Modellieren mit der Unified Modeling Language: Klassen- und Objektdiagramme. 11. November 2014

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1 Modellieren mit der Unified Modeling Language: Klassen- und Objektdiagramme 11. November 2014

2 Überblick Was ist die Unified Modeling Language (UML)? die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme von der Object Management Group entwickelt: Welche Systemaspekte werden modelliert? Objektorientierte Software-Modellierung mit der UML Welche Objektstrukturen werden mit Klassendiagrammen modelliert? Welche nicht? Wie unterscheiden sich Klassen- von Objektdiagrammen? Wie ist die Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen? speziell: Vererbungsbeziehungen, Kardinalitäten > 1 Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 128

3 Die Unified Modeling Language (UML) Die UML ist eine einheitliche Modellierungssprache für Softwaresysteme. Verschiedene Systemaspekte werden mit verschiedenen Diagrammarten modelliert: (a) für die Datenstrukturen (Statische Strukturen): Klassen- und Objektdiagramme (Class and Object Diagram) (b) für das Systemverhalten (Dynamik): Anwendungsfalldiagramm (Use Case Diagram) Interaktionsdiagramm (Interaction Diagram, früher: Sequence Diagram) Kollaborationsdiagramm (Collaboration Diagram) Zustandsdiagramm (State Diagram) Aktivitätsdiagramm (Activity Diagram) (c) für den Systementwurf (Statische Strukturen): Komponentendiagramm (Component Diagram) Einsatzdiagramm (Deployment Diagram) Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 129

4 UML-Klassendiagramme Ein Klassendiagramm zeigt die statische Struktur eines Systems bildet den Kern des Analysemodells enthält Elemente der folgenden Arten: Paket Objektklasse Attribut und Operation Assoziation (mit Bezeichnung, Kardinalitäten und Rollen) Generalisierungs-/Spezialisierungsbeziehung Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 130

5 Klassen und Attribute Eine Klasse spezifiziert eine Klassifikation von Objekten mit gleichen Strukturmerkmalen (Attributen) gleichen Verhaltensmerkmalen (Operationen) gleichen Beziehungen zu anderen Objekten Objekte sind Instanzen von Klassen. Abstrakte Klassen haben keine Objekte. Person Klasse: name: String vorname: String geburtstag: Datum adresse: String alterberechnen() adressedrucken() Objekt: Maier: Person name = Maier vorname = Alfons geburtstag = adresse = Krummbogen 29, Marburg Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 131

6 Assoziationen bidirektional / 2-stellig unidirektional Komposition / starke Aggregation schwache Aggregation Zusätzliche Charakterisierungen: {ordered - sortiert Assoziationsbezeichner [+ mögl. Pfeil f. Leserichtung] Rollen-Bez. Kardinalität Rollen-Bez. Kardinalität Die Kardinalität (engl. multiplicity) a.. b gibt die minimale / maximale Anzahl (gleichzeitig) möglicher Objektbeziehungen an. * entspricht 0.. beliebig viele 1 entspricht Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 132

7 Beispiele für Assoziationen Fachbereich 1 ist angestellt bei 1 * Dozent 1..3 hält bietet an * * Lehrveranstaltung Vorlesung untergebener Person * 1 vorgesetzter ist vorgesetzt besteht aus 1 * Lehreinheit Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 133

8 Objektbeziehungen: Assoziationsinstanzen Assoziation: Objektbeziehungen: A 1 0..* B :A :B :B:B A 0..* 0..* B :A :B :B:B :A :B :B Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 134

9 Assoziationsklassen Assoziationen können selbst komplex sein und eigene Attribute bzw. Methoden tragen. In diesem Fall ist oft eine Modellierung als eigene Klasse am zweckmäßigsten. Wir nennen diesen Vorgang Objektifizierung (engl. reification = Vergegenständlichung) und die entstehende Klasse Assoziationsklasse. In der UML gibt es eine eigene Notation dafür. Assoziationsklassen verhalten sich wie andere Klassen. Ihre Existenz ist aber von der Existenz der Klassen abhängig, welche die Assoziation begründen. besucht Beispiel: Student Lehrveranstaltung * * LV_Besuch - status: Status - note: Note + statusändern () + examenablegen () Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 135

10 Generalisierung / Spezialisierung Klassen lassen sich spezialisieren, dabei entstehen aus einer Oberklasse (i.a. mehrere) Unterklassen. Umgekehrt lassen sich ähnliche (Unter-) Klassen zu einer gemeinsamen (Ober-) Klasse generalisieren. Jedes Objekt einer Unterklasse ist gleichzeitig auch Objekt der Oberklasse, aber nicht umgekehrt. Zwischen (Objekten) einer Oberklasse OK und einer Unterklasse UK besteht eine "ist_ein" (engl.: "is_a") -Beziehung. Die Umkehrung der Beziehung lässt sich charakterisieren als "kann_sein". Beispiel: Vorlesung ist_ein(e) Lehrveranstaltung, Seminar ist_ein(e) Lehrveranstaltung, Lehrveranstaltung kann_sein Vorlesung oder Seminar Student besucht 3..* 0..* Lehrveranstaltung Vorlesung Seminar Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 136

11 Abstrakte und konkrete Klassen Abstrakte Klassen haben keine Instanzen. Abstrakte Klassen treten meist als Oberklassen auf. Sie vereinigen Klassenmerkmale, die alle Unterklassen haben. Beispiel: Lehrveranstaltung ist eine abstrakte Klasse. Eine Lehrveranstaltung muss eine konkrete Ausprägung haben, also eine Vorlesung oder ein Seminar sein. Beispiel für ein Objektdiagramm: :Student :Vorlesung :Student :Vorlesung :Student :Seminar :Student :Lehrveranstaltung Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 137

12 Vererbung Spezialisierung bzw. Generalisierung geht in der Regel einher mit Vererbung: Klassen-Merkmale (Attribute und Operationen) der Oberklasse werden an alle Unterklassen weitergegeben ("vererbt"). Ober- und Unterklassen bilden eine Vererbungshierarchie: Klasse_1 (Unter-) Klasse_2 (Unter-) Klasse_ Die Vererbungshierarchie entspricht häufig einer Baumstruktur ("Einfachvererbung", "single inheritance") zuweilen auch einer Netzstruktur ("Mehrfachvererbung", "multiple inheritance") Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 138

13 Aggregation und Komposition Spezielle Assoziationen: Enthaltenseins-Beziehungen Komposition: Teil gehört zu einem Ganzen. Aggregation: Teil kann selbstständig existieren. Beispiel: Feld gehört zu Spielbrett. Lehreinheit ist Teil einer Vorlesung. Spielbrett Vorlesung 0..* 1..* Feld Lehreinheit Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 139

14 Beispiele für Objektdiagramme : Feld : Feld : Feld : Spielbrett : Feld : Feld : Vorlesung : Lehreinheit : Lehreinheit : Lehreinheit : Lehreinheit : Lehreinheit Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 140

15 Ausbau des Analysemodells Analyse der Anwendungsfallbeschreibung bezüglich Objekteigenschaften und fähigkeiten. Welche Mengenangaben werden in der Anwendungsfallbeschreibung gemacht? Analyse von Formularen hinsichtlich Objekteigenschaften. Falls generalisiert wird,......ist die Oberklasse abstrakt?...welche Klasse enthält welche Attribute und welche Operationen?...welche Klasse hält welche Beziehungen? Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 141

16 Analyse der Anwendungsfälle (1) Anwendungsfall Bestellung annehmen Das Zentrum empfängt Bestellungen der Einzelhändler telefonisch von 9 bis 17 Uhr (S7). Die eingehenden Bestellungen der Kunden werden vom Sachbearbeiter in Bestellformularen erfasst (S8). Mengenangaben Eine Kundenbestellung kann aus mehreren Bestellposten bestehen. Diese beziehen sich auf einzelne Produkte (S9). Jeder Bestellposten wird auf dem Formular in einer Zeile notiert (S10). Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 142

17 Mengenangaben Analyse der Anwendungsfälle (2) Anwendungsfall Bestellung bearbeiten Der Anwendungsfall Lagerbestand ermitteln wird benutzt, um für jeden Posten der gerade bearbeiteten Kundenbestellung den aktuellen Lagerbestand des zugehörigen Produktes zu ermitteln (S11). Wenn das Zentrum eine Bestellung entgegennimmt, wird jeder Bestellposten in eine der beiden folgenden Karteien eingeordnet: (a) Lieferkartei, (b) Wartekartei (S13). Falls für einen Bestellposten genügend Waren auf Lager sind, dann wird dieser in die Lieferkartei eingetragen und der Lagerbestand entsprechend korrigiert (S14). Anderenfalls wird der Bestellposten in die Wartekartei eingetragen (S15). Generalisierung Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 143

18 Beispiel: Verfeinertes Analysemodell Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 144

19 Objektdiagramm: Beispiel Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 145

20 Aufzählungstypen Ein Aufzählungstyp ist eine spezielle Klasse. Er wird durch den Stereotyp << enumeration>> markiert. Er besteht aus einer Liste von Literalen. Ein Literal hat einen Namen und einen Typ. Ein Stereotyp kann ein Modellelement spezialisieren. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 146

21 Überblick Was ist die Unified Modeling Language (UML)? die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme Welche Systemaspekte werden modelliert? Objektorientierte Modellierung mit der UML Welche Objektstrukturen werden mit Klassendiagrammen modelliert? Welche nicht? Wie unterscheiden sich Klassen- von Objektdiagrammen? Wie ist die Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen? speziell: Vererbungsbeziehungen, Kardinalitäten > 1 Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 147

22 Eine Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen UML-Klasse Java-Klasse Sichtbarkeit ist nicht in UML modelliert. Eigenschaft abstract wird direkt übersetzt. UML-Schnittstellenklasse Java-Schnittstellenklasse UML-Vererbung Java- Vererbung Mehrfachvererbung muß in Einfachvererbung + Implementierung von Schnittstellen aufgelöst werden UML-Paket Java-Paket <<access>>- Beziehung import-anweisung in Java UML-Attribut Java-Feld Sichtbarkeit wird direkt übersetzt. Default-Wert wird auch übernommen. Datentyp muss eventuell angepasst werden. Bei Kardinalität >1 wird eine Collection von Objekten angelegt. für ordered eine sortierte Menge v. Objekten sonst: Menge (Set) von Objekten UML-Operation Java-Methode Sichtbarkeit wird direkt übersetzt. Rückgabetyp wird direkt übersetzt. UML-Parameterliste sollte nur Input- Parameter enthalten. Diese werden direkt übersetzt. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 148

23 Eine Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen UML-Assoziation ein oder zwei Java-Felder: Für jedes navigierbare Ass.ende e: Entgegengesetztes Ass.ende d zeigt auf die Klasse, die um ein Feld erweitert wird. Rollenname von e wird der Feldname. Die Klasse, auf die e zeigt, wird der Feldtyp. Sichtbarkeiten der Ass.enden werden direkt übernommen. Ass.ende e hat Kardinalität j<= 1: Feld zeigt auf ein Objekt. k..l e A B d i..j Ass.ende e hat Kardinalität j>1: Menge (Set) von Objekten {ordered sortierte Menge (SortedSet) von Objekten Komposition: Java-Code erzeugt die entsprechenden Objekte. UML-Literal Java-Konstante UML-Enumeration Java Enum Typ Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 149

24 Modellierte Klassen Lieferkartei.java: public class Lieferkartei{ //... Kartei.java: public abstract class Kartei{ public void eintragen(bestellposten posten){ //... public void loeschen(bestellposten posten) { //... Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 150

25 Assoziationen Bestellposten.java: public class Bestellposten{ private int nummer; private int menge; Kartei kartei; public void korrigieren(int nr, int m){ //... Assoziationsname Kartei.java: public abstract class Kartei{ //... public SortedSet<Bestellposten> bestellposten; Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 151

26 Vererbung Kundenbestellung.java: Bestellung.java: public abstract class Bestellung{ private Date datum; private int nummer; public void aendern(adresse lieferadr){ //... public class Kundenbestellung extends Bestellung{ private Firma kunde; Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 152

27 Mehrfachvererbung Motorfahrzeug Fahrzeug Motorboot Wasserfahrzeug Wasserfahrzeug.java: public class Wasserfahrzeug extends Fahrzeug{ Motorboot.java: Fahrzeug.java: public abstract class Fahrzeug{ Motorfahrzeug.java: public class Motorboot extends Wasserfahrzeug implements IMotorfahzeug{ public class Motorfahrzeug extends Fahrzeug{ Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 153

28 Vererbung Kundenbestellung.java: Firma.java: public class Kundenbestellung extends Bestellung{ private Firma kunde; public class Firma{ private String name; private String kontakt; Set<Kundenbestellung> kundenbestellung; Set<Produzentenbestellung> produzentenbestellung; Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 154

29 Zusammenfassung Die UML ist die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme. Sie bietet umfangreiche Konzepte zur Modellierung der statischen Strukturen von Softwaresystemen. Klassendiagramme beschreiben die Typebene. Objektdiagramme modellieren konkrete Objektstrukturen. Direkte Übersetzung eines Klassenmodells in Java-Code UML-Klassen -> Java-Klassen UML-Attribute -> Java-Felder UML-Assoziationen -> Java-Felder Mehrfachvererbung -> Einfachvererbung + Schnittstellen Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 155