На рис. 8.9 показана часть диаграммы последовательности для РКП. Время изменяется сверху вниз. Каждый объект представлен вертикальной линией. Сообщение от одного объекта к другому изображается горизонтальной стрелкой между вертикальными линиями. Возврат управления (и, возможно, результата) в объект представлен стрелкой в обратном направлении. Некоторые авторы используют для этих целей пунктирную стрелку. Комментарий справа от рисунка более подробно объясняет взаимодействие.
Благодаря наличию оси времени диаграмма последовательности лучше описывает последовательность событий в процессе работы программы. Поэтому диаграммы последовательности являются полезным средством документирования для сложных программных систем.
Состояние определяется совокупностью текущих значений атрибутов. Например, банк может иметь состояния — платежеспособный и неплатежеспособный (когда большая часть банков одновременно оказывается во втором состоянии, наступает банковский кризис). Состояние определяет реакцию объекта на поступающее в него событие (в том, что реакция различна, нетрудно убедиться с помощью банковской карточки: в зависимости от состояния банка обслуживание или реакция банка на предъявление карточки будет разным). Реакция объекта на событие может включать некоторое действие и/или перевод объекта в новое состояние.
При определении состояний мы не рассматриваем те атрибуты, которые не влияют на поведение объекта, и объединяем в одно состояние все комбинации значений атрибутов и связей, которые дают одинаковые реакции на события.
Рис. 8.9. Пример диаграммы последовательности
Рис. 8.10. Пример диаграммы состояний
Диаграмма состояний связывает события и состояния. При приеме события следующее состояние системы зависит как от ее текущего состояния, так и от события (рис. 8.10). Смена состояния называется переходом. Диаграмма состояний — это граф, узлы которого представляют состояния, а направленные дуги, помеченные именами соответствующих событий, — переходы. Диаграмма состояний позволяет получить последовательность состояний по заданной последовательности событий.
Являясь описанием поведения объекта, диаграмма состояний должна описывать, что делает объект в ответ на переход в некоторое состояние или на возникновение некоторого события. Для этого в диаграмму состояний включаются описания активностей и действий.
Активностью называется операция, связанная с каким-либо состоянием объекта (она выполняется, когда объект попадает в указанное состояние); выполнение активности требует определенного времени. Примеры активностей: выдача картинки на экран телевизора, телефонный звонок, считывание порции файла в буфер и т. п.; иногда активностью бывает просто приостановка выполнения программы (пауза), чтобы обеспечить необходимое время пребывания в соответствующем состоянии (это бывает особенно важно для параллельной асинхронной программы).
Продолжим разработку программы РКП. На следующих этапах уточняется описание объектов. Сначала формализуются способы взаимодействия.
Следует определить, как будет реализован каждый из объектов. Объект, характеризуемый только поведением (не имеющий внутреннего состояния — внутренних данных), может быть оформлен в виде функции. Например, объект, заменяющий в строке все прописные буквы на строчные, лучше представить в виде функции. Объекты со многими функциями лучше реализовать в виде классов. Каждой обязанности, перечисленной на CRC-карточке, присваивается имя. Эти имена станут затем названиями функций или процедур. Вместе с именами определяются типы аргументов, передаваемых функциям и процедурам. Затем описывается вся информация, содержащаяся внутри класса объекта. Если объекту требуются некоторые данные для выполнения конкретного задания, их источник (аргумент функции, глобальная или внутренняя переменная) должен быть описан явно.
Как только для всех действий выбраны имена, CRC-карточка для каждого объекта переписывается заново с указанием имен функций и списка формальных параметров (рис. 8.11). Теперь CRC-карточка в себе отражает всю информацию для записи описания класса, порождающего объект, отображенный на этой карточке.
Идея классификации классов объектов программы через их поведение имеет чрезвычайное следствие. Программист знает, как использовать объект, разработанный другим программистом, и при этом ему нет необходимости знать, как он реализован. Пусть классы шести объектов РКП разрабатываются шестью программистами. Программист, разрабатывающий класс объекта Meal, должен обеспечить просмотр базы данных с рецептами и выбор отдельного рецепта при составлении блюда. Для этого объекта Meal просто вызывает функцию browse, привязанную к объекту RecipeDatebase. Функция browse возвращает отдельный рецепт Recipe из базы данных. Все это справедливо вне зависимости от того, как конкретно реализован внутри Recipe Database просмотр базы данных.
Рис. 8.11. Уточненная CRC-карточка
Вероятно, в реальном приложении будет много рецептов. Однако все они будут вести себя одинаково. Отличается лишь состояние: список ингредиентов и инструкций по приготовлению. На ранних стадиях разработки нас должно интересовать поведение, общее для всех рецептов. Детали, специфические для отдельного рецепта, не важны. Заметим, что поведение ассоциировано с классом, а не с индивидуальным представителем, т. е. все экземпляры класса воспринимают одни и те же команды и выполняют их сходным образом. С другой стороны, состояние является индивидуальным, и это видно на примере различных экземпляров класса Recipe. Все они могут выполнять одни и те же действия (редактирование, вывод на экран, печать), но используют различные данные.
Двумя важными понятиями при разработке программ является зацепление (cohesion) и связанность (coupling). Связанность — это мера того, насколько отдельный объект образует логически законченную, осмысленную единицу. Высокая связанность достигается объединением в одном объекте соотносящихся (в том или ином смысле) друг с другом функций. Наиболее часто функции оказываются связанными друг с другом при необходимости иметь доступ к общим данным. Именно это объединяет различные части объекта Recipe.
В частности, зацепление возникает, если один объект должен иметь доступ к данным (состоянию) другого объекта. Следует избегать подобных ситуаций. Возложите обязанность осуществлять доступ к данным на объект, который ими владеет. Например, за редактирование рецептов ответственность должна лежать на объекте RecipeDatabase, поскольку именно в нем впервые в этом возникает необходимость. Но тогда объект RecipeDatabase должен напрямую манипулировать состоянием отдельных рецептов (их внутренними данными: списком ингредиентов и инструкциями по приготовлению). Лучше избежать столь тесного сцепления, передав обязанность редактирования непосредственно рецепту.
С другой стороны, зацепление характеризует взаимосвязь между объектами программы. В общем случае желательно, как только можно, уменьшить степень зацепления, поскольку связи между объектами программы препятствуют их модификации и мешают дальнейшей разработке или повторному использованию в других программах.
В результате анализа получаем три модели: объектную, динамическую и функциональную. При этом объектная модель составляет базу, вокруг которой осуществляется дальнейшая разработка. При построении объектной модели в ней не всегда указываются операции над объектами, так как с точки зрения объектной модели объекты — это прежде всего структуры данных. Поэтому разработка системы начинается с сопоставления действиям и активностям динамической модели и процессам функциональной модели операций и внесения этих операций в объектную модель. С этого начинается процесс разработки программы, реализующей поведение, которое описывается моделями, построенными в результате анализа требований к системе.