20.1 Det objektorienterte paradigme (mønster)

Transkript

1 Kap. 20 Objektorienterte begreper og prinsipper Kap. 20 Objektorienterte begreper og prinsipper OOP - objektorientert programmering Opprinnelig fra norske SIMULA (67) Objektorientert utvikling kom i bruk for fullt i løpet av 90- tallet. OOA - Objektorientert Analyse ble et begrep i løpet av 80- tallet. Metodene er avhengig av gode objektorienterte språk. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 1 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 2 Kap. 20 Objektorienterte begreper og prinsipper Fordeler med objektorientering: Gjenbruk Raskere utvikling Høy kvalitet Lettere vedlikehold (p.g.a. lav kopling mellom moduler) Færre sideeffekter av endringer Lettere å tilpasse og skalere (til nye problemer) 20.1 Det objektorienterte paradigme (mønster) Objektorienterte språk: Simula Ada 95 C++ Eiffel Smalltalk Java Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 3 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Det objektorienterte paradigme (mønster) Ved objektorientert utvikling bør en velge en evolusjonær utviklingsmodell som gir muligheter til sammensetning av gjenbrukte moduler. Fig viser en utviklingsmodell som er tilpasset OO utvikling. OO prosessmodell (spiralmodellen) Brukerkommunikasjon Innsamling av krav Planlegging Risikoanalyse Ja Hent klasse i bibliotek Identifiser kandidatklasse Er klassen i bibliotek? Nei Lag ny klasse Legg ny klasse i bibliotek Evaluering av bruker Testing Implementering Engineering, Construction & Release Konstruer n-te versjon av systemet Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 5 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 6 1

2 20.2 OO Begreper Fig viser eksempel på objekter av klassen møbler Stol er medlem (member, instance -tilfelle, eksempel, instans) av en mye større klasse av objekter som kalles møbler. Et sett generelle (generiske) attributter (egenskaper) kan assosieres med (knyttes til) alle objekter i klassen møbler. Alle møbler har pris, dimensjon, vekt, plassering, farge, osv.. Disse attributtene gjelder for alle typer møbler (stoler, bord, sofa, etc.) Arv: Siden stol er medlem av klassen møbler, arver stol alle attributter som er definert for møbelklassen. Klasse: Møbler Dimmensjon Objekt: Stol Dimmensjon Fig. 2 Arv fra klasse til objekt Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 7 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper OO Begreper - 2 Operasjoner (tjenester, services, metoder) : I tillegg til atributter må vi definere operasjoner på objektene. En operasjon endrer vanligvis verdien av en attributt. F.eks: (location) = bygning + etasje + rom Operasjon flytt (move) vil endre en eller flere av datafeltene i plassering. Andre operasjoner på møbelklassen er: kjøpe selge veie osv.. Fig viser at operasjonene arves fra møbelklassen til alle forekomster av klassen. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 9 OO Begreper - 2 F.eks: = bygning + etasje + rom Operasjon flytt vil endre en eller flere av datafeltene i plassering. Andre operasjoner på møbelklassen er kjøpe, selge, veie osv.. Fig. 3 viser at operasjonene arves fra møbelklassen til alle forekomster av objektet. Objekt: Stol Dimensjon Kjøp Selg Veie Flytt Klasse: Møbler Dimensjon Kjøp Selg Veie Flytt Objekt: Bord Dimensjon Kjøp Selg Veie Flytt Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper OO Begreper Klasser og objekter Innkapsling (encapsulation) betyr at all informasjon er pakket inn under et navn, og kan gjenbrukes (reused) som en spesifikasjon eller programkomponent. En mer formell definisjon (Coad, Yourdon): Objektorientert = objekt + klassifisering + arv + kommunikasjon Objektet stol (fig 20.3) innkapsler data (attributter) og operasjoner og eventuelt andre objekter (sammensatte (composed) objekter og konstanter) Fig viser sammenheng mellom klasse, attributter og operasjoner. En klasse innkapsler data og prosedyrer (operasjoner, metoder og tjenester). En klasse er en generalisert beskrivelse (mønster) som beskriver en samling av like objekter. Alle objekter i klassen arver attributtene og operasjonene i klassen. En superklasse (metaklasse) er en samling av klasser. En subklasse er et tilfelle av en klasse. Ut fra dette kan vi definere et hierarki av klasser slik fig viser. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 11 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 12 2

3 Klassenavn Attributter Møbler (superklasse) Attributter Operasjoner Operasjoner Attributter Bord Stol Disk Attributter er egenskaper til objektene (definert i klassen) Attributtene får verdier definert fra et domene (verdiområde). For eksempel kan attributten farge (på en bil) ha verdier fra domenet: {hvit, svart, sølv, grå, blå, rød, gul, grønn...}. Subklasser av møbler Fig. 4 Alternativ representasjon av klasse Fig. 5 Et hierarki av klasser Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 13 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Operajoner, metoder og tjenester Operasjoner, metoder eller tjenester er innkapslet i klassene, og de tilsvarer moduler i andre utviklingsmetoder. Enkle metoder er for eksempel en som henter ut data fra modulen: GetColor. Mer kompliserte metoder kan involvere andre objekter ved at det sendes meldinger (også kalt stimuli) til andre objekter som returnerer informasjon til det første objektet Meldinger Objekter kommuniserer (interact) ved å utveksle meldinger: destination.operation(parametre) destination - objekt som skal utføre operasjonen operation - operasjon som skal motta meldinga parameters argument (data,parametre) Fig og 20.7 viser bruk av meldinger. Objektene A, B, C og D (i 20.7) sender meldinger til hverandre. Obj. B vil ha utført operasjon Op10 i obj. D: D.op10(data) Under utførelse av op10 må obj. D sende melding til obj. C: C.op08(data) Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 15 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 16 Sender objekt sender.operasjon(parametre) A Op1 Op2 B Op3 Op4 Op5 Melding Returverdi D.op10(data) Mottaker.operasjon(parametre) Mottaker objekt C Op6 Op7 Op8 Op9 C.op08(data) Op10 Op11 D Fig. 6 Meldingsutveksling mellom objekter Fig. 7 Meldingsutveksling Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 17 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 18 3

4 Innkapsling, arv og polymorfi Når en ny klasse skal lages kan en velge mellom følgende muligheter: Klassen konstrueres og bygges fra grunnen. Vi finner en foreldreklasse i biblioteket som inneholder de fleste attributter og operasjoner. Den nye klassen arver fra foreldreklassen, og nye attributter og operasjoner legges til. Klassehierarkiet restruktureres slik at nødvendige attributter og operasjoner kan arves av den nye klassen. Karakteristikker (attributter og operasjoner) til en eksisterende klasse kan overstyres ved at private versjoner av attributter og operasjoner lages for den nye klassen. Fig. 20.8a og b viser eksempel på restrukturering. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 19 Fig. 8 X1 + Char6() X3 Char6() X2 Opprinnelig klassehierarki + + X4 Char7() + Char7() + Char6() X3 Restrukturert klassehierarki + X2a Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 20 X1 + X2 + Char7() X4 Char7() X2b Char8() + Char8() Innkapsling, arv og polymorfi Multiarv er arv fra flere klasser (fra forskjellige klassehierarki). Dette bør ikke brukes, da det fører til kompliserte strukturer. (Det er heller ikke tillatt i alle OO språk) Innkapsling, arv og polymorfi Polymorfi vil si at samme operasjon defineres forskjellig ut fra de spesielle egenskapene til hver klasse. Eks. For forskjellige figurer (linjer, trekanter, rektangler osv.) vil alle ha behov for en operasjon som tegner figuren (draw). Operasjonen må implementeres forskjellig for hver figurtype. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 21 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Identifisering av elementer i en objektmodell I denne seksjonen vises hvordan en kan gå frem for å identifisere klasser, objekter, attributter, operasjoner og meldinger i et gitt problem Identifisering av klasser og objekter Vi identifiserer (definerer) klasser der objektene er instanser (forekomster). Når vi isolerer objekter, definerer vi også klasser. En måte å identifisere objekter på, er å utføre en grammatikalsk analyse av prosessbeskrivelsen av systemet: Vi identifiserer alle substantiver (nouns) og setter de i en tabell (marker også synonymer). Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 23 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 24 4

5 Identifisering av klasser og objekter -2 Forskjellige eksempel på objekter: Eksterne system (andre systemer, enheter, folk) som produserer eller konsumerer informasjon som brukes i systemet. Ting (gjentander, rapporter, display, brev, signaler) som er en del av informasjonsdomenet for problemet. Forekomster av hendelser (f.eks. overføring av egenskaper eller fullføring av en serie av robotbevegelser) som forekommer i sammenheng med systemoperasjoner. Roller (f.eks. leder, ingeniør, salgsrepresentant) som personer har eller spiller når de bruker systemet. Organisasjonsenheter (avdeling, gruppe, team) som er relevant for en applikasjon. Steder (plasser, posisjoner, f.eks. fabrikkgolv, lasterampe) som representerer sammenhengen (konteksten) til problemet og den totale funksjonen til systemet. Strukturer (sensorer, firehjulsbil, datamaskin) som definerer en klasse av objekter eller i det ytterste (ekstreme) relaterte klasser av objekter. NB: Vær også oppmerksom på hva som ikke er objekter! Fig Forskjellige eksempel på objekter: Forekomster Ting Eksterne enheter Klassenavn Attributter Operasjoner Op1 Op2 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 25 Roller Org.enheter Steder Strukturer Identifisering av klasser og objekter -3 Eks. s viser prosessbeskrivelse for Safe Home og tabell over substantiver og klassifisering av disse som mulige objekter. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Identifisering av klasser og objekter Identifisering av klasser og objekter -5 Coad og Yourdon gir 6 kriterier for utvelgelse av objekter: 1. Bevare informasjon. Det potensielle objektet vil være nyttig under analysen bare hvis informasjonen om det må huskes (lagres) for at systemet kan fungere. 2. Nødvendige tjenester. De potensielle objektene må ha et sett identifiserbare operasjoner som kan endre verdien av attributtene. 3. Sammensatte (multiple) attributter. I analysen fokuserer vi på hovedinformasjonen. 4. Felles attributter. Attributter som anvendes på alle forekomster av objektet. 5. Felles operasjoner. Operasjoner som kan defineres for alle forekomster av objektet. 6. Essensielle krav. Eksterne entiteter i problemrommet som produserer eller konsumerer informasjon som er sentral (essensiell) for virkemåten til enhver løsning for systemet vil nesten alltid defineres som objekter i kravmodellen. Et objekt som skal være med i modellen må tilfredsstille de fleste karakteristikkene (kravene). Første steg i objektorientert analyse (OOA) er å definere objektene. Eks. viser anvendelsene av karakteristikkene på Safe Home Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 27 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Spesifisering av attributter Attributtene beskriver et objekt som er med i analysemodellen. Det er attributtene som definerer objektet som klargjør hva som menes med objektet i sammenheng med problemrommet. For å bestemme et egnet sett attributter til et objekt, kan vi (analytikerne) igjen studere prosessbeskrivelsen for problemet, og velge de ting som naturlig tilhører objektet. I tillegg må vi stille følgende spørsmål: Hvilke data (items, felt, sammensatte og/eller elementære) definerer dette objektet fullstendig i forbindelse med det aktuelle problemet. Eks. s. 542: sensor informasjon = sensor type + sensor nr. + alarmgrense Hvert felt kan videre deles opp i elementære felt. Fig viser systemobjekt for Safe Home Definering av operasjoner En operasjon endrer objektet på en eller annen måte ved å endre en eller flere attributtverdier. Operasjonene kan deles i tre grupper: 1. Operasjoner som manipulerer data (legge til, slette, reformatere, utvalg) 2. Beregningsoperasjoner 3. Operasjoner som overvåker et objekt for forekomster av en kontrollhendelse. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 29 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 30 5

6 Definering av operasjoner -2 Vi kan igjen bruke prosessbeskrivelsen. Verb isoleres (velges). Eks. assign (for sensorer), programmere (på systemet), aktiver, deaktiver (alarm). Program kan dekomponeres i subprogram for å programmere systemet: spesifiserer telefonnr, lage sensortabeller, sette alarmnivå, passord osv. I tillegg til grammatikalsk analyse kan vi få innsikt i andre operasjoner ved å se på kommunikasjonen (meldingsutveksling) mellom objektene Avslutning av objektdefinisjonen I tillegg til operasjoner som er plukket ut utfra grammatisk analyse, kan andre operasjoner plukkes ut ved å studere den generelle livshistoria til objektet, og meldingene som utveksles mellom objektene som definerer systemene. Generisk (generell) livshistorie inkluderer: Oppretting (create) Modifisering Manipulering Lese Sletting Fig viser systemobjektet i Safe Home med attributter og operasjoner. Tilsvarende må gjøres for de andre objektene. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 31 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Administrasjon av OO systemutviklingsprosjekt. De samme aktivitetene som brukes i tradisjonell utvikling brukes også i objektorientert utvikling, men de må tilpasses: 1. Etabler et felles rammeverk for prosjektprosessen. 2. Bruk rammeverket og historiske målinger til å lage innsats- og tidsestimater. 3. Spesifiser produkter og milepeler slik at fremdriften kan måles. 4. Definer sjekkpunkt for kvalitetssikring og -kontroll. 5. Administrere endringer som skjer under utviklingen. 6. Etterspor, overvåk og kontroller fremdriften Felles prosessrammeverk for OO. Et felles prosessrammeverk (A common process framework (CPF) definerer en organisasjons fremgangsmåte for systemutvikling og vedlikehold. Fra fig ser vi at OO utvikling følger en iterativ modell, også kalt rekursiv/parallell modell som brukes på følgende måte: Utfør tilstrekkelig analyse slik at hovedproblemklasser og forbindelser isoleres. Utfør nok konstruksjon slik at det kan avgjøres om klassene og forbindelsene kan implementeres på en praktisk måte. Lag en prototype av gjenbrukbare klasser fra biblioteket. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 33 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Felles prosessrammeverk for OO Objektorientert prosjektmåling og estimering Test prototypen slik at feil rettes. Få kundens vurdering og tilbakemelding på prototypen. Gjør endringer i analysemodellen ut fra erfaringene med prototypen, fra konstruksjon, og fra tilbakemelding fra brukerne. Forbedre konstruksjonen slik at endringene (i analysemodellen) blir imøtekommet. Implementer spesielle klasser (objekter) som ikke finnes i biblioteket. Sett sammen en ny prototype med objekter fra biblioteket og nye objekter. Test den nye prototypen. Få tilbakemelding fra brukere. Dette fortsetter til prototypen er utviklet til et ferdig system! Følgende forslag til prosjektmålinger foreslås for OO rekursiv/parallell utvikling: Antall scenarie skript (detaljerte sekvenser av steg som beskriver interaksjon mellom bruker og applikasjon). Hvert skript organiseres i tripletter på formen: [initiator, action, participant] - initiator er objektet som ber om en tjeneste - action er resultatet av forespørselen - participant (deltager) er tjenerobjektet som utfører tjenesten Antall nøkkelklasser (uavhengige komponenter som defineres tidlig i OOA). Antall støtteklasser som er nødvendig for å implementere systemet (brukergrensesnitt, db-aksess, kommunikasjon) Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 35 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 36 6

7 Objektorientert prosjektmåling og estimering-2 Gjennomsnittlig antall støtteklasser for hver nøkkelklasse. Antall subsystemer. Et subsystem er en samling klasser som utfører en funksjon som er synlig i det endelige system (sluttbrukersystem). Arbeid på subsystemene kan fordeles på prosjektdeltagerne, og utføres parallelt OO estimering og planlegging Estimering bør utføres ved hjelp av flere forskjellige teknikker. Erfaringer fra tradisjonell utvikling kan brukes. Det foreslås en 6-punkts metode spesielt for OO utvikling Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 37 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper OO estimering og planlegging Planlegging av OO prosjekter er komplisert p.g.a. den iterative fremgangsmåten. Det foreslås et sett målinger som kan være til hjelp i planleggingen: Antall hovediterasjoner. (en hovediterasjon er en runde (360 grader) i spiralen. Antall fullførte kontrakter. En kontrakt er en gruppe funksjoner som tilbys fra subsystem og klasser til klienten. Dette er ofte passende milepæler for å påvise fremdrift i prosjektet Oppfølging av fremdrift i et OO prosjekt Parallelliteten i OO utvikling gjør oppfølgingen vanskelig. Følgende milepeler kan anses som oppfylt (nådd) når de angitte kriteriene er nådd: Teknisk milepel: OO analyse er fullført når: Alle klassene og klassehierarkiet er definert og kontrollert. Attributtene og operasjonene for en klasse er definert og kontrollert. Klasserelasjoner er etablert og kontrollert. En modell for virkemåten er laget og kontrollert. Gjenbrukbare klasser er registrert. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 39 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper Oppfølging av fremdrift i et OO prosjekt Teknisk milepæl: OO konstruksjon er fullført når: Mengden av subsystem er definert og kontrollert. Klasser er tilordnet subsystem og kontrollert. Oppgavetildeling er etablert og kontrollert. Ansvarsforhold og samarbeid er identifisert. Attributtene og operasjonene er konstruert og kontrollert. Meldingsmodellen er laget og kontrollert Oppfølging av fremdrift i et OO prosjekt Teknisk milepæl: OO programmering er fullført når: Hver ny klasse er implementert (i kode) fra konstruksjonsmodellen. Utvalgte klasser fra biblioteket er integrert. En prototype eller et inkrement (ny versjon) er bygd. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 41 Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 42 7

8 Oppfølging av fremdrift i et OO prosjekt Teknisk milepæl: OO testing er fullført når: Det er kontrollert at OO analyse og konstruksjon er korrekt og komplett. Et klasse ansvars- og samarbeidsnettverk er utviklet og kontrollert. Testtilfeller er konstruert og klassenivå-tester er utført og kontrollert. Testtilfeller er konstruert og kluster-tester er utført, og klassene integrert. Systemnivå tester er fullført. Systemutvikling Kap.20 Objektorienterte begreper og prinsipper. 43 8