Объектно-ориентированный подход к проектированию программного обеспечения на примере работы налоговой инспекции

Объектно-ориентированный подход к проектированию программного обеспечения на примере работы налоговой инспекции

Введение

Мы живем в поистине необыкновенном времени. Ведь совсем недавно, наши

родители и в мечтах не могли подумать о том, что когда-нибудь наступит то

время, когда компьютер станет неотемлимой частью нашей жизни, и реально

начнет приносить огромную пользу. Станет генератором идей и их

воплотителем, откроет новые горизонты в познаниях человечества.… Но

компьютер не смотря ни на что, без человека ничто. Вот почему так важно

донести до машины человеческую мысль, а помогает нам в этом различные

способы по проектированию ПО.

Проектирование экономических информационных систем (ЭИС) – логически

сложная, трудоемкая и длительная работа, требующая высокой квалификации

участвующих в ней специалистов.

В начале 70-х гг. в США был отмечен кризис программирования (software

crisis). Это выражалось в том, что большие проекты стали выполнятся с

отставанием от графика или с превышением сметы расходов, разработанный

продукт не обладал требуемыми функциональными возможностями,

производительность его была низка, качество получаемого программного

обеспечения не устраивало потребителей.

Аналитические исследования и обзоры, выполняемые в течение ряда

последних лет ведущими зарубежными аналитиками, показывали не слишком

обнадеживающие результаты. Так, например, в 1995г. компания StandishGroup

проанализировала работу 364 американских корпораций и итоги выполнения

более 23 тыс. проектов, связанных с разработкой ПО, и сделали следующие

выводы:

Только 16% проектов завершились в срок, 52,7% завершились с опозданием,

расходы превысили запланированный бюджет.

В числе причин неудач фигурируют: нечеткая и не полная формулировка

требований к ПО, недостаточное вовлечение пользователей в работу над

проектом, неудовлетворительное планирование и т.п.

На этом фоне, выгодно отличается объектно – ориентированный подход к

проектированию ПО устраняет эти и другие недостатки, он обладает богатым

набором изобразительных средств. Вот почему, целью моей курсовой работы

является раскрытие современных методов и средств проектирования, в

частности в объектно-ориентированном подходе к проектированию ПО.

Глава I Структура объектно-ориентированного программирования.

1.1 СУЩНОСТЬ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА

Принципиальное различие между структурным и объектно-ориентированным

подходом заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-

ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом

статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей

между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями

между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным

поведением, моделирующим поведение объекта реального мира. Понятие "объект"

впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при

попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер

между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем

абстрагирования на уровне компьютеров. С объектно-ориентированной

архитектурой также тесно связаны объектно-ориентированные операционные

системы. Однако наиболее значительный вклад в объектный подход был внесен

объектными и объектно-ориентированными языками программирования: Simula,

Smalltalk, C++, Object Pascal. На объектный подход оказали влияние также

развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования баз данных, в

особенности подход "сущность-связь".

Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является

объектная модель. Основными се элементами являются:

• абстрагирование (abstraction);

• инкапсуляция (encapsulation);

• модульность (modularity);

• иерархия (hierarchy).

Кроме основных имеются еще три дополнительных элемента, не являющихся в

отличие от основных строго обязательными:

• типизация (typing)',

• параллелизм (concurrency)',

• устойчивость (persistence).

Абстрагирование — это выделение существенных характеристик некоторого

объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким

образом, четко определяют его концептуальные границы относительно

дальнейшего рассмотрения и анализа. Абстрагирование концентрирует внимание

на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные

особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного

набора абстракций для заданной предметной области представляет собой

главную задачу объектно-ориентированного проектирования.

Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга отдельных элементов

объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для

того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее

поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает,

что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только методы самого

класса, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются

взаимодополняющими операциями: абстрагирование фокусирует внимание на

внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или, иначе, ограничение

доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее

устройство объекта.

Объектно-ориентированный подход

Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее

декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой

модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями.

Иерархия — это ранжированная или упорядоченная система абстракций,

расположение их по уровням. Основными видами иерархических структур

применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по

номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами

иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс

использует структурную или функциональную часть соответственно одного или

нескольких других классов), а иерархии объектов - агрегация.

Типизация — это ограничение, накладываемое на класс объектов и

препятствующее взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающее ее

возможность). Типизация позволяет защититься от использования объектов

одного класса вместо другого или по крайней мере управлять таким

использованием.

Параллелизм — свойство объектов находиться в активном или пассивном

состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой.

Устойчивость — свойство объекта существовать но времени (вне

зависимости от процесса, породившего данный объект) и/или в пространстве

(при перемещении объекта из адресного пространства, в котором он был

создан).

Основные понятия объектно-ориентированного подхода - объект и класс.

Объект определяется как осязаемая реальность (tangible entity) —

предмет или явление, имеющие четко определяемое поведение. Объект обладает

состоянием, поведением и индивидуальностью; структура и поведение схожих

объектов определяют общий для них класс. Термины "экземпляр класса" и

"объект'' являются эквивалентными. Состояние объекта характеризуется

перечнем всех возможных (статических) свойств данного объекта и текущими

значениями (динамическими) каждого из этих свойств. Поведение характеризует

воздействие объекта на другие объекты и наоборот относительно изменения

состояния этих объектов и передачи сообщений. Иначе говоря, поведение

объекта полностью определяется его действиями. Индивидуальность — это

свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать

соответствующую реакцию называется операцией. Как правило, в объектных и

объектно-ориентированных языках операции, выполняемые над данным объектом,

называются методами и являются составной частью определения класса.

Класс — это множество объектов, связанных общностью структуры и

поведения. Любой объект является экземпляром класса. Определение классов и

объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного

проектирования.

Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют

наследование и полиморфизм. Понятие полиморфизма может быть

интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу.

Наследование означает построение новых классов на основе существующих с

возможностью добавления или переопределения данных и методов.

Объектно-ориентированная система изначально строится с учетом ее

эволюции. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения

новой функциональности классов с помощью создания производных классов —

потомков базовых классов. Потомки наследуют характеристики родительских

классов без изменения их первоначального описания и добавляют при

необходимости собственные структуры данных и методы. Определение

производных классов, при котором задаются только различия или уточнения, в

огромной степени экономит время и усилия при производстве и использовании

спецификаций и программного кода.

Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей

деятельности организации и моделей проектируемой системы от стадии

формирования требований до стадии реализации. Требование согласованности

моделей выполняется благодаря возможности применения абстрагирования,

модульности, полиморфизма на всех стадиях разработки. Модели ранних стадий

могут быть непосредственно подвергнуты сравнению с моделями реализации. По

объектным моделям может быть прослежено отображение реальных сущностей

моделируемой предметной области (организации) в объекты и классы

информационной системы.

1.2 УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ UML

Большинство существующих методов объектно-ориентированного анализа и

проектирования (ООАП) включают как язык моделирования, так и описание

процесса моделирования. Язык моделирования — это нотация (в основном

графическая), которая используется методом для описания проектов. Нотация

представляет собой совокупность графических объектов, которые используются

в моделях; она является синтаксисом языка моделирования. Например, нотация

диаграммы классов определяет, каким образом представляются такие элементы и

понятия, как класс, ассоциация и множественность. Процесс — это описание

шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта.

Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) —

это преемник того поколения методов ООАП, которые появились в конце 80-х и

начале 90-х гг. Создание UML фактически началось в конце 1994 г., когда

Гради Буч и Джеймс Рамбо начали работу по объединению методов Booch и ОМТ

(Object Modeling Technique) под эгидой компании Rational Software. К концу

1995 г. они создали первую спецификацию объединенного метода, названного

ими Unified Method, версия 0.8. Тогда же, в 1995 г., к ним присоединился

создатель метода OOSE (Object-oriented Software Engineering) Ивар Якобсон.

Таким образом, UML является прямым объединением и унификацией методов Буча,

Рамбо и Якобсона, однако дополняет их новыми возможностями. Главными в

разработке UML были следующие цели:

• предоставить пользователям готовый к использованию выразительный язык

визуального моделирования, позволяющий разрабатывать осмысленные модели и

обмениваться ими;

• предусмотреть механизмы расширяемости и специализации для расширения

базовых концепций;

• обеспечить независимость от конкретных языков программирования и

процессов разработки;

• обеспечить формальную основу для понимания этого языка моделирования

(язык должен быть одновременно точным и доступным для понимания, без

лишнего формализма);

Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать

соответствующую реакцию называется операцией. Как правило, в объектных и

объектно-ориентированных языках операции, выполняемые над данным объектом,

называются методами и являются составной частью определения класса.

Класс — это множество объектов, связанных общностью структуры и

поведения. Любой объект является экземпляром класса. Определение классов и

объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного

проектирования.

Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют

наследование и полиморфизм. Понятие полиморфизма может быть

интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу.

Наследование означает построение новых классов на основе существующих с

возможностью добавления или переопределения данных и методов.

Объектно-ориентированная система изначально строится с учетом ее

эволюции. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения

новой функциональности классов с помощью создания производных классов -

потомков базовых классов. Потомки наследуют характеристики родительских

классов без изменения их первоначального описания и добавляют при

необходимости собственные структуры данных и методы. Определение

производных классов, при котором задаются только различия или уточнения, в

огромной степени экономит время и усилия при производстве и использовании

спецификаций и программного кода.

Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей

деятельности организации и моделей проектируемой системы от стадии

формирования требований до стадии реализации. Требование согласованности

моделей выполняется благодаря возможности применения абстрагирования,

модульности, полиморфизма на всех стадиях разработки. Модели ранних стадий

могут быть непосредственно подвергнуты сравнению с моделями реализации. По

объектным моделям может быть прослежено отображение реальных сущностей

моделируемой предметном области (организации) в объекты и классы

информационной системы.

1.3 ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В течение достаточно длительного периода времени в процессе как

объектно-ориентированного, так и традиционного структурного проектирования

разработчики использовали типичные сценарии, помогающие лучше понять

требования к системе. Эти сценарии трактовались весьма неформально - они

почти всегда использовались и крайне редко документировались. И вар Якобсон

впервые ввел понятие "вариант использования" (use case) и придал ему такую

значимость, что он превратился в основной элемент разработки и планирования

проекта.

Вариант использования представляет собой последовательность действий

(транзакций), выполняемых системой в ответ на событие, инициируемое

некоторым внешним объектом (действующим лицом). Вариант использования

описывает типичное взаимодействие между пользователем и системой. Например,

два типичных варианта использования обычного текстового процессора —

"сделать некоторый текст полужирным" и "создать индекс". Даже на таком

простом примере можно выделить ряд свойств варианта использования: он

охватывает некоторую очевидную для пользователей функцию, может быть как

небольшим, так и достаточно крупным и решает для пользователя некоторую

дискретную задачу В простейшем случае вариант использования определяется в

процессе обсуждения с пользователем тех. функций, которые он хотел бы

реализовать.

Когда Якобсон в 1994 г. предложил варианты использования в качестве

основных элементов процесса разработки ПО, он также предложил применять для

их наглядного представления диаграммы вариантов использования. На рис.1

показаны некоторые варианты использования для системы торговой организации;

человеческие фигурки здесь обозначают действующих лиц, овалы - варианты

использования, а линии и стрелки — различные связи между действующими

лицами и вариантами использования.

[pic]

Рис.1 Диаграмма вариантов использования

Действующее лицо (actor) — это роль, которую пользователь играет по

отношению к системе. На рис.1 четыре действующих лица: Менеджер по

продажам, Оптовый торговец, Продавец и Система учета. Действующие лица

представляют собой роли, а не конкретных людей или наименования работ.

Несмотря на то, что на диаграммах вариантов использования они изображаются

в виде стилизованных человеческих фигурок, действующее лицо может также

быть внешней системой, которой необходима некоторая информация от данной

системы (например, Система учета). Показывать на диаграмме действующих лиц

системы следует только в том случае, когда им действительно необходимы

некоторые варианты использования.

Все варианты использования так или иначе связаны с внешними

требованиями к функциональности системы. Если Системе учета требуется файл,

то это требование должно быть удовлетворено. Варианты использования всегда

следует анализировать вместе с действующими лицами системы, определяя при

этом реальные задачи пользователей и рассматривая альтернативные способы

решения этих задач.

Действующие лица могут играть различные роли по отношению к варианту

использования. Они могут пользоваться его результатами или могут сами

непосредственно в нем участвовать. Значимость различных ролей действующего

лица зависит от того, каким образом используются его связи.

Хорошим источником для идентификации вариантов использования служат

Страницы: 1, 2