Principi di Programmazione Object-Oriented. Modello ad oggetti Concetto di oggetto riconducibile a...
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Principi di Programmazione Object-Oriented
Modello ad oggetti
• Concetto di oggetto riconducibile a diversi settori:– Software engineering– Linguaggi di programmazione– Basi di dati– Intelligenza Artificiale
Approcci alla produzione di programmi
• Programmazione in the small– Progetto di algoritmi e strutture dati
• Programmazione in the large– Software engineering
Metodi per la produzione di programmi
• Metodi tradizionali: – programmazione strutturata orientata alle
funzioni: • flusso di controllo • flusso di dati
• Metodi attuali: – programmazione orientata agli oggetti:
• classe • oggetti• servizi
Strumenti per la progettazione
• Orientati alle funzioni:– Diagramma di flusso (in the small)– Analisi e progetto strutturato (in the large)
• Orientati agli oggetti:– OOSE, OMT, ecc. (in the large)
• Unified Modeling Language UML
Approcci e Metodi
ProgrammazioneOO
Programmazione strutturata
Programming in the large
Programming in the small
UML
Flow chart
Structured software
engineering
Modello del software
• Necessità di modellare un sistema: – creare una astrazione del sistema attraverso
cui specificarne la struttura ed il comportamento.
• Il modello di un software deve rappresentare le informazioni trasformate dal software, le funzioni e sottofunzioni che effettuano tali trasformazioni e il comportamento del sistema conseguente alle trasformazioni stesse
Processo software
• Definisce la strategia adottata nella realizzazione del software. – Comprende metodi, tecniche e strumenti.– Si fonda sul concetto di qualità totale– E’ caratterizzato da:
• Attività portanti• Un insieme di compiti: punti di controllo, prodotti intermedi
(modelli, documenti), punti di garanzia dalla qualità.• Attività ausiliarie: garanzie dalla qualità, gestione delle
configurazioni
Processo di sviluppo unificato
• Fasi del ciclo di vita– Avviamento: consente di stabilire l’effettiva
realizzabilità del progetto– Elaborazione: preparazione del piano del
progetto– Costruzione: implementazione di un sistema
funzionante per un ristretto numero di utenti tester
– Transizione: consegna ai clienti del sistema completamente funzionante
Workflow del Processo Unificato
• Requisiti: costruzione del modello dei casi d’uso che definisce i requisiti funzionali del sistema modellato
• Analisi: raffinamento e strutturazione dei requisiti funzionali descritti nel modello dei casi d’uso mediante la costruzione del modello di analisi
• Progetto: descrizione della realizzazione fisica dei casi d’uso costruzione di un modello di progetto ed un modello di deployment
• Implementazione:definizione dei componenti software che realizzazione gli elementi del modello di progetto
• Test: descrizione dei dati test e delle modalità secondo cui condurre i test del sistema nel modello di test
Modelli UML associati a ciascun workflow
– dei casi d’uso– di analisi– di progetto– di implementazione– di test– di deployment
Lo sviluppo di ciascun modello è condotto in modo trasversale attraverso le 4 fasi del processo unificato
Iterazioni e raffinamenti
• Occorre adottare un modello iterativo e incrementale nel processo di sviluppo– Iterazione:
• un progetto che attraversa trasversalmente ciascuno dei workflow del processo unificato
– Raffinamento: • è prodotto in ciascuna iterazione • versione del progetto con maggiori funzionalità rispetto alla
versione precedente
• Scopo dell’approccio: – Gestione dei rischi del progetto iniziale– Valutazione dell’estensione del progetto iniziale
Punti di vista sul sistema
• I 6 modelli sono sviluppati in modo incrementale attraverso i 5 workflow e attraverso le 4 fasi del processo unificato
• E’ possibile definire diversi punti di vista sul sistema sotto cui considerare i diversi modelli
Punti di vista su un sistema software
Progetto Implementazione
Processo Deployment
Casi d’uso
Modello guidato dai casi d’uso
• UML considera un sistema secondo prospettive diverse in base agli utilizzatori
• Fondamentale è la prospettiva dei casi d’uso che rappresentano la descrizione di un particolare aspetto del sistema
• La modellazione in UML è guidata dai casi d’uso
Casi d’uso
• Definiscono gli scenari d’uso del sistema • Offrono una descrizione dei modi in cui il sistema sarà
utilizzato.• Scenario:
– una sequenza di passi che descrivono l’interazione tra un utente ed il sistema
• Per la descrizione dei casi d’uso occorre individuare:– attori
• principali • secondari
– ruoli• E’ un testo informale che descrive il ruolo di un attore nel
corso dell’interazione con il sistema
Rappresentazione grafica in UML
• Attore • Caso d’uso
Caso d’uso
Caso d’uso
Concetti object oriented
• Oggetto: una entità del mondo reale• Classe:un insieme di oggetti aventi le
stesse caratteristiche• Attributi: proprietà di classi ed oggetti che
ne definiscono le caratteristiche• Metodi: definiscono il comportamento di
un oggetto• Operazioni: definiscono il comportamento
degli oggetti istanze di una classe
Principi object oriented
• Ereditarietà: – ciascuna classe può essere definita in termini di una
classe esistente. La nuova classe (sottoclasse) contiene automaticamente la definizione di elementi propri della classe originaria (superclasse)
• Polimorfismo: – pluralità di forme, gli oggetti possono ridefinire le
operazioni della classe di cui fanno parte
• Information Hiding (incapsulamento):– ciascuna classe nasconde al proprio interno i dettagli
implementativi
Esempio: ereditarietà
Classificazione delle specie animali
Vertebrati
Pesci Anfibi Rettili Mammiferi Uccelli
Oggetto
• Identità: espressa da un nome
• Stato: include le proprietà dette attributi che descrivono gli oggetti
• Comportamento: rappresentato da funzioni dette metodi che utilizzano o cambiano il valore degli attributi
Classe
• Un insieme di oggetti aventi le stesse caratteristiche. E’ caratterizzata da:– Identità: definisce il nome della classe– Attributi: la classe non ha stato, ma definisce
proprietà locali che sono l’astrazione delle proprietà comuni agli oggetti istanze della classe
– Operazioni: definiscono il comportamento della classe. Rappresentano i servizi che possono essere richiesti da un oggetto. I metodi sono implementazioni delle operazioni
Visibilità delle proprietà
Una classe è concettualmente divisa in due parti:• Una parte visibile che fornisce l’unico modo
tramite il quale è possibile operare sugli oggetti della classe e descrive che cosa, in termini di operazioni ammissibili è possibile fare sugli oggetti
• Una parte nascosta il cui contenuto non è visibile all’esterno della classe e che riguarda come le funzionalità visibili sono realizzate
Rappresentazione grafica in UML
Classe Oggetto
operazioni
Classe
attributi
Oggetto:Classe
attributo1=valore1attributo2=valore2
Relazioni tra classi
• Associazione: connessione strutturale tra classi
• Aggregazione: relazione in cui una o più classi sono parti di una classe intera
• Generalizzazione: (ereditarietà) relazione in cui una classe (sottoclasse) eredita gli attributi e le operazioni di una superclasse– multipla– semplice
Rappresentazione in UML delle relazioni tra classi
classe1 classe2
classe intera
classe parte
sottoclasse sottoclasse
superclasse
generalizzazione
aggregazione
associazione
Relazioni tra i casi d’uso
– Inclusione: • un caso d’uso include esplicitamente il comportamento di un
altro in un punto specifico dell’azione. • Il meccanismo serve per eliminare comportamenti ripetuti
all’interno di più casi d’uso
– Estensione: • un caso d’uso include implicitamente il comportamento di un
altro in uno o più punti detti di estensione• Il meccanismo è utilizzato per fattorizzare comportamenti
opzionali o che si verificano in determinate circostanze
– Generalizzazione: • analoga alla generalizzazione per le classi
extend
Rappresentazione in UML delle relazioni tra casi d’uso
generalizzazione
estensione
inclusione
include
Caso d’uso padre
Caso d’uso figlio Caso d’uso figlio Caso d’uso base Caso d’uso esteso
Diagrammi UML
• Strutturali– Delle classi– Degli oggetti
• Architetturali– Componenti
• Comportamentali– Casi d’uso (use case)– Sequenza– Collaborazione– Transizione di stato (state/transition diagram)– Attività (activity diagram)
Workflow di Analisi
• Scopo del workflow di analisi è delineare un modello di analisi
• Il modello di analisi – si compone di una serie di diagrammi che
descrivono il software nel suo contesto operativo rispetto ai requisiti.
– rappresenta le informazioni, le funzionalità e il comportamento nel contesto degli elementi di un modello ad oggetti
Diagramma delle classi
• Rappresenta la struttura del sistema che si sta sviluppando
• Descrive il tipo degli oggetti che compongono il sistema e le relazioni statiche tra loro esistenti
• Mostra gli attributi e le operazioni di una classe
Diagramma degli oggetti
• Rappresenta una parte della struttura del sistema che si sta modellando
• Rappresenta oggetti e valori specifici per gli attributi
Diagramma dei casi d’uso
• Descrive le funzionalità fondamentali che il sistema deve realizzare in termini di scenari di utilizzo del sistema
• Descrive gli scenari percepiti in modi diversi dai diversi attori
• Contiene la rappresentazione degli attori e dei casi d’uso usando delle frecce per associare gli attori ai casi d’uso con cui interagiscono
Diagramma di casi d’uso
Caso d’usopunti di estensione
<<include>>
<<extend>>punti di estensione
Generalizzazione
Package di analisi
Rappresenta il raggruppamento concettuale di elementi dell’analisi.
Comprende le classi di analisi e rappresenta le loro interazioni
Workflow di progetto
• Nel workflow di progetto si delinea il modello di progetto.
• Nel modello di progetto:– si indicano gli oggetti derivati da ciascuna classe e le
loro interazioni– si implementano i comportamenti e le comunicazioni– si rappresenta dinamicamente il comportamento del
sistema mediante la modellazione delle comunicazioni fra gli oggetti
Messaggio
• Rappresenta la comunicazione tra due oggetti o all’interno di un oggetto
• La comunicazione è rappresentata da due tipi di diagrammi:– di collaborazione– di sequenza
che rappresentano la stessa informazione con diversi dettagli
Diagramma di sequenza
Un caso d’uso dà origina ad un diagramma di sequenza che. Tale diagramma:
• Specifica come gli oggetti interagiscono evidenziando la sequenza temporale dei messaggi scambiati
• Il diagramma ha due dimensioni– sull’asse orizzontale sono rappresentati gli oggetti che
interagiscono– sull’asse verticale la sequenza temporale dei
messaggi
Elementi del diagramma di sequenza
• Gli oggetti sono rappresentati come box in cima ad una linea tratteggiata verticale– Lifeline: rappresenta la vita dell’oggetto– Box di attivazione: rappresenta il periodo
durante il quale l’oggetto ha il controllo del flusso
Diagramma di sequenza
un Oggetto
nuovo Oggettocreazione
messaggio
ritorno
delega interna
distruzione
Diagramma di collaborazione
• Illustra come gli oggetti interagiscono evidenziando le relazioni tra gli oggetti che collaborano
• Le relazioni sono specificate anche nel diagramma delle classi; in questo diagramma assumono la forma di link istanza della associazione
Diagramma di collaborazione
nome dell’oggetto: classe
nome dell’oggetto: classe
1: messaggio semplice()
messaggio asincrono
nome del ruolo
nome del ruolo
1.1*: messaggio di iterazione()1.2: [condizione] messaggio()
Raffinamento della struttura del sistema
• Il modello di progetto include oltre ai diagrammi di collaborazione e di sequenza che modellano gli aspetti dinamici del comportamento del sistema anche diagrammi che modellano gli aspetti strutturali
• Raffinando la struttura del modello, il diagramma delle classi viene arricchito con ulteriori informazioni riguardanti le operazioni e gli attributi.
• Le classi diventano più specifiche: classi di progetto
Classi di progetto
• Dettagli di attributi e di operazioni– Visibilità
• pubblica +• protetta #• privata -
– Dettagli di attributi• molteplicità• modificabilità• frozen
– Dettagli di operazioni• proprietà per l’esecuzione parallela e thread
Attività e azioni
• Attività:– E’ un lavoro svolto da un oggetto in maniera
continuativa– Può essere suddivisa in attività più semplici
• Azione:– E’ un insieme di computazioni eseguibili in
modo indivisibile (è atomica)– Si assume che sia istantanea
Diagramma delle attività
• Rappresenta azioni sequenziali o parallele
• E’ necessario rappresentare punti di sincronismo
Ciclo di vita di un oggetto
• Evento:– Qualcosa che accade ed ha rilevanza per un
oggetto
• Stato:– Condizioni in cui un oggetto può trovarsi
durante il suo ciclo di vita
• Transizione:– Passaggio di un oggetto da uno stato ad un
altro
Diagramma di stato
• Rappresenta la macchina a stati di un oggetto. Indica:– Gli stati che un oggetto può assumere
durante il suo ciclo di vita– Gli eventi a cui può rispondere– Le possibili risposte che può fornire a quegli
eventi– Le transizioni tra gli stati dell’oggetto
Evento(parametri)[condizione]/azione
Diagramma di stato
Nome dello Stato
entry / azionedo / attivitàexit / azione
evento/ azione(parametri)
Nome dello stato
Nome del superstato
Package di progetto
• Rappresenta il raggruppamento degli elementi di progetto. Comprende i diagrammi:– di sequenza– di collaborazione– di stato– delle attività– delle classi di progetto
Workflow di implementazione
• Si sviluppa il modello di implementazione– Illustra come gli elementi del modello di
progetto sono organizzati in componenti software sotto forma di file di codice sorgente, librerie collegate dinamicamente ecc.
Elementi del sistema
• Package:– Raggruppamento concettuale di elementi del modello
• Componente:– Raggruppamento di elementi fisici del sistema– Rappresenta un modulo di codice
• Package e componenti possono coincidere ma anche essere differenti: una singola classe può essere presente in più componenti ma essere definita in un solo package
Diagramma di componenti
• Illustra i componenti di un sistema e le relative dipendenze.
• Dipendenze: mostrano come i cambiamenti apportati ad un componente si ripercuotono sugli altri. Esistono dipendenze:– di comunicazione– di compilazione
Diagramma di deployment
• Mostra le relazioni fisiche tra i componenti software ed hardware del sistema finito.
• Le unità computazionali sono rappresentate come nodi
• Le associazioni tra nodi rappresentano le connessioni fisiche usate dai componenti del sistema per interagire
Diagramma di deployment
Componente 2
Componente 1
Fattori di qualità del SW
• Qualità esterne– Riusabilità– Estendibilità
• Qualità interne– Strutturazione– Modularità
Riusabilità: vantaggi
• Riduce la quantità di lavoro necessario
• Evita di ripetere le fasi di sviluppo
• Aumenta la qualità del software: il codice è già stato testato verificato e l’uso
• Software più affidabile
Fattori di qualità influenzati dall’approccio OO
Esterne Favorite da Interne Favorite daEstensibilità •Ereditarietà Strutturazione •Incapsulamento
•Ereditarietà
Riusabilità •Ereditarietà•Concetto di Classe
Modularità •Concetto di classe