5.1. Клас

Клас (class) у мові UML служить для позначення безлічі об'єктів, які володіють однаковою структурою, поведінкою і стосунками з об'єктами з інших класів. Графічно клас зображається у вигляді прямокутника, який додатково може бути роздільний горизонтальними лініями на розділи або секції (мал. 5.1). У цих розділах можуть указуватися ім'я класу, атрибути (змінні) і операції (методи).

Мал. 5.1. Графічне зображення класу на діаграмі класів

Обов'язковим елементів позначення класу є його ім'я. На початкових етапах розробки діаграми окремі класи можуть позначатися простим прямокутником з вказівкою тільки імені відповідного класу (мал. 5.1, а). У міру опрацьовування окремих компонентів діаграми опису класів доповнюються атрибутами (мал. 5.1, би) і операціями (мал. 5.1, в).

Передбачається, що остаточний варіант діаграми містить якнайповніший опис класів, які складаються з трьох розділів або секцій. Іноді в позначеннях класів використовується додатковий четвертий розділ, в якому приводиться семантична інформація довідкового характеру або явно указуються виняткові ситуації.

Навіть якщо секція атрибутів і операцій є порожньою, в позначенні класу вона виділяється горизонтальною лінією, щоб відразу відрізнити клас від інших елементів мови UML. Приклади графічного зображення класів на діаграмі класів приведені на мал. 5.2. У першому випадку для класу "Прямокутник" (мал. 5.2, а) вказані тільки його атрибути - крапки на координатній плоскості, які визначають його розташування. Для класу "Вікно" (мал. 5.2, би) вказані тільки його операції, секція атрибутів залишена порожньою. Для класу "Рахівниць" (мал. 5.2, в) додатково зображена четверта секція, в якій вказано виключення - відмову від обробки простроченої кредитної картки.

Мал.5.2. Приклади графічного зображення класів на діаграмі

Ім'я класу

Ім'я класу має бути унікальним у межах пакету, який описується деякою сукупністю діаграм класів (можливо, однією діаграмою). Воно указується в першій верхній секції прямокутника. На додаток до загального правила найменування елементів мови UML, ім'я класу записується по центру секції імені напівжирним шрифтом і повинно починатися із заголовної букви. Рекомендується як імена класів використовувати іменники, записані по практичних міркуваннях без пропусків. Необхідно пам'ятати, що саме імена класів утворюють словник наочної області при ООАП.

У першій секції позначення класу можуть знаходитися посилання на стандартні шаблони або абстрактні класи, від яких утворений даний клас і, відповідно, від яких він успадковує властивості і методи. У цій секції може приводитися інформація про розробника даного класу й статус стану розробки, а також можуть записуватися й інші загальні властивості цього класу, що мають відношення до інших класів діаграми або стандартним елементам мови UML.

Прикладами імен класів можуть бути такі іменники, як "Співробітник", "Компанія", "Керівник", "Клієнт", "Продавець", "Менеджер", "Офіс" і багато інших, що мають безпосереднє відношення до модельованої наочної області і функціонального призначення проектованої системи.

Клас може не мати екземплярів або об'єктів. У цьому випадку він називається абстрактним класом, а для позначення його імені використовується похилий шрифт (курсив). У мові UML прийнята загальна угода про те, що будь-який текст, що відноситься до абстрактного елементу, записується курсивом. Дана обставина є семантичним аспектом опису відповідних елементів мови UML.

Примітка

У деяких випадках необхідно явно вказати, до якого пакету відноситься той або інший клас. Для цієї мети використовується спеціальний символ роздільник - подвійна двокрапка "::". Синтаксис рядка імені класу в цьому випадку буде наступний <Ім’я_пакета>::<Ім’я_класа>. Іншими словами, перед ім'ям класу має бути явно вказане ім'я пакету, до якого його слід віднести. Наприклад, якщо визначений пакет з ім'ям "Банк", то клас "Рахівниць" в цьому банку може бути записаний у вигляді: "Банк::рахунку".

Атрибути класу

У другій зверху секції прямокутника класу записуються його атрибути (attributes) або властивості. У мові UML прийнята певна стандартизація запису атрибутів класу, яка підкоряється деяким синтаксичним правилам. Кожному атрибуту класу відповідає окремий рядок тексту, який складається з квантора видимості атрибуту, імені атрибуту, його кратності, типу значень атрибуту й, можливо, його початкового значення:

<квантор видимості><ім’я атрибуту>[кратність]:

<тип атрибуту> = <початкове значення>{рядок-властивість}

Квантор видимості може приймати одне з трьох можливих значень і, відповідно, відображається за допомогою спеціальних символів:

• Символ "+" позначає атрибут із зоною видимості типу загальнодоступний (public). Атрибут із цією зоною видимості доступний або видний з будь-якого іншого класу пакету, у якому визначена діаграма.

• Символ "#" позначає атрибут із зоною видимості типу захищений (protected). Атрибут із цією зоною видимості недоступний або невидний для всіх класів, за винятком підкласів даного класу.

• І, нарешті, знак "-" позначає атрибут із зоною видимості типу закритий (private). Атрибут із цією зоною видимості недоступний або невидний для всіх класів без виключення.

Квантор видимості може бути опущений. У цьому випадку його відсутність просто означає, що видимість атрибуту не указується. Ця ситуація відрізняється від прийнятих за умовчанням угод у традиційних мовах програмування, коли відсутність квантора видимості трактується як public або private. Проте замість умовних графічних позначень можна записувати відповідне ключове слово: public, protected, private.

Примітка

Оскільки мова UML інваріантна щодо реалізації своїх конструкцій у конкретних мовах програмування, семантика окремих кванторів видимості не є строго фіксованою. Значення цих кванторів повинні додатково уточнюватися текстом пояснення на природній мові або угодою по використанню відповідних програмно-залежних синтаксичних конструкцій.

Ім'я атрибуту є рядком тексту, який використовується як ідентифікатор відповідного атрибуту і тому має бути унікальною в межах даного класу. Ім'я атрибуту є єдиним обов'язковим елементом синтаксичного позначення атрибуту.

Кратність атрибуту характеризує загальна кількість конкретних атрибутів даного типу, що входять до складу окремого класу. У загальному випадку кратність записується у формі рядка тексту у квадратних дужках після імені відповідного атрибуту:

[нижня_границя1 .. верхня_границя1, нижня_границя2.. верхня_границя2 ..., нuжня_гpaнuцяk .. верхня_границяk],

де нижня_границя і верхня_границя є позитивними цілими числами, кожна пара яких служить для позначення окремого замкнутого інтервалу цілих чисел, у якого нижня (верхня) межа дорівнює значенню нижня_границя (верхня_границя). У цілому дане умовне позначення кратності відповідає теоретико-множинному об'єднанню відповідних інтервалів. Як верхній_границі може використовуватися спеціальний символ "*", який означає довільне позитивне ціле число. Іншими словами, це означає необмежене зверху значення кратності відповідного атрибуту.

Значення кратності з інтервалу слідують в монотонно зростаючому порядку без пропуску окремих чисел, лежачих між нижньою й верхньою межами. При цьому дотримуються наступного правила: відповідні нижні і верхні межі інтервалів включаються в значення кратності. Якщо як кратність указується однина, то кратність атрибуту приймається рівною даному числу. Якщо ж указується єдиний знак "*", то це означає, що кратність атрибуту може бути довільним позитивним цілим числом або нулем.

Як приклад розглянемо наступні варіанти завдання кратності атрибутів.

• [0..1] означає, що кратність атрибуту може набувати значення або 1. При цьому 0 означає відсутність значення для даного атрибуту.

• [0..*] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого позитивного цілого значення більше або рівніше 0. Ця кратність може бути записана коротшим у вигляді простого символу - [*].

• [1.:*] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого позитивного цілого значення більше або рівніше 1.

• [1..5] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого значення з чисел: 1, 2, 3, 4, 5.

• [1..3,5,7] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого значення з чисел: 1, 2, 3, 5, 7.

• [1..3,7.. 10] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого значення із чисел: 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10.

• [1..3,7..*] означає, що кратність атрибуту може набувати будь-якого значення з чисел: 1, 2, 3, а також будь-яке позитивне ціле значення більше або рівніше 7.

Якщо кратність атрибуту не вказана, то за умовчанням набуває її значення рівне 1..1, тобто в точності 1.

Типом атрибуту є вираз, семантика якого визначається мовою специфікації відповідної моделі. У нотації UML тип атрибуту іноді визначається залежно від мови програмування, яку передбачається використовувати для реалізації даної моделі. У простому випадку тип атрибуту указується рядком тексту, що має осмислене значення в межах пакету або моделі, до яких відноситься даний клас.

Можна привести наступні приклади завдання імен і типів атрибутів класів:

• колір: Соlоr - тут колір є ім'ям атрибуту, Color - ім'ям типу даного атрибуту. Вказаний запис може визначати традиційно використовувану RGB-модель (червоний, зелений, синій) для представлення кольору. В цьому випадку ім'я типу Color якраз і характеризує семантичну конструкцію, яка застосовується в більшості мов програмування для уявлення кольору.

• ім’я_співробітника [1..2] : String - тут имя_сотрудника є ім'ям атрибуту, який служить для уявлення інформації про ім'я, а можливо, і по батькові конкретного співробітника. Тип атрибуту String (Рядок) якраз і указує на той факт, що окреме значення імені є рядком тексту з одного або двох слів (наприклад, "Кирило" або "Дмитро Іванович"). Оскільки в багатьох мовах програмування існує тип даних String, використання відповідного англомовного терміну не викликає непорозуміння у більшості програмістів. Проте, хоча в мові UML всі терміни даються в англомовному уявленні, використання як тип атрибуту Рядок в даній ситуації не виключається і визначається тільки міркуваннями зручності видимость:Boolean - тут видимість є ім'я абстрактного атрибуту (курсив тут не випадковий), який може характеризувати наявність візуального представлення відповідного класу на екрані монітора.

• У цьому випадку тип Boolean означає, що можливими значеннями даного атрибуту є одне з двох логічних значень: істина (true) або брехня (false). При цьому значення істина може відповідати наявності графічного зображення на екрані монітора, а значення брехня - його відсутності, про що додатково указується в тексті пояснення. Оскільки кратність атрибуту видимість не вказана, вона набуває значення 1 за умовчанням. У цій ситуації англомовне ім'я типу атрибуту цілком виправдане наявністю відповідного базового типу в мовах програмування. Абстрактний характер даного атрибуту позначається курсивним текстом у записі даного атрибуту.

• форма:Багатокутник - тут ім'я атрибуту форма може характеризувати такий клас, який є геометричною фігурою на плоскості. У цьому випадку тип атрибуту Багатокутник указує на той факт, що окрема геометрична фігура може мати форму трикутника, прямокутника, ромба, п'ятикутника і будь-якого іншого багатокутника, але не кола або еліпса. Цілком очевидно, що в даній ситуації використання відповідного англомовного терміну навряд чи доцільно, оскільки тип Багатокутник не є базовим для мов програмування.

Початкове значення служить для завдання деякого початкового значення для відповідного атрибуту в момент створення окремого екземпляра класу. Тут необхідно дотримуватися правила приналежності значення типу конкретного атрибуту. Якщо початкове значення не вказане, то значення відповідного атрибуту не визначене на момент створення нового екземпляра класу. З іншого боку, конструктор відповідного об'єкту може перевизначити початкове значення в процесі виконання програми, якщо в цьому виникає необхідність.

Як приклади початкових значень атрибутів можна привести наступні доповнені вище варіанти завдання атрибутів:

• колір:Соlоr = (255, 0, 0) - в RGB-моделі кольору це відповідає чистому червоному кольору як початкове значення для даного атрибуту.

• ім’я_співробітника[1..2]:String = Іван Іванович - можливо, це нетиповий випадок, який, швидше, відповідає ситуації имя_руководителя[2]:81пп§ = Іван Іванович.

• видимость:Вооlеаn = істина - може відповідати ситуації, коли в момент створення екземпляра класу створюється видиме на екрані монітора вікно, відповідне даному об'єкту.

• форма:Багатокутник= прямокутник - навряд чи вимагає коментарів, оскільки тут мова йде про геометричній формі створюваного об'єкту.

При завданні атрибутів можуть бути використані дві додаткові синтаксичні конструкції - це підкреслення рядка атрибуту й текст пояснення у фігурних дужках.

Підкреслення рядка атрибуту означає, що відповідний атрибут може приймати підмножину значень з деякої області значень атрибуту, визначуваної його типом. Ці значення можна розглядати як набір однотипних записів або масив, які в сукупності характеризують кожен об'єкт класу.

Наприклад, якщо деякий атрибут заданий у вигляді форма: Прямокутник. то це означатиме, що всі об'єкти даного класу можуть мати декілька різних форм, кожна з яких є прямокутником. Іншим прикладом може служити завдання атрибуту у вигляді номер_рахунку:Integer. що може означати для об'єкту Співробітник наявність деякої підмножини рахунків, загальна кількість яких заздалегідь не фіксується.

Рядок-властивість служить для вказівки значень атрибуту, які не можуть бути змінені в програмі при роботі з даним типом об'єктів. Фігурні дужки якраз і позначають фіксоване значення відповідного атрибуту для класу в цілому, яке повинні приймати всі новостворювані екземпляри класу без виключення. Це значення береться за початкове значення атрибуту, яке не може бути перевизначене в подальшому. Відсутність рядка-властивості за умовчанням трактується так, що значення відповідного атрибуту може бути змінене в програмі. Наприклад, рядок-властивість в записі атрибуту заробітна_зарплата:Currency = = {$500} може служити для позначення фіксованої заробітної плати для кожного об'єкту класу "Співробітник" певної посади в деякій організації. З іншого боку, запис даного атрибуту у вигляді заробітна_зарплата: Currency = $500 означає вже щось інше, а саме - при створенні нового екземпляра Співробітник (аналогія - прийом на роботу нового співробітника) для нього встановлюється за умовчанням заробітна плата в $500. Проте для окремих співробітників можуть бути зроблені виключення як у велику, так і в меншу сторону, про що необхідно поклопотатися додатково в програмі.

Операція

У третій зверху секції прямокутника записуються операції або методи класу. Операція (operation) є деяким сервісом, що надає кожен екземпляр класу на певну вимогу. Сукупність операцій характеризує функціональний аспект поведінки класу. Запис операцій класу в мові UML також стандартизована і підкоряється певним синтаксичним правилам. При цьому кожній операції класу відповідає окремий рядок, який складається з квантора видимості операції, імені операції, вирази типу повертаного операцією значення й, можливо, рядок-властивість даної операції:

квантор видимості><ім’я операції>(список параметрів):

<вираз типу повертаного значення>{рядок-властивість}

Квантор видимості, як і в разі атрибутів класу, може приймати одне з трьох можливих значень і, відповідно, відображається за допомогою спеціального символу. Символ "+" позначає операцію з областю видимості типу загальнодоступний (public). Символ "#" позначає операцію з областю видимості типу захищений (protected). І, нарешті, символ "-" використовується для позначення операції з областю видимості типу закритий (private).

Квантор видимості для операції може бути опущений. У цьому випадку його відсутність просто означає, що видимість операції не указується. Замість умовних графічних позначень також можна записувати відповідне ключове слово: public, protected, private.

Примітка

Стосовно конкретних мов програмування можуть бути визначені додаткові квантори видимості. В цьому випадку подібні доповнення є розширенням базової нотації і вимагають відповідних пояснень у формі тексту на природній мові або у вигляді рядка-властивості.

Ім'я операції є рядком тексту, який використовується як ідентифікатор відповідної операції і тому має бути унікальною в межах даного класу. Ім'я атрибуту є єдиним обов'язковим елементом синтаксичного позначення операції.

Список параметрів є переліком розділених комі формальних параметрів, кожен з яких може бути представлений у наступному вигляді:

<вид параметра><ім’я параметра>:<опис типу>=<значення параметра за умовчанням>.

Тут вид параметра - є одне з ключових слів in, out або inout зі значенням in за умовчанням, у випадку якщо вид параметра не указується. Ім'я параметра є ідентифікатор відповідного формального параметра. Вираз типу є залежною від конкретної мови програмування специфікацією типу повертаного значення для відповідного формального параметра. Нарешті, значення за умовчанням в загальному випадку є виразом для значення формального параметра, синтаксис якого залежить від конкретної мови програмування і підкоряється прийнятим в нім обмеженням.

Вираз типу повертаного значення також є залежною від мови реалізації специфікацією типу або типів значень параметрів, які повертаються об'єктом після виконання відповідної операції. Двокрапка і вираз типу повертаного значення можуть бути опущені, якщо операція не повертає ніякого значення. Для вказівки кратності повертаного значення дана специфікація може бути записана у вигляді списку окремих виразів.

Рядок-властивість служить для вказівки значень властивостей, які можуть бути застосовані до даного елементу. Рядок-властивість не є обов'язковим, вона може бути відсутньою, якщо ніякі властивості не специфіковані.

Операція із зоною дії на весь клас показується підкресленням імені і рядка виразу типу. За умовчанням під областю операції розуміється об'єкт класу. У цьому випадку ім'я і рядок виразу типу операції не підкреслюються.

Операція, яка не може змінювати стан системи й, відповідно, не має ніякого побічного ефекту, позначається рядком-властивістю "{запит}" ("{query}"). Інакше операція може змінювати стан системи, хоча немає ніяких гарантій, що вона буде це робити.

Для підвищення продуктивності системи одні операції можуть виконуватися паралельно або одночасно, а інші - тільки послідовно. У цьому випадку для вказівки паралельності виконання операції використовується рядок-властивість вигляду "{concurrency = ім'я}", де ім'я може приймати одне з наступних значень: послідовна (sequential), паралельна (concurrent), така, що охороняється (guarded). При цьому дотримуються наступної семантики для даних значень:

• послідовна (sequential) - для даної операції необхідно забезпечити її єдине виконання в системі, одночасне виконання інших операцій може привести до помилок або порушень цілісності об'єктів класу.

• паралельна (concurrent) - дана операція через свої особливості може виконуватися паралельно з іншими операціями в системі, при цьому паралельність повинна підтримуватися на рівні реалізації моделі.

• що охороняється (guarded) - всі звернення до даної операції мають бути строго впорядковані в часі з метою збереження цілісності об'єктів даного класу, при цьому можуть бути прийняті додаткові заходи по контролю виняткових ситуацій на етапі її виконання.

З метою скорочення позначень допускається використання одного імені як рядок-властивість для вказівки відповідного значення паралельності. Відсутність даного рядка-властивості означає, що семантика паралельності для операції не визначена. Тому слід припустити гірший з погляду продуктивності випадок, коли дана операція вимагає послідовного виконання.

Поява сигнатури операції на самому верхньому рівні оголошує цю операцію на весь клас, при цьому дана операція успадковується всіма нащадками даного класу. Якщо в деякому класі операція не виконується (тобто деякий метод не застосовується), то така операція може бути помічена як абстрактна "{abstract}". Інший спосіб показати абстрактний характер операції - записати її сигнатуру курсивом. Підлегла поява запису даної операції без властивості {абстрактна} указує на той факт, що відповідний клас-нащадок може виконувати дану операцію як свій "метод.

Якщо для деякої операції необхідно додатково вказати особливості її реалізації (наприклад, алгоритм), то це може бути зроблено у формі примітки, записаної у вигляді тексту, який приєднується до запису операції у відповідній секції класу. Якщо об'єкти класу приймають і реагують на деякий сигнал, то запис даної операції позначається ключовим словом "сигнал" ("signal"). Це позначення рівнозначне позначенню деякої операції. Реакція об'єкту на прийом сигналу може бути показана у вигляді деякого автомата. Окрім інших випадків ця нотація може бути використана, щоб показати реакцію об'єктів класу на помилкові ситуації або виключення, які можуть моделюватися як сигнали або повідомлення.

Поведінка операції може бути вказане додатково у формі приєднаної до операції примітки. В цьому випадку текст примітки полягає в дужки, якщо він є формальною специфікацією на деякій мові програмування і відповідає елементу "семантичне обмеження мови UML". Інакше текст примітки є простим описом на природній мові і позначається прямокутником з "заломленим" верхнім правим куточком (див. розділ 4).

Список формальних параметрів і тип повертаного значення можуть не указуватися. Квантор видимості атрибутів і операцій може бути вказаний у вигляді спеціального значка або символу, які використовуються для графічного представлення моделей в деякому інструментальному засобі. Імена операцій, так само як і атрибутів, записуються з рядкової (малою) букви, а їх типи - із заголовної (великий) букви. При цьому обов'язковою частиною рядка запису операції є наявність імені операції і круглих дужок.

Як приклади запису операцій можна привести наступні позначення окремих операцій:

• +створити) - може позначати абстрактну операцію по створенню окремого об'єкту класу, яка є загальнодоступною і не містить формальних параметрів. Ця операція не повертає ніякого значення після свого виконання.

• +намалювати(форма: Багатокутник = прямокутник, колір_заливки: Color = (Про, Про, 255)) - може позначати операцію по зображенню на екрані монітора прямокутної області синього кольору, якщо не указуються інші значення як аргументи даної операції.

• запит_рахунку_клієнта(номер_рахунку:1п1е§ег):Сиггепсу - позначає операцію по встановленню наявності засобів на поточному рахунку клієнта банку. При цьому аргументом даної операції є номер рахунку клієнта, який записується у вигляді цілого числа (наприклад, "123456"). Результатом виконання цієї операції є деяке число, записане в прийнятому грошовому форматі (наприклад, $1,500.00).

• видати_повідомлення():{"Помилка ділення на нуль"} - сенс даної операції не вимагає пояснення, оскільки міститься в рядку-властивості операції. Дане повідомлення може з'явитися на екрані монітора в разі спроби ділення деякого числа на нуль, що неприпустимо.