Диаграммы

Мы обрисовали множество слов UML. Переходим к синтаксису, то есть к описанию того, как из слов конструируются предложения.

На первый взгляд, все очень просто: берутся сущности и, если нужно, указываются отношения между ними. В результате получается модель, то есть граф (с разнородными вершинами и ребрами), нагруженный дополнительной информацией. Но при более внимательном рассмотрении обнаруживаются проблемы.

Рассмотрим следующую аналогию с естественным языком. Каждая тройка сущность — отношение — сущность в модели вполне может рассматриваться как простое утверждение: 2<5, ртуть тяжелее железа (все это примеры отношений). Вспомним, что в графе (в модели) никакой упорядочивающей структуры нет: нельзя сказать, что это вершина первая, а это — вторая. Помимо сущностей и отношений, в модели должна быть какая-то структура, которая бы помогала ее составлению и пониманию.

Диаграммы UML и есть та основная накладываемая на модель структура, которая облегчает создание и использование модели.

Диаграмма — это графическое представление некоторой части графа модели.

Вообще говоря, в диаграмму можно было бы включить любые (допустимые) комбинации сущностей и отношений. Поэтому авторы UML определили набор рекомендуемых к использованию типов диаграмм, которые получили название канонических типов диаграмм.

В UML 1.x всего определено 9 канонических типов диаграмм. Ниже перечислены их названия, принятые в этом пособии (в других источниках есть отличия).

• Диаграмма использования

• Диаграмма классов

• Диаграмма объектов

• Диаграмма состояний

• Диаграмма деятельности

• Диаграмма последовательности

• Диаграмма кооперации

• Диаграмма компонентов

• Диаграмма размещения

Канонические диаграммы отнюдь не образуют полного набора: они пересекаются как по включенным в них средствам, так и по области применения. Более того, некоторые из них являются частными случаями других, есть просто семантические эквивалентные пары, можно привести примеры допустимых диаграмм, для которых затруднительно указать однозначно, к какому именно из канонических типов диаграмма относится.

Сказанное можно проиллюстрировать условной классификацией диаграмм, приведенной на рисунке 1.5.

Рисунок. 1.5. - Иерархия типов диаграмм.

Диаграмма использования — это наиболее общее представление функционального назначения системы. Диаграмма использования призвана ответить на главный вопрос моделирования: что делает система во внешнем мире?

На диаграмме использования применяются два типа основных сущностей: варианты использования и действующие лица, между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

• ассоциация между действующим лицом и вариантом использования;

• обобщение между действующими лицами;

• обобщение между вариантами использования;

• зависимости (различных типов) между вариантами использования.

Кроме того, на диаграмме использования можно применить специальный графический комментарий — обозначить границу системы (действующие лица находятся снаружи, а варианты использования — внутри), если это почему-либо не очевидно.

Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме использования, показаны на рисунке 1.6.

Рисунок.1.6 - Нотация диаграммы использования (UML 2.0)

 

Диаграмма классов — основной способ описания структуры системы. На диаграмме классов применяются один основной тип сущностей: классы (включая многочисленные частные случаи классов: интерфейсы, типы, классы- ассоциации и многие другие), между которыми устанавливаются следующие основные типы отношений:

• ассоциация между классами (с множеством дополнительных подробностей);

• обобщение между классами;

• зависимости (различных типов) между классами и интерфейсами.

Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме классов, показаны на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Нотация диаграммы классов

 

Диаграмма объектов — это частный случай диаграммы классов. Диаграммы объектов имеют вспомогательный характер — по сути это примеры (можно сказать дампы памяти), показывающие, какие имеются объекты и связи между ними в некоторый конкретный момент функционирования системы.

На диаграмме объектов применяют один основной тип сущностей: объекты (экземпляры классов), между которыми указываются конкретные связи (экземпляры ассоциаций).

Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме объектов, показаны на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Нотация диаграммы объектов

Диаграмма состояний — это основной способ детального описания поведения в UML. В сущности, диаграммы состояний представляют собой граф состояний и переходов конечного автомата, нагруженный множеством дополнительных деталей и подробностей.

На диаграмме состояний применяют один основной тип сущностей — состояния, и один тип отношений — переходы, но и для тех и для других определено множество разновидностей, специальных случаев и дополнительных обозначений. Перечислять их все во вступительном обзоре не имеет смысла.

Детальное описание всех вариаций диаграмм состояний приведено в главе 4, а на рисунке 1.9 показаны только основные элементы нотации, применяемые на диаграмме состояний.

Рисунок 1.9 - Нотация диаграммы состояний (UML 1.х)

 

Диаграмма деятельности — это, фактически, блок-схема алгоритма, в которой модернизированы обозначения, а семантика согласована с современным объектно-ориентированным подходом, что позволило органично включить диаграммы деятельности в UML.

На диаграмме деятельности применяют один основной тип сущностей — деятельность, и один тип отношений — переходы (передачи управления), а также графические обозначения (развилки, слияния и ветвления), которые похожи на сущности, но таковыми на самом деле не являются, а представляют собой графический способ изображения некоторых частных случаев гипердуг в гиперграфе. Семантика элементов диаграмм деятельности подробно разобрана в главе 4.

Помимо потока управления на диаграмме деятельности можно показать и поток данных, используя такую сущность, как объект (в определенном состоянии) и соответствующую зависимость. Кроме того, на диаграмме деятельности можно применить специальный графический комментарий — так называемые дорожки — подчеркивающие, что некоторые деятельности отличаются друг от друга, например, выполняются в разных местах. Основные элементы нотации, применяемые на диаграмме деятельности, показаны на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 - Нотация диаграммы деятельности (UML 2.0)

 

Диаграмма последовательности — это способ описать поведение системы "на примерах". Фактически, диаграмма последовательности — это запись протокола конкретного сеанса работы системы (или фрагмента такого протокола). В объектно-ориентированном программировании самым существенным во время выполнения является посылка сообщений взаимодействующими объектами. Именно последовательность посылки сообщений отображается на данной диаграмме, отсюда и название.

На диаграмме последовательности применяют один основной тип сущностей — объекты (экземпляры взаимодействующих классов и действующих лиц), и один тип отношений — сообщения, которыми обмениваются взаимодействующие объекты. Предусмотрено несколько типов сообщений, которые в графической нотации различаются видом стрелки, соответствующей отношению.

return false">ссылка скрыта

Важным аспектом диаграммы последовательности является явное отображение течения времени. В отличии от всех других типов диаграмм, на диаграмме последовательности имеет значение не только наличие графических связей между элементами, но и взаимное положение элементов на диаграмме. А именно, считается, что имеется (невидимая) ось времени, по умолчанию направленная сверху вниз, и то сообщение, которое отправлено позже, нарисовано ниже.

На рисунке 1.11 показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме последовательности. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация — прямоугольник с подчеркнутым именем объекта. Пунктирная линия, выходящая из объекта, называется линией жизни. Это не обозначение отношение в модели, а графический комментарий, призванный направить взгляд читателя диаграммы в правильном направлении. Фигуры в виде узких полосок, наложенных на линию жизни, также не являются изображениями моделируемых сущностей. Это графический комментарий, показывающий отрезки времени, в течении которых объект имеет управление (как говорят, имеет место активация объекта). Создание объекта в процессе взаимодействия отмечается тем, что значок объекта расположен ниже (т. е. объект появляется позже). Уничтожение объекта отмечает большим косым крестом и прекращением линии жизни.

Рисунок 1.11 - Нотация диаграммы последовательности (UML 2.0)

 

Диаграмма кооперации, которая в UML 2 переименована в диаграмму коммуникации, семантически эквивалентна диаграмме последовательности. Фактически, это такое же описание последовательности обмена сообщениями взаимодействующих объектов, только выраженное другими графическими средствами. Более того, большинство инструментов умеет автоматически преобразовывать диаграммы последовательности в диаграммы кооперации и обратно. Такое преобразование является взаимно-однозначным.

Таким образом, на диаграмме кооперации также применяют один основной тип сущностей — объекты (экземпляры взаимодействующих классов и действующих лиц), и один тип отношений — сообщения, которыми обмениваются взаимодействующие объекты. Однако здесь акцент делается не на времени, а на связях между конкретными объектами.

На рисунке 1.12 показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме кооперации. Для обозначения самих взаимодействующих объектов применяется стандартная нотация — прямоугольник с подчеркнутым именем объекта. Взаимное положение объектов на диаграмме кооперации не имеет значения — важны только связи (экземпляры ассоциаций), вдоль которых передаются сообщения. Для отображения упорядоченности сообщений во времени применяется иерархическая десятичная нумерация. Сравните Рисунок 1.11 и Рисунок 1.12 (на них изображена одна и та же диаграмма).

Рисунок 1.12. Нотация диаграммы кооперации

 

Диаграмма компонентов — это, фактически, список артефактов, из которых состоит моделируемая система, с указанием некоторых отношений между артефактами. Наиболее существенным типом артефактов программных систем являются программы. Таким образом, на диаграмме компонентов основной тип сущностей — это компоненты (как исполнимые модули, так и другие артефакты), а также интерфейсы (чтобы указывать взаимосвязь между компонентами) и объекты (входящие в состав компонентов). На диаграмме компонентов применяются следующие отношения:

• реализации между компонентами и интерфейсами (компонент реализует интерфейс);

• зависимости между компонентами и интерфейсами (компонент использует интерфейс);

• зависимости между объектами и компонентами (объект входит в компонент).

На рисунке 1.13 показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме компонентов. Отношение зависимости, соответствующее включению (например, объекта в компонент), часто изображают, помещая фигуру одной сущности внутрь фигуры другой сущности.

Рисунок 1.13. Нотация диаграммы компонентов (UML 2.0)

 

Диаграмма размещения немногим отличается от диаграммы компонентов. Фактически, наряду с отображением состава и связей компонентов здесь показывается, как физически размещены компоненты на вычислительных ресурсах во время выполнения. Таким образом, на диаграмме размещения, по сравнению с диаграммой компонентов, добавляется один тип сущностей — узел (может быть как классификатор, описывающий тип узла, так и конкретный экземпляр), а также отношение ассоциации между узлами, показывающее, что узлы физически связаны во время выполнения.

На рисунке 1.14 показаны основные элементы нотации, применяемые на диаграмме размещения. Прием с включением фигуры одной сущности внутрь фигуры другой сущности здесь применяется особенно часто.

Рисунок 1.14. Нотация диаграммы размещения