Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Transkript

1 Algorithmik 1 M. Philippsen, H. Stoyan, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Informatik 2/8/9

2 Kapitel 2 - Objektorientierter Entwurf 2.1 Ziele und Historie 2.2 Analyse 2.3 Klassendiagramm 2.4 Objektdiagramm 2.5 Interaktionsdiagramm 2.6 Zustandsdiagramm 2.7 Entwurfsregeln Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-2

3 1.3 Konstruktion von Informatiksystemen Komponentensicht Problem Wie kommt man vom zu lösenden Problem zu einer automatischen Problemlösung auf einem Computer? Computer, Von-Neumann-Rechner Ausführung Lösung Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-3

4 1.3 Konstruktion von Informatiksystemen Komponentensicht Validierung Problem Problemanalyse Spezifikation Was meint die umgangssprachliche Problembeschreibung wirklich? Mehrdeutigkeit? Missverständnis? Welche Bedingungen erfüllen die Eingabedaten? Was muss für die Resultate exakt gelten? Möglichst exakte, eindeutige, unmissverständliche, umfassende Beschreibung des zu lösenden Problems. WAS ist zu lösen? Computer, Von-Neumann-Rechner Ausführung Lösung Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-4

5 2.1 Ziele und Historie Beim Entwurf und der Planung eines Softwaresystems steht der Systemanalytiker an der Schnittstelle zwischen Auftraggeber und Entwickler: Systemanalytiker muss vor allem den Auftraggeber verstehen (und weniger umgekehrt). Beschreibung der Auftraggeberwünsche sollte unabhängig von technischen Möglichkeiten sein (perfekter Rechner). Auftraggeber sollte seinen Auftrag in der vom Systemanalytiker erarbeiteten Modellierung/Beschreibung erkennen. Gesucht wird folglich eine Repräsentation, mittels derer sich beide verständigen können. Sollte unabhängig von der zu verwendenden Programmiersprache und Entwicklungsumgebung sein. Also: Darstellung als Grafik. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-5

6 2.1 Ziele und Historie Duale Sichtweise auf die Elemente eines Systems: Objekt als Gegenstand der Anschauung Objekt als Dienstgeber und Dienstnehmer Statisches Modell Dynamisches Modell Zeit Grob: Statisches Modell ~ Gegenstand der Anschauung Dynamisches Modell ~ Dienstgeber / Dienstnehmer Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-6

7 2.1 Ziele und Historie Standards der objektorientierten Analyse (OOA) und des objektorientierten Entwurfs (OOD): Urahnen: ER-Analyse (1975), semantische Netze (KL-ONE, 1975) Ende 80er, Anfang 90er: erste Bücher über OO-Analyse mehrere verschiedene grafische Notationen zunächst nur wenige Anwender Von Booch (1991, 1994), Rumbaugh (1991) und anderen Bestrebungen, Standards einzuführen; Werkzeuge zur Unterstützung der Analyse werden entwickelt. 1994: Booch und Rumbaugh einigen sich auf Unified Method. 1996: Booch, Rumbaugh, Jacobson veröffentlichen die Unified Modeling Language (UML). Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-7

8 2.1 Ziele und Historie UML 2.0 März `03 Die OMG erkennt die UML als den offiziellen Industriestandard für SW- Modellierungsnotationen an, 17. Nov. 97 UML 1.5 UML 1.1 Industrialisierung Standardisierung Öffentliches Feedback Eingereicht bei OMG, Sept 97 Eingereicht bei OMG, Jan 97 Beta Version OOPSLA 96 UML 1.0 UML 0.9 Vereinheitlichung WWW-Juni 96 Unified Method 0.8 OOPSLA 95 Methodenkriege Booch 93 OMT-2 Fragmentierung Diverse Methoden Booch 91 OMT-1 OOSE Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-8

9 2.1 Ziele und Historie Die Unified Modeling Language (UML) ist eine grafische Sprache zur Visualisierung, Spezifikation, Konstruktion und Dokumentation der Bestandteile von Softwaresystemen. Dieser Standard bietet ein breites Spektrum von Modellierungsmöglichkeiten, die von der konzeptionellen Ebene der Geschäftsprozesse bis zur konkreten Umsetzung einzelner Softwarekomponenten reichen. Folgen der grafischen Sprache: Die Modellierung erfolgt in Form von Diagrammen. Obwohl dies prinzipiell möglich ist, wurde UML nicht rigoros formal definiert. Die Beschreibung erfolgt verbal und durch Beispiele. Es gibt Mehrdeutigkeiten, Ungenauigkeiten, Unklarheiten, Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-9 Vergleiche: natürlichsprachliche Problembeschreibung versus exakte programmiersprachliche Formulierung.

10 2.1 Ziele und Historie Diagramme von UML (1.x) Strukturdiagramm WAS? Verhaltensdiagramme ( behavior diagrams ) WIE? Implementierungsdiagramme ( implementation diagrams ) Geschäftsvorfälle (1) Anwendungsfalldiagramm ( use case diagram ) (2) Klassendiagramm ( class diagram ) (3) Sequenzdiagramm ( sequence diagram ) (4) Kollaborationsdiagramm ( collaboration diagram ) (5) Zustandsdiagramm ( statechart diagram ) (6) Aktivitätsdiagramm ( activity diagram ) (7) Komponentendiagramm ( component diagram ) (8) Verteilungsdiagramm ( deployment diagram ) Gegenstand, statisch Dienste, dynamisch Interaktionsdiagramme ( interaction diagrams ) Dienste, statisch Gegenstand, dynamisch Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-10

11 2.1 Ziele und Historie Der Makroprozess bei OOA(nalyse) und OOD(esign) Geschäftsprozesse erstellen statisches Modell erstellen dynamisches Modell erstellen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-11

12 2.2 Analyse 1. Schritt: Beschreibung der Nutzer und ihrer Anforderungen Analyse mit einem anwenderorientierten Standpunkt: Akteur ( actor ): Anwender (Mensch, Maschine, Programm) des zu entwerfenden Systems in einer bestimmten Rolle. Tritt mit dem zu entwerfenden System in Interaktion. Hat Anforderungen an dieses System. Anwendungsfall ( use case ): Aufgabe, die ein Akteur mit Hilfe des zu entwerfenden Systems lösen will oder muss. Anwendungsfalldiagramm ( use case diagram ) Modellierungselemente eines Anwendungsfalldiagramms: Akteure als Strichfiguren Anwendungsfälle als Ovale Beteiligung eines Akteurs an einem Anwendungsfall als Linie Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-12

13 2.2 Analyse Anwendungsfalldiagramm am Beispiel einer Bibliothek Reserviere Buch Entleihe Buch Suchen BuchEntleiher Rückgabe Buchexemplar Sucher Verlängerung Buchexemplar Zeitschriften Entleiher Entleihe Zeitschrift Rückgabe Zeitschrift Aktualisierung Katalog Bibliotheksmitarbeiter Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-13

14 2.2 Analyse 2. Schritt: Beschreibung der Systemteile Heuristik für Systemteile: Objekte der Lebenswelt sind zu verwalten: mit Eigenschaften oder Teilen zu beschreiben auf die Objekte sind Aktionen anzuwenden Objektorientierung: die Objekte sind für die auf sie anwendbaren Aktionen verantwortlich. Klassenbildung: für viele Objekte wird es gleiche Aktionen geben Objektklassen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-14

15 2.2 Analyse Substantiv-Analyse kann helfen, um aus den in Umgangssprache beschriebenen Anwendungsfällen die beteiligten Objektklassen (Mengen gleichartiger Objekte) zu bestimmen. Aufgaben einer Bibliothek: In der Bibliothek gibt es Bücher und Zeitschriften. Von Büchern kann es mehrere Exemplare geben. Einige Bücher sind nur für Kurzzeitentleihe gedacht. Alle anderen Bücher können von jedem Bibliotheksmitglied für drei Wochen entliehen werden. Mitglieder der Bibliothek können normalerweise bis zu 6 Einheiten entleihen, während Mitarbeiter der Bibliothek bis zu 12 Einheiten zur gleichen Zeit entleihen können. Nur Mitarbeiter der Bibliothek dürfen Zeitschriften entleihen." Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-15

16 2.2 Analyse Substantiv-Analyse kann helfen, um aus den in Umgangssprache beschriebenen Anwendungsfällen die beteiligten Objektklassen (Mengen gleichartiger Objekte) zu bestimmen. außerhalb des Systems Aufgaben einer Bibliothek: In der Bibliothek gibt es Bücher und Zeitschriften. Von Büchern kann es mehrere Exemplare geben. Einige Bücher sind nur für Kurzzeitentleihe gedacht. Alle anderen Bücher können von jedem Bibliotheksmitglied für drei Wochen entliehen werden. Mitglieder der Bibliothek können normalerweise bis zu 6 Einheiten entleihen, während Mitarbeiter der Bibliothek bis zu 12 Einheiten zur gleichen Zeit entleihen können. Nur Mitarbeiter der Bibliothek dürfen Zeitschriften entleihen." Zeiteinheit zu vage zugleich auch Bibliotheksmitglied Ereignis Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-16

17 2.2 Analyse Substantiv-Analyse kann helfen, um aus den in Umgangssprache beschriebenen Anwendungsfällen die beteiligten Objektklassen (Mengen gleichartiger Objekte) zu bestimmen. Aufgaben einer Bibliothek: In der Bibliothek gibt es Bücher und Zeitschriften. Von Büchern kann es mehrere Exemplare geben. Einige Bücher sind nur für Kurzzeitentleihe gedacht. Alle anderen Bücher können von jedem Bibliotheksmitglied für drei Wochen entliehen werden. Mitglieder der Bibliothek können normalerweise bis zu 6 Einheiten entleihen, während Mitarbeiter der Bibliothek bis zu 12 Einheiten zur gleichen Zeit entleihen können. Nur Mitarbeiter der Bibliothek dürfen Zeitschriften entleihen." Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-17

18 2.2 Analyse Ausgehend von den Anwendungsfällen erfolgt die Zuordnung der Funktionalitäten zu den ermittelten Objektklassen. Entwurf nach Zuständigkeit: Untersuchung der Kooperationsaufgaben: Jedes Objekt einer Objektklasse ist für bestimmte Aufgaben zuständig und besitzt entweder alle Fähigkeiten, um diese Aufgaben selbst zu lösen, oder es kooperiert dazu mit anderen Objekten ggf. anderer Objektklassen. Dokumentation der Ergebnisse dieses Entwurfsschritts mittels CRC-Karten (Class Responsibility Collaborator): Klassenname Klasse ist ab sofort Kurzschreibweise für Objektklasse zuständig für Zusammenarbeit mit Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-18

19 2.2 Analyse Zuständigkeiten und Kooperationen der Bibliotheksklassen Mitglied zuständig für: Daten des Mitglieds ausgeliehene Exemplare Zusammenarbeit mit (Buch) Exemplar behandelt : Anfrage, Benachrichtigung, Übergabe löst aus: Mitteilung an Leser, Versendung des phys. Exemplars Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-19

20 2.2 Analyse Buch zuständig für: Daten des Buchs verfügbare Exemplare Vormerkung Mitglied behandelt: Ausleihe, Vormerkung löst aus: Anfrage M B, Ausgabe E M, Benachrichtigung M B Zusammenarbeit mit Exemplar Mitglied Exemplar zuständig für Daten des Exemplars Ausleiher behandelt: Ausgabe, Verlängerung, Rückgabe löst aus: Exemplar-frei B, Übergabe M E Zusammenarbeit mit Buch Mitglied Zeitschrift vervollständigen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-20

21 2.3 Klassendiagramm Diagramme von UML (1.x) Strukturdiagramm WAS? Verhaltensdiagramme ( behavior diagrams ) WIE? Implementierungsdiagramme ( implementation diagrams ) Geschäftsvorfälle (1) Anwendungsfalldiagramm ( use case diagram ) (2) Klassendiagramm ( class diagram ) (3) Sequenzdiagramm ( sequence diagram ) (4) Kollaborationsdiagramm ( collaboration diagram ) (5) Zustandsdiagramm ( statechart diagram ) (6) Aktivitätsdiagramm ( activity diagram ) (7) Komponentendiagramm ( component diagram ) (8) Verteilungsdiagramm ( deployment diagram ) Gegenstand, statisch Dienste, dynamisch Interaktionsdiagramme ( interaction diagrams ) Dienste, statisch Gegenstand, dynamisch Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-21

22 2.3 Klassendiagramm Klassendiagramm ( class diagram ) Ein Klassendiagramm beschreibt die vorkommenden Objektklassen und ihre Beziehungen untereinander. Die strukturellen Eigenschaften bzw. innere Struktur einer Klasse werden durch Attribute ( attribute, instance-scope attribute ) angegeben. Das Verhalten einer Klasse wird durch Operationen beschrieben. Beziehungen können auftreten als Assoziationen Aggregationen/Kompositionen Spezialisierungen/Generalisierungen können genauer modelliert werden durch Multiplizitäten Rollennamen und Navigationspfeile Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-22

23 2.3 Klassendiagramm Modellierungselemente für Klassendiagramme Klasse mit Struktur und Verhalten: Rechteck mit drei Abschnitten für Name, Attribute und Operationen Klasse Buch innere Struktur, Attribute Verhalten, Operationen titel: String Buch exemplareauflager():integer entleihe(exemplar) Syntax der Operationen wird später erklärt Attributnamen mit Angabe ihres Typs, d.h. des zulässigen Wertebereichs und der erlaubten Operationen. String=Zeichenfolge integer=ganzzahl Mehr dazu in der nächsten Vorlesung. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-23

24 2.3 Klassendiagramm Klasse Buch Zur besseren Übersichtlichkeit können Teile in der Darstellung ausgeblendet werden. Vollständige Darstellung titel: String Buch Operationen ausgeblendet exemplareauflager(): integer entleihe(exemplar) Attribute ausgeblendet Buch Buch titel: String exemplareauflager(): integer entleihe(exemplar) Darstellung in Minimalform Buch Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-24

25 2.3 Klassendiagramm Klasse = Bauplan für Objekte einer Art Gemeinsamer Zustandsraum, gleiche Bestandteile (Objekt-Attribute) Gemeinsames Verhalten (Operationen) Zu einer Klasse gibt es i.a. mehrere Objekte, sogenannte Instanzen, Ausprägungen oder Exemplare Idealisierte Vorstellung: Klasse = Stempel, mit Platz für alle Attribute Objekt = Stempelabdruck, in Platzhalter sind konkrete Werte eingefüllt Klasse: Objekte: : als Objektkennzeichen :Buch Buch titel = Einführung Algorithmik titel: String :Buch titel = Analysis I Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-25

26 2.3 Klassendiagramm Klassenattribute ( class-scope attribute ) und Klassenoperationen ( classscope operation ) sind nicht an ein einzelnes Objekt, sondern an die Klasse als Ganzes gebunden. Sie werden unterstrichen dargestellt. Buch titel: String anzahl: Integer exemplareauflager(): Integer Entleihe(Exemplar) ermittleanzahl(): Integer Objektattribut Klassenattribut Objektoperation Klassenoperation, arbeitet auf Klassenattributen Im Beispiel: es gibt einen (globalen) Zähler, der angibt, wie viele Bücher insgesamt vorhanden sind. Das ist ein Attribut der Klasse Buch als Ganzes und hat mit dem einzelnen Buch-Objekt nichts zu tun. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-26

27 2.3 Klassendiagramm Modellierungselemente für Klassendiagramme Klasse mit Struktur und Verhalten: Rechteck mit drei Abschnitten für Name, Attribute und Operationen Beziehungen können auftreten als Assoziationen Aggregationen/Kompositionen Spezialisierungen/Generalisierungen können genauer modelliert werden durch Multiplizitäten Rollennamen und Navigationspfeile Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-27

28 2.3 Klassendiagramm Zweistellige Assoziationen ( binary association ) beschreiben, wie Objekte von genau zwei Klassen untereinander in Beziehung stehen. Eigenschaften von Assoziationen: Multiplizität: Name: Rolle: Richtung: Wie viele Objekte der Quell-/Zielklasse stehen mindestens/höchstens miteinander in Beziehung Welche Bedeutung hat die Assoziation Welche Bedeutung hat die Klasse hinsichtlich der Assoziation bidirektional: In beide Richtungen navigierbar unidirektional: Nur in eine Richtung navigierbar Restriktionen: Einzuhaltende Bedingungen Notation für zweistellige Beziehungen: Linie zwischen den betreffenden Klassen Optional aber empfehlenswert: Assoziation gemäß Leserichtung benennen und mit Pfeil neben Namen anzeigen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-28

29 2.3 Klassendiagramm Assoziationen zwischen Klassen der Bibliothek Assoziationsname Leserichtung Exemplar ist Exemplar von ist vorhanden als Buch Assoziationsname in umgekehrter Leserichtung hat entliehen hat beschädigt Bibliotheksmitglied Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-29

30 2.3 Klassendiagramm Darstellung weiterer Eigenschaften von Assoziationen Notation: Pfeil an entsprechendem Linienende gibt Navigationsrichtung an Anschreiben der Rolle als Sichtweise eines Objektes durch das gegenüberliegende Objekt. Natürliche Formulierung in Leserichtung. Benötigt vor allem bei reflexiver Assoziation. Restriktionen werden in {...} angegeben. berichtet an Untergebener Mitarbeiter Vorgesetzter {Vorgesetzter.Gehalt > Untergebener.Gehalt} Navigationsrichtung Rolle Restriktion Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-30

31 2.3 Klassendiagramm Multiplizitäten ( multiplicity ) geben an, wie viele Objekte der an der Assoziation beteiligen Klassen jeweils miteinander in Beziehung stehen können. Bei zweistelligen Beziehungen: O 1 c 1 c 2 O 2 Betrachte Assoziation zwischen Objektklassen O 1 und O 2, wobei jedes Ende der Assoziation eine Multiplizität hat. Multiplizität c 2 drückt für jeden Zeitpunkt t die Anzahl jener O 2 -Objekte aus, die mit genau einem O 1 - Objekt in Beziehung stehen müssen/dürfen. Entsprechendes gilt analog für Multiplizität c 1. Anschaulich: Man lese die Multiplizitäten in Leserichtung. Exemplar ist Exemplar von 1 Buch Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-31

32 2.3 Klassendiagramm Es gibt keine Standardmultiplizität, d.h. wenn keine angegeben ist, ist sie undefiniert. Notation im Klassendiagramm: beliebige Anzahl wird gekennzeichnet durch * ein Bereich wird spezifiziert durch.. fixe Anzahl (z.b. 1): 1 fixe Anzahl (z.b. 3): 3 Bereich (z.b. 0 oder mehr): * (oder 0..*) Bereich (z.b. 3 oder mehr): 3..* Bereich (z.b. 3-6): 3..6 Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-32

33 2.3 Klassendiagramm Klassendiagramm um Multiplizitäten ergänzt 1 Exemplar ist Exemplar von 1 Buch 0..* Exemplar 0..* 1 1..* ist Exemplar von ist vorhanden als 1 1 Buch hat entliehen hat beschädigt 1 Buch ist vorhanden als 1 oder mehr Exemplare Bibliotheksmitglied 1 Mitarbeiter entleiht 0..* Exemplare 1 Exemplar ist von keinem oder einem Mitarbeiter entliehen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-33

34 2.3 Klassendiagramm Es ist auch möglich, Assoziationen durch Restriktionen miteinander in Beziehung zu setzen: Exemplar ist entweder Buch oder Zeitschrift Exemplar 1..* 1..* ist Exemplar von 1 {xor} ist Exemplar von Buch 1 Zeitschrift Entliehenes Exemplar ist immer auch bearbeitet Bibliotheksmitarbeiter 0..1 bearbeitet * {Untermenge} entleiht Exemplar Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-34

35 2.3 Klassendiagramm Mehrstellige Assoziationen ( n-ary association ) setzen Objekte von mehr als zwei Klassen zueinander in Beziehung. Sie werden stets als Assoziationsklasse dargestellt. Multiplizität ist jetzt die Anzahl von Objekten einer Klasse, mit denen eine fixe Kombination von Objekten der übrigen Klassen eine Beziehung eingehen kann. Beziehung zwischen Buch Exemplar und Buch 1 hier nicht dargestellt Exemplar Bibliotheksmitarbeiter Ein Exemplar eines Buchs darf von höchstens einem Mitglied entliehen werden. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-35 entleiht Dauer: Zeit Ein Mitarbeiter darf von einem Buch nur höchstens ein Exemplar ausleihen.

36 2.3 Klassendiagramm Eine Aggregation ( aggregation ) ist eine spezielle Form einer Assoziation, die eine ist-teil-von-beziehung zwischen einem Ganzen und dessen Bestandteilen ausgedrückt. Sie wird durch eine leere Raute beim Ganzen am Ende der Assoziation dargestellt. Eine Komposition ( composition, composite aggregation ) ist eine Aggregation, bei der ein Bestandteil genau zu einem Ganzen gehört und nicht ohne das Ganze existieren kann. Dargestellt wird die Komposition durch eine gefüllte Raute. Abbildung Zeichnung * * Kapitel * 1 Autor Anzahl Seiten Buch Titel Verlag Aggregation Komposition Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-36

37 2.3 Klassendiagramm Generalisierung ( generalization ) ist eine taxonomische Beziehung zwischen einer spezialisierten Klasse (Unterklasse) und einer allgemeineren Klasse (Oberklasse), die Gemeinsamkeiten von Klassen in einer gemeinsamen Oberklasse zusammenfasst. Generalisierung führt zu einer Vererbungsbeziehung ( inheritance ): Die Unterklasse hat alle Eigenschaften der Oberklasse und kann zusätzlich eigene haben. Man notiert nur die zusätzlichen. Ein Objekt der Unterklasse kann an jeder Stelle verwendet werden, an der ein Objekt der Oberklasse verwendet werden darf. Mehrfachvererbung (mehrere Oberklassen) ist in UML erlaubt. Kann es von der Oberklasse selbst keine Objekte geben, spricht man von einer abstrakten Klasse. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-37

38 2.3 Klassendiagramm Generalisierung und Spezialisierung: Bib-Mitglied Adresse Literaturwerk Titel Autor Verlag Namen abstrakter Klassen werden kursiv dargestellt. Spezialisierung Generalisierung Spezialisierung Generalisierung Bib-Mitarbeiter Adresse Büro, Telefon, , Gehaltskonto Buch Titel Autor Verlag Auflage Zeitschrift Titel Autor Verlag Jahrgang Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-38

39 2.3 Klassendiagramm Notation im Klassendiagramm: Gemeinsam vorhandene Attribute werden in der Oberklasse notiert. Literaturwerk Titel Autor Verlag Literaturwerk Titel Autor Verlag Buch Zeitschrift Buch Zeitschrift Auflage Jahrgang Auflage Jahrgang Darstellungsmöglichkeit 1 Darstellungsmöglichkeit 2 Unterklassen erben die Attribute der Oberklasse. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-39

40 2.4 Objektdiagramm Bis jetzt Klassendiagramm jetzt Objektdiagramm Ein Objektdiagramm stellt eine Menge von Objekten, deren Struktur und deren Beziehungen untereinander zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. Objektverbindungen ( link ) repräsentieren die Ausprägungen von Assoziationen. Darstellungselement im Objektdiagramm: Objekte sind Rechtecke mit Namensfeld und Attributfeld Das Namensfeld enthält den optionalen Namen des dargestellten Objekts und hiervon durch ":" getrennt dessen Objektklasse. Beides wird unterstrichen. Die Darstellung der Attribute kann ausgeblendet werden. Objektverbindungen sind Linien zwischen den Objekten Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-40

41 2.4 Objektdiagramm Exemplar 1..* ist Exemplar von 1 Buch Klassendiagramm Objektdiagramm e1:exemplar InvNr = 10 e2:exemplar InvNr = 32 :Buch e3:exemplar InvNr = 78 Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-41

42 2.5 Interaktionsdiagramm Diagramme von UML (1.x) Strukturdiagramm WAS? Verhaltensdiagramme ( behavior diagrams ) WIE? Implementierungsdiagramme ( implementation diagrams ) Geschäftsvorfälle (1) Anwendungsfalldiagramm ( use case diagram ) (2) Klassendiagramm ( class diagram ) (3) Sequenzdiagramm ( sequence diagram ) (4) Kollaborationsdiagramm ( collaboration diagram ) (5) Zustandsdiagramm ( statechart diagram ) (6) Aktivitätsdiagramm ( activity diagram ) (7) Komponentendiagramm ( component diagram ) (8) Verteilungsdiagramm ( deployment diagram ) Gegenstand, statisch Dienste, dynamisch Interaktionsdiagramme ( interaction diagrams ) Dienste, statisch Gegenstand, dynamisch Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-42

43 2.5 Interaktionsdiagramm Problem Validierung Verifikation Problemanalyse Spezifikation Algorithmenentwurf Algorithmus WIE transformiert man die Eingabe in die Ausgabe? Vorgehen/Verfahren steht im Mittelpunkt. Dies ist ein Schwerpunkt der Vorlesung Algorithmik 1 Hier Außensicht: Zusammenspiel der Objekt, nicht internes Funktionieren der Objekte Computer, Von-Neumann-Rechner Ausführung Lösung Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-43

44 2.5 Interaktionsdiagramm Schaubild von Objekten und Klassen ist nur eine statische Beschreibung statisches Modell Geschäftsprozesse und Abläufe können so nicht dargestellt werden. Zur vollständigen Systembeschreibung gehören noch Szenarien ( dynamisches Modell) Kollaborationsdiagramm Schwerpunkt auf dem Zusammenwirken von Objekten (Berücksichtigung zeitlicher Abhängigkeiten zweitrangig) Sequenzdiagramm Zum Hervorheben des dynamischen Verhaltens und der zeitlichen Abläufe des Zusammenwirkens Szenarien beziehen sich stets auf Objekte Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-44

45 2.5 Interaktionsdiagramm Kollaborationsdiagramm ( collaboration diagram ) Eine Kollaboration beschreibt die Gesamtheit der Objekte, die bei der Ausführung einer bestimmten Aufgabe (eines konkreten Anwendungsfalles) interagieren, einschließlich der Verbindungen zwischen ihnen. Eine Folge von Nachrichten zwischen verbundenen Objekten beschreibt eine Interaktion ( interaction ). Nachricht: Aktivierung/Kommando an Objekt Notation: Objekte werden wie im Objektdiagramm dargestellt Ggf. Akteur als Auslöser des Anwendungsfalls ins Diagramm aufnehmen Linien zwischen Objekten zeigen den Austausch von Nachrichten an, wobei ein Name die Nachricht und eventuelle Parameter beschreibt und ein Pfeil die Richtung der Sendung angibt. Eine Nummerierung der Nachrichten zeigt deren Abfolge an. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-45

46 2.5 Interaktionsdiagramm Kollaborationsdiagramm zum Entleihen eines Exemplars 2: ausgeben Exemplar Buch 2.1: übergeben 1: anfragen entleihen Mitglied BuchEntleiher Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-46

47 2.5 Interaktionsdiagramm Sequenzdiagramm ( sequence diagram ) Instanzen Nachrichtenaustausch (Rückmeldung kann weggelassen werden) o:c action(parameter) Lebenslinie des Objekts Aktivitätsphase Zeit Zerstörung des Objekts Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-47

48 2.5 Interaktionsdiagramm Exemplar eines Buchs entleihen Buch Exemplar Mitglied Schnittstelle entleihe Anfrage Ausgabe Übergabe Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-48

49 2.6 Zustandsdiagramm Zustandsdiagramm ( statechart diagram ) Zustandsdiagramme (genauer: Zustandsübergangsdiagramme) legen das Verhalten eines Objekts über die Zeit fest. Sie zeigen die mögliche Lebensgeschichte von Objekten einer gegebenen Klasse auf: Zustände, in denen sich die Instanzen einer Klasse befinden können. Mögliche Zustandsübergänge von einem Zustand zum anderen. Ereignisse, die Zustandsübergänge verursachen. Operationen, die in Zuständen bzw. im Zuge von Übergängen ausgeführt werden. Sie beschreiben somit das ganze oder auch nur Teile des möglichen von außen beobachtbaren Verhaltens von Objekten einer Klasse. Man spricht von Intra-Objekt-Verhalten Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-49

50 2.6 Zustandsdiagramm Zustandsdiagramm für ein Exemplar Startzustand erfassen() [Exemplar defekt] / entfernen() präsent Endzustand entleihe() zurückgeben() / nächsten Interessenten benachrichtigen [Exemplar verloren] / entfernen() ausgeliehen entry / entliehen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-50

51 2.6 Zustandsdiagramm Elemente eines Zustandsdiagramms (1) Der Zustand ( state ) eines Objektes wird beschrieben durch: Aktuelle Belegung seiner Attribute und Beziehungen. Einem Zustand wird eine Zeitdauer unterstellt. Im Diagramm: Zustand als Abstraktion zulässiger Attributwerte und Beziehungen eines Objekts. Im Beispiel präsent, ausgeliehen Notation für Zustände: Zustand Finalzustand Pseudozustände: Z Initialzustand, Gabelung, Vereinigung Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-51

52 2.6 Zustandsdiagramm Elemente eines Zustandsdiagramms (2) Ein Ereignis ( event ) ist ein Stimulus, der von einem Objekt auf ein anderes einwirkt. (Nachrichtensendung) Ereignisse sind zeitlich punktuell, haben also keine messbare Dauer. Im Beipiel: erfassen(), zurückgeben() Ein Zustandsübergang ( transition ) ist ein durch ein Ereignis ausgelöster Zustandswechsel. Optional kann eine Überwachungsbedingung angegeben werden: Der Zustandsübergang kommt nur zustande, falls die Bedingung erfüllt ist. Notation für Zustandsübergänge: Pfeile mit Namen des auslösenden Ereignistyps. Eventuelle Aktionen folgen nach einem Schrägstrich. Bedingte Übergänge: Bedingung in eckigen Klammern. Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-52

53 2.6 Zustandsdiagramm Eine Aktivität ist die Ausführung eines Operators. Der Aktivität wird eine zeitliche Ausdehnung unterstellt. Eine Aktivität ist stets mit einem Zustand verbunden. Sie beginnt bei Eintritt in den Zustand und terminiert entweder von selbst oder durch Verlassen des Zustandes. Eine Aktion ( action ) ist eine atomare, nicht unterbrechbare Operatorausführung. Sie gilt als zeitlich punktuelle Ermittlung eines Funktionsergebnisses. Sie kann mit einem Zustand oder mit einem Ereignis verbunden sein. Notation für Aktivitäten/Aktionen innerhalb eines Zustandes: entry / aktion Aktion bei Eintritt in den Zustand. exit / aktion Aktion bei Verlassen des Zustands. do / aktivität Aktivität (Parameter sind erlaubt) Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-53

54 2.7 Entwurfsregeln Sechs Schritte zum statischen Modell 1. Klassen identifizieren Klassendiagramme, Kurzbeschreibungen 2. Assoziationen identifizieren Klassendiagramme vervollständigen 3. Attribute identifizieren Klassendiagramme vervollständigen 4. Unter/Ober-Klassenbeziehungen identifizieren Klassendiagramme vervollständigen (unnötige Beschreibungen streichen) 5. Assoziationen vervollständigen Klassendiagramme, Objektdiagramme 6. Attribute spezifizieren Attributspezifikationen und Beschreibungen Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-54

55 2.7 Entwurfsregeln Drei Schritte zum dynamischen Modell 1. Szenarien erstellen Sequenzdiagramme, Kollaborationsdiagramme 2. Zustandsautomat erstellen Zustandsdiagramm 3. Operationen beschreiben Klassendiagramme vervollständigen, fachliche Beschreibung der Operationen, Aktivitätsdiagramme Algorithmik 1, WS 2005/06, Folie 1-55