Grundlagen der Software-Modellierung - November 2014
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Grundlagen der Software-
Modellierung
4. November 2014Überblick
Wozu modellieren wir in der Softwareentwicklung?
Definition des Modellbegriffs in der Softwareentwicklung
Welche Aspekte eines Softwaresystems werden
modelliert?
Was ist objektorientierte Modellierung?
Wie kommen wir von Anforderungsbeschreibungen zu
ersten Modellen?
Welche Objektklassen können wir identifizieren?
Welche Eigenschaften und Fähigkeiten haben die Objekte?
Welche Beziehungen finden wir zwischen Objekten?
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 98Warum modellieren? • Menschliche kreative Tätigkeit ist ohne Modelle undenkbar: Die reale Welt steckt voller komplexer Zusammenhänge - ein Modell erlaubt es, verein- fachende, reduzierende Sichten auf einen Teil davon (das "Original") her- zustellen und sich daran zu orientieren. • Eine komplexe geistige Aufgabe ist nur dann lösbar, wenn man sich nach- einander auf ausgewählte Aspekte konzentrieren kann. Modelle ermöglich- en einen Überblick über sonst unüberschaubare, komplexe Strukturen. • Anhand von Modellen kann man Informationen und Erfahrungen sammeln, Schlüsse ziehen, Vergleiche anstellen, Alternativen bewerten, Entscheid- ungen treffen, Strategien entwickeln, etc - die für die Bearbeitung des Originals von Nutzen sind und sich an diesem selbst nicht (so leicht) vollziehen lassen. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 99
Modell und Original
Modell: Idealisierte, vereinfachte, in gewisser Hinsicht ähnliche Darstellung
eines Gegenstands, Systems oder sonstigen Weltausschnitts mit
dem Ziel, daran bestimmte Eigenschaften des Originals besser
studieren zu können.
Original:
Modell:
modellierte
Eigenschaften
Abbild
nicht modellierte
Eigenschaften
zusätzliche Eigenschaften
(nach Stachowiak)
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 100Modellbegriff / Modell als Vor- und Nachbild
Herkunft des Modellbegriffs:
modulus (lat): Maß, Regel, Form, Muster, Vorbild
Ein Modell kann als Vorbild oder Nachbild auftreten – je
nachdem, ob es vor oder nach dem Original entsteht.
Beispiele für Nachbild-Modelle:
Geographie: Landschaft-Reliefs, Landkarten; nach
Biologie/ Medizin: Körpermodelle;
Soziologie: Gruppendynamik-Modelle
Beispiele für Vorbild-Modelle:
Architektur: Hausbau;
Hardware: Chip-Schaltplan; vor
Verwaltung: Bebauungsplan
In der Software-Entwicklung haben (Anwendungs-) Modelle
oft Vor- und Nachbild -Charakter.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 101Weitere Beispiele von Modellen Außerhalb der Informatik: - Land-, See-, Himmelskarten - Blaupausen, Modelle für Gebäude und andere Bauwerke - Mathematische Modelle: Graphen, Verbände, algebraische Strukturen - Physikalische und chemische Modelle: Atomium, Molekularstrukturen, Molekularbewegung - Biologie: DNS-Struktur, Doppel-Helix - Mode: Ersatzperson - Spielzeug (Eisenbahnen, Autos, Puppenhäuser, ..) Innerhalb der Informatik: - Daten- und Prozessmodelle - Softwarearchitekturmodelle - Analyse- und Entwurfsmuster Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 102
Übersicht über Anforderungen:
Anwendungsfalldiagramme
Ausschnitt aus
einem
Anwendungs-
falldiagramm:
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 103Elemente von Anwendungsfalldiagrammen
Aktor,
Anwendunsgfall mit Bezeichner B,
B
S Systemgrenze (mit Systembezeichner S),
Kommunikationsbeziehung (zwischen
Aktoren und Anwendungsfällen)
,
- Beziehung zwischen zwei
Anwendungsfällen (s. nächste Folie).
- Vererbung zwischen Anwendungs-
fällen oder zwischen Aktoren
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 104Beziehungen zwischen Anwendungsfällen
A Eine Ausführung von Anwendungsfall A schließt die
Ausführung von Anwendungsfall B ein.
Bsp: "Auftrag bearbeiten" schließt "Zahlung veranlassen"
ein.
B
Eine Ausführung von Anwendungsfall A kann (unter
A
bestimmten Bedingungen) durch eine Ausführung von
Anwendungsfall B erweitert werden.
Bsp: Beim "Auftrag bearbeiten" wird - falls eine Anfrage
dafür vorlag - noch ein Katalog versandt.
B
A
Anwendungsfall A generalisiert Anwendungsfall B, d.h. B
steht für eine Menge von Spezialfällen von A.
Bsp: "Auftrag bearbeiten" generalisiert "Kaufauftrag
B bearbeiten" und "Verkaufsauftrag bearbeiten"
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 105Beispiel: ein einfaches Anwendungsfalldiagramm
Leergut-Automat
Stück Bericht
zurückgeben erstellen
Benutzer
Stamm-
daten ändern
Operator
Stück zurückgeben wird durch den Kunden (= Automatenbenutzer) ausgelöst,
der eine Menge von Dosen, Flaschen oder Kisten zurückgeben will.
Beschreibung des Ablaufs:
Mit jedem zurückgegebenen Stück erhöht das System die Anzahl der
registrierten Stücke sowie die Tagesgesamtanzahl für die betreffende
Kategorie.
Wenn der Kunde alle Stücke abgeliefert hat, drückt er einen
Quittungsknopf und erhält eine Quittung über alle abgelieferten Stücke
und deren Gesamtanzahl.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 106Beziehungen zwischen Aktoren
Vorlesungsverzeichnis
Vorlesung
Benutzer suchen Vorlesung
eintragen
Dozent
eintragen
Verwalter
Ein Aktor kann von anderen Aktoren seine Anwendungfälle erben.
Bsp: „Verwalter" erbt die Anwendungsfälle von „Benutzer“. Er ist
auch ein Benutzer.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 107Weiteres Beispiel: Anwendungsfalldiagramm Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 108
Objektorientierte Modellierung
• Objektorientierte Modellierung (OOM) gibt es als Begriff etwa seit
dem Aufkommen der OO-Analyse (ca. 1988).
• Hervorstechendes Ziel der OOM: Objektorientierung als
durchgängiges Paradigma für die gesamte Softwareentwicklung.
Aspekte der OO-Modellierung
OO-Modellierung hat (mindestens) drei wichtige Aspekte:
(a) ontologischer Aspekt: Die Welt wird als zusammengesetzt aus
unterscheidbaren, identifizierbaren und im einzelnen beschreibbaren
Objekten aufgefasst.
(b) struktureller Aspekt: Es werden sowohl einfache als auch komplexe
Objekte betrachtet. Letztere sind hierarchisch definiert, d.h.
zusammen-gesetzt aus kleineren Bestandteilen, die selbst wieder
Objekte sein können.
(c) Verhaltensaspekt: Objekte werden sowohl durch statische Merkmale
(= Attribute) als auch durch dynamische (= Operationen) beschrieben.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 109Zentrale Konzepte der OO-Modellierung
Klasse (auch “Objekttyp”): beschreibt die strukturellen und verhaltens-
mäßigen Merkmale einer Menge gleichgearteter Objekte. Operationen
(Methoden) gehören mit zum Objekt.
“semantische” Standardbeziehungen (auf Klassen und Objekten) wie
z.B.
Instanziierung,
Generalisierung/Spezialisierung,
Gruppierung (Aggregation oder Komposition),
Assoziation
Einige Methoden gestatten zusätzlich die Formulierung von Constraints
(Bedingungen), die etwa den Integritätsbedingungen bei Datenbanken
entsprechen und z.B. die Ausprägungen von Attributen oder die Koexistenz
von Beziehungen einschränken und regeln.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 110Von den Anforderungen zum OO-Modell Nach OOSE werden parallel zur Bearbeitung der Anwendungsfälle Objektlisten für den Anwendungsbereich und daraus eine erste Version von Klassen- und Objektdiagrammen erstellt. Diese bilden zusammen mit den Anwendungsfällen das "Analysemodell". Aus den Objektlisten werden Klassenkandidaten ausgewählt und verschiedenen Klassenarten zugeordnet. Pro Klasse werden aus den Anwendungsfallbeschreibungen und Objekt-listen Attribute, Operationen und Klassenbeziehungen bestimmt. Klassen, Attribute, Operationen und Beziehungen werden in Form von UML-Klassendiagrammen dargestellt. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 111
Objektklassen im Analysemodell
Identifizierung von Objekten:
beteiligte Personen bzw. deren Rollen: Verkäufer, Ehefrau
Objekte, welche Zustände eines Prozesses wiedergeben: Reparatur,
Abfahrt, Vorstellung
Objekte, die wichtige Sachgegenstände für den Prozess beschreiben:
Vertrag, Rechnung, Fahrkarte
Objekte des Alltags des Fachgebiets: Film, Zug, Hotel
Objekte, die Infrastruktur beschreiben: Raum, Datum, Abteilung
Analyse der Substantive in Anforderungsbeschreibungen
Ähnliche Objekte werden in Klassen zusammengefasst.
Ähnliche Klassen können zu gemeinsamen Oberklassen generalisiert
werden.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 112Analyse der Anwendungsfälle (1)
wird (hier) nicht als Synonyme (müssen als
Klasse modelliert (Unikat) solche erkannt werden!)
Anwendungsfall “Bestellung annehmen”
• Das Zentrum empfängt Bestellungen der Einzelhändler
telefonisch von 9 bis 17 Uhr (S7).
Klassen-
• Die eingehenden Bestellungen der Kunden werden vom Kandidaten
Sachbearbeiter in Bestellformularen erfasst (S8).
• Eine Kundenbestellung kann aus mehreren Bestellposten
bestehen. Diese beziehen sich auf einzelne Produkte (S9).
• Jeder Bestellposten wird auf dem Formular in einer Zeile generalisieren?
notiert (S10).
wird im Klassenmodell nicht im Kernmodell - ist
nicht benötigt (Akteur) erst für E/A wichtig
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 113Analyse der Anwendungsfälle (2)
Anwendungsfall “Bestellung bearbeiten”
siehe • Der Anwendungsfall “Lagerbestand ermitteln” wird benutzt,
um für jeden Posten der gerade bearbeiteten (weitere)
oben!
Kundenbestellung den aktuellen Lagerbestand des Klassen-
Kandidaten
zugehörigen Produktes zu ermitteln (S11).
Syno- • Wenn das Zentrum eine Bestellung entgegennimmt, wird
jeder Bestellposten in eine der beiden folgenden Karteien Kandidat für
nym
Generali-
eingeordnet: (a) Lieferkartei, (b) Wartekartei (S13).
sierung?
Syno- • Falls für einen Bestellposten genügend Waren auf Lager
nym ? sind, dann wird dieser in die Lieferkartei eingetragen und
der Lagerbestand entsprechend korrigiert (S14).
Anderenfalls wird der Bestellposten in die Wartekartei
eingetragen (S15).
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 114Beziehungen zwischen Objektklassen
Datenabhängigkeiten zwischen Objekten:
Ein Objekt stellt Informationen für ein Anderes zur Verfügung.
Ein Objekt ist Teil eines anderen Objekts: Jedes Attribut, das mehr
als einen Wert speichern soll (Listen, Mengen, etc.) wird als
Assoziation modelliert.
Funktionaler Zusammenhang:
Ein Objekt benötigt eine bestimmte Funktion eines anderen Objekts.
spezielle Assoziationen: Ganzes-Teil-Beziehungen
Aggregation: Teile können auch ohne das Ganze existieren.
Komposition: Teile können nicht ohne das Ganze existieren.
Analyse der Beziehungen in Anforderungsbeschreibungen.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 115Analyse der Anwendungsfälle (3)
Anwendungsfall “Bestellung annehmen”
• Das Zentrum empfängt Bestellungen der Einzelhändler Enthaltenseins
telefonisch von 9 bis 17 Uhr (S7). -beziehung:
Bestellung -
• Die eingehenden Bestellungen der Kunden werden vom Posten
Sachbearbeiter in Bestellformularen erfasst (S8).
• 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).
Beziehung Bestellposten -
Produkt
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 116Analyse der Anwendungsfälle (4)
Anwendungsfall “Bestellung bearbeiten”
• Der Anwendungsfall “Lagerbestand ermitteln” wird benutzt,
um für jeden Posten der gerade bearbeiteten Beziehung
Kundenbestellung den aktuellen Lagerbestand des Lagerbestand-
Produkt
zugehörigen Produktes zu ermitteln (S11).
• Wenn das Zentrum eine Bestellung entgegennimmt, wird
jeder Bestellposten in eine der beiden folgenden Karteien Beziehung
Kartei -
eingeordnet: (a) Lieferkartei, (b) Wartekartei (S13).
Bestellung
• 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).
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 117Beispiel für
ein erstes Klassendiagramm
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 118Beziehungen zwischen Objektklassen
• In der UML werden verschiedene Arten von Beziehungen explizit
unterschieden. Diese sind:
Generalisierung / Spezialisierung, auch Vererbung genannt
Assoziation (evtl. als Aggregation oder Komposition, s. unten)
gerichtete Assoziation,
Abhängigkeit
Es lassen sich verschiedene Arten von Abhängigkeiten unterscheiden,
die durch Stereotypen kenntlich gemacht werden:
> > >
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 119Attribute und Operationen in Objektklassen Attribute als das Gedächtnis von Objekten: Summe der Attributwerte bilden den Zustand eines Objekts Operationen definieren die Fähigkeiten der Objekte: Objekte erzeugen und zerstören Speichern und Laden eines aktuellen Objektzustands Zustandsänderungen (Attributänderungen) Berechnungen, die auf dem aktuellen Zustand basieren Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 120
Klassen und Attribute
Klassen sind Mengen von Objekten mit
gleichen Strukturmerkmalen (Attributen)
gleichen Verhaltensmerkmalen (Operationen)
gleichen Beziehungen zu anderen Objekten
Person
Klasse: name: String
vorname: String Maier: Person
geburtstag: Datum Objekt:
adresse: String name = Maier
vorname = Thomas
alterBerechnen() geburtstag = 31.12.1975
adresseDrucken() adresse = Krummbogen 29,
35037 Marburg
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 121Klassen und Attribute
Person
Syntax: Attributbezeichner : Attributtyp
- name: String
- vorname: String
- geburtstag: Datum
- adresse: Adresse
• Der Attributtyp ist in der UML nicht
weiter spezifiziert. Er kann z.B. ein
Klassenbezeichner, ein primitiver
Kennzeichner für
Datentyp, ein Typ einer
Sichtbarkeit:
Implementierungssprache oder ein
+ öffentlich sichtbar
zusammengesetzter Typ sein.
# geschützt
• Attribute können (vor dem Attribut-
~ paketweit
bezeichner) bzgl. ihrer Sichtbarkeit
- nur privat sichtbar
gekennzeichnet werden.
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 122Operationen
Syntax: [Sichtbarkeit] Name ( Parameterliste ) : Typ
Parameter:
Syntax: Richtung Name : Typ
mögliche Richtungen: in, out, inout
Wie kommt man zu Operationen? Person
Auf welche Fragen soll das Objekt
antworten können?
Welche Aktionen soll es ausführen + alterBerechnen(): int
+ datenDrucken(in d: Datei): void
können?
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 123Beispiel: Bestellformulare
Bestellformular für Einzelhändler
Datum: _____________
Bestell-Nr: R _____________
Einzelhändler: _______________________________
Adresse: _______________________________
Telefon: _____________
Lfd-Nr. Produkt Menge Bestellformular für Produzenten
______ _________ ________ Datum: ___________
______ _________ ________ Bestell-Nr: W ___________
______ _________ ________ Produzent: ____________________________
Adresse: ____________________________
Telefon: ___________
Lfd-Nr. Produkt Menge
______ _________ ________
______ _________ ________
______ _________ ________
Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 124Beispiel: Verfeinertes Analysemodell Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 125
Zusammenfassung In der Softwareentwicklung werden Modelle zur Abbildung eines Weltausschnitts (Analyse) und zum Entwurf eines Softwaresystems (Design) verwendet. Einen Überblick über die funktionalen Anforderungen geben Anwendungsfalldiagramme. Außerdem werden Datenstrukturen, Zugriffsmöglichkeiten, Abläufe und Architekturen von Softwaresystemen modelliert. Zur Erstellung eines ersten Klassenmodells wird die Anforderungsbeschreibung hinsichtlich Objektklassen, ihren Attributen und ihren Beziehungen untersucht. Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 126
Sie können auch lesen
