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Modellieren mit der Unified Modeling Language:

Klassen- und Objektdiagramme

11. November 2014

Taentzer Einführung in die Softwaretechnik 128

Überblick

Was ist die Unified Modeling Language (UML)? die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme von der Object Management Group entwickelt: www.uml.org Welche Systemaspekte werden modelliert?

Objektorientierte Software-Modellierung mit der UML Welche Objektstrukturen werden mit Klassendiagrammen

modelliert? Welche nicht? Wie unterscheiden sich Klassen- von Objektdiagrammen?

Wie ist die Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen? speziell: Vererbungsbeziehungen, Kardinalitäten > 1


Die UML ist eine einheitliche Modellierungssprache für Softwaresysteme.Verschiedene Systemaspekte werden mit verschiedenen Diagrammarten modelliert:(a) für die Datenstrukturen (Statische Strukturen):• Klassen- und Objektdiagramme (Class and Object Diagram)(b) für das Systemverhalten (Dynamik):• Anwendungsfalldiagramm (Use Case Diagram)• Interaktionsdiagramm (Interaction Diagram, früher: Sequence Diagram) • Kollaborationsdiagramm (Collaboration Diagram) • Zustandsdiagramm (State Diagram)• Aktivitätsdiagramm (Activity Diagram)(c) für den Systementwurf (Statische Strukturen):• Komponentendiagramm (Component Diagram) • Einsatzdiagramm (Deployment Diagram)

Die Unified Modeling Language (UML)


Ein Klassendiagramm zeigt die statische Struktur eines Systems bildet den Kern des Analysemodells enthält Elemente der folgenden Arten:

Paket

Objektklasse

Attribut und Operation

Assoziation (mit Bezeichnung, Kardinalitäten und Rollen)

Generalisierungs-/Spezialisierungsbeziehung

UML-Klassendiagramme


Klassen und Attribute Eine Klasse spezifiziert eine Klassifikation von Objekten mit

gleichen Strukturmerkmalen (Attributen) gleichen Verhaltensmerkmalen (Operationen) gleichen Beziehungen zu anderen Objekten

Objekte sind Instanzen von Klassen. Abstrakte Klassen haben keine Objekte.

Person

name: Stringvorname: Stringgeburtstag: Datumadresse: String

alterBerechnen()adresseDrucken()

Maier: Person

name = Maiervorname = Alfonsgeburtstag = 31.12.1975 adresse = Krummbogen 29, 35037 Marburg

Klasse: Objekt:


bidirektional / 2-stellig

unidirektional

Komposition / starke Aggregation

schwache Aggregation

Zusätzliche Charakterisierungen:

Rollen-Bez.Kardinalität

Rollen-Bez.Kardinalität

Assoziationsbezeichner[+ mögl. Pfeil f. Leserichtung]

Die Kardinalität (engl. multiplicity) a .. b gibt die minimale / maximale Anzahl (gleichzeitig) möglicher Objektbeziehungen an. * entspricht 0 .. beliebig viele1 entspricht 1 .. 1

Assoziationen

{ordered} - sortiert


Fachbereich ist angestellt bei

1 *

Vorlesung

Lehreinheit

1

*

Lehrveranstaltung

hält

*

Dozent

1..3

bietet an

1

*

Personist vorgesetzt

1*

vorgesetzter

untergebener besteht aus

Beispiele für Assoziationen


Objektbeziehungen: Assoziationsinstanzen

A B1 0..*

:A :B:B:B

Assoziation: Objektbeziehungen:

A B0..* 0..* :A :B:B:B

:A :B

:B


• Assoziationen können selbst komplex sein und eigene Attribute bzw. Methoden tragen.

• In diesem Fall ist oft eine Modellierung als eigene Klasse am zweckmäßigsten. Wir nennen diesen Vorgang Objektifizierung (engl. reification = Vergegenständlichung) und die entstehende Klasse Assoziationsklasse.

• In der UML gibt es eine eigene Notation dafür. Assoziationsklassen verhalten sich wie andere Klassen. Ihre Existenz ist aber von der Existenz der Klassen abhängig, welche die Assoziation begründen.

Beispiel: Student Lehrveranstaltungbesucht

* *

LV_Besuch

- status: Status- note: Note+ statusÄndern ()+ examenAblegen ()

Assoziationsklassen


Klassen lassen sich spezialisieren, dabei entstehen aus einer Oberklasse (i.a. mehrere) Unterklassen. Umgekehrt lassen sich ähnliche (Unter-) Klassen zu einer gemeinsamen (Ober-) Klasse generalisieren.

Jedes Objekt einer Unterklasse ist gleichzeitig auch Objekt der Oberklasse, aber nicht umgekehrt. Zwischen (Objekten) einer Oberklasse OK und einer Unterklasse UK besteht eine "ist_ein" (engl.: "is_a") -Beziehung. Die Umkehrung der Beziehung lässt sich charakterisieren als "kann_sein" .

Beispiel: Vorlesung ist_ein(e) Lehrveranstaltung, Seminar ist_ein(e) Lehrveranstaltung,Lehrveranstaltung kann_sein Vorlesung oder Seminar

Lehrveranstaltung

Generalisierung / Spezialisierung

SeminarVorlesung

Student besucht 3..* 0..*


Abstrakte und konkrete Klassen

Abstrakte Klassen haben keine Instanzen.

Abstrakte Klassen treten meist als Oberklassen auf. Sie vereinigen Klassenmerkmale, die alle Unterklassen haben.

Beispiel: Lehrveranstaltung ist eine abstrakte Klasse. Eine Lehrveranstaltung muss eine konkrete Ausprägung haben, also eine Vorlesung oder ein Seminar sein.

:Student

:Vorlesung

:Vorlesung

:Student

:Seminar:Student

:Student

Beispiel für ein Objektdiagramm:

:Lehrveranstaltung


Spezialisierung bzw. Generalisierung geht in der Regel einher mit Vererbung: Klassen-Merkmale (Attribute und Operationen) der Oberklasse werden an

alle Unterklassen weitergegeben ("vererbt").Ober- und Unterklassen bilden eine Vererbungshierarchie:

Die Vererbungshierarchie entspricht häufig einer

Baumstruktur ("Einfachvererbung", "single inheritance") zuweilen auch einer

Netzstruktur ("Mehrfachvererbung", "multiple inheritance")

Klasse_1

(Unter-) Klasse_3

Vererbung

. . .. . .

(Unter-) Klasse_2


Aggregation und KompositionSpezielle Assoziationen:

Enthaltenseins-Beziehungen Komposition: Teil gehört zu einem Ganzen.

Aggregation: Teil kann selbstständig existieren.

Beispiel:

Feld gehört zu Spielbrett.

Lehreinheit ist Teil einer Vorlesung.

FeldSpielbrett

Vorlesung Lehreinheit

0..*

1..*


Beispiele für Objektdiagramme

: Feld: Spielbrett

: Feld

: Feld

: Feld

: Feld

: Vorlesung : Lehreinheit: Lehreinheit: Lehreinheit: Lehreinheit

: Lehreinheit


Ausbau des Analysemodells

Analyse der Anwendungsfallbeschreibung bezüglich Objekteigenschaften und –fähigkeiten.

Welche Mengenangaben werden in der Anwendungsfall-beschreibung gemacht?

Analyse von Formularen hinsichtlich Objekteigenschaften. Falls generalisiert wird, ...

...ist die Oberklasse abstrakt? ...welche Klasse enthält welche Attribute und welche

Operationen? ...welche Klasse hält welche Beziehungen?


Anwendungsfall “Bestellung annehmen”

• Das Zentrum empfängt Bestellungen der Einzelhändlertelefonisch von 9 bis 17 Uhr (S7).

• Die eingehenden Bestellungen der Kunden werden vom Sachbearbeiter in Bestellformularen erfasst (S8).

• Eine Kundenbestellung kann aus mehreren Bestellpostenbestehen. Diese beziehen sich auf einzelne Produkte (S9).

• Jeder Bestellposten wird auf dem Formular in einer Zeile notiert (S10).

Analyse der Anwendungsfälle (1)

Mengenangaben


Anwendungsfall “Bestellung bearbeiten”

• Der Anwendungsfall “Lagerbestand ermitteln” wird benutzt, um für jeden Posten der gerade bearbeiteten Kundenbestellung den aktuellen Lagerbestand des zugehörigen Produktes zu ermitteln (S11).

• Wenn das Zentrum eine Bestellung entgegennimmt, wirdjeder Bestellposten in eine der beiden folgenden Karteieneingeordnet: (a) Lieferkartei, (b) Wartekartei (S13).

• 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 Wartekarteieingetragen (S15).

Analyse der Anwendungsfälle (2)Mengenangaben

Generalisierung


Beispiel: Verfeinertes Analysemodell

Objektdiagramm: Beispiel


Aufzählungstypen

Ein Aufzählungstyp ist eine spezielle Klasse. Er wird durch den Stereotyp

<< enumeration>> markiert.

Er besteht aus einer Liste von Literalen. Ein Literal hat einen Namen und

einen Typ.

Ein Stereotyp kann ein Modellelement spezialisieren.



Überblick

Was ist die Unified Modeling Language (UML)? die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme Welche Systemaspekte werden modelliert?

Objektorientierte Modellierung mit der UML Welche Objektstrukturen werden mit Klassendiagrammen

modelliert? Welche nicht? Wie unterscheiden sich Klassen- von Objektdiagrammen?

Wie ist die Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen? speziell: Vererbungsbeziehungen, Kardinalitäten > 1


Eine Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen UML-Klasse → Java-Klasse

Sichtbarkeit ist nicht in UML modelliert.

Eigenschaft „abstract“ wird direkt übersetzt.

UML-Schnittstellenklasse → Java-Schnittstellenklasse

UML-Vererbung → Java-Vererbung Mehrfachvererbung muß in

Einfachvererbung + Implementierung von Schnittstellen aufgelöst werden

UML-Paket → Java-Paket <<access>>- Beziehung →

import-Anweisung in Java

UML-Attribut → Java-Feld Sichtbarkeit wird direkt übersetzt. Default-Wert wird auch übernommen. Datentyp muss eventuell angepasst

werden. Bei Kardinalität >1 wird eine Collection

von Objekten angelegt. für „ordered“ eine sortierte Menge

v. Objekten sonst: Menge (Set) von Objekten

UML-Operation → Java-Methode Sichtbarkeit wird direkt übersetzt. Rückgabetyp wird direkt übersetzt. UML-Parameterliste sollte nur Input-

Parameter enthalten. Diese werden direkt übersetzt.


Eine Beziehung zwischen Klassenmodellen und Java-Klassen

UML-Assoziation → ein oder zwei Java-Felder:

Für jedes navigierbare Ass.ende e: Entgegengesetztes Ass.ende d zeigt

auf die Klasse, die um ein Feld erweitert wird.

Rollenname von e wird der Feldname. Die Klasse, auf die e zeigt, wird der

Feldtyp. Sichtbarkeiten der Ass.enden werden

direkt übernommen. Ass.ende e hat Kardinalität j<= 1:

Feld zeigt auf ein Objekt.

Ass.ende e hat Kardinalität j>1: → Menge (Set) von Objekten {ordered} → sortierte Menge

(SortedSet) von Objekten Komposition:

Java-Code erzeugt die entsprechenden Objekte.

UML-Literal → Java-Konstante UML-Enumeration → Java

Enum Typ

A Be

d i..jk..l


Modellierte Klassen

public class Lieferkartei{//...}

Lieferkartei.java:

public abstract class Kartei{public void eintragen(Bestellposten posten){//...}public void loeschen(Bestellposten posten) {//...}}

Kartei.java:

public abstract class Kartei{//...public SortedSet<Bestellposten> bestellposten;}


Assoziationen

Kartei.java:

Bestellposten.java:

Assoziationsnamepublic class Bestellposten{private int nummer;private int menge;Kartei kartei;public void korrigieren(int nr, int m){//...}}


public class Kundenbestellung extends Bestellung{private Firma kunde;}

Kundenbestellung.java:

Vererbung

public abstract class Bestellung{private Date datum;private int nummer;public void aendern(Adresse lieferadr){//...}}

Bestellung.java:

Mehrfachvererbung


Fahrzeug

WasserfahrzeugMotorfahrzeug

Motorboot

public class Motorfahrzeug extends Fahrzeug{}

Motorfahrzeug.java:

public class Wasserfahrzeug extends Fahrzeug{}

Wasserfahrzeug.java:

public class Motorboot extends Wasserfahrzeugimplements IMotorfahzeug{

}

Motorboot.java:

public abstract class Fahrzeug{}

Fahrzeug.java:


public class Firma{private String name;private String kontakt;Set<Kundenbestellung> kundenbestellung;Set<Produzentenbestellung> produzentenbestellung;}

Firma.java:

public class Kundenbestellung extends Bestellung{private Firma kunde;}

Vererbung

Kundenbestellung.java:


Zusammenfassung

Die UML ist die Standardmodellierungssprache für Softwaresysteme. Sie bietet umfangreiche Konzepte zur Modellierung der statischen

Strukturen von Softwaresystemen.

Klassendiagramme beschreiben die Typebene. Objektdiagramme modellieren konkrete Objektstrukturen. Direkte Übersetzung eines Klassenmodells in Java-Code

UML-Klassen -> Java-Klassen UML-Attribute -> Java-Felder UML-Assoziationen -> Java-Felder Mehrfachvererbung -> Einfachvererbung + Schnittstellen

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