UML. Диаграмма классов.

История UML

Unified Modeling Language (UML) был разработан в 1990-х годах как способ стандартизации методов моделирования в разработке программного обеспечения. Его создателями стали Гради Буч, Ивар Якобсон и Джеймс Рамбо. До этого существовало множество методов моделирования, но не было единого стандарта. UML объединил в себе наработки из различных методов объектно-ориентированного анализа и проектирования и стал стандартом для описания программных систем. В 1997 году UML был принят консорциумом Object Management Group (OMG) и с тех пор продолжает развиваться.

Когда использовать UML?

Проектирование ПО: UML помогает создавать понятную структуру будущей системы, что облегчает дальнейшую реализацию.
Коммуникация в команде: UML предоставляет универсальный визуальный язык для общения между разработчиками, архитекторами и бизнес-аналитиками.
Документация: Диаграммы UML могут использоваться для создания документации, которая облегчает поддержку системы в будущем.

Когда UML не нужен?

Маленькие проекты: Если система простая и небольшая, UML может быть избыточным.
Проекты с гибкими методологиями: В проектах, где требования постоянно меняются, создание детализированных диаграмм может быть непродуктивным.

Диаграмма классов (Class Diagram)

Что это такое?

Диаграмма классов описывает статическую структуру системы, показывая классы, их свойства (атрибуты), методы и отношения между классами. Это ключевая диаграмма для понимания того, как объекты будут взаимодействовать друг с другом в системе.

Когда использовать?

При проектировании структуры объекта и его взаимосвязей с другими объектами.
Для описания классов и их атрибутов в объектно-ориентированном программировании.

Когда не использовать?

Если система проста и не требует детализированного описания классов.

Основные элементы диаграммы классов

Классы — это основные строительные блоки в UML. Они представляют собой объекты, которые содержат атрибуты (переменные) и методы (функции).

Атрибуты описывают свойства класса. Например, класс "Человек" может иметь атрибуты "имя", "возраст", "адрес".
Методы определяют поведение класса. Например, класс "Человек" может иметь методы "говорить()", "ходить()".

Пример простого класса:

Обозначения в диаграмме:

Знак “+” перед методом или атрибутом обозначает их публичный доступ (public), т.е. они доступны для других классов.
Знак “-” обозначает приватный доступ (private), т.е. атрибут или метод скрыт для других классов.
Знак “#” обозначает защищенный доступ (protected), т.е. атрибут или метод доступны только в этом классе и его наследниках.

Виды связей между классами

Связи между классами в диаграмме классов позволяют показать, как классы взаимодействуют друг с другом. Основные виды связей включают:

1. Ассоциация (Association)

Ассоциация представляет собой отношение между двумя классами, при котором один объект знает о существовании другого и может с ним взаимодействовать. Ассоциации могут быть однонаправленными (один класс знает о другом) и двунаправленными (оба класса знают друг о друге).

Пример:

1.. ассоциация*: Один клиент может сделать несколько заказов, но каждый заказ относится только к одному клиенту.

Уточнение ассоциации:

Мультиплицирование: Указывает на количество объектов, которые могут быть связаны друг с другом. Например, 1..* указывает, что один клиент может иметь много заказов, но каждый заказ связан с одним клиентом.

2. Агрегация (Aggregation)

Агрегация — это особый тип ассоциации, где один объект (целое) состоит из других объектов (частей), но части могут существовать независимо от целого. Это слабая связь "часть-целое". Части не уничтожаются при уничтожении целого.

Пример:

В данном примере Класс содержит несколько студентов, но студенты могут существовать отдельно от класса.

Ключевые моменты агрегации:

Отношение "часть-целое".
Части могут существовать независимо от целого (в отличие от композиции).

3. Композиция (Composition)

Композиция — это более строгий вид агрегации, когда "части" не могут существовать независимо от "целого". Если уничтожить целое, части также уничтожаются.

Пример:

В данном примере Комната является частью Дома, и если дом будет разрушен, комнаты тоже будут уничтожены.

Ключевые моменты композиции:

Отношение "часть-целое".
Части не могут существовать без целого.

4. Наследование (Generalization)

Наследование описывает иерархическую связь между классами, при которой один класс является общим (родительским), а другой — специализированным (дочерним). Дочерний класс наследует атрибуты и методы родительского класса.

Пример:

Кошка наследует свойства и поведение от Животного, но добавляет свои методы.

Ключевые моменты наследования:

Позволяет классу-потомку использовать свойства и методы класса-родителя.
Отношение "является" (например, Кошка "является" Животным).

5. Реализация (Realization)

Реализация — это связь между интерфейсом и классом, который реализует этот интерфейс. Интерфейс содержит только описание методов, но не их реализацию. Класс, который реализует интерфейс, должен предоставить конкретные реализации этих методов.

Пример:

Класс Автомобиль реализует интерфейс ТранспортноеСредство и предоставляет конкретную реализацию метода ехать().

Ключевые моменты реализации:

Интерфейсы определяют поведение, которое должно быть реализовано в классах.
Классы обязаны реализовать все методы интерфейса.

Интересные факты о UML

Популярные инструменты для работы с UML

На протяжении времени были разработаны различные инструменты для создания UML-диаграмм. Некоторые из самых известных включают Enterprise Architect, Visual Paradigm, Lucidchart и Astah. Эти инструменты поддерживают различные типы UML-диаграмм и облегчают их использование в командной работе.

Эволюция версий UML

Первая версия UML, утвержденная в 1997 году, была версией 1.1. Сегодня существует версия UML 2.x, которая значительно расширила возможности языка, добавив новые типы диаграмм и более детализированные элементы для описания систем.
Версия UML 2.x включает диаграммы поведения (например, диаграммы активности) и диаграммы взаимодействия (например, диаграммы последовательности), что делает его более гибким и мощным инструментом для моделирования.

Практическое применение UML

UML широко используется в различных отраслях, таких как авиастроение, автомобильная промышленность и телекоммуникации. Крупные компании, такие как Boeing, Toyota и Ericsson, используют UML для моделирования сложных систем и обеспечения их надежности и масштабируемости.

Мифы и заблуждения о UML

Один из мифов заключается в том, что UML применим только к объектно-ориентированным языкам программирования. Хотя он изначально был создан для таких языков, UML можно использовать для моделирования систем на любых языках программирования или даже для не-программных проектов.
Еще одно заблуждение – что использование UML затрудняет гибкость разработки. На самом деле, UML помогает командам лучше понимать структуру и требования проекта, что может ускорить процесс изменений.

Роль UML в гибкой разработке (Agile)

Несмотря на то, что Agile методологии фокусируются на минимальной документации, UML может играть важную роль в создании минимального, но достаточного объема визуальной документации для сложных проектов.
Agile команды часто используют "легкие" версии UML, чтобы не перегружать процесс, сохраняя гибкость разработки. UML помогает таким командам понять основные архитектурные элементы и их связи, не усложняя процесс.