Ohjelmistotekniikan menetelmät

Transkriptio

1 Ohjelmistotekniikan menetelmät Luokat ja oliot Luokka- ja oliokaavio Harri Laine 1

2 Luokat ja oliot käyttötapaus Käyttötapaus käyttää järjestelmän palveluja käyttää Käytettävät palvelut saadaan saada yhden tai useamman osajärjestelmän kautta Osajärjestelmät toimivat mahdollisesti eri laitteistoilla ja eri ympäristöissä Harri Laine 2

3 Luokat ja oliot Ohjelmistoarkkitehtuuri määrittelee ohjelmiston yleisrakenteen: Perusta, jonka varaan kaikki myöhemmät suunnitteluja toteutusratkaisut rakennetaan Ohjelmiston jaottelu eri tasoisiin osiin (moduuleiksi) esim. osajärjestelmiksi, pakkauksiksi, komponenteiksi, toiminnallisuuden sijoittelu moduuleihin osien välisten riippuvuuksien hallinta Arkkitehtuurikuvaus toimii järjestelmän yleisrakenteen dokumentaationa Harri Laine 3

4 Luokat ja oliot Kuvattavia asioita Osat ja niiden väliset yhteydet Osien välinen yhteistyö Periaatteet osiinjaon ja yhteistyön taustalla (arkkitehtuurimallit ja tyylit) Harri Laine 4

5 Luokat ja oliot Olioperustaisesti maailmaa tarkasteltaessa rakenteet nähdään olioina UML tarjoaa oliorakenteiden kuvaamiseksi luokka- ja oliokaaviot ja niihin liittyvän käsitteistön UML:n kaavioista useimmat ovat luokka- ja oliokaavion erikoistapauksia Harri Laine 5

6 Luokat ja oliot Useimmat järjestelmät voidaan jakaa kerroksiin, esim. Käyttöliittymäkerros, jossa käyttöliittymäoliot järjestelmän ulospäin näkyvä osa, esim. ikkunat, valikot,raportit, palvelurajapinnat käyttäjän ja sisältöolioiden välinen yhteys: esitetään tietoja ja vastaanotetaan käyttäjän ohjausta Sovelluslogiikkakerros, jossa sisältöoliot toteuttaa reaalimaailman simulointimallin sisältöoliot tarjoavat omaan tietosisältöönsä perustuvia sovelluskohtaisia palveluja Tietojensäilytyskerros, jossa tietokantaoliot esim. tiedostot, tietokanta, säilyttävät sisältöolioiden tiloja Harri Laine 6

7 Luokat ja oliot Käyttöliittymä (interface) Sovelluslogiikka (application logic) Tietojen säilytys (data storage) Harri Laine 7

8 Luokka- ja oliokaavioilla (class diagram / object diagram) kuvataan ohjelmiston / järjestelmän koostuminen olioista olioiden tietosisältö olioiden tarjoamat palvelut olioiden väliset yhteydet luokitusjärjestelmän luokkien väliset suhteet Harri Laine 8

9 Olio tiedon ja sen käsittelyyn liittyvien palveluiden muodostama kokonaisuus olio pitää sisällään tietoja, joita olion palvelut käsittelevät / hyödyntävät Puhdasoppisessa olio-ajattelussa olion tietoihin pääse käsiksi vain olion palveluiden kautta 'olion sisään ei nähdä' (black box) Harri Laine 9

10 (Olio)luokka (class, object class) on samankaltaisten olioiden malli. Saman mallin mukaiset oliot kuuluvat samaan luokkaan. Ne ovat kyseisen luokan ilmentymiä (instance). Luokkakuvaus määrittelee luokan Nimi Tekstimääritelmä - mitä ovat Tietosisältö Palvelut Harri Laine 10

11 Luokkakaaviossa luokka esitetään luokkasymbolina nimi välttämätön tietosisältö mukana tarvittaessa palvelut Harri Laine 11

12 luokka Eläin elain_numero: int laji: String paino: float tulostatiedot() <<instance of>> <<instance of>> olioita leoleijona: Eläin eläinnumero = 123 laji = leijona paino = 220 Katkoviiva kuvaa riippuvuutta Viivaan liitetty luonnehdinta riippuvuuden tyyppiä anttiaasi: Eläin eläinnumero = 124 laji = aasi paino = Harri Laine 12

13 Luokkakaaviossa esitetään tyypillisesti vain luokkia. Olioita voidaan ottaa kaavioon esimerkkeinä havainnollistamaan jotain muuten ehkä epäselväksi jäävää asiaa. Oliosymbolin nimi-osassa esitetään alleviivattuna joko olion nimi/tunniste tai luokan nimi tai molemmat Tietosisältö- osassa annetaan ilmentymän attribuuttien arvot Harri Laine 13

14 Luokan olioiden tietosisältö kuvataan attribuuttien avulla Attribuutista voidaan esittää nimi (välttämätön) tietotyyppi (data type) moniarvoisuus (multiplicity) eli arvojen määrä oletusarvona 1 annetaan hakasuluissa: [alaraja..yläraja] * = epämääräisen monta = 0..* näkyvyys (visibility) vain ohjelmointiläheisessä kuvauksessa oletusarvo (jos olemassa) muita määreitä Harri Laine 14

15 Attribuutin arvo on aina jotain tyyppiä tyyppi erotetaan attribuutin nimestä kaksoispisteellä esim. päiväys: Date tai merkki: char Arvo voi olla perustietotyypin arvo (esim. int, UML sallii mitä tahansa perustietotyyppejä - voi soveltaa) olio, jolloin tietotyyppinä on olion luokka olioarvoinen attribuutti muodostaa yhteyden attribuutin sisältävän olion ja attribuutin arvona olevan olion välille yhteyksille on oma kuvaustekniikka olioarvoiset attribuutit tulisi esittää attribuuttimäärittelyn yhteydessä vain, jos olion luokka on perustietotyyppimäinen (Date, String, Color, Point, ) Harri Laine 15

16 Näkyvyysmääreet Tekniikka attribuutin tai palvelun käytön rajoittamiseen (vrt. C++, Java,...) Merkitään erikoismerkillä (tai ikonilla) nimen eteen Vaihtoehdot: private (-) sallii käytön vain luokan omissa palveluissa protected (#) sallii käytön myös luokan aliluokissa määriteltävissä palveluissa package (~) sallii käytön myös muissa saman paketin luokissa määriteltävissä palveluissa public (+) sallii käytön kaikkialta Harri Laine 16

17 Attribuutit ovat yleensä ilmentymäattribuutteja (instance attribute) jokaisella luokan ilmentymällä on attribuutin mukainen tieto UML:ssä tunnetaan myös luokka-attribuutit (class attribute) attribuutilla on luokkakohtainen arvo ilmaistaan alleviivaamalla attribuutin nimi Attribuutille voi antaa kaarisulkeissa{...} lisämääreitä UML tarjoaa valmiina eräitä lisämääreitä, kuten frozen (arvoa ei voi muuttaa, esim. syntymäaika) UML-mallin soveltaja voi ottaa käyttöön myös omia lisämääreitä Harri Laine 17

18 #seurvapaanro: int #tilinumero: int {frozen} #ibankoodi: String ~valuuttakoodi: String -tapahtumat[*] -saldo: float +viimeksikäytetty: Date Pankkitili +otto(summa: float) +pano(summa: float) +tulostatiedot() Luokkakohtainen seurvapaanro-attribuutti kertoo seuraavan vapaan tilinumeron, muut attribuutit ovat ilmentymäkohtaisia Attribuutit seurvapaanro, tilinumero ja ibankoodi ovat käytettävissä luokan Pankkitili ja sen aliluokkien (esim. Käyttötili) palveluissa Tilinumeroa ei voi muuttaa olion luonnin jälkeen Attribuutti tapahtumat on moniarvoinen, mutta sen tyyppiä ei ole määritelty Attribuutteihin tapahtumat ja saldo voi viitata vain Pankkitilin omissa palveluissa Attribuuttiin valuuttakoodi voi viitata kaikissa niissä luokissa, jotka on määritelty samassa pakkauksessa kuin Pankkitili Attribuuttiin viimeksikäytetty voi viitata kaikissa luokissa, samoin kaikkiin palveluihin Harri Laine 18

19 UML vs Java ohjelmointitasolla UML-luokka vastaa Java-luokkaa Javan staattiset kentät (static field) vastaavat luokkaattribuutteja Muut Java-luokassa määritellyt kentät vastaavat ilmentymäattribuutteja UML:n näkyvyys- ja muut määreet vastaavat varsin hyvin muita Javan modifier määreitä Harri Laine 19

20 Yhteydet Olioiden (ilmentymien) välisiä rakenteellisia kytkentöjä kutsutaan yhteyksiksi (association). Ohjelmakoodissa rakenteellinen kytkentä ilmenee siten, että luokalla on olioarvoinen attribuutti tai luokan oliosta on jokin epäsuora viittaus toiseen olioon Harri Laine 20

21 Yhteydet Merkitään luokkakaaviossa viivana tai nuolena luokkien välille, mutta kuvaavat kyseisten luokkien ilmentymien välisiä kytkentöjä olioiden (eli ilmentymien) välillä rakenteellinen, pysyväluonteinen kytkentä Harri Laine 21

22 Yhteys Yhteyksiin voidaan liittää kytkentärajoitteita (multiplicity) Rajoite kertoo, montako luokan ilmentymää voi olla kytkettynä yhteen toisen luokan ilmentymään (esim. 1, *, 0..1 tai 1..*) Alaraja 0 merkitsee, että osallistuminen yhteyteen on valinnainen Yläraja * merkitsee, että ilmentymiä voi olla yhteydessä määrittelemättömän monta joskus symbolina n (vrt. kurssikirjan monet kuvat) Lyhennysmerkinnät 1 = 1..1 ja * = 0..* Harri Laine 22

23 Määritellään Java-ohjelmassa Asiakas-luokkaan tili-attribuutti seuraavasti Pankkitili[] tili = new Pankkitili[9]; Ts. Asiakkaalla voi olla enintään 9 pankkitiliä Vaaditaan lisäksi, että asiakkaalla on oltava aina vähintään yksi pankkitili (tarkistettava erikseen ohjelmassa) Sama UML:llä: Asiakas 1..9 tili Pankkitili roolinimi Harri Laine 23

24 Edellä nuoli osoittaa, että kyseessä suunnattu yhteys asiakas tietää tilinsä (asiakkaasta päästään pankkitiliin, navigointimahdollisuus), mutta ei suoraan päinvastoin - sveitsiläinen numerotili Jos haluttaisiin yhteys myös toiseen suuntaan, voitaisiin määritellä pankkitilille attribuutti Asiakas[] omistaja = new Asiakas[3]; Harri Laine 24

25 1..3 Asiakas omistaja 1..9 tili Pankkitili Yhteydet asiakkaasta pankkitiliin ja pankkitilistä asiakkaaseen esittävät samaa kytkentää vain eri suuntiin tarkasteltuna, niinpä ne voidaan esittää yhdellä yhteysviivalla Asiakas 1..3 omistaja 1..9 tili Pankkitili Harri Laine 25

26 Edellisen esimerkin yhteys on kaksisuuntainen Kaksisuuntaisessa yhteydessä nuolenkärjet voidaan jättää pois Asiakas 1..3 omistaja 1..9 tili Pankkitili Kaksisuuntainen yhteys Jos yhteysviivan toisessa päässä on nuoli ja toisessa ei, niin yhteys on yksisuuntainen Harri Laine 26

27 tili-omistaja yhteys ilmentymätasolla omistaja tili 1235: Pankkitili 1236: Pankkitili 1234: Pankkitili 4567:pankkitili aku: Asiakas iines: Asiakas Harri Laine 27

28 Edellisessä esimerkissä yhteyden osapuolille on annettu roolinimet (tili ja omistaja) ilmaisevat osapuolen aseman yhteydessä Yhteydelle voi antaa nimen molempiin suuntiin Ei tarvitse antaa nimeä lainkaan Jos yhteydelle annetaan nimi, se soi olla suuntaamaton tai siihen liittyy lukusuunta. Nuoli yhteyden nimessä ilmaisee lukusuunnan Harri Laine 28

29 nimi ilman lukusuuntaa Asiakas omistus 1..3 omistaja 1..9 tili Pankkitili nimi lukusuunnalla Asiakas >omistaa 1..3 omistaja 1..9 tili Pankkitili Harri Laine 29

30 Yhteydet ovat olioiden välisiä vaikka luokkakaaviossa ne esitetäänkin luokkien välisinä yhteysviivoina Molemmat yhteyden osapuolina olevat oliot voivat kuulua myös samaan luokkaan Harri Laine 30

31 Esimerkki työntekijällä voi olla vain yksi (välitön) esimies työntekijällä voi olla useita alaisia, ei kuitenkaan välttämättä yhtään 0..1 esimies Työntekijä 0..* alainen Harri Laine 31

32 isopomo esimies Edellisen kalvon luokkakaavio on esimerkki rekursiivisesta määrittelystä, joka tuottaa puumaisen, hierarkkisen ilmentymän alainen pikkupomo1 esimies alainen duunari1 duunari2 duunari3 alainen esimies pikkupomo2 alainen duunari4 duunari Harri Laine 32

33 Yhteyteen voidaan liittää järjestysmääre {ordered unordered} ilmaisemaan, että olioon yhteydessä olevien olioiden joukko on jollain perusteella järjestetty Esimerkki kirjan tekijöiden joukko on järjestetty Kirja * 1..* tekijä {ordered} Kirjoittaja {unordered} on oletusarvo Harri Laine 33

34 Nowhere is here:kirja 1 2 Fox Mulder:Kirjoittaja Dana Scully:Kirjoittaja Ilmentymien järjestetty joukko Harri Laine 34

35 Yhteyteen voidaan liittää myös toistomääre {unique nonunique}. Unique on oletusarvo. Jos toistorajoite on nonunique oliolla voi olla useita samantyyppisiä kytkentöjä samaan olioon Otos_ takaisinpanolla * * valittu {nonunique} kohde Sama kohde voi tulla valituksi moneen kertaan Harri Laine 35

36 Jos kytkentärajoite puuttuu kuvasta, se on oletusarvoisesti 1..1 = 1 henkilö haltija 0..1 ajokortti Ajokortilla on tasan yksi haltija Oletusarvo rajoitteissa ei ole välttämättä hyvä asia Yhteydet pitäisi pystyä kuvaamaan myös ottamatta kantaa rajoitteisiin 1 Oletusarvo Harri Laine 36

37 Kompositio Kompositiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa osien olemassaolo on sidoksissa kokonaisuuden olemassaoloon kun kokonaisuus hävitetään, häviävät myös sen osat osa voi sisältyä * vain yhteen samantyyppisen kompositioon osa ei voi vaihtaa kompositiotaan, vaan on aina osa samaa kokonaisuutta Harri Laine 37

38 Kurssi * Harjoitusryhmä Rakennus * Huoneisto Kompositio esitetään täytettynä salmiakkina kokonaisuuden puoleisessa päässä Harri Laine 38

39 Olio voi kuulua useaan kompositioon, kuitenkin enintään yhteen samantyyppiseen kurssi opiskelija * osallistuminen * Jos kurssi tai opiskelija häviää häviävät myös osallistumiset Harri Laine 39

40 Kooste (aggregate) Vanhemmissa UML-versioissa on ollut mahdollista kuvata myös osien ja kokonaisuuksien suhdetta, johon ei liity komposition kaltaista olemassaoloriippuvuutta Kuvattu avoimella (tyhjällä) salmiakkisymbolilla Pelaaja voi kuulua moneen joukkueeseen. joukkue * * jäsen pelaaja Harri Laine 40