Технология программирования. Основы объектно-ориентированного моделирования

Содержание

Слайд 2

Принципы объектно-ориентированного подхода Объектно-ориентированный анализ – это методология системного анализа, направленная

Принципы объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированный анализ – это методология системного анализа, направленная на

создание моделей, близких к реальным явлениям. Требования к проектируемой системе формируются на основе понятий (классов и объектов), составляющих словарь предметной области (термины предметной области, необходимые для рассматриваемой задачи)
Слайд 3

Принципы объектно-ориентированного подхода Объектно-ориентированное проектирование – это методология проектирования на основе

Принципы объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированное проектирование – это методология проектирования на основе объектной

декомпозиции и объектного синтеза логической модели, физической модели, статической модели и динамической модели проектируемой системы

Логическая модель: структуры классов и структуры объектов

Физическая модель: архитектура модулей и архитектура процессов

Модели объектно-ориентированного проектирования

Слайд 4

Принципы объектно-ориентированного подхода Объектно-ориентированное программирование – методология программирования, которая основана на

Принципы объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированное программирование – методология программирования, которая основана на представлении

программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса, а классы образуют иерархию наследования
Слайд 5

Принципы объектно-ориентированного подхода Объектно- ориентированный анализ Объектно- ориентированное проектирование Объектно- ориентированное

Принципы объектно-ориентированного подхода

Объектно- ориентированный анализ

Объектно- ориентированное проектирование

Объектно- ориентированное программирование

Модели реального мира

Модели проектируемой системы

Программная система

Взаимосвязь анализа, проектирования и программирования

Слайд 6

Основные понятия объектного моделирования 1. Абстрагирование struct Point {int x, int

Основные понятия объектного моделирования

1. Абстрагирование

struct Point {int x, int y};
class Figure
{
private:

Point _center;
public:
Figure();
void SetCenter(Point center);
virtual void Draw();
virtual void Hide();
Point GetCenter();
}
Слайд 7

Основные понятия объектного моделирования 2. Инкапсуляция (ограничение доступа) Point point =

Основные понятия объектного моделирования

2. Инкапсуляция (ограничение доступа)

Point point = {1,3};
Figure figure;
figure.SetCenter(point);
figure.Draw();
figure._center

= point; // Ошибка, т.к. ограничение доступа
Слайд 8

Основные понятия объектного моделирования 3. Модульность Физические модули: компонент, пакет (физическая

Основные понятия объектного моделирования

3. Модульность

Физические модули: компонент, пакет (физическая группировка) Логические модули:

класс, подсистема (логическая группировка)

Головная процедура

Раздел интерфейса

Раздел реализации

int g();
class X { public: int f() }

#include”x.h” const int c=3; int g() { return c; }
int X::f() {
return c*f(); }

#include “x.h” void main() { int i=g();
X x; i = x.f(); }

x.h

x.cpp

main.cpp

main.exe

x.obj

Характеристики: связность модуля, сцепление модулей

Слайд 9

Основные понятия объектного моделирования 4. Иерархия Иерархия классов Иерархия объектов

Основные понятия объектного моделирования

4. Иерархия

Иерархия классов

Иерархия объектов

Слайд 10

Основные понятия объектного моделирования class Engine {float power;} class PetrolEngine :

Основные понятия объектного моделирования

class Engine {float power;}
class PetrolEngine : public Engine

{}
class DieselEngine : public Engine {}
class Person {}
class MotorCar
{
double velocity;
Engine engine;
public:
void Drive() {}
}
class PassengerCar : public MotorCar
{
Person passengers[];
}
class Truck : public MotorCar
{
double weight;
double bodyCapacity;
}
Слайд 11

Объекты Объект – это сущность, обладающая индивидуальностью, состоянием и поведением Изменение

Объекты

Объект – это сущность, обладающая индивидуальностью, состоянием и поведением

Изменение состояния объекта

Поведение

объекта

class Stack {
private: int top;
int *s;
int size;
public:
void Push(int i);
int Pop();
int IsEmpty();
int IsFull();
void Copy(Stack *other);
Stack(int sz);
~Stack();
}

Слайд 12

Объекты Индивидуальность объекта Stack r(100); Stack q(300); // … q = r;

Объекты

Индивидуальность объекта

Stack r(100); Stack q(300);
// … q = r;

Слайд 13

Объекты Отношения: Связь – взаимодействие между экземплярами сущностей Агрегация (агрегация по

Объекты

Отношения:
Связь – взаимодействие между экземплярами сущностей
Агрегация (агрегация по ссылке, разделяемая агрегация)

- отношение «часть-целое»
Композиция (агрегация по значению) – строгая форма агрегации, агрегируемый объект принадлежит только одному агрегату. Связаны жизненные циклы.

Связь

Агрегация

Слайд 14

Классы Класс – это описание структуры и поведения объектов, имеющих одинаковые свойства, поведение и семантику

Классы

Класс – это описание структуры и поведения объектов, имеющих одинаковые свойства,

поведение и семантику
Слайд 15

Классы Отношения (relationship) между классами: Наследование (inheritance, generalization) – отношение при

Классы

Отношения (relationship) между классами:
Наследование (inheritance, generalization) – отношение при котором один

класс разделяет структуру и поведение другого класса
Ассоциация (association) – описание связей между экземплярами классов
Реализация (implementation) – отношение между интерфейсом и классом, его реализующим
Зависимость (dependency) – отношение между классами, при котором изменения в одном классе приводят к изменениям в другом классе (наследование, ассоциация и реализация – частные случаи отношения зависимости, имеющие особое назначение и специальную нотацию)
Слайд 16

Наследование При наследовании подкласс может : добавлять поля добавлять методы переопределять

Наследование

При наследовании подкласс может :
добавлять поля
добавлять методы
переопределять методы
замещать методы
уточнять методы
Принцип подстановки: Экземпляр

подкласса может быть использован при тех же условиях, при которых используется экземпляр суперкласса
Слайд 17

Наследование class Figure { int _x, _y; public: virtual void Show()

Наследование

class Figure
{
int _x, _y;
public:
virtual void Show()

= 0;
virtual void Hide() {/*…*/ };
void Move(int x, int y) {
Hide();
_x=x; _y=y;
Show();
}
};
class Circle: public Figure
{
// добавление поля
int _radius;
public:
// замещение метода (реализация)
virtual void Show() {/*…*/ };
};

class Face: public Circle
{
int _eyeColor;
public:
// замещение метода
void Show();
// переопределение метода
void Move(int x, int y) {/*…*/}
// добавление метода
virtual void CloseEyes();
};

Слайд 18

Наследование int main() { Circle *cPtr; cPtr=new Face; // фактический объект

Наследование

int main()
{
Circle *cPtr;
cPtr=new Face; // фактический объект класса Face

cPtr->Show(); // вызывается метод Face::Show()
cPtr->Move(10,20); // вызывается Figure::Move(), так как невиртуальное
// замещение, а в нем методы Face::show() и
// Face::hide() в соответствии с фактическим
// классом объекта *cPtr.
// cPtr->closeEyes(); // ошибка компиляции
delete cPtr;
// ...
}
Слайд 19

Наследование Уточнение метода class Circle: public Figure { virtual void Show()

Наследование

Уточнение метода

class Circle: public Figure
{
virtual void Show()
{/*рисование окружности*/

};
};
class Face : public Circle
{
virtual void Show()
{
/* рисование глаз */
Circle::Show();
/* рисование рта и ушей */
};
};

int main()
{
Face face;
face.Show(); // вызывается также
// Circle::Show()
}

В С++ уточнение реализовано для конструкторов и деструкторов

Слайд 20

Наследование Абстрактность и полиморфизм

Наследование

Абстрактность и полиморфизм

Слайд 21

Ассоциация class Controller { private: Sensor _sensor[]; } class Sensor {

Ассоциация

class Controller
{
private:
Sensor _sensor[];
}
class Sensor
{
// нет ссылки на Conroller
}

class Job
{

public:
Company* company;
Person* person;
double salary;
}
Слайд 22

Агрегация

Агрегация

Слайд 23

Реализация (realization/implementation) class IList { public: virtual void add(string& item) =

Реализация (realization/implementation)

class IList
{
public:
virtual void add(string& item) = 0;
virtual void

remove(string& item) = 0;
virtual void insertAt(int index, string& item) = 0;
}

class LinkedList : public IList
{
private:
Element* _head;
public:
void add(string& item) {… Element * p = new Element(item) … }
void remove(string& item) {… delete p; …}
void insertAt(int index, string& item) { … }
}

спецификация

реализация

class LinkedList : public IList
{
private:
Element* _head;
public:
void add(string& item) {… Element * p = new Element(item) … }
void remove(string& item) {… delete p; …}
void insertAt(int index, string& item) { … }
}

Слайд 24

Зависимость Стереотипы отношения зависимости: > – назначение параметров шаблонному классу для

Зависимость

Стереотипы отношения зависимости:
<> – назначение параметров шаблонному классу для получения нового

конкретного класса
<> – метод одного класса вызывает операцию другого класса
<> – один класс создает экземпляр другого класса
<> или <> – разрешение одному классу использовать реализацию другого класса
<> - общее обозначение
Слайд 25

Зависимость class List; class Element { friend class List; } class

Зависимость

class List;
class Element
{
friend class List;
}
class List
{
Element* _head;
}

template class

Array
{
public:
T operator[](int i) {…}
}
void main()
{
Array intArray;
Array floatArray;
// …
}

class Product
{
public:
Product() {}
}
class Factory
{
public:
Product Create()
{
return Product();
}
}

Слайд 26

Пакеты Пакет – механизм общего назначения для распределения программных элементов по

Пакеты

Пакет – механизм общего назначения для распределения программных элементов по группам

с установлением владельца, а также средства для предотвращения конфликтов имен

namespace P1
{
class С1 {}
namespace P2
{
class C1 {}
}
}
int main()
{
P1::C1 x1;
P1::P2::C1 x2;
}

Слайд 27

Диаграммы UML Представление (View) – это подмножество конструкций UML, отражающих один

Диаграммы UML

Представление (View) – это подмножество конструкций UML, отражающих один аспект

системы.
Описание статической структуры (Static View)
Описание вариантов использования (Use Case View)
Описание дискретных автоматов (State Machine View)
Описание активности (Activity View)
Описание взаимодействия (Interaction View)
Описание размещения (Deployment View)
Описание проектных решений (Design View)

Рисунки из Rumbaugh J., Jacobson I., Booch G. The Unified Modeling Language Reference Manual. – 2nd ed. Addison-Wesley. 2005

Слайд 28

Описание статической структуры Диаграммы классов

Описание статической структуры

Диаграммы классов

Слайд 29

Описание статической структуры Диаграмма объектов

Описание статической структуры

Диаграмма объектов

Слайд 30

Диаграммы коммуникации

Диаграммы коммуникации

Слайд 31

Диаграммы коммуникации В языке UML моделируются следующие разновидности действий.

Диаграммы коммуникации

В языке UML моделируются следующие разновидности действий.

Слайд 32

Диаграммы коммуникации Для записи сообщений в языке UML принят следующий синтаксис:

Диаграммы коммуникации

Для записи сообщений в языке UML принят следующий синтаксис:
имя

Атрибута = имяСообщения (Аргументы): ВозвращаемоеЗначение,
где имяАтрибута задает атрибут, куда помещается возвращаемое значение.
Слайд 33

Диаграммы коммуникации Поток синхронных сообщений. Поток асинхронных сообщений.

Диаграммы коммуникации

Поток синхронных сообщений.

Поток асинхронных сообщений.

Слайд 34

Диаграммы коммуникации Итерация и ветвление.

Диаграммы коммуникации

Итерация и ветвление.

Слайд 35

Диаграммы коммуникации Для формирования диаграммы коммуникации выполняются следующие действия: 1) отображаются

Диаграммы коммуникации

Для формирования диаграммы коммуникации выполняются следующие действия:
1) отображаются участники взаимодействия;
2)

рисуются связи, соединяющие этих участников;
3) связи помечаются сообщениями, которые посылают и получают определенные участники.
Слайд 36

Диаграммы коммуникации Диаграмма коммуникации системы управления полетом.

Диаграммы коммуникации

Диаграмма коммуникации системы управления полетом.

Слайд 37

Диаграммы последовательности Диаграммы последовательности системы управления полетом.

Диаграммы последовательности

Диаграммы последовательности системы управления полетом.

Слайд 38

Диаграммы последовательности Создание и уничтожение обобщенного объекта. Вложение спецификаций выполнения (активаций)

Диаграммы последовательности

Создание и уничтожение обобщенного объекта.

Вложение спецификаций выполнения (активаций)

Слайд 39

Диаграммы последовательности Использование взаимодействия (interaction use) Цикл (ключевое слово loop). Условный

Диаграммы последовательности

Использование взаимодействия (interaction use)
Цикл (ключевое слово loop).
Условный фрагмент

(ключевое слово alt)
Необязательный фрагмент (ключевое слово opt)
Параллельный фрагмент (ключевое слово par)

Наиболее популярны следующие комбинированные фрагменты:

Слайд 40

Диаграммы последовательности Диаграмма последова-тельности с вложенными фрагментами.

Диаграммы последовательности

Диаграмма последова-тельности с вложенными фрагментами.

Слайд 41

Диаграммы последовательности Ограничения на количество итераций фрагмента-цикла указываются в скобках после

Диаграммы последовательности

Ограничения на количество итераций фрагмента-цикла указываются в скобках после ключевого

слова loop:

loop минимум = 0, максимум неограничен
lоор(количество) минимум = максимум = количество
lоор(мин, макс) явное задание минимальной и максимальной границ.

Границы числа итераций

Слайд 42

Диаграммы последовательности Состояние объекта на диаграмме последовательности.

Диаграммы последовательности

Состояние объекта на диаграмме последовательности.

Слайд 43

Описание вариантов использования

Описание вариантов использования

Слайд 44

Описание дискретных автоматов Диаграмма переходов состояний [amount

Описание дискретных автоматов

Диаграмма переходов состояний

[amount <= $25] – так правильно

Слайд 45

Описание активности

Описание активности

Слайд 46

Описание взаимодействия Классификатор – модельный элемент, который описывает поведенческие свойства (в

Описание взаимодействия

Классификатор – модельный элемент, который описывает поведенческие свойства (в виде

операций) и структурные свойства (в виде атрибутов). Классификаторами являются: класс, интерфейс, компонент, вариант использования, подсистема, узел размещения и т.д.

Figure 9-2. Classifiers

Слайд 47

Описание взаимодействия Диаграмма последовательности

Описание взаимодействия

Диаграмма последовательности

Слайд 48

Описание взаимодействия Диаграмма последовательности с детализацией выполнения

Описание взаимодействия

Диаграмма последовательности с детализацией выполнения

Слайд 49

Описание взаимодействия Коммуникационная диаграмма

Описание взаимодействия

Коммуникационная диаграмма

Слайд 50

Описание размещения Диаграмма размещения

Описание размещения

Диаграмма размещения

Слайд 51

Описание проектных решений Структурированный класс Структурированный класс с портами

Описание проектных решений

Структурированный класс

Структурированный класс с портами

Слайд 52

Описание проектных решений Описание сотрудничества объектов Использование шаблона

Описание проектных решений

Описание сотрудничества объектов

Использование шаблона

Слайд 53

Основные принципы детального проектирования Принцип открытия-закрытия Бертрана Мейера (ОСР — The Open-Closed Principle)

Основные принципы детального проектирования

Принцип открытия-закрытия Бертрана Мейера (ОСР — The

Open-Closed Principle)
Слайд 54

Основные принципы детального проектирования - Принцип подстановки Барбары Лисков (LSP —

Основные принципы детального проектирования

- Принцип подстановки Барбары Лисков (LSP —

Liskov Substitution Principle)
- Принцип инверсии зависимостей Роберта Мартина (DIP — Dependency Inversion Principle)
- Принцип отделения интерфейса (ISP — Interface Segregation Principle)
Слайд 55

Основные принципы детального проектирования - Принцип инверсии зависимостей Роберта Мартина (DIP — Dependency Inversion Principle)

Основные принципы детального проектирования

- Принцип инверсии зависимостей Роберта Мартина (DIP

— Dependency Inversion Principle)
Слайд 56

Принципы упаковки классов в архитектурные подсистемы - Принцип эквивалентности повторного применения

Принципы упаковки классов в архитектурные подсистемы

- Принцип эквивалентности повторного применения

(REP - Release Reuse Equivalency Principle). Уровень детализации повторного применения (reuse) должен соответствовать желаемому уровню детализации новой версии.
- Принцип общего закрытия (ССР — Common Closure Principle). Классы, входящие в состав пакета, должны быть закрыты по отношению к одним и тем же изменениям. Изменение, влияющее на пакет, оказывает воздействие на все классы этого пакета, не затрагивая другие пакеты.
- Принцип общего повторного применения (CRP — Common Reuse Principle). Классы, входящие в состав пакета, повторно применяются совместно. Если вы повторно применяете один из классов пакета, вы повторно применяете их все.
Слайд 57

Документирование процесса проектирования Стандарт IEEE Std 1016-2009 «Systems Design — Software

Документирование процесса проектирования

Стандарт IEEE Std 1016-2009 «Systems Design — Software Design

Descriptions» предлагает документировать весь этап проектирования с помощью описания программного проектирования (SDD — software design description).
Стандарт определяет следующие точки зрения:
□ Контекстная точка зрения. Отражает услуги, оказываемые пользователям и другим заинтересованным лицам, взаимодействующим с системой. Система рассматривается как черный ящик.
□ Композитная точка зрения. Описывает систему как структуру, состоящую из нескольких частей, и определяет роль каждой части.
Слайд 58

Документирование процесса проектирования □ Логическая точка зрения. Выявляет существующие и проектируемые

Документирование процесса проектирования

□ Логическая точка зрения. Выявляет существующие и проектируемые типы,

а также их реализацию (классы и интерфейсы, их структурные статические отношения). Могут использоваться экземпляры типов.
□ Точка зрения зависимостей. Определяются отношения взаимодействия и доступа отдельных сущностей. Эти отношения описывают разделяемую информацию, порядок выполнения, параметры интерфейсов.
□ Информационная точка зрения. Точка зрения применима, если ожидается присутствие персистентных (устойчивых) данных.
Слайд 59

Документирование процесса проектирования □ Точка зрения с использованием паттернов. Рассматривается сотрудничество

Документирование процесса проектирования

□ Точка зрения с использованием паттернов. Рассматривается сотрудничество паттернов,

их абстрактные роли и соединения.
□ Интерфейсная точка зрения. Обеспечивает проектировщиков, программистов и тестировщиков информацией о правильном использовании сервисов системы. Здесь описываются детали внешних и внутренних интерфейсов, не заданные в спецификации требований. Предлагается набор интерфейсных описаний для каждой сущности.
□ Структурная точка зрения. Используется для документирования внутренних составляющих частей и организации системы в терминах элементов.
Слайд 60

Документирование процесса проектирования □ Точка зрения взаимодействий. Определяет стратегии для взаимодействия

Документирование процесса проектирования

□ Точка зрения взаимодействий. Определяет стратегии для взаимодействия сущностей,

выделяя почему, где, как и зачем происходят действия. □ Точка зрения динамики состояний. Применима к событийно-управляемым системам. □ Алгоритмическая точка зрения. Детальное описание операций (методов, функций), внутренние детали и логика каждой сущности.
□ Ресурсная точка зрения. Моделируются характеристики и использование ресурсов системы