5.2.4.6. Отношения

Отношения между классификаторами включают в себя ассоциацию, обобщение, реализацию и различные виды зависимостей, в том числе поток и использование (табл. 5.2-1).

Таблица 5.2-1. Виды отношений

Отношение	Функция
Ассоциация (Association)	Описание связей между экземплярами классов
Зависимость (Depend­ency)	Отношение, существующее между двумя эле­ментами модели
Поток (Flow)	Отношение между двумя версиями одного и того же объекта, существующими в последо­вательные моменты времени
Обобщение (Generaliza­tion)	Отношение между общим описанием и более специфическими его разновидностями; ис­пользуется при наследовании
Реализация (Realization)	Отношение между спецификацией и ее реали­зацией

Ситуация, когда для корректной работы одно­му элементу системы необходим другой эле­мент

5.2.4.7. Наследование и обобщение

Отношение обобщения связывает классификаторы-предки (суперклассы) с их более специализированными потомками (подклассами). С помощью обобщения можно упростить описание классификатора, «собирая» его из отдельных частей, каждая из которых добавляет к классификатору черты, унаследованные от предков. Полное описание классификатора строится с помощью механизма наследования, который основан на обобщении. Обобщение и наследование позволяют указывать, какие общие черты имеет группа классификаторов, не повторяя их в каждом конкретном описании.

Одним из признаков объектно-ориентированного подхода является выполнение одного из общеизвестных аспектов повседневной жизни: если вы знаете что-либо о некоторой категории, то автоматически можете перенести эти знания на другие категории. Если известно, что объект отно­сится к бытовой технике, то уже известно, что он имеет выключатель, имя производителя и номер изделия. Если известно, что объект является животным, то заранее ясно, что оно ест, спит, рожда­ется, перемещается в пространстве, При более детальном анализе можно составить список других атрибутов и операций.

В рамках объектно-ориентированного подхода такое положение вещей называется наследо­ванием. В UML для наследования используется термин обобщение. Один класс (дочерний или подкласс) может наследовать атрибуты и операции другого (родительского класса или суперклас­са). Родительский класс является более общим по отношению к дочернему.

Иерархия наследования не ограничивается двумя уровнями: дочерний класс может выступать в роли родительского класса для другого дочернего класса. Класс Млекопитающее является дочерним классом для класса Животное и родительским для класса Лошадь.

В UML наследование отображается с помощью линии, которая соединяет родительский класс с дочерним классом. Конец линии, связанный с родительским классом, помечается не закрашенным треугольником, указывающим на родительский класс. Такая связь соответствует отношению, явля­ется видом. Млекопитающее является видом животного, лошадь является видом млекопитающе­го. На рис. 5.2-19 представлена описанная иерархия наследования и дополнительные классы. На гра­фическом представлении ситуации, когда родительский класс имеет несколько дочерних не­сколько стрелок-обобщений можно объединить в одно дерево, так что стрелка будет указывать на прямого предка, а несколько ветвей – на прямых потомков, такая конструкция позволяет разгру­зить диаграмму. Нужно отметить, что UML не запрещает изображать все без исключения линии и треугольники и не требует указывать наследуемые атрибуты и операции в прямоугольниках подклассов, т.к. они уже представлены в обозначении суперкласса.

Рис. 5.2-19. Иерархия наследования в животном мире.

При моделировании наследования нужно убедиться, что дочерний класс удовлетворяет тре­бованию «является видом» по отношению к родительскому классу. Если связь классов описывает­ся по-другому, нужно использовать другую ассоциацию.

Дочерний класс часто отличается наличием дополнительных атрибутов и операций. Напри­мер, Млекопитающее имеет шерсть и дает молоко, а такого атрибута и операции нет в классе Жи­вотное.

Класс может не иметь родителя. В этом случае он называется базовым или корневым классом. Класс также может не иметь дочернего класса, и тогда он называется листовым классом. Ес­ли класс имеет только одного родителя, то говорят об одиночном наследовании, а если несколько – о множественном.

Обобщение (generalization) – это таксономический вид отношений между общим описанием и специфическим описанием, которое основывается на общем и детализирует его. Специфическое описание полностью согласуется с общим (оно имеет те же свойства, члены и отношения), но об­ладает также и некоторой дополнительной информацией (млекопитающее имеет шерсть и дает молоко). Общее описание называется прямым предком (parent). Детализированный его вариант называется прямым потомком (child). В нашем примере Животное – это класс – прямой предок, а Млекопитающее – класс – прямой потомок. В применении к классам для прямого предка и прямо­го потомка существуют другие названия: суперкласс и подкласс.

Обобщение служит для двух целей. Во-первых, чтобы определять условия, при которых эк­земпляр какого-либо класса (или другого элемента) можно использовать там, где переменная (на­пример, переменная или параметр процедуры) принимает значение этого класса – это называется принципом подстановочности. Правило, следующее из этого принципа, гласит, что экземпляр по­томка можно всегда подставить на то место, где объявлено использование предка. Таким образом, объект Млекопитающее подойдет везде, где нужно использовать объект Животное.

Обобщение делает возможными полиморфные операции. Полиморфная операция – это опе­рация, чью реализацию (метод) определяет класс объекта, к которому он принадлежит, а не тот класс, который используется в вызове операции. Это становится возможным, поскольку класс-предок может иметь много прямых потомков, каждый из которых будет реализовывать свои соб­ственные варианты операции, предписанной всем этим классам.

Например, вычисление процентной ставки для ипотеки и для автомобильного лизинга будет разным, однако и в том и в другом случае это будут варианты вычисления процентной ставки об­щего родительского класса Ссуда (рис. 5.2-20).

^- Обобщение

Рис. 5.2-20. Использование абстрактной операции суперкласса

Любой объект класса-потомка будет подходить там, где объявлено использование класса-предка, причем каждый класс-потомок может обладать при этом своими специфическими опера­циями. Особенно удобен механизм обобщения при добавлении в существующую модель новых классов, так как при этом не нужно менять полиморфные вызовы. Таким образом, мы можем до­бавить в систему новый вид займа, не меняя при этом операцию вычисления процентной ставки. Когда полиморфная операция реализована не в классе-предке, а только в классах-потомках, она называется абстрактной.

Еще одной целью обобщения является дать возможность разработчику описывать элемент с помощью черт предков этого элемента. Это называется наследованием. Механизм наследования позволяет «собрать» описание объектов класса из фрагментов описания этого класса и всех описа­ний его предков. Благодаря наследованию можно один раз дать описание класса, а затем наследо­вать его всеми классами-потомками, вместо того чтобы повторять это описание в каждом из них. Наследование позволяет существенно уменьшить размер модели и, что более важно, снижает риск случайных несоответствий в программе после внесенных в модель изменений.

Каждый из обобщаемых элементов обладает рядом наследуемых свойств. У многих элемен­тов в число этих свойств входят ограничения. У классификаторов к наследуемым свойствам отно­сятся также атрибуты, операции, принимаемые сигналы и участие в ассоциациях. Элемент-потомок наследует все эти свойства от своих предков. Полный набор его свойств будет включать в себя не только унаследованные, но и индивидуальные черты.

У классификаторов не может быть более одного атрибута с одной и той же сигнатурой (вне зависимости от того, наследованный это атрибут или нет). В противном случае возникает кон­фликтная ситуация и модель считается плохо согласованной. Другими словами, у потомка нельзя повторно объявлять тот атрибут, который уже объявлен у предка.

Операцию можно объявлять более чем в одном классификаторе, но при условии, что специ­фикации операции совместимы (одни и те же параметры, ограничения и возвращаемые значения).

Метод может быть объявлен в нескольких иерархических классах. Причем метод, относящийся непосредственно к потомку, подменяет собой метод с той же сигнатурой, унаследованный от предка. Если же класс наследует две различные копии метода (путем множественного наследо­вания у разных классов), возникает конфликтная ситуация и модель также считается плохо согла­сованной. Некоторые языки программирования допускают в такой ситуации выбор одного из ме­тодов. Однако более простым и надежным способом разрешения такой ситуации будет переопре­делить метод в классе-потомке.

Ограничения элементов также бывают индивидуальными и унаследованными от предков. Если какие-то из них конфликтуют между собой, модель считается плохо согласованной.

Каждая унаследованная или объявленная операция в конкретном классе должна иметь опре­деленный метод (который может наследоваться от класса-предка).