Softwaretechnik -- Unified Modeling Language (UML) · Softwaretechnik – Uniﬁed Modeling Language (UML) Softwaretechnik – Uniﬁed Modeling Language (UML) Karsten Weicker, Nicole

Softwaretechnik – Unified Modeling Language (UML)

Softwaretechnik –Unified Modeling Language (UML)

Karsten Weicker, Nicole WeickerHTWK Leipzig, FHTW Berlin

David Shayne: She’s so charismatic, and she’s brilliantand beautiful. I mean, a real artist, and,

and we speak the same language.(Bullets Over Broadway, 1994)

Karsten Weicker, Nicole Weicker 1/ 73


Modellbildung

Definition: Modell

DefinitionEin Modell ist ein bewusst abstrahiertes (konkretesoder gedankliches) Abbild eines vorhandenenGebildes oder eines konkreten oder gedanklichenVorbilds fur ein zu schaffendes Gebilde.

Beispiele: Spielzeugauto, Lebenslauf,Arbeitslosenstatistik, Modell eines geplantenGebaudes, Musterbrief



Modellbildung

Definition: Modell

DefinitionEin Modell ist ein bewusst abstrahiertes (konkretesoder gedankliches) Abbild eines vorhandenenGebildes oder eines konkreten oder gedanklichenVorbilds fur ein zu schaffendes Gebilde.

Beispiele: Spielzeugauto, Lebenslauf,Arbeitslosenstatistik, Modell eines geplantenGebaudes, Musterbrief



Modellbildung

Modelle in der Software-Enwicklung

1. Modell der involviertenGeschaftsanwendungsfalle

2. Modell der Software auf derSpezifikationsebene

3. Modell der Software auf Architekturebene

4. (Vorgehensmodelle – hier irrelevant)



Modellbildung

1. In der Analyse: Geschaftsebene

Ziel der Modellierung:

I Identifikation des zu modellierenden Teils derFirma

I grobes Modell der Ablaufe

I Identifikation der Geschaftsanwendungsfalle ausKundensicht

I evtl. interne Details wie Dokumentenfluss



Modellbildung

2. Spezifikation: Software


I Einpassen der Software in das Geschaftsmodell

I Identifikation der Anwendungsfalle

I Beschreibung der Struktur der involviertenDaten

I Ablaufe eines Anwendungsfalls bzgl. der Daten

I Zustandsveranderungen (der Software oder derBenutzungsoberflache)



Modellbildung

3. Architektur: Software


I Beschreibung der Verteilung auf verschiedeneServer etc.

I Beschreibung der Komponenten und ihrerBeziehung zueinander (Architektur)

I Beschreibung der Klassen und ihrer Beziehungzueinander (Feinentwurf)

I Beschreibung der Ablaufe auf den Klassen



UML

Diagrammarten in UML (1)

I Anwendungsfalldiagramm→ Wer darf welche Funktion(alitat)durchfuhren

I Aktivitatsdiagramm→ Abfolge von Tatigkeiten

I Klassendiagramm→ Struktur (der Daten)

I Objektdiagramm→ Momentaufnahme eines Klassendiagramms



UML

Diagrammarten in UML (2)

I Sequenzdiagramm→ zeitliche Abfolge der Interaktion

I Kommunikationsdiagramm→ Zusammenspiel der Klassen

I Zustandsdiagramm→ Zustandsveranderungen

I (Komponentendiagramm)→ Komponenten zur Laufzeit

I (Einsatzdiagramm)→ Verteilung der Software auf die Hardware



UML

Modellierungssichten fur Software

– Entity Relationship

– Klassendiagramm (UML)– Data dictionary

– Zustandsdiagramm (UML)

– Petrinetze

– Datenflussdiagramm

– Sequenzdiagramm (UML)

– Kommunikationsdiagramm(UML)

– GUI– Sequenzdiagramm (UML)– Anwendungsfalle (UML)– Funktionsbaum

strukturelle Sicht Verhaltenssicht

Ablaufsicht

System

Sicht von Außen



UML

Anwendungsfalldiagramm

I engl. Use Case Diagram

I Ziel: Sammlung der Anwendungsfalle(Anwendungsszenarios oder Funktionalitaten)unter Berucksichtigung der Frage, welche

”Benutzer“ mit welchen Anwendungsfallen

interagieren

I Sicht: von Außen

I Ebene: Analyse, Spezifikation

I Details werden ausgespart



UML

Anwendungsfalldiagramm: Notation (1)

Akteure (Menschen undSysteme)

Anwendungsfall

Akteur interagiert selbst-initiiert mit dem Anwen-dungsfall

Akteur wird vom Anwen-dungsfall in die Interakti-on eingebunden



UML


Interaktion kann vonbeiden ausgehen

verschiedene Akteurewerden zusammenge-fasst

Ein Teilablauf wirdaus dem Szenario aus-gelagert und separatbeschrieben



UML


Eine Erweiterung bzw.Variante wird an einenAnwendungsfall ange-lagert



UML

Anwendungsfalldiagramm: Beispiel(Software)



UML

Anwendungsfall: AblaufbeschreibungJeder Anwendungsfall wird genauer beschrieben:

I naturlichsprachlich gemaßt dem Formular

Name: . . .Kurzbeschreibung: . . .Akteure: . . .fachliche Ausloser: . . .normaler Ablauf: 1. . . .

. . .alternative Ablaufe: . . .Vor-/Nachbedingungen: . . .

I oder mit Aktivitats- oder Sequenzdiagrammen



UML

Anwendungsfalldiagramm: Beispiel(Geschaftssystem)

Mensa mit Moglichkeit der Buchung vorab



UML

Einbettung der Software in’sGeschaftssystem



UML

Anwendungsfalldiagramm: Beispiel (SW)



UML

Aktivitatsdiagramm

I engl. activity diagram

I Ziel: Aktivitaten und Verantwortlichkeiten einesSystems dargestellen

I Sicht: von Außen oder Ablauf

I Ebenen: Analyse, (Spezifikation)

I Hier sind insbesonders Kontroll- undDatenflusse von Interesse



UML

Aktivitatsdiagramm: Notation (1)

Aktivitat

Startknoten

Endknoten

Kontrollfluss

Datenobjekt



UML


Datenfluss

Entscheidung zwi-schen Alternativen

Zuordnung zu Sy-stemen/Akteuren



UML


Parallele Vorgange



UML

Aktivitatsdiagramm: Beispiel



UML

Aktivitatsdiagramm in der Analyse

I interne Ablaufe nicht berucksichtigt→ Konzentration auf die Tatigkeit vonAußenstehenden

I Bedingungen an Verzweigungen: alleMoglichkeiten und eindeutig

I parallele Prozesse nur uber Synchronisationzusammenfuhren



UML

Aktivitatsdiagramm in der AnalyseBeispiel: Mensa der Zukunft



UML

Zwei Minuten

I Erstellen Sie ein kleines Aktivitatsdiagramm,das Ihre Aktivitat wahrend dieser Vorlesungbeschreibt.



UML

Klassendiagramm

I engl. Class Diagram

I Ziel: Die Struktur der Daten einer Software solldargestellt werden.

I Sicht: strukturell

I Ebenen: Spezifikation, Entwurf

I Benutzersicht oder Ablaufe sind hier hochstensam Rande von Belang



UML

Klassendiagramm: Notation (1)

Klasse

Assoziation mit einer Be-zeichnung und Multiplizitat

Assoziation mit Rollenangabeund Multiplizitat

Assoziation mit Navigations-richtung



UML


Aggregation (has-a relation-ship)

Komposition (contains-a re-lationship)

Datentyp

Schnittstelle



UML


Generalisierungals Klasse

Generalisierung alsSchnittstelle



UML


Paket

Benutzen der Dienste ei-ner Klasse



UML

Klassendiagramm: Beispiel (Analyse)



UML

KlassendiagrammSchritte zur Erstellung

1. Identifikation moglicher Klassen

2. Assoziationen: Wo besteht ein Zusammenhangzwischen den Klassen?

3. Kardinalitaten eintragen

4. Attribute definieren5. Verifikation

I Probleme identifizieren, Datenmodell vereinfachenI Sind immer alle Attribute belegt?I Kommen dieselben Attribute in mehreren Klassen

vor?



UML

KlassendiagrammMensa der Zukunft



UML

Objektdiagramm

I engl. Object Diagram

I Ziel: Darstellung einer moglichen realen Instanzdes Klassendiagramms

I Sicht: strukturell

I Klassen werden durch (ggf. mehrere) Objekteersetzt


I wie Klassendiagramm, aber keine Multiplizitatan Assoziationen



UML

Objektdiagramm: Notation

Objekt einer Klasse

Durch Name bezeichne-tes Objekt

Link zwischen zwei Ob-jekten



UML

Objektdiagramm: Beispiel



UML

Zwei Minuten

I Schreiben Sie ein Dutzend Objekte aus diesemRaum auf.

I Fassen Sie ahnliche Objekte zu Klassenzusammen.

I Finden Sie Attribute (Daten) zu einer dieserKlassen.



UML

Sequenzdiagramm

I engl. Sequence Diagram

I Ziel: Die Darstellung der Interaktion vonAkteuren und Objekten entlang einer Zeitachse

I Sicht: Ablauf, von Außen

I Ebenen: Spezifikation, Entwurf,sehr eingeschrankt Analyse

I Dies kann auf unterschiedlich hohem Niveaugeschehen.

I vorrangig: Mutationsereignisse



UML

Sequenzdiagramm: Notation

Objekt mit Lebenslinie

Methodenaufruf



UML


Erzeugen eines Objekts

Loschen eines Objekts



UML


Alternative Ablaufe



UML


Wiederholung im Ablauf

Methodenaufruf beimselben Objekt



UML

Sequenzdiagramm: Beispiel



UML

Sequenzdiagramm: Checkliste

I Welche Klassen sind vom Mutationsereignisbetroffen?

I Startobjekt bestimmen

I Wie wird das Mutationsereignis weitergeleitet?

I Parameter der Ereignisse – welche Informationbrauchen die Objekte?

I Verifikation: Gehen die Ereignisse entlang derAssoziationen im Klassendiagramm?



UML

SequenzdiagrammMensa der Zukunft: Menu abholen



UML

SequenzdiagrammMensa der Zukunft: Menu abholen



UML

Zusammenspiel der UML-DiagrammeModellierung eines IT-Systems

Anwendungsfall-diagramm

Sequenzdiagramm

KlassendiagrammGUI-Prototyp

Zusammenhang

herstellen

Zustandsdiagramm

Kommunikationsdiagramm

Geschaftssystem

G.-Anw.falle Akt.diagramme

pro Anwendungsfall

ergibt sich aus

Sequenzdiagramm

Software-Architektur



UML

Kommunikationsdiagramm

I engl. Collaboration Diagram

I Ziel: Zeitlicher Ablauf in einemObjektdiagramm


I Sicht: Ablauf

I vorrangig: Anzeigeaufrufe



UML

Kommunikationsdiagramm: Notation

Aufruf im Objektdia-gramm mit nummerier-ter Reihenfolge



UML

Kommunikationsdiagramm: Beispiel



UML

Kommunikationsdiagramm: Checkliste

I Welche Information soll in der Abfragedargestellt werden?

I Welche Klassen werden gebraucht?

I Was ist das Startobjekt?

I Ereignispfad wird bestimmt.

I Benotigte Attribute werden angegebenI Verifikation:

I Folgen die Ereignisse den Assoziationen?I Wird richtig iteriert?



UML

Zustandsdiagramm

I engl. State Diagram

I Ziel: Wann treten Zustandsveranderungen imSystemverhalten auf

I Sicht: Verhalten

I Ebenen: Analyse, Spezifikation, event. Entwurf

I Meist: Zustand eines konkreten Objekts



UML

Zustandsdiagramm: Notation

Startknoten

Endknoten

Zustand

Zustand mitfesten Aktivitaten



UML


Zustandsubergang(Ereignis)

Zustandsubergang(Ereignis)



UML


hierarchischer Zustand

hierarchischer Zustandin anderem Diagramm



UML


Zustand mit Gedachtnis

Parallele Durchfuhrungzweier Zustandsdia-gramme



UML

Zustandsdiagramm: Beispiel



UML

ZustandsdiagrammVerhaltenssicht: Checkliste

I Welche Mutationsereignisse sind fur das Objektwichtig?

I Wie sieht ein”normales Leben“ des Objekts

aus?

I Welche Zustande gibt es?

I Was tun die Objekte? → Aktionen



UML

ZustandsdiagrammVerhaltenssicht: Mensa der Zukunft



UML

Komponenten- und Einsatzdiagramm

I engl. Component Diagram bzw. DeploymentDiagram

I Ziel:I Modellierung der Implementation eines SystemsI Modellierung der Implementationsumgebung eines

Systems

I Fur die Software-Architektur interessant – wirdin dieser Vorlesung nicht weiter betrachtet

I Sie sollen nur kurz die wichtigsten Symbolesehen



UML

Komponenten- und Einsatzdiagramm:Notation

Komponente

Paket



UML

Komponenten- und Einsatzdiagramm:Notation

Schnittstelle

Zugriff auf die Schnitt-stelle einer Komponente



Object Constraint Language

Object Constraint LanguageMotivation

I ist eine umfassende Spezifizierungssprache

I gehort zu UML

I es konnen komplexere Zusammenhange als inden Diagrammen ausgedruckt werden

I hier: Beschreibung von Invarianten inKlassendiagrammen

I auch:I Vor-/NachbedingungenI Wachter (guards)




Object Constraint LanguageOperationen

I arithmetisch: +, −, ∗, /I boolesch: Not, And, Or, Xor, ImpliesI vergleichend: <, >, <=, >=, <>, =I pradikatenlogisch:

I Menge->forall(x : Typ | Bedingung )I Menge->exists(x : Typ | Bedingung )

I Mengen-Operationen:I Anzahl der Elemente: Menge->size()I Test auf Leerheit: Menge->notEmpty()I Restriktion: Menge->select(Bedingung)I Summe: Menge.Attribut->sum()




Object Constraint LanguageDirekt im Klassendiagramm




Object Constraint LanguageErganzend zum Klassendiagramm

Alle Angestellten sind mindestens 16 Jahre alt

contex Firma inv:

self.Angestellter->forall(p:Person | p.Alter > 16)





Die Anzahl der Angestellten stimmt.

contex Firma inv:

self.Angestellter->size() = self.AnzahlBeschaftigte





Eine große Firma zahlt mindestens 100000 EuroGehaltsgeld aus.

contex Firma inv:

self.Status = ’groß’ implies

self.Angestellte.Gehalt->sum() > 100000





Ehefrauen sind weiblich und mindestens 16.

contex Person inv:

self.Ehefrau->notEmpty() implies

( self.Ehefrau.Geschlecht = ’weiblich’ and

self.Ehefrau.Alter >= 16 )





Die Firma enthalt Angestellte uber 50.

contex Firma inv:

self.Angestellter->select(Alter>50)->notEmpty()




Zwei Minuten

I Beschreiben Sie mit OCL, die Bedingung, dassalle Angestellen einer Firma verheiratet sind.

I contex Firma inv:

self.Angestellter->forall( p:Person |

p.Ehefrau->notEmpty() Or p.Ehemann->notEmpty )




Zwei Minuten

I Beschreiben Sie mit OCL, die Bedingung, dassalle Angestellen einer Firma verheiratet sind.

I contex Firma inv:

self.Angestellter->forall( p:Person |

p.Ehefrau->notEmpty() Or p.Ehemann->notEmpty )


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