Systemanalyse. - Folien zur Vorlesung für AI3 im Sommersemester Teil 5 -

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1 Systemanalyse - Folien zur Vorlesung für AI3 im Sommersemester Teil 5 - Hans-Jürgen Steffens (by courtesy of Prof. Dr. Thomas Allweyer) Fachbereich Informatik und Mikrosystemtechnik Fachhochschule Kaiserslautern, Standort Zweibrücken

2 Vererbung Einfach- und Mehrfachvererbung Polymorphismus Konkrete und abstrakte Klassen Pakete CRC-Karten Wie findet man Klassen? Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

3 Vererbung Generalisierung / Spezialisierung ( ist ein ) Z. B. Quadrat ist ein Rechteck Extension der Unterklasse ist eine Teilmenge der Extension ihrer Oberklasse Eine Unterklasse verfügt über die Eigenschaften, das Verhalten und die Assoziationen der Oberklassen (d. h. sie erbt diese von der Oberklasse) Die Unterklasse ist vollständig konsistent mit der Oberklasse, erweitert diese aber um zusätzliche Informationen (Attribute, Operationen, Assoziationen) Ein Objekt einer Unterklasse kann überall dort verwendet werden, wo ein Objekt der Oberklasse erlaubt ist Es sind mehrere Stufen der Vererbung möglich, d. h. eine Unterklasse kann wiederum Oberklasse von weiteren Klassen sein (Klassenhierarchie, Vererbungsstruktur) Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

4 Vererbung Geometrische Figur x : int y : int sichtbar : bool zeichnen() entfernen() verschieben() Oberklasse Unterklassen radius Kreis a b Rechteck x2 y2 x3 y3 Dreieck Jede Objekt zu einer der Unterklassen verfügt automatisch auch über die Attribute x, y, sichtbar und die Operations zeichnen(), entfernen(), verschieben() Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

5 Beispiel für Vererbung Kunde -Kunden-Nr Lieferadresse Adresse -Straße -Hausnr -PLZ -Ort Privatkunde Firmenkunde 1 Rechnungsadresse 1 -Vorname -Nachname -Geschlecht -Telefon -Kreditkarten-Nr -Firmenname 1 Ansprechpartner * 0..1 Mitarbeiter -Vorname -Nachname -Geschlecht -Telefon Stammkunde -Kreditlimit Rechnungsadresse 0..1 Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

6 Generalisierung im Beispiel Jeder Stammkunde ist ein Privatkunde Jeder Firmenkunde ist ein Kunde, jeder Privatkunde ist ein Kunde Kunden Privatkunden Stammkunden Firmenkunden Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

7 Was wird vererbt? Attribute Attribute der Oberklasse incl. Typ (Werte werden nicht vererbt) Klassenattribute und ihre Werte (es handelt sich um dasselbe Attribut) Operationen Alle Operationen, die auf Objekte der Oberklasse angewendet werden könne, können auch auf Objekte der Unterklasse angewendet werden. Wird eine Nachricht an ein Objekt geschickt, so wird zunächst bei dessen Klasse nach der entsprechenden Operation gesucht, anschließend bei der direkten Oberklasse, anschließend bei deren Oberklasse usw. Klassenoperationen können ebenfalls auf Unterklassen angewendet werden Assoziationen Wenn Objekte der Oberklasse Beziehungen mit Objekten einer bestimmten Klasse eingehen können, dann können Objekte der Unterklasse dies ebenfalls Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

8 Einfach- und Mehrfach-Vererbung Einfachvererbung: Jede Klasse kann maximal eine direkte Oberklasse haben Mehrfachvererbung: Klassen können auch zwei oder mehr Oberklassen haben (und von diesen erben) Mehrfachvererbung wird von vielen Programmiersprachen (z. B. Java) nicht unterstützt Wirft eine Reihe von Problemstellungen auf, was passiert z. B. bei Vererbung gleichnamiger Operationen von verschiedenen Oberklassen? Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

9 Merfach-Vererbung Privatkunde erbt Kunden-Nr von Kunde und Vorname, Nachname, Geschlecht, Telefon von Person Privatkunde Kreditkarten-Nr Stammkunde Kreditlimit Kunde Kunden-Nr Firmenkunde Firmenname 1 Ansprechpartner * Person Vorname Nachname Geschlecht Telefon Mitarbeiter Vorname Nachname Geschlecht Telefon Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

10 Merfach-Vererbung Geometrische Figur x : int y : int sichtbar : bool zeichnen() entfernen() verschieben() Kreis Rechteck Raute Quadrat ist ein Rechteck und Quadrat ist eine Raute. radius a b x2 y2 c Quadrat Nachteil dieser Modellierung: Quadrat erbt alle Attribute von Rechteck und Raute und muss diesen auch Werte zuweisen (a=b=c, x2=x+a, y2=y+b) Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

11 Polymorphismus Vielgestaltigkeit Verschiedene Objekte, die auf die gleiche Botschaft reagieren, können unterschiedliche Implementierungen besitzen Eine Unterklasse kann eine von der Oberklasse geerbte Operation überschreiben Sie muss allerdings die gleichen Parameter und Rückgabewerte besitzen Im Falle einer abstrakten Oberklasse kann die Operation in der Oberklasse eine abstrakte Operation sein, d. h. sie verfügt selbst über keine Implementierung, sondern überlässt die Implementierung den Unterklassen Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

12 Polymorphismus Geometrische Figur radius x : int y : int sichtbar : bool zeichnen() entfernen() verschieben() Kreis zeichnen() a b Rechteck zeichnen() Es existieren verschiedene Implementierungen für die Operation zeichnen(), je nachdem ob ein Kreis oder ein Rechteck gezeichnet werden soll. Diese Operations überschreiben die gleichnahmige Operation der Oberklasse. Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

13 Konkrete und abstrakte Klassen Von konkreten Klassen kann es Objekte geben Von abstrakten Klassen selbst kann es keine Objekte geben, nur von ihren Unterklassen. Abstrakte Klassen werden durch Kursivschreibung des Namens gekennzeichnet Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

14 Abstrakte Operation Die Oberklasse verfügt nur über die Definition der Operation, nicht aber über eine Implementierung. Die Unterklassen müssen entsprechende Implementierungen bereit stellen. Zweck: Aufgrund der Definition in der Oberklasse weiß man, dass man jedem Objekt einer beliebigen Unterklasse eine entsprechende Nachricht schicken kann, selbst wenn man die genaue Unterklasse noch gar nicht kennt. Abstrakte Operationen werden durch Kursivschreibung des Namens gekennzeichnet. Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

15 Beispiele für abstrakte und konkrete Klassen Von dieser Klasse können keine Objekte angelegt werden, d. h. jede geometrische Figur muss entweder ein Kreis oder ein Rechteck sein. Kennzeichnung von abstrakten Klassen durch Kursivschreibung. Geometrische Figur x : int y : int sichtbar : bool zeichnen() entfernen() verschieben() Abstrakte Operation, d. h. die Klasse Geometrische Figur verfügt nur über die Definition der Operation, nicht aber über eine Implementierung. Die Unterklassen Kreis und Rechteck müssen Implementierungen bereit stellen. radius Kreis zeichnen() a b Rechteck zeichnen() Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

16 Beispiel für abstrakte und konkrete Klassen Abstrakt Kunden müssen immer Privat- oder Firmenkunden sein. Kunde Kunden-Nr Konkret, d. h. es können auch Privatkunden angelegt werden, die keine Stammkunden sind. Privatkunde Vorname Nachname Geschlecht Telefon Kreditkarten-Nr Firmenkunde Firmenname Stammkunde Kreditlimit Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

17 Pakete (Packages) UML-Konstrukt zur Gruppierung von Modellelementen (z. B. Klassen) Ein Paket kann selbst wieder Pakete enthalten Dient der Strukturierung großer, komplexer Modelle (Zerlegung in Teilmodelle) Zwischen den Paketen können Abhängigkeiten modelliert werden, um bei einer Änderung herauszufinden, wo möglicherweise weitere Änderungen erforderlich sind. Jedes Modellelement gehört zu maximal einem Paket Pakete definieren einen Namensraum (namespace), in dem die Namen eindeutig sein müssen. Außerhalb des Pakets werden sie folgendermaßen identifiziert: Paketname::Klassennname Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

18 Beispiel für Package Diagram Kundenverwaltung Jedem Package kann wieder ein Modell, z. B. ein Klassendiagramm hinterlegt sein. Auftragsverwaltung Lagerverwaltung Abhängigkeiten Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

19 Notation von Paketen System Package1 Package2 Package3 Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

20 CRC-Karten Class/Responsibility/Collaboration CRC-Karte: Karteikarte, in die Klassenname, Verantwortlichkeiten der Klasse (Wissen und Operationen) und die Zusammenarbeit mit anderen Klassen eingetragen wird Ergänzung zum OOA-Modell Dienen der Ausarbeitung, Diskussion und Detaillierung der Klassendefinitionen Werden im Rahmen von CRC-Workshops von interdisziplinären Teams genutzt CRC-Karten werden an Whiteboard geheftet, durch Linien verbunden (zur Entwicklung von Vererbungen, Aggregationen, Assoziationen), wieder geändert usw. Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

21 Beispiel für CRC-Karte Class Reservierung Responsibilities Gewünschter Kfz-Typ Mietzeitraum von bis Gewünschte Ausstattung Abhol-Niederlassung Rückgabe-Niederlassung Anlegen Bestätigen Ändern Stornieren Collaborations Kunde Kfz-Typ Ausstattungsmerkmal Vermietung Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

22 CRC-Karte vs. UML-Klassendiagramm Class Bestellung Responsibilities Verwaltet eine Bestellung Delegiert Aufgaben an Bestellpositionen Collaborations Bestellposition Bestellung Nummer Datum erfassen() drucken() 1 1..* Bestellposition Artikelnr Bezeichnung Anzahl Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

23 Wie findet man Klassen? (1) Dokumentenanalyse Dokumente, z. B. Formulare, enthalten Attribute sowie Hinweise auf Klassen und Assoziationen Hieraus kann bottom-up ein Klassendiagramm entwickelt werden Beschreibung der Use Cases Top-down-Ableitung von Klassen Substantive und z. T. Verben stellen potenzielle Klassen dar, die dann auf mögliche Attribute usw. untersucht werden müssen Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

24 Wie findet man Klassen? (2) Untersuchung, ob folgende Kategorien vorkommen: Konkrete Objekte (Dinge) Personen und deren Rollen Informationen über Aktionen Orte Organisationen Behälter Dinge in einem Behälter Ereignisse Kataloge Verträge Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

25 Zusammenfassung Generalisierungen stellen Vererbungsbeziehungen zwischen Klassen mit der Bedeutung ist ein dar. Die Unterklassen erben Attribute, Operationen und Assoziationen von den Oberklassen. Man unterscheidet Einfachvererbung, wo jede Klasse nur eine Oberklasse haben darf, und Mehrfachvererbung. Unterklassen können die in der Oberklasse definierten Operationen überschreiben (Polymorphismus). Klassen, von denen keine direkten Objekte gebildet werden können, nennt man abstrakt, die anderen konkret. Pakete (Packages) strukturieren komplexe Modelle. CRC-Karten sind ein Mittel zur Entwicklung von Klassen. Klassen können über Dokumentenanalyse, die Beschreibung der Use Cases und die Identifikation von typischen Kategorien gefunden werden. Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS

26 Übungsfragen Was versteht man unter Vererbung? Was wird vererbt? Erläutern Sie: Einfach- und Mehrfachvererbung Konkrete und abstrakte Klassen Polymorphismus Was sind CRC-Karten? Wie sind sie aufgebaut? Wozu verwendte man Pakete in der UML? Wie findet man Klassen? Prof. Dr. Hans-Jürgen Steffens Systemanalyse SS