Спецификация описания метамодели языка UML

Метамодель языка UML описывается на некотором полуформальном языке с использованием трех видов представлений:

• Абстрактного синтаксиса

• Правил правильного построения выражений

• Семантики

Абстрактный синтаксис представляет собой модель для описания некоторой части языка UML, предназначенной для построения диаграмм классов на основе описаний систем на естественном языке. Возможности абстрактного синтаксиса в языке UML довольно ограничены и имеют отношение только к интерпретации обозначений отдельных компонентов диаграмм, связей между компонентами и допустимых дополнительных обозначений. К элементам абстрактного синтаксиса относятся некоторые ключевые слова и значения отдельных атрибутов базовых понятий уровня метамодели, которые имеют фиксированное обозначение в виде текста на естественном языке.

Правила правильного построения выражений используются для задания дополнительных ограничений или свойств, которыми должны обладать те или иные компоненты модели. Поскольку исходным понятием ООП является понятие класса, его общими свойствами должны обладать все экземпляры, которые в этом смысле должны быть инвариантны друг другу. Для задания этих инвариантных свойств классов и отношений необходимо использовать специальные выражения некоторого формального языка, в рамках UML получившего название языка объектных ограничений (Object Constraint Language, ОСL).

Семантика языка UML описывается в основном на естественном языке, но может включать в себя некоторые дополнительные обозначения, вытекающие из связей определяемых понятий с другими понятиями. Семантика понятий раскрывает их смысл или содержание. Сложность описания семантики языка UML заключается именно в метамодельном уровне представлений его основных конструкций. С одной стороны, понятия языка UML имеют абстрактный характер (ассоциация, композиция, агрегация, сотрудничество, состояние). С другой стороны, каждое из этих понятий допускает свою конкретизацию на уровне модели (сотрудник, отдел, должность, стаж).

Хотя сам термин «естественный язык» далеко не однозначен и порождает целый ряд дополнительных вопросов, ограничимся его трактовкой в форме обычного текста на русском и возможно, английском языках. Если исключить английский язык, используемый для написания стандартных элементов и некоторых ключевых слов, то во всех остальных случаях под естественным языком можно понимать русский без специальных оговорок.

Для придания формального характера моделям UML использование естественного языка должно строго соответствовать определенным правилам. Например, описание семантики языка UML может включать в себя фразы типа «Сущность А обладает способностью» или «Сущность Б есть сущность В». В каждом из этих случаев мы будем понимать смысл фраз, руководствуясь традиционным пониманием предложений русского языка. Однако этого может оказаться недостаточно для более формального представления знаний о рассматриваемых сущностях. Тогда необходимо дополнительно специфицировать семантику этих простых фраз, для чего рекомендуется использовать следующие правила:

• Явно указывать в тексте экземпляр некоторого метакласса. Речь идет о том, что в естественной речи мы часто опускаем слово «пример» или «экземпляр», говоря просто «класс». Так, фразу «Атрибут возраст класса сотрудник имеет значение 30 лет» следует записать более точно, а именно: «Атрибут возраст экземпляра класса сотрудник имеет значение 30 лет».

• В каждый момент времени используется только то значение слова, которое приписано имени соответствующей конструкции языка UML. Все дополнительные особенности семантики должны быть указаны явным образом без каких бы то ни было неявных предположений.

• Термины языка UML могут включать только один из допустимых префиксов, таких как под-, супер– или мета-. При этом сам термин с префиксом записывается одним словом.

В дополнение к этому будут использоваться следующие правила выделения текста:

• Если используются ссылки на конструкции языка UML, а не на их представления в метамодели, следует применять обычный текст без какого бы то ни было выделения.

• Имена метаклассов являются элементом нотации языка UML и представляют собой существительное и, возможно, присоединенное к нему прилагательное. В этом случае имя метакласса на английском записывается одним словом с выделением каждой составной части имени заглавной буквой (например, ModelElement, StructuralFeature).

• Имена метаассоциаций и ассоциаций классов записываются аналогичным образом (например, ElementReference).

• Имена других элементов языка UML также записываются одним словом, но должны начинаться с маленькой буквы (например, ownedElement, allContents).

• Имена метаатрибутов, которые принимают булевы значения, всегда начинаются с префикса «is» (например, isAbstract).

• Перечислимые типы должны всегда заканчиваться словом «Kind» (например, AggregationKind).

• При ссылках в тексте на метаклассы, метаассоциаций, метаатрибуты и т. д. должны всегда использоваться в точности те их имена, которые указаны в модели.

• Имена стандартных обозначений (стереотипов) заключаются в кавычки и начинаются со строчной буквы (например, «type»).

В рамках языка UML все представления о модели сложной системы фиксируются в виде специальных графических конструкций, получивших название диаграмм. В терминах языка UML определены следующие виды диаграмм:

• Диаграмма вариантов использования (use case diagram)

• Диаграмма классов (class diagram)

• Диаграммы поведения (behavior diagrams)

• Диаграмма состояний (statechart diagram)

• Диаграмма деятельности (activity diagram)

• Диаграммы взаимодействия (interaction diagrams)

• Диаграмма последовательности (sequence diagram)

• Диаграмма кооперации (collaboration diagram)

• Диаграммы реализации (implementation diagrams)

• Диаграмма компонентов (component diagram)

• Диаграмма развертывания (deployment diagram)

При этом в качестве самостоятельных представлений в языке UML используются следующие диаграммы:

• Диаграмма вариантов использования

• Диаграмма классов

• Диаграмма состояний

• Диаграмма деятельности

• Диаграмма последовательности

• Диаграмма кооперации

• Диаграмма компонентов

• Диаграмма развертывания

Каждая из этих диаграмм детализирует и конкретизирует различные представления о модели сложной системы в терминах языка UML. Таким образом, интегрированная модель сложной системы в нотации UML (рис. 22) представляется в виде совокупности указанных выше диаграмм.

Рис. 22 Интегрированная модель сложной системы в нотации UML

Литература

4.1 Леоненков А.В. Самоучитель UML. 2-е изд. перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 432 с.

4.2 Вендеров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 176 с.

4.3 Буч Г., Рамбо Дж., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. Пер. с англ. – М.: ДМК, 2000. – 432 с.

Лекция 5

Диаграммы модели на языке UML

1 Диаграмма вариантов использования

2 Пример построения диаграммы вариантов использования

3 Диаграмма классов

4 Отношения между классами

5 Пример построения диаграммы классов

6 Диаграмма кооперации

7 Пример построения диаграммы кооперации

Диаграмма вариантов использования (use case diagram)

Визуальное моделирование в UML можно представить как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее общей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем и к физической модели соответствующей программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме так называемой диаграммы вариантов использования (use case diagram), которая описывает функциональное назначение системы или, другими словами, то, что система будет делать в процессе своего функционирования.

Диаграмма вариантов использования является исходным концептуальным представлением или концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки.

Разработка диаграммы вариантов использования преследует цели:

• Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы.

• Сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы.

• Разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей.

• Подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.

Суть данной диаграммы состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью так называемых вариантов использования. При этом актером (actor) или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. В свою очередь, вариант использования (use case) служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Другими словами, каждый вариант использования определяет некоторый набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой.