Musterlösung zur Vorlesung Modellbasierte Softwareentwicklung Wintersemester 2014/2015 Übungsblatt 1

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1 Prof. Dr. Wilhelm Schäfer Paderborn, 10. November 2014 Christian Brenner Tristan Wittgen Musterlösung zur Vorlesung Modellbasierte Softwareentwicklung Wintersemester 2014/2015 Übungsblatt 1 Aufgabe 1 Modellmerkmale Betrachten Sie die folgenden Modelle: Turingmaschine Röntgenbild UML-Klassendiagramm Java-Code Stadtplan Wasserfallmodell Begründen Sie für jeden der aufgeführten Begriffe seine Einordnung als Modell. Geben Sie dazu an, inwiefern, (auch: Verkürzungsmerkmal) und pragmatisches Merkmal zutreffen. zu a) und b): Turingmaschine Rechner oder konkretes Programm Speicherkapazität, Speicherzugriff, Eingabe-/Ausgabealphabet, I/O, konkrete Variablenbelegung, allgemein technische Realisierung Berechenbarkeit/Komplexität von Problemen untersuchen (Churchsche These) Röngenbild Körper Haut, Organe, weiches Gewebe 1

2 Identifikation von Verletzungen UML-Klassendiagramm SoftwareProblembereich Verhalten, konkrete Ausprägungen auf Basis von Objekten Aufzeigen der Struktur, Kommunikation, Spezifikation von Vorgaben/Einschränkungen ( Validierung auf Objektebene), Codegen Java-Code Stadtplan Bytecode, Assemblercode, Maschinencode, Programm Speicherallokation und -freigabe ( Garbage Collector), Pointerarithmetik, Plattform vereinfachte/sicherere Programmierung Stadt Häuserfassaden, Parkbänke, Bäume,... Navigation, Orientierung, Wegfindung,... Wasserfallmodell lineares Vorgehen im Softwareentwicklungsprozess detaillierte Prozessschritte, Rücksprünge, Personal, Ressourcen standardisiertes, strukturiertes, bewährtes Vorgehen, Referenz Aufgabe 2 Präskriptive und deskriptive Modellbildung Im Rahmen der Vorlesung wird von einer präskriptiven Modellbildung ausgegangen, d.h. es werden Modelle von zu entwickelnden Softwaresystemen erstellt. Beschreiben Sie Fälle, bei denen auch eine deskriptive Modellbildung von Softwaresystemen sinnvoll erscheint. 2

3 Reverse Engineering von Altsystemen ohne Dokumentation, Ableitung von abstrakter Beschreibung, Weiterentwicklung/Erweiterung Aufgabe 3 Uni- und bi-direktionale Assoziationen In der UML gibt es verschiedene Arten von Assoziationen. Unter anderem wird zwischen bi-direktionalen und uni-direktionalen Assoziationen unterschieden. Erklären Sie kurz die wesentlichen Unterschiede. Was ist bei der Implementierung von bi-direktionalen Assoziationen im Vergleich zu uni-direktionalen Assoziationen zusätzlich zu berücksichtigen? Uni-direktionale Assoziationen werden häufig auch als Referenzen bezeichnet. Wird von einer Klasse A eine Klasse B referenziert (siehe Abb. 1 a)), d.h. A ist durch eine uni-direktionale Assoziation mit B verbunden, so hält ein A-Objekt je nach Kardinalität der Assoziation ein oder mehrere Objektreferenzen auf B-Objekte. B-Objekte haben aber keine Referenzen auf A-Objekte. Die Assoziation ist dann nur von A zu B navigierbar. A B A B A B a) b) c) Abbildung 1: Uni- und bi-direktionale Assoziationen Ist die Assoziation zwischen den Klassen A und B bi-direktional (siehe Abb. 1 c)), so halten Instanzen beider Klassen Referenzen auf Instanzen der jeweils anderen Klasse (Assoziation in beide Richtungen navigierbar). Im Gegensatz zu zwei uni-direktionalen Assoziationen zwischen den Klassen A und B (siehe Abb. 1 b)) wird bei einer bi-direktionalen Assoziation stets die Konsistenz der Objektreferenzen gewahrt. Das spiegelt sich bei der Implementierung der Zugriffsmethoden zu der Assoziation wieder: Die Zugriffsmethoden der Klassen A und B rufen sich gegenseitig auf, um die Konsistenz der Objektreferenzen sicherzustellen. Aufgabe 4 Konsistenz bei Assoziationen (Korrekturaufgabe, 5 Punkte) Auf der Web-Seite zur Vorlesung ist der generierte Quellcode zum Klassendiagramm aus Abbildung 2 gegeben (Datei Implementierung1.zip). fujaba: Book Person * Book albert: Person lisa: Person patterns: Book uml: Book Abbildung 2: Klassendiagramm Abbildung 3: Objektdiagramm a) Gehen Sie von der in Abbildung 3 dargestellten Situation aus und beschreiben Sie mit Hilfe eines Sequenzdiagramms, was genau passiert, wenn auf dem Objekt lisa die 3

4 Methode addtolentbooks mit dem Parameter fujaba aufgerufen wird. Beachten Sie dabei, dass dieser Methodenaufruf weitere Methodenaufrufe zur Folge hat. Stellen Sie im Sequenzdiagramm nur Objekte dar, die in der Abbildung 3 vorkommen und blenden Sie zur Vereinfachung nicht beteiligte Objekte aus. b) Erklären Sie anhand des Sequenzdiagramms, wie die Konsistenz der Objektreferenzen sichergestellt wird. c) Stellen Sie in einem Objektdiagramm die Situation nach Beenden des Methodenaufrufs dar. a) Das Sequenzdiagramm in Abb. 4 stellt den geforderten Ablauf dar. lisa: Person fujaba: Book albert: Person 1: addtolentbooks(fujaba) 1.1: setlentby(lisa) 1.1.1: removefromlentbooks(fujaba) : setlentby(null) 1.1.2: addtolentbooks(fujaba) true false true false true Abbildung 4: Ablauf beim Aufruf der Methode setlentby b) Ein Aufruf der Methode addtolentbooks auf dem Objekt lisa mit dem Parameter fujaba soll bewirken, dass das Objekt lisa das Objekt fujaba referenziert und umgekehrt (d.h. Lisa hat das Buch über Fujaba ausgeliehen). Die Konsistenz wird dabei in mehreren Schritten sichergestellt. 1.) Der Ablauf beginnt damit, dass das Objekt fujaba mit dem Objekt lisa verknüpft wird. Anschliessend wird auf dem Objekt fujaba die Methode setlentby mit dem Parameter lisa aufgerufen, um die beidseitige Verknüpfung zu gewährleisten. 4

5 2.) Das Ojekt fujaba ist allerdings noch mit dem Objekt albert verknüpft, also muss zunächst diese Verknüpfung beidseitig gelöscht werden. Also wird als erstes diese Verknüpfung durch Aufruf der Methode removefromlentbooks auf dem Objekt albert aufgelöst. Dieser Aufruf hat wiederum den Aufruf der Methode setlentby auf dem Objekt fujaba mit dem Parameter null zur Folge. Der erneute Aufruf der Methode setlentby führt hierbei nicht zu einer Endlosschleife, da die Methode überprüft, ob es Änderungen gegeben hat. Dies ist nicht der Fall und die Methode gibt false zurück. 3.) Nachdem sichergestellt ist, dass das Objekt fujaba mit keinem anderen Person- Objekt verknüpft ist, wird im nächsten Schritt die Verknüpfung zum dem gewünschten Person-Objekt aufgebaut, in diesem Fall also zu dem Objekt lisa. 4.) Um auch eine Referenz in die Rückrichtung zu erstellen, wird anschließend die Methode addtolentbooks auf dem Objekt lisa mit dem Objekt fujaba als Parameter aufgerufen. Wie bereits im 2. Schritt, führt dieser Aufruf zu keiner weiteren Änderung und die verschachtelten Aufrufe kommen zu einem Ende. c) Das Objektdiagramm in Abb. 5 stellt die Objektstruktur aus Abb. 3 nach Aufruf der Methode addtolentbooks auf dem Objekt lisa mit dem Parameter fujaba dar. Alternativ kann auch jede Referenz einzeln dargestellt werden. albert: Person fujaba: Book patterns: Book lisa: Person uml: Book Abbildung 5: Objektstruktur nach Aufruf der Methode setlentby Aufgabe 5 Assoziationsimplementierungen testen Gegeben ist eine alternative Implementierung zu dem Klassendiagramm aus Abbildung 2 (Datei Implementierung2.zip). Überlegen Sie sich, was bei der Implementierung einer solchen Assoziation zu berücksichtigen ist. Schreiben Sie einen JUnit-Test mit drei sinnvollen Testfällen, die diese Eigenschaften bei der gegebenen Implementierung überprüfen und testen Sie die Implementierung. Sinnvoll wäre es z.b. eine Methode zu schreiben, welche testet, ob ein Book-Objekt korrekt mit einem Person-Objekt verbunden und getrennt werden kann. Kapseln Sie wiederkehrende Bestandteile, die für die Initialisierung und für die Beendigung / das Aufräumen der Testfälle benötigt werden. Fügen Sie zusätzlich Kommentare in die Testimplementierung mit Begründung zu Ihren Testfällen ein. Verwenden Sie für den JUnit-Test die aktuelle Eclipse Version mit JUnit 4 (in Eclipse enthalten). 5

6 Hinweis: Die beiden Implementierungen sind gegeben als Eclipse-Plug-In-Projekte. Um die für die Implementierung benötigten Abhängigkeiten zu erfüllen, benutzen Sie bitte die Eclipse Modeling Tools Edition. Sie erhalten die Eclipse Modeling Tools Edition auf http: // www. eclipse. org/ downloads/ packages/ eclipse-modeling-tools/ lunasr1. Informationen zu JUnit-Tests erhalten Sie unter http: // junit. org oder in dem Hilfesystem der Entwicklungsumgebung Eclipse ( Bei der Implementierung einer bi-direktionalen Assoziation muss bei Aufruf einer der schreibenden Zugriffsmethoden (Setter-Methoden) die Konsistenz der die Assoziation realisierenden Objektreferenzen sichergestellt werden. Bei der Assoziation in Abb. 2 muss also bei einer Änderung einer Book-Referenz eines Person-Objekts auch die zugehörige Person-Referenz des entsprechenden Book-Objekts geändert werden. Aufgrund der Kardinalität 0..1 auf Seite der Klasse Person darf ein Book-Objekt nur ein Person-Objekt referenzieren. D.h., falls ein Book-Objekt bei Aufruf einer Zugriffsmethode (z.b. setlentby wie in Abb. 4) noch mit einem anderen Person-Objekt verbunden ist, muss diese Verknüpfung aufgelöst werden, bevor das Book-Objekt mit einem neuen Person-Objekt verbunden wird. Eine mögliche JUnit-Testimplementierung, welche die beschriebenen Eigenschaften überprüft, könnte wie auf folgender Seite aussehen. Alle genannten Eigenschaften werden laut Test von der gegebenen Assoziationsimplementierung erfüllt. 1 package de. upb. a s s o c i a t i o n s. t e s t ; 2 3 import de. upb. a s s o c i a t i o n s. Book ; 4 import de. upb. a s s o c i a t i o n s. Person ; 5 import de. upb. a s s o c i a t i o n s. A s s o c i a t i o n s F a c t o r y ; 6 import org. j u n i t. A f t e r ; 7 import org. j u n i t. B e f o r e ; 8 import org. j u n i t. Test ; 9 import s t a t i c org. j u n i t. A s s e r t. ; / 12 / 13 public c l a s s A s s o c i a t i o n T e s t { 14 private Book patterns ; 15 private Person albert, l i s a ; / 18 The method s e t U p ( ) i s c a l l e d e v e r y t i m e b e f o r e a t e s t c a s e. s e t U p ( ) 19 i n i t i a l i z e s t h e t e s t p a r a m e t e r. 20 o r g. j u n i t. B e f o r e 22 / 24 public void setup ( ) throws Exception { 25 p a t t e r n s = A s s o c i a t i o n s F a c t o r y. einstance. createbook ( ) ; 26 a l b e r t = A s s o c i a t i o n s F a c t o r y. einstance. c r e a t e P e r s o n ( ) ; 27 l i s a = AssociationsFactory. einstance. createperson ( ) ; 28 } / 31 The method teardown ( ) i s c a l l e d e v e r y t i m e a f t e r a T e s t c a s e. teardown ( ) 32 s e t s a l l i n i t i a l i z e d p a r a m e t e r s t o n u l l. 33 o r g. j u n i t. A f t e r 35 / 37 public void teardown ( ) throws Exception { 38 p a t t e r n s = null ; 39 a l b e r t = null ; 40 l i s a = null ; 41 } / 44 F i r s t t e s t c a s e t e s t s t h e c o r r e c t n e s s o f t h e i n i t i a l i z e d p a r a m e t e r s. The 45 book should not be l e n t by any person and every person has not lend a 46 book. 47 o r g. j u n i t. T e s t 49 / 51 public void i n i t i a l i z a t i o n ( ) { 52 // Ensure i n i t i a l i z a t i o n i s c o r r e c t 53 a s s e r t E q u a l s ( null, p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; 6

7 54 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). isempty ( ) ) ; 55 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). s i z e ( ) ==0) ; 56 a s s e r t T r u e ( l i s a. getlentbooks ( ). isempty ( ) ) ; 57 } / 60 Second t e s t c a s e t e s t s t h e c o n n e c t i o n and d i s c o n n e c t i o n o f t h e 61 b i d i r e c t i o n a l f u n c t i o n s by s e t L e n t B y ( ) and add ( ). 62 o r g. j u n i t. T e s t 64 / 66 public void connectdisconnect ( ) { 67 // Connect a l b e r t w i t h p a t t e r n s 68 a l b e r t. getlentbooks ( ). add ( p a t t e r n s ) ; // e n s u r e c o n n e c t i o n i s c o n s i s t e n t 71 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; 72 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). s i z e ( ) ==1) ; 73 a s s e r t E q u a l s ( a l b e r t, p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; // e n s u r e t h a t no d o u b l e s e n t r i e s c o u l d e x i s t 76 a s s e r t F a l s e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). add ( p a t t e r n s ) ) ; 77 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). s i z e ( ) ==1) ; // remove c o n n e c t i o n 80 a l b e r t. getlentbooks ( ). remove ( p a t t e r n s ) ; // e n s u r e c o n n e c t i o n i s c o n s i s t e n t a g a i n 83 a s s e r t F a l s e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; 84 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). s i z e ( ) ==0) ; 85 a s s e r t N u l l ( p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; // re c o n n e c t t h e o b j e c t ( u s i n g t h e o p p o s i t e a c c e s s o r method ) 88 p a t t e r n s. setlentby ( a l b e r t ) ; // e n s u r e c o n n e c t i o n i s c o n s i s t e n t a g a i n 91 a s s e r t E q u a l s ( a l b e r t, p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; 92 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; // remove c o n n e c t i o n 95 p a t t e r n s. setlentby ( null ) ; // e n s u r e c o n n e c t i o n i s c o n s i s t e n t a g a i n 98 a s s e r t F a l s e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; 99 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). s i z e ( ) ==0) ; 100 a s s e r t N u l l ( p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; } / 106 The t h i r d t e s t c a s e t e s t s t h e c o n n e c t i o n c h a n g e s, i f a n o t h e r p e r s o n l e n d s 107 t h e book w i t h setlentby ( ). 108 o r g. j u n i t. T e s t 110 / 112 public void connectionchange ( ) { 113 // c o n n e c t p a t t e r n s w i t h a l b e r t 114 p a t t e r n s. setlentby ( a l b e r t ) ; // now, c o n n e c t p a t t e r n s w i t h a n o t h e r Person o b j e c t 117 p a t t e r n s. setlentby ( l i s a ) ; // e n s u r e a l b e r t i s n o t c o n n e c t e d t o p a t t e r n s anymore 120 a s s e r t F a l s e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; // e n s u r e l i s a i s c o n n e c t e d t o p a t t e r n s 123 a s s e r t E q u a l s ( l i s a, p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; 124 a s s e r t T r u e ( l i s a. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; // connect v i a add ( ) with another Person 127 a l b e r t. getlentbooks ( ). add ( p a t t e r n s ) ; // e n s u r e l i s a i s n o t c o n n e c t e d t o p a t t e r n s anymore 130 a s s e r t F a l s e ( l i s a. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; // e n s u r e a l b e r t i s c o n n e c t e d t o p a t t e r n s 133 a s s e r t E q u a l s ( a l b e r t, p a t t e r n s. getlentby ( ) ) ; 134 a s s e r t T r u e ( a l b e r t. getlentbooks ( ). c o n t a i n s ( p a t t e r n s ) ) ; 135 } 136 } 7