LEZIONE 4 CLASS DIAGRAM E PACKAGE DIAGRAM

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1 Istituto di Scienza e Tecnologie dell'informazione A. Faedo Software Engineering and Dependable Computing Laboratory LEZIONE 4 CLASS DIAGRAM E PACKAGE DIAGRAM Laboratorio di Ingegneria del Software Guglielmo De Angelis guglielmo.deangelis@isti.cnr.it

2 la famiglia di diagrammi UML» structure diagrams» class diagram» object diagram» component diagram» behavior diagrams» state machine diagram» activity diagram» use case diagram» deployment diagram» composite structure diagram» package diagram» interaction diagrams» sequence diagram» communication diagram» interaction overview diagram» timing diagram

3 class diagram» struttura statica del sistema:» entità + relazioni

4 class diagram» struttura statica del sistema:» entità + relazioni» una classe descrive una entità da modellare» una classe è caratterizzata» da un nome,» degli attributi» delle operazioni sugli attributi» sono lo stesso concetto in O.O.» rappresentano un tipo di dato» dipendentemente dalla vista di riferimento corrispondono ad una implementazione dell'entità

5 class diagram» struttura statica del sistema:» entità + relazioni» le relazioni di base in un class diagram» semplificando : corrispondono alla definizione delle possibili interazioni tra le classi di un modello» una relazione tra una classe A ed una classe B significa che (in qualche modo) A può comunicare con B» il tipo di relazione definisce il modo di comunicazione

6 » struttura statica del sistema:» entità + relazioni class diagram» le relazioni di base in un class diagram» semplificando : corrispondono alla definizione delle possibili interazioni tra le classi di un modello» una relazione tra una classe A ed una classe B significa che (in qualche modo) A può comunicare con B» il tipo di relazione definisce il modo di comunicazione association dependency aggregation generalization realization composition interfacerealization

7 fondamentali object oriented : concetti fondamnetali I concetti fondamentali del mondo Object Oriented sono: {» classe» istanza» messaggio» metodo» ereditarietà» polimorfismo } oggetto

8 classe» modella una famiglia di entità del dominio di applicazione» le proprietà (attributi)» il comportamento (operazioni)» raggruppa un insieme coeso di entità» coesione vs. accoppiamento» esempi» mammifero, autoveicolo, grafo... OK» un oggetto si relaziona ad una classe allo stesso modo di come un dato si relaziona ad un tipo (nei ling. di progr.)

9 » rappresenta un elemento del mondo reale che si sta modellando istanza» ha associato un tipo (definito dalla classe)» può modellare un entità fisica, concettuale o software» trattore, concerto, lista, coda...» manifestazione concreta di un astrazione» ha un identità ben definita e incapsula uno stato e un comportamento

10 classi VS. oggetti Classe Author Modellazione di Classi in relazione con (usa) Classe PC Modellazione di Istanze

11 classi VS. oggetti Classe Author in relazione con (usa) Class Diagram Classe PC Author Bob PC del Lavoro Modellazione di Istanze

12 classi VS. oggetti Classe Author in relazione con (usa) Class Diagram Classe PC PC del Lavoro Author Bob Modellazione di Istanze PC di Casa

13 operazione, metodo, messaggio» operazione : specifica di un interfaccia (prototipo) che un oggetto mette a disposizione di altri oggetti» metodo : implementazione vera e propria dell'operazione di un oggetto» messaggio : è la richiesta di un metodo appartenente ad un oggetto A verso un metodo di un oggetto B

14 class diagram» mostra un insieme di classi, interfacce e le relazioni tra loro» dipendenza, associazione, aggregazione, composizione, generalizzazione» può essere visto come un grafo dove i nodi sono classi/interfacce e gli archi relazioni» possono contenere anche package o sottosistemi (usati per raggruppare elementi)

15 class diagram» modella la struttura statica di una applicazione» elementi specificati e/o composti a designtime» si usa per modellare:» gli elementi di una applicazione (vocabolario)» una classe è l astrazione di un elemento nel dominio del problema» semplici collaborazioni» una classe non vive da sola ma si relaziona con altre al fine di fornire, cooperativamente, un comportamento complesso

16 come rappresento una classe in UML -1- NOME ATTRIBUTI OPERAZIONI

17 compartimento nome» definisce il nome di un entità» stringa di testo» semplice stringa» path (prefisso + :: + nome_classe)» convenzione» lettera iniziale maiuscola

18 compartimento nome map in Java - public abstract class Sensor { /** Corpo della * classe */ }

19 » modella le proprietà di una classe comparto attributi» per ogni attributo, l insieme di valori (tipo) che esso può assumere» le proprietà sono condivise tra tutti gli oggetti appartenenti a quella classe» i.e. tutte le istanze che hanno quella classe come tipo» nel nostro esempio:» un sensore è caratterizzato da» identificativo (univoco)» frequenza di rilevamento della misura» modalità standby

20 comparto attributi map in Java - public class Sensor { int ID; int samplingfrequency = 5000; boolean ismute; int numberofinstrances; } Attenzione!!! Tra il codice Java e il modello UML non c è sempre una corrispondenza univoca e/o esatta!

21 comparto operazione» le operazioni manipolano lo stato degli oggetti ( ovvero il valore degli attributi )» hanno una segnatura: un tipo, nome e lista di parametri» operations compartment specifica cosa può fare una classe (e non come), ovvero che servizi offre» vedi slide 2 (operazione, metodo, messaggio)» ad esempio il nostro sensore :» setsamplingfrequency, getmeasure

22 public class Sensor { comparto operazione map in Java - } int getid(){} void setsamplingfrequency(int i){} int getsamplingfrequency(){} void setmuteon (){} void setmuteoff (){} int getmeasure(){} int getinstances (){}

23 come rappresento una classe in UML -1- NOME ATTRIBUTI OPERAZIONI

24 come rappresento una classe in UML -2- TYPE && MULTIPLICITY PRIVATE DEFAULT VALUE PROTECTED PUBLIC ATTRIBUTO DI CLASSE OPERAZIONE DI CLASSE

25 attributi ed operazioni di classe» attributi : il valore è condiviso tra tutte le istanze» operazioni : non richiedono una istanza della classe per essere invocate

26 attributi ed operazioni di classe map in Javapublic class Sensor { }... private static int numberofinstances;... public static int getinstances (){} int n1 = Sensor.getInstances(); come accederli... da un'alrta Sensor s = new Sensor(); classe{ int n2 = s.getinstances();

27 la visibilità di un elemento della classe PRIVATE PROTECTED PUBLIC

28 vedo / non vedo» principio di information hiding (encapsulation)» separazione tra interfaccia e implementazione» semantica del dato vs. implementazione della variabile» obiettivo : nascondere le scelte che possono essere soggette a cambiamenti

29 public class Sensor { } public void Sensor(){ } visibilità public && private (map in Java) this.numberofinstances ++; // OK public class testclass { } public void testmethod(){ } Sensor s = new Sensor(); s.setsamplingfrequency(23);// OK s.id = 45; // ERRORE

30 public class Sensor { } public void setmuteon(){ this.ismute = true;// OK } public class testclass { public void testmethod(){ } Sensor s = new Sensor(); s.ismute = true ; // ERRORE visibilità protected (map in Java) } anche se nel caso generale protect e private sembrano equivalenti, non è cosi. la differenza c'è con la generalizzazione. rimandiamo il discorso più avanti.

31 public, private, protected?!?!» principio di information hiding (encapsulation)» separazione tra interfaccia e implementazione» semantica del dato vs. implementazione della variabile» obiettivo : nascondere le scelte che possono essere soggette a cambiamenti

32 public, private, protected?!?!» principio di information hiding (encapsulation)» separazione tra interfaccia e implementazione» semantica del dato vs. implementazione della variabile» obiettivo : nascondere le scelte che possono essere soggette a cambiamenti» REGOLA PRATICA : gli attributi sono sempre privati, le operazioni possono essere pubbliche» chiaramente» l interfaccia deve essere particolarmente stabile» operazioni get/set per accedere agli attributi

33 le relazioni in un class diagram» una relazione rappresenta una connessione tra gli elementi di uno o più domini» nei class diagram si specificano relazioni tra :» classi, oggetti, interfacce, package,etc...» una relazione fornisce un percorso di comunicazione tra gli elementi del diagramma

34 le relazioni in un class diagram

35 generalizzazione» relazione tra una classe più generale ed una più specifica» padre super-classe» figlia sotto-classe» rappresentata da una freccia con triangolo bianco (verso la super-classe)» una sottoclasse eredita tutte le caratteristiche della super-classe» is-a-kind-of

36 generalizzazione map in Java - public class TempSensor extends Sensor { private int temp; private TemperatureScale scale;... }

37 generalizzazione quando usarla? -

38 » quanto è buono questo modello?» è corretto questo modello? generalizzazione quando usarla? -

39 » quanto è buono questo modello?» è corretto questo modello? generalizzazione quando usarla? -» dipende dallo scopo del modello:» finestra di testo con due scrollbar (orizzontale,verticale) ;

40 generalizzazione - soluzione -» PRINCIPIO DI SOSTITUIBILITA' (di Liskov)» se q(x) è una proprietà che si può dimostrare essere valida per oggetti x di tipo T, allora q(y) deve essere valida per oggetti y di tipo S dove S è un sottotipo di T.

41 generalizzazione - soluzione -» PRINCIPIO DI SOSTITUIBILITA' (di Liskov)» se q(x) è una proprietà che si può dimostrare essere valida per oggetti x di tipo T, allora q(y) deve essere valida per oggetti y di tipo S dove S è un sottotipo di T.» che riformulato in termini più quotidiani:» data una super-classe T di S; in tutti i contesti in cui si usa un'istanza di T, deve essere possibile utilizzare una qualsiasi istanza di S (o di una qualunque altra sottoclasse a qualsiasi livello)» la sottoclasse deve avere la stessa semantica della super-classe

42 generalizzazione - soluzione -» PRINCIPIO DI SOSTITUIBILITA' (di Liskov)» se q(x) è una proprietà che si può dimostrare essere valida per oggetti x di tipo T, allora q(y) deve essere valida per oggetti y di tipo S dove S è un sottotipo di T.» che riformulato in termini più quotidiani:» data una super-classe T di S; in tutti i contesti in cui si usa un'istanza di T, deve essere possibile utilizzare una qualsiasi istanza di S (o di una qualunque altra sottoclasse a qualsiasi livello) DISCUTIAMO INSIEME SU QUALCHE ESEMPIO» la sottoclasse deve avere la stessa semantica della super-classe

43 » quanto è buono questo modello? generalizzazione quando usarla? -» questo modello rappresenta quello che?» dipende dallo scopo del modello:» finestra di testo con due scrollbar (orizzontale,verticale) ; Questo modello è sintatticamente corretto ma SEMANTICAMENTE SBAGLIATO

44 ...» problema :» modellare una famiglia di sensori. In particolare sensori di temperatura e di luminosità

45 generalizzazione e...» problema :» modellare una famiglia di sensori. In particolare sensori di temperatura e di luminosità» soluzione :» definizione delle entità classi» definizione delle caratteristiche comuni operazioni ed attributi

46 generalizzazione e classi...» problema :» modellare una famiglia di sensori. In particolare sensori di temperatura e di luminosità» soluzione :» definizione delle entità classi» definizione delle caratteristiche comuni operazioni ed attributi

47 » parzialmente definite» modellare operazioni che hanno la stessa semantica ma che saranno implementate da metodi differenti» non è mai possibile istanziare una classe astratta generalizzazione e classi astratte» si possono (si devono) dichiarare puntatori a classi astratte polimorfismo

48 // Errore generalizzazione e polimorfismo (map in Java) Sensor s = new Sensor(); // OK Sensor t = new TempSensor(); // OK Sensor l = new LightSensor(); // OK l.setmuteon(); l.getthreshold();// ERRORE l.getmeasure (); // OK t.getmeasure (); // OK

49 generalizzazione e polimorfismo (map in Java) // Errore Sensor s = new Sensor(); // OK Sensor t = new TempSensor(); // OK Sensor l = new LightSensor(); // OK l.setmuteon(); l.getthreshold();// ERRORE l.getmeasure (); t.getmeasure (); ATTENZIONE: anche se l e t sono dello stesso tipo, le chiamate si riferiscono a implementazioni diverse

50 generalizzazione e classi astratte» (vedremo che) ad ogni elemento del linguaggio UML è associato un insieme di proprietà» nome, lista degli attributi/operazioni, sono delle proprietà dell'elemento UML» in UML una classe è astratta se il flag abstract dell'elemento è a true» non c'è una simbologia grafica univoca va per la maggiore!!

51 generalizzazione visibilità (map in Java)

52 generalizzazione visibilità (map in Java) public class TempSensor extends Sensor { } public void setmuteon(){ } int k = this.id; // ERRORE this.ismute = true;// OK public class testclass { public void testmethod(){ } Sensor s = new Sensor(); s.ismute = true ; // ERRORE } SOLO le sotto-classi POSSONO riferire gli elementi dichiarati protected nelle superclasse.

53 » collezioni di operazioni che sono utilizzate per specificare un servizio di una classe o di un componente» definisce solo la segnatura delle operazioni interfacce» le operazioni possono avere attributi di visibilità (come nelle classi)» non tutti i linguaggi hanno interfacce» C++ NO, Java SI

54 » collezioni di operazioni che sono utilizzate per specificare un servizio di una classe o di un componente» definisce solo la segnatura delle operazioni interfacce» le operazioni possono avere attributi di visibilità (come nelle classi)» non tutti i linguaggi hanno interfacce» C++ NO, Java SI ATTENZIONE: l'idea di INTERFACCIA è molto diversa dall'idea di CLASSE ASTRATTA. le interfacce non specificano ALCUN concetto di STATO

55 interfacce esempio sparatutto -

56 interfacce esempio sparatutto -

57 associazione» relazione strutturale tra oggetti di classi differenti» può essere simmetrica (navigabile nelle due direzioni)» una associazione può essere ricorsiva, ovvero tra oggetti della stessa classe» binaria o N-aria (è poco usata)» rappresentata mediante una linea continua che collega le classi in relazione» di fatto : indica la possibilità che una classe possa inviare messaggi a quelle associate

58 associazione map in Java -» un associazione può avere:» un nome,» il ruolo degli operandi,» stereotipo» cardinalità

59 associazione map in Java - public class Sink { private String name; private IP_Address address; public String getname(); public IP_Address getaddress(); }

60 associazione map in Java - public class Sink { private String name; private IP_Address address; public String getname(); public IP_Address getaddress(); } public class NetworkAdapter { private Sink s; }

61 associazione - esempi vari -

62 » e una relazione di tipo gerarchico : aggregazione» una classa che rappresenta entità autonoma» una classe che rappresenta che aggrega l' entità autonoma» esempio:» auto = motore + 4 ruote + scocca +... altre cose» denominata anche : relazione whole-part» rappresentata mediante una linea tra la classe aggregante e quella aggregata. all'estremità della classe aggregante, la linea ha un rombo bianco

63 aggregazione» l'aggregazione non impone vincoli sul ciclo di vita degli aggregati» le aggregazioni circolari sono semanticamente errate» A aggrega B» B aggrega C» C aggrega A

64 aggregazione map in Java - public class Cluster { } private Vector<Sensor> vsensor; public Cluster (Vector<Sensor> s){ } this.vsensor= s;

65 composizione» è un aggregazione forte» le istanze composte non devono essere create con l istanza della classe componente» una volta create, le istanze composte seguono il ciclo di vita dell istanza che le compone» dipendentemente dall'ambiente di sviluppo:» la classe composita elimina le parti in un momento antecedente alla propria distruzione (dispose in C++)» l'implementazione è strutturata in modo che le istanze create con la composizione siano distrutte (con il garbage collector in Java)

66 composizione» conseguenze :» un oggetto può essere parte di un solo oggetto composto alla volta» invece nell aggregazione una parte può essere condivisa tra più oggetti composti» in UML è rappresentata mediante una linea tra la classe che compone (whole) e quella componente (part). all'estremità della classe che compone, la linea ha un rombo nero

67 composizione - map in Java -

68 public abstract class Sensor { } private NetworkAdapter na; composizione - map in Java - public Sensor (NetworkAdapter net){ } this.na = new NetworkAdapter(); /* Copy the state of net * into this.na */

69 dipendenza» è una relazione tra due elementi dove il cambiamento di un elemento può causare il cambiamento nell altro» non necessariamente è implicato il viceversa» rappresentata mediante una linea tratteggiata che collega le classi in relazione

70 esempio una semplice sensor network - una sensor network è una rete costituita da un insieme di piccoli apparecchi elettronici in grado di ricevere dati dall'ambiente circostante e comunicare tra loro mediante degli elementi per l'interfacciamento alla rete. ogni sensore invia I dati collezionati ad un gateway. I sensori possono essere organizzati in aree di sensing o cluster.

71 esempio una semplice sensor network -

73 » sono una variante dei class diagram» hanno di fatto la stessa notazione object diagram» la differenza principale è che mettono in relazione ISTANZE e non tipi di dato» gli oggetti sono identificati con il loro nome (e non il tipo)» le relazioni sono relazioni di istanza» mostra possibili fotografie del sistema in esecuzione» non sono fondamentali ma possono chiarire class diagram complessi

74 classi VS. oggetti Classe Author in relazione con (usa) Class Diagram Classe PC PC del Lavoro Author Bob Modellazione di Istanze PC di Casa

75 class diagram VS. object diagram

77 come rappresento un package in UML» I package in UML (come in altri linguaggi) sono costrutti che permettono di raggruppare/organizzare entità da modellare» rendono i diagrammi più semplici facilitandone la comprensione

78 package diagram» meccanismo per organizzare elementi in gruppi (principio O.O. della modularità)» classi, componenti, package, diagrammi, etc..» gerarchico con controllo sulla visibilità» principali relazioni di dipendenza(/associazione):» import : o public import, include nella definizione del package elementi definiti in un altro package.» access : o private import, come import ma gli elementi importati non sono visibili esternamente dal package» merge : gli elementi con lo stesso nome nel package source e nel package target sono fusi nel package risultante. Gli elementi non ridefiniti vengono importati

79 package diagram - merge -

80 package diagram merge example 1 -

83 package diagram merge example 2 - dalla specifica UML relativamente a questo esempio: Package P2 merges the contents of package P1, which implies the merging of increment P1::A into increment P2::A. Package P3 imports the contents of P2 so that it can define a subclass of A called SubA. In this case, element A in package P3 (P3::A) represents the result of the merge of P1::A into P2::A and not just the increment P2::A.

85 package diagram merge example 3 -» SubA» op1() : String» op2() : String» associazione B» associazione D» SubA eredita ma non vede» a : String» b : String perchè privati