Inżynieria oprogramowania

Dlaczego „HELLO

WORLD!”

Autorzy języka C, Brian Kernighan i Dennis Ritchie,

zauważyli, że jedyną metodą nauczenia się języka

programowania jest pisanie w nim programów. Tak

samo jest z UML. Jedyną drogą do opanowania tego

języka jest opracowywanie w nim modeli.
Wielu programistów rozpoczyna naukę nowego języka

od napisania w nim prostego programu, który wyświetla

na ekranie napis „Hello, World!". Stanowi to dobry

punkt wyjścia, ponieważ natychmiastowe ukończenie

banalnego programu przynosi wiele satysfakcji, a poza

tym umożliwia także zapoznanie się z warunkami, w

jakich wytwarza się i uruchamia oprogramowanie.

My zrobimy tak samo

Tak samo rozpoczniemy naukę języka UML.
Modelowanie „Hello, World!" to prawdopodobnie

najprostszy przykład zastosowania UML, z jakim

się kiedykolwiek zetkniesz.
Prostota tego programu jest jednak zwodnicza;

kryje on bowiem w sobie kilka ciekawych

mechanizmów sprawiających, że to wszystko

działa.
Można

łatwo

utworzyć

modele

tych

mechanizmów i uzyskać pełniejszy obraz

konstrukcji tego prostego programu.

Tekst modelowanego

programu (Java)

Aplet do wyświetlania w przeglądarce WWW napisu

„Hello, World!” można w Javie zaprogramować

bardzo prosto:

import java.awt.Graphics;
class HelloWorld extends java.applet.Applet {

public void paint (Graphics g) {
g.drawString ("Hello, World!",

10,

10);
}
}

Analiza działania

programu

Pisząc w pierwszym wierszu
import java.awt.Graphics;
sprawiamy, że w dalszej części
programu można bezpośrednio
używać klasy Graphics.
Przedrostek java.awt określa pakiet
Javy, w którym tę klasę zdefiniowano.

Analiza działania

programu

W drugim (i trzecim) wierszu:

class HelloWorld extends

java.applet.Applet {
wprowadzamy nową klasę o nazwie
HelloWorld i określamy, że jest to
potomek klasy Applet zdefiniowanej
w pakiecie java.applet.

Analiza działania

programu

W następnych wierszach:

public void paint (Graphics g) {

g.drawString ("Hello, World!",
10, 10);

}

deklarujemy operację paint.
W wyniku jej implementacji zostaje wywołana inna

operacja (drawString) odpowiedzialna za wyświetlenie

„Hello, World!” w miejscu o podanych współrzędnych.
Tak jak zwykle w programach obiektowych, drawString

jest operacją na argumencie g, którego typem jest klasa

Graphics.

Podstawowe abstrakcje

dla HelloWorld

Opracowanie modelu tego programu w UML jest

bardzo łatwe. Jak widać na rysunku, klasę

HelloWorld można przedstawić jako prostokąt.
Uwzględniliśmy także przypisaną jej operację paint.

ale bez parametrów formalnych.
Implementację paint zobrazowaliśmy w postaci

dołączonej notatki.

Uwaga !

UML  nie  jest  językiem  programowania  graficznego,
choć,  jak  widać  na  poprzednim  rysunku,  umożliwia
ścisłe powiązanie z pewnymi językami (np. z Javą).
UML  zaprojektowano  tak,  aby  było  możliwe
przekształcenie  modeli  w  kod,  a  także  odtwarzanie
modeli  z  programów  (z  wykorzystaniem  inżynierii
wstecz).
Pewne  fakty  łatwiej  zapisać  z  użyciem  składni
tekstowego  języka  programowania  (np.  wyrażenia
matematyczne),  a  inne  łatwiej  wyrazić  graficznie  w
UML (np. hierarchię klas).

Bezpośredni sąsiedzi

HelloWorld

Na tym diagramie klas są przedstawione podstawowe

elementy programu „Hello, World!”, ale brakuje innych -

niemniej ważnych.
W programie są używane jeszcze dwie klasy: Applet i

Graphics, a co więcej, każda inaczej.
Applet jest przodkiem klasy HelloWorld, a Graphics

występuje w sygnaturze oraz implementacji operacji

paint. Te dwie dodatkowe klasy i ich związki z HelloWorld

można przedstawić tak jak pokazano na rysunku.

Analiza diagramu

Klasy Applet i Graphics są przedstawione jako

prostokąty.
Ich operacje nie zostały uwzględnione, a zatem

nie ma na rysunku obrazujących ich symboli.
Strzałka

niewypełnionym

grotem,

HelloWorld do Applet, przedstawia uogólnienie,

które w tym wypadku oznacza, że HelloWorld

jest potomkiem klasy Applet.
Przerywana strzałka od HelloWorld do Graphics

obrazuje zależność, która polega na tym, że

HelloWorld korzysta z klasy Graphics.

Diagram klas

To jeszcze nie koniec szkieletu, na którym zbudowano

HelloWorld.
Po przejrzeniu bibliotek definiujących w Javie klasy Applet

i Graphics stwierdzisz, że obie są częścią bardziej

złożonej hierarchii. Prześledziwszy wszystkie klasy

rozszerzane i implementowane przez Applet, możesz

opracować diagram klas przedstawiony na rysunku.

Co wynika z diagramu

klas ?

Uwaga: Diagram na poprzednim rysunku to wynik

zastosowania inżynierii wstecz, która polega na

odtworzeniu modelu z kodu programu.
Z rysunku wynika, że HelloWorld jest liściem w większej

hierarchii klas. Klasa HelloWorld jest potomkiem klasy

Applet, Applet potomkiem klasy Panel, Panel

potomkiem klasy Container, Container potomkiem

klasy Component, a Component potomkiem klasy Object,

która jest klasą macierzystą (przodkiem) dla wszystkich

klas zdefiniowanych w Javie.
Przedstawiony model dokładnie oddaje zawartość

biblioteki Javy - każdy potomek stanowi rozszerzenie

pewnej klasy macierzystej.

Co wynika z diagramu

klas ?

Związek  między  ImageObserver  a  Component  jest
innej natury. Diagram klas odzwierciedla tę różnicę.
ImageObserver  jest  w  bibliotece  Javy  interfejsem,
co  oznacza,  że  nie  obejmuje  implementacji.  Musi
być ona zapewniona przez klasy.
Jak  widać  na  rysunku,  interfejs  jest  w  UML
obrazowany  jako  okrąg.  Fakt  implementacji  przez
Component

interfejsu

ImageObserver

jest

przedstawiony w postaci linii ciągłej, łączącej
Component z ImageObserver.

Pakiety

Jak wynika z przedstawionych tu rysunków, HelloWorld bezpośrednio

współpracuje jedynie z dwiema klasami (Applet i Graphics), które

stanowią tylko niewielką część biblioteki klas predefiniowanych w

Javie.
Opanowanie tej ogromnej liczby klas jest możliwe dzięki podzieleniu

ich na pakiety. Główny pakiet w środowisku Javy ma oczywiście

nazwę java. Zawiera inne pakiety, które z kolei składają się z

pakietów, klas i interfejsów.
Object to element pakietu lang, a zatem pełna nazwa ścieżki

dostępu do niego to java.lang.Object. Podobnie Panel, Container

i Component są składowymi awt, a Applet pakietu applet.
Interfejs ImageObserver jest zdefiniowany w pakiecie image, który z

kolei jest elementem pakietu awt, a zatem pełna nazwa ścieżki

dostępu

niego

jest

dość

długa:

java.awt.image.ImageObserver.

Zależności pomiędzy

pakietami

W  UML  pakiety  przedstawia  się  za
pomocą prostokątów z bolcami.
Pakiety  mogą  być  zagnieżdżone;
zależności  między  nimi  obrazuje  się
linią przerywaną zakończoną grotem.
Klasa  HelloWorld  zależy  na  przykład
od  pakietu  java.applet,  a  ten  od
java.awt.

Współpraca elementów w

bibliotekach

Najtrudniejsze w opracowywaniu tak złożonych

bibliotek jak te występujące w Javie jest

zrozumienie, jak ich elementy współpracują.
W jaki sposób jest wywoływana operacja paint

klasy HelloWorld? Jakich operacji należy użyć,

aby zmienić zachowanie tego apletu (np.

wyświetlić napis w innym kolorze)?
Znalezienie odpowiedzi na te pytania musi być

poprzedzone

opracowaniem

modelu

pojęciowego

przedstawiającego

sposób

współpracy tych klas.

Mechanizm wyświetlania

Po przebadaniu

biblioteki

Javy

dochodzi się do

wniosku,

że

operacja paint

klasy

HelloWorld jest

dziedziczona po

klasie

Component. Nie

wyjaśnia

jednak

wcale,

jak

jest

ona

wywoływana.

Odpowiedź  znajdziesz  na  rysunku.
Operacja  paint  jest  wywoływana
przez  wątek,  w  skład  którego
wchodzi nasz aplet.

Kooperacja obiektów dla

wywołania metody paint

Na rysunku widać kooperację kilku obiektów, wśród

których jest także egzemplarz klasy HelloWorld.
Pozostałe obiekty są składowymi środowiska Javy i

występują w tle wszystkich tworzonych apletów.
W UML egzemplarze są przedstawiane tak samo

jak klasy, z tą tylko różnicą, że ich nazwy są

podkreślone.
Pierwsze trzy obiekty na tym diagramie są

anonimowe - nie mają unikatowej nazwy.
Obiekt klasy HelloWorld ma nazwę target,

rozpoznawaną przez obiekt klasy ComponentPeer.

Kooperacja obiektów dla

wywołania metody paint

Do  modelowania  kolejności  zdarzeń  służy  diagram
przebiegu.
Wszystko  zaczyna  się  od  uruchomienia  (run)  obiektu
klasy  Thread,  który  z  kolei  wywołuje  operację  run
obiektu  klasy  Toolkit.  Obiekt  ten  uruchamia  jedną  ze
swoich  operacji  (callbackLoop),  która  z  kolei  powoduje
wywołanie  handleExpose  obiektu  ComponentPeer.  Ten
obiekt wywołuje operację paint swego odbiorcy.
Przyjmuje,  że  tym  odbiorcą  jest  egzemplarz  klasy
Component, ale w tym wypadku jest to potomek tej klasy
HelloWorld,  a  zatem  wywołanie  operacji  paint  jest  tu
polimorficzne.

Komponenty

Program „HelloWorld!” jest apletem, a zatem nie działa

samodzielnie, lecz jest częścią jakiejś witryny internetowej.

Aplet jest uruchamiany z chwilą otwarcia tej witryny, a jego

działanie jest inicjowane przez przypisany mu obiekt klasy

Thread.
Klasa HelloWorld nie jest jednak bezpośrednio składową

witryny. Występuje tam w postaci binarnej, wygenerowanej

przez kompilator Javy, który przekształca kod źródłowy w

komponent wykonywalny.
Te rozważania prowadzą do zupełnie innego spojrzenia na

system.

wszystkich

przedstawionych

dotychczas

diagramach braliśmy pod uwagę logiczne właściwości apletu,

a teraz mamy do czynienia z jego fizycznymi komponentami.

Perspektywa

implementacyjna

Wszystkie

symbole na rysunku obrazują

elementy UML z perspektywy implementacyjnej.
Komponent o nazwie hello.java reprezentuje

kod źródłowy klasy logicznej HelloWorld. Jest on

zatem plikiem, który może być przetwarzany

przez zintegrowane środowisko programistyczne,

a także narzędzia wspomagające zarządzenie

konfiguracjami. Z tego kodu źródłowego można

za pomocą kompilatora Javy otrzymać aplet w

postaci binarnej HelloWorld.class, nadający

się do realizacji przez maszynę wirtualną Javy.

Składowe komponentu

Komponent jest wyrażany na diagramie jako
prostokąt z dwoma bolcami.
Symbol

przedstawiający

aplet

binarny

HelloWorld.class jest wariantem symbolu
komponentu. Brzegi prostokąta są pogrubione,
co

oznacza,

że

chodzi

komponent

wykonywalny (podobnie jak klasa aktywna).
Symbol

komponentu

hello.java

jest

niestandardowy; zastąpiliśmy go ikoną, która
reprezentuje plik tekstowy.

Składowe komponentu

Dopasowaliśmy też symbol witryny hello.html

do naszych potrzeb. Było to możliwe dzięki

rozszerzeniu notacji UML.
Jak było widać na rysunku, witryna zawiera

jeszcze jeden komponent o nazwie hello.jpg,

zobrazowany także za pomocą symbolu spoza

UML, a mianowicie miniatury grafiki witryny.
Ponieważ

jednak

ostatnie

komponenty

przedstawiliśmy na diagramie za pomocą

nietypowych symboli, ich nazwy zostały

umieszczone obok symboli.

Uwaga !

Nie  modeluje  się  na  ogół  związków  między  klasą
(HelloWorld), jej kodem źródłowym (hello.java) i
jej  kodem  binarnym  (HelloWorld.class),  choć
niekiedy  zobrazowanie  ich  mogłoby  ułatwić
zrozumienie fizycznej konfiguracji systemu.
Znacznie  częściej  przedstawia  się  graficznie
organizację

oprogramowania

WWW.

modelowania jego witryn i innych komponentów
wykonywalnych

używa

się

diagramów

komponentów.

Document Outline