemeinen in einer Wärung angegeben werden. Daer werden von der Klasse Betrag die Unterklassen Euro und Dollar abgeleitet. betrag in euro():float Barbara König Modellierung 258 Barbara König Modellierung 259

13 Beispiel: Modellierung einer Bank Beispiel: Modellierung einer Bank Klasse Euro: Klasse Person: Betrag Dollar betrag in dollar():float Von Betrag wird außerdem die Klasse Dollar abgeleitet. Metoden: Betrag in Dollar ausgeben Person name: string print() Metoden: nur die print-metode, weitere Metoden werden in den Unterklassen definiert Außerdem: Person stet in einer Assoziationsrelation mit einer Liste von Konten, die entweder dieser Person geören (Kunde) oder auf die diese Person Zugriff at (Angestellte/r). Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 260 Beispiel: Modellierung einer Bank Barbara König Modellierung 261 Klasse Kunde (erbt von Person): Klasse Angestellter (erbt von Person): Angestellter zugriff auf konto(kto: Konto) Metoden: Zugriff auf ein Konto erlangen Kunde konto eroeffnen() Metoden: Konto eröffnen (ier könnte noc ein Parameter übergeben werden, der bescreibt, ob das Konto ein Giro- oder Sparkonto sein soll und ob es in Euro oder Dollar gefürt werden soll) Außerdem: Ein Kunde stet in einer Assoziationsrelation mit seinem Betreuer. Barbara König Modellierung 262 Barbara König Modellierung 263

14 Beispiel: Modellierung einer Bank Bank Person name: string 1 bestet aus Kunde Betrag Konto besitzt 1 1 wert: float Waerung Kontotyp Euro Dollar Girokonto Sparkonto Status Angestellter 1 betreut at Zugriff auf Abstrakte Klasse Eine Klasse eißt abstrakt, wenn sie selbst keine Instanzen aben kann. Dazu wird die Eigenscaft {abstract} unter dem Klassennamen angegeben. Mancmal wird stattdessen auc der Klassenname kursiv gescrieben. Beispiel: in dem Bank-Beispiel möcte man beispielsweise nie eine Instanz der Klasse Person bilden, sondern nur von Kunde oder Angestellter. Person {abstract} Barbara König Modellierung 264 Barbara König Modellierung 265 Wir betracten nun Objektdiagramme. Ein Objekt ist eine Instanz oder Ausprägung einer Klasse. Objekte und Klassen Point x: int y: int get x(): int get y(): int mypoint :Point instantiate x = 0 y = 0 Ein Objektdiagramm bescreibt eine Art Momentaufname des Systems: eine Menge von Objekten, wie sie zu einem bestimmten Zeitpunkt voranden sind. Barbara König Modellierung 266 Bemerkungen: Ein Objekt kann, muss aber keinen Namen aben. Es muss aber die Klasse angegeben werden, von der dieses Objekt eine Instanz ist. (In der Form: :Point.) Die Klassen müssen in dem Diagramm nict grapisc dargestellt werden. Es kann aber mancmal angemessen sein, Bauplan und Produkt gemeinsam darzustellen. Nict alle Attributbelegungen des Objekts müssen angegeben werden. Barbara König Modellierung 267

15 Links Ein Link bescreibt eine Bezieung zwiscen zwei Objekten. Er ist eine Instanz einer Assoziation auf Klassenebene. Zurück zum Beispiel: Autos, Parkplatz, Räder Wir betracten zunäcst noc einmal das Klassendiagramm: Bemerkungen: Links sind nict mit Multiplizitäten bescriftet, ein Link repräsentiert genau eine Bezieung. Es ist jedoc darauf zu acten, dass die Multiplizitätsbedingungen des Klassendiagramms eingealten werden. D.., die Anzal der Objekte, die miteinander in Bezieung steen, müssen inneralb der jeweiligen Scranken sein. Parkplatz entaelt Auto 0..5 besitzt 1 Person 1 4 bestet aus Rad Barbara König Modellierung 268 Dieses Objektdiagramm passt zum vorerigen Klassendiagramm: parkplatzlbereic :Parkplatz entaelt entaelt peter :Person besitzt grueneraudi :Auto scwarzervw :Auto besitzt gabi :Person bestet aus bestet aus :Rad :Rad :Rad :Rad :Rad :Rad :Rad :Rad Bemerkungen: Barbara König Modellierung 269 Auc Aggregations- und Kompositionssymbole dürfen in Objektdiagrammen auftaucen. Actung: Bezieungen (Assoziationen, Aggregationen, Kompositionen) zwiscen Klassen werden vererbt und müssen dann auc entsprecend im Objektdiagramm bei den Instanzen der Unterklassen auftaucen. Beispiel: klaus :Kunde besitzt besitzt :Sparkonto :Girokonto Barbara König Modellierung 270 Barbara König Modellierung 271

16 Aktivitätsdiagramme Aktivitätsdiagramme Wir betracten nun sogenannte Aktivitätsdiagramme (activity diagrams), das sind UML-Diagramme mit denen man Ablaufpläne, Reienfolgen von Aktivitäten, parallele Aktivitäten, etc. modellieren kann. Startknoten Bauplatz wälen Arcitekt sucen Plan erstellen Plan Plan einreicen Sie werden beispielsweise verwendet, um Gescäftsprozesse (auc Workflow-Prozesse) des Auftraggebers zu modellieren. Sie können ebenso eingesetzt werden, um interne Systemprozesse zu bescreiben. Aktivitätsdiagramme sind in vielen Aspekten änlic zu Petri-Netzen. Im Unterscied zu Petri-Netzen bieten Sie zusätzlice Modellierungsmöglickeiten, aben jedoc keine formale Semantik. Beispiel: Hausbau [nict angenommen] [angenommen] Arbeit auf Baustelle Arbeit im Büro Haus fertigstellen Pase paralleler Aktivitäten Aktivitätsende Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 272 Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 273 Wir vergleicen nun die Bestandteile von Aktivitätsdiagrammen mit n (angelent an die Semantik von Störrle): Aktions Eine Aktion wird durc ein Recteck mit abgerundeten Ecken dargestellt. Es entsprict einer Transition eines s. Kontrollfluss Der Kontrollfluss, d.. die Kanten, zwiscen den Aktionen wird in dem entsprecenden Petrinetz durc Hilfsstellen dargestellt. Bauplatz wälen Bauplatz wälen Plan erstellen Plan erstellen Arcitekt sucen Plan erstellen Plan erstellen Arcitekt sucen Barbara König Modellierung 274 Barbara König Modellierung 275

17 Aktivitätsdiagramme Aktivitätsdiagramme Objektknoten Objektknoten bescreiben Speicer für die Übergabe von Objekten bzw. Ressourcen. Sie entsprecen den Stellen des s. Plan erstellen Plan Plan erstellen Plan Entsceidungsknoten (auc: Verzweigungsknoten) Entsceidungsknoten (decision nodes) bescreiben eine Verzweigung des Kontrollflusses, wobei aus den möglicen Kontrollflüssen genau einer ausgewält wird. Sie werden durc Hilfsstellen repräsentiert, die sic in der Vorbedingung mererer Transitionen befinden. Plan einreicen Plan einreicen Plan einreicen Plan einreicen Bemerkung: Objektknoten sind mit Klassennamen bescriftet. Sie können merere Instanzen dieser Klasse entalten. [nict angenommen] [angenommen] Hilfstransition Bei Bedarf (v.a. bei nacfolgenden Entsceidungs- oder Objektknoten) muss noc eine Hilfstransition eingefürt werden. Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 276 Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 277 Verbindungsknoten Bemerkung zu Entsceidungsknoten: Überwacungsbedingungen (Guards), die den Kontrollfluss steuern, werden in eckigen Klammern an den ausgeenden Kontrollflüssen notiert. Änlice Guards existieren auc in attributierten Netzen. Es gibt auc sogenannte Verbindungsknoten (merge nodes), die merere alternative Kontrollflüsse zusammenfassen. Sie können durc Hilfsstellen dargestellt werden, die sic in der Nacbedingung mererer Transitionen befinden. Es gibt auc Knoten, die sowol Entsceidungs- als auc Verbindungsknoten sind, d.., merere eingeende und merere ausgeende Kontrollflüsse aben. Barbara König Modellierung 278 Barbara König Modellierung 279

18 Aktivitätsdiagramme Aktivitätsdiagramme Gabelung (auc: Parallelisierungsknoten) Eine Gabelung (fork node) teilt einen Kontrollfluss in merere parallele Kontrollflüsse auf. Sie entsprict einer Transition mit mereren Stellen in der Nacbedingung. Vereinigung (auc: Syncronisationsknoten) Analog dazu gibt es die Vereinigung (join node), die merere parallele Kontrollflüsse zusammenfasst. Sie wird durc eine Transition dargestellt, die merere Stellen in der Vorbedingung at. Wie Entsceidungs- und Verbindungsknoten kann man Gabelungen und Vereinigungen zu einem Element zusammenfassen. Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 280 Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 281 Bitte beacten: Kontrollflüsse dürfen nur an Objektknoten, Entsceidungsknoten und Gabelungen aufgespalten und an Objektknoten, Verbindungsknoten und Vereinigungen wieder zusammengefürt werden. Außerdem dürfen Kontrollflüsse, die an Gabelungen aufgespalten wurden, nur wieder an Vereinigungen zusammengefügt werden. Gleices gilt für Entsceidungs- und Vereinigungsknoten. Startknoten Ein Startknoten entsprict einer initial markierten Stelle. Ein Aktivitätsdiagramm darf nur einen Startknoten aben, in den kein Kontrollfluss ineinfürt Folgendes ist nict erlaubt: Aktion Aktion Barbara König Modellierung 282 Barbara König Modellierung 283

19 Aktivitätsdiagramme Aktivitätsdiagramme Plan erstellen Plan Aktivitätsende Das Aktivitätsende signalisiert, dass alle Kontrollflüsse beendet werden. Es gibt keine Entsprecung in n. Bauplatz wälen Arcitekt sucen Plan einreicen Hilfstransition fork Es gibt auc ein Symbol für das Flussende, das nur den in es ineinlaufenden Kontrollfluss beendet. Arbeit auf Baustelle Arbeit im Büro Übersetztes Petrinetz join Haus fertigstellen Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 284 Aktivitätsdiagramme Barbara König Modellierung 285 Aktivitätsdiagramme entalten noc mer Anleien aus n. Beispielsweise können auc die Kapazität eines Objektknotens und das Gewict eines Kontrollflusses spezifiziert werden. Gerict zubereiten Gerict {upperbound=6} {weigt=2} Gerict servieren Gerict zubereiten 6 Gerict servieren 2 Gerict Dabei bescreibt upperbound die Kapazität einer Stelle (maximal 6 Gericte dürfen gleiczeitig fertig sein) und weigt das Gewict (immer 2 Gericte werden gleiczeitig serviert). In Aktivitätsdiagrammen darf noc zusätzlic spezifiziert werden, in welcer Reienfolge die Objekte aus dem Objektknoten genommen werden (unordered, ordered, LIFO, FIFO). Vorsict: Die Entsprecung zwiscen Aktivitätsdiagrammen und n ist nict immer ganz exakt. Nict alle Konzepte entsprecen einander. Das liegt teilweise auc daran, dass Aktivitätsdiagramme nur ein semi-formales Modell sind und nict alle Aspekte vollständig spezifiziert sind. Barbara König Modellierung 286 Barbara König Modellierung 287

20 Aktivitätsdiagramme Aktivitätsdiagramme Es gibt auc die Möglickeit zur weiteren Strukturierung von Aktivitätsdiagrammen: Aktivitätsbereice (activity partitions/swimlanes) Zusammenfassung mererer Knoten (Aktionen, Objektknoten, etc.) zu einer Eineit. Dies dient im allgemeinen dazu, um die Verantwortung für bestimmte Aktionen festzulegen. Gast Gerict bestellen Kellner Bestellung aufnemen Weitere Elemente von Aktivitätsdiagrammen: Pins: Parameter und Parametersätze für Aktionen Senden und Empfang von Signalen Kontrollstrukturen: Scleifenknoten, Bedingungsknoten Unterbrecungsbereice (interruptible activity region) zur Beandlung von Ausnamen (Exceptions) Expansionsbereice (expansion region) zur wiederolten Ausfürung von Aktivitäten für merere übergebene Objekte Gerict verspeisen Gerict servieren Barbara König Modellierung 288 Barbara König Modellierung 289 (state diagrams, auc state macine diagrams oder statecarts) genannt, sind eng verwandt mit den bereits eingefürten Zustandsübergangsdiagrammen. Sie werden eingesetzt, wenn bei der Modellierung der Fokus auf die Zustände und Zustandsübergänge des Systems gelegt werden soll. Im Gegensatz zu Aktivitätsdiagrammen werden auc weniger die Aktionen des Systems, sondern eer die Reaktionen des Systems auf die Umgebung bescrieben. Anwendungen sind die Modellierung von: Protokolle, Komponenten verteilter Systemen Benutzeroberfläcen Eingebettete Systemen... wurden 1987 von David Harel unter dem Namen Statecarts eingefürt. Harel modellierte damit vollständig seine Armbandur. Barbara König Modellierung 290 Barbara König Modellierung 291

21 Eigenscaften von n: Zustände und Zustandsübergänge (Transitionen) Hierarcisc aufgebaute Zustände Parallelscalten von n durc Regionen Historien, um sic früer besucte Zustände zu merken und in diese zurückzukeren Viele dieser Eigenscaften dienen dazu, unübersictlice mit vielen Zuständen und Übergängen übersictlicer und kompakter zu gestalten. Barbara König Modellierung 292 Wir lernen am Beispiel der Modellierung einer Armbandur kennen (stark vereinfact gegenüber Harels Armbandur). Die Armbandur at zwei Knöpfe (a,b) und zwei Modi (Zeitanzeige, Alarmeinstellung). Zwiscen diesen Modi wecselt man mit Hilfe von Knopf a. Der Alarm kann aus (off) oder an (on) sein. Man kann zwiscen den Alarmzuständen mit Hilfe von Knopf b wecseln. Falls der Alarm an ist, erzeugt die Ur zu jeder vollen Stunde einen Piepton. a 9:21 b a a a Alarm on a b b b a Alarm off Barbara König Modellierung 293 b Wir beginnen zunäcst mit der Modellierung der Minutenanzeige. after(1 min) after(1 min) Zustand Ein Zustand eines Zustandsdiagramms wird durc ein Recteck mit abgerundeten Ecken dargestellt. 0 after(1 min) 59 after(1 min) 58 after(1 min) Startzustand Der Startzustand wird durc einen scwarzen ausgefüllten Kreis gekennzeicnet (änlic wie bei Aktivitätsdiagrammen). 0 Barbara König Modellierung 294 Barbara König Modellierung 295

22 Endzustand Endzustände werden wie das Aktivitätsende in Aktivitätsdiagrammen gekennzeicnet. A Für den Fall, dass man ein System modelliert, das nict terminieren soll, gibt es keinen Endzustand (wie in unserem Beispiel). Barbara König Modellierung 296 Transition (= Zustandsübergang) Eine Transition ist ein Pfeil, der mit Ereignis [Bedingung]/Effekt bescriftet ist. (Bedingung und Effekt sind optional.) Ereignis: Signal oder Nacrict, die die entsprecende Transition auslösen. 0 after(1 min) Bedingung: Überwacungsbedingung (auc Guard genannt). Effekt: Effekt, der durc die Transition ausgelöst wird. Im obigen Beispiel (Minutenanzeige) gibt es nur Ereignisse (sogennante time events), die die Zeitspanne spezifizieren, nac der die Transition ausgelöst wird. Es gibt aber auc andere Ereignisse, beispielsweise Metodenaufrufe. 1 Barbara König Modellierung 297 Neben den Effekten, die durc Transitionen ausgelöst werden, können in einem Zustand weitere Aktionen bei Eintritt, Verweilen oder Verlassen ausgelöst werden. Sie aben den gleicen Aufbau wie die Bescriftung einer Transition: Ereignis [Bedingung]/Effekt. Dabei kann Ereignis unter anderem folgendes sein: entry: der entsprecende Effekt wird bei Eintritt in den Zustand ausgelöst. do: der Effekt ist eine Aktion, die nac Betreten des Zustands ausgefürt wird und die spätestens dann endet, wenn der Zustand verlassen wird exit: der entsprecende Effekt wird bei Verlassen des Zustands ausgelöst. Beispiel: die Ur soll zu jeder vollen Stunden ein Signal von sic geben. Daer wird die Aktion beep bei Eintritt in den Zustand 0 ausgelöst. 0 entry/beep Barbara König Modellierung 298 Barbara König Modellierung 299

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