Шаблоны классов

Шаблоном называется параметризованный элемент. В таких языках программирования, как C++ или Ada, предусмотрена возможность создавать шаблоны классов, определяющие семейства классов (можно задавать также шаблоны функций, определяющие семейства функций). Параметрами шаблона могут быть классы, объекты или значения. Шаблон нельзя использовать непосредственно; сначала его нужно инстанцировать, то есть конкретизировать. Процесс инстанцирования - это связывание формальных параметров шаблона с фактическими. В ре­зультате из шаблона класса получается конкретный класс, с которым можно ра­ботать как с любым другим.

Чаще всего шаблоны классов используют при описании контейнеров, чтобы затем инстанцировать их для хранения конкретных элементов, - такой подход делает их безопасными по отношению к типам. Например, в нижеприведенном фрагменте кода на языке C++ объявляется параметризованный класс Map (Карта).

template<class Item, class Value, int Buckets>

class Map {

public:

virtual Boolean bind (const Item&, const Values:);

virtual Boolean isBound (const Item&) const;

};

Затем можно инстанцировать этот шаблон для отображения объектов класса Customer (Клиент) на объекты класса Order (Заказ):

m : Map<Customer, Order, 3>;

Язык UML также позволяет моделировать шаблоны классов (базовые свойства классов обсуждаются в главе 4). Как видно из рис. 9.7, такой класс изображается в точности как обычный, но в верхнем правом углу его пиктограммы находится дополнительная ячейка, нарисованная пунктиром; в ней перечислены параметры

шаблона.

На данном рисунке показано также, что моделировать инстанцирование шаб­лона класса можно двумя способами. Во-первых - неявно, для чего требуется объявить класс, имя которого обеспечивает связывание. Во-вторых, можно явным

образом определить зависимость (см. главы 5 и 10) со стереотипом bind (см. главу 6), показывающую, что источник инстанцирует целевой шаблон с заданными фактическими параметрами.

Стандартные элементы

Все механизмы расширения UML (см. главу 6) применимы к классам. Чаще всего для расширения свойств класса (например, для специфицирования его вер­сии) используются помеченные значения, а для определения новых видов компо­нентов (специфичных для данной модели) - стереотипы.

В UML определены четыре стандартных стереотипа, применимые к классам:

• metaclass - определяет классификатор, все объекты которого являются классами;

• powertype - определяет классификатор, все объекты которого являются по­томками данного родителя;

• stereotype - определяет, что данный классификатор является стереоти­пом, который можно применить к другим элементам;

• utility - определяет класс, атрибуты и операции которого находятся в об­ласти действия всех классов.

Примечание В следующих главах книги рассматривается ряд других стандар­тных стереотипов, применимых к классам: interface, type, implementationClass (см. главу 11), actor (см. главу 16), exception, signal (см. главу 20), process u thread.

Типичные приемы моделирования Семантика класса

Чаще всего классы используют для моделирования абстракций, извлеченных из решаемой проблемы или технологии, применяемой для ее решения (см. главу 4). Следующим шагом после того, как вы идентифицировали эти абстракции, будет определение их семантики.

Язык UML предоставляет в ваше распоряжение широчайший спектр возможно­стей моделирования (см. главу 1), начиная от неформальных (обязанности) и за­канчивая сугубо формальными (OCL - язык объектных ограничений). Имея такой богатый выбор, вы сами можете решить, какой уровень детализации необходим для выражения модели. Если создаваемая модель предназначена для общения с конеч­ными пользователями или экспертами в предметной области, то лучше сделать ее менее формальной. Когда в вашу задачу входит двусторонняя поддержка проекти­рования, то есть переход от модели к коду и обратно, стоит прибегнуть к большей формализации. Если же вам требуется приводить математически строгие суждения модели и доказывать ее корректность, формализуйте ее настолько, насколько это возможно.

Примечание Менее формальная модель - не обязательно менее аккуратная. Скорее, это значит, что она менее полна и детализирована. Boобще, целесообразно придерживаться середины между крайней степенью формализма и неформальным подходом. Необходимо вклю­чать достаточно деталей, чтобы можно было конструировать исполняемые артефакты, но в то же время скрывать некоторые элементы, чтобы не запутать читателя.

Для моделирования семантики класса можно воспользоваться любыми из пере­численных ниже возможностей (они расположены в порядке возрастания форма­лизации):

1. Определите обязанности класса. Обязанностью называется контракт или обязательство, «подписываемое» типом или классом (см. главу 4). Изобра­жается оно в виде присоединенного к классу примечания (со стереотипом responsibility) или дополнительного раздела в его пиктограмме.

2. Опишите семантику класса в целом с помощью структурированного текста, который изображается в виде примечания (со стереотипом semantics), присоединенного к классу.

3. Определите тело каждого метода (см. главу 3) с помощью структурирован­ного текста или языка программирования и поместите определение в при­мечание, присоединенное к операции отношением зависимости.

4. Специфицируйте пред- и постусловия каждой операции (см. главу 19), а так­же инварианты класса в целом с помощью структурированного текста. Эти элементы изображаются в виде примечаний (со стереотипами precondition, postcondition и invariant), присоединенных к операции или классу от­ношениями зависимости.

5. Определите автомат класса. Автомат - это алгоритм поведения, описываю­щий последовательность состояний, через которые проходит объект на про­тяжении своего жизненного цикла, реагируя на различные события, а также сами реакции на эти события (см. главу 21).

6. Специфицируйте представляющие класс кооперации. Кооперацией называ­ется совокупность ролей и других элементов, работающих совместно для обеспечения некоторого кооперативного поведения, более значимого, чем сумма всех его составляющих (см. главу 27). Поскольку у кооперации имеются структурная и динамическая составляющие, вы можете с их помошью специфицировать все аспекты семантики класса.

7. Определите пред- и постусловия каждой операции и инварианты класса в целом с помощью такого формализованного языка, как OCL (язык OCL обсуждается в книге "The Unified Modeling Language Reference Manual").

На практике для моделирования различных абстракций системы используется некоторая комбинация вышеописанных методов. (Для моделирования семантики операций можно применять также диаграммы деятельности, см. главу 19.)

Примечание Описывая семантику класса, помните, что ваша главная цель -определить, что и как делает класс. Семантика того, что делает класс, соответствует его открытому, внешнему представлению, а того, как он это делает, - закрытому, внутреннему. Часто ис­пользуют комбинацию этих двух видов, акцентируя внимание на внешнем представлении для клиентов класса и на внутреннем - для тех, кто его реализует.

Советы

Моделируя классификаторы в языке UML, помните, что в вашем распоряже­нии имеется множество строительных блоков - интерфейсы, классы, компоненты и т.д. Из них вы должны выбрать тот, который наилучшим образом соответствует вашей абстракции. Хорошо структурированный классификатор обладает следую­щими свойствами:

• наделен как структурными, так и поведенческими аспектами;

• внутренне согласован и слабо связан с другими классификаторами;

• раскрывает только те особенности, которые необходимы для использующих класс клиентов, и скрывает остальные;

• его семантика и назначение не допускают неоднозначного толкования;

• не настолько формализован, чтобы лишить всякой свободы тех, кто будет его реализовывать;

• специфицирован в достаточной степени, чтобы исключить неоднозначное

• толкование его назначения.

Изображая классификатор в UML, примите во внимание следующие рекомендации

• показывайте только те его свойства, которые необходимы для понимания абстракции в контексте класса;

• используйте такие стереотипы, которые наилучшим образом отражают назначение классификатора.