Файл: Применение объектно–ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Подходы к проектированию информационной системы).pdf

Объектно–ориентированный подход (ООП) к проектированию информационной системы применяет объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы при этом обладает своим собственным поведением, которое моделирует поведение объекта реального мира.

Концептуальной основой объектно–ориентированного подхода является объектная модель. Среди ее основных понятий как основные можно выделить понятия объекты и атрибуты, целое и часть, классы и экземпляры [8].

Объект можно определить как осязаемую реальность – предмет или явление, которое имеет четко определяемое поведение. Объект обладает такими характеристиками, как состояние, поведение, индивидуальность; структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Термины «экземпляр класса» и «объект» можно назвать эквивалентными. Состояние объекта можно охарактеризовать перечнем всех возможных свойств данного объекта и текущими значениями каждого из этих свойств. Поведение также определяет воздействие объекта на другие объекты и, наоборот, с точки зрения изменения состояния этих объектов и передачи сообщений. Другими словами, поведение объекта полностью можно определить его действиями.

Некоторое воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называется операцией. Как правило, в объектных и объектно–ориентированных языках операции, которые выполняются над данным объектом, понимаются методами и представляют собой составную часть определения класса.

Класс – это некоторое множество объектов, которые связаны общностью структуры и поведения. Класс инкапсулирует (объединяет) в себе данные (атрибуты) и поведение (операции). Любой объект представляет собой экземпляр класса [2].

Среди основных базовых составляющих объектно–ориентированного подхода можно выделить основные:

• • унифицированный процесс;
  • унифицированный язык моделирования;
  • шаблоны проектирования.

Унифицированный процесс представляет собой процесс разработки программного обеспечения, обеспечивающий упорядоченный подход к распределению задач и обязанностей в организации–разработчике. Унифицированный процесс охватывает весь жизненный цикл программного обеспечения, включая определение требований и сопровождение, и является обобщенным каркасом, который может быть применен (специализирован) для разработки и сопровождения широкого круга систем.

Как обязательную часть унифицированного процесса можно выделить UML – язык для определения, визуализации и конструирования моделей системы посредством диаграмм и документов на основе объектно–ориентированного подхода [10].

На стадиях анализа и проектирования будущей информационной системы зачастую применяются так называемые шаблоны (паттерны) проектирования. В данном случае под шаблоном понимается именованная пара «проблема/решение», которая содержит готовое обобщенное решение некоторой типичной проблемы. В большинстве случаев шаблон кроме текстового описания может также включать одну или несколько диаграмм UML (например, диаграммы классов, последовательности и/или коммуникации), которые графически иллюстрируют состав и структуру классов, и, кроме того, особенности их взаимодействия при решении некоторой проблемы. Шаблоны должны быть разработаны опытными профессионалами и являться проверенными, эффективными, оптимальными решениями. Помимо всего прочего, использование шаблонов может многократно уменьшить затраты и повысить качество разработки программного и информационного обеспечения.

Объектно–ориентированный подход основывается на систематическом применении моделей для языково–независимой разработки программной системы, на основе из ее прагматики.

В данном случае прагматика представляет собой цель разработки информационной системы, например для обслуживания клиентов туристического агентства, для оптимизации работы библиотеки, для обслуживания спортивных мероприятий и т.п. В постановке такой цели принимают участие предметы и понятия реального мира, которые имеют отношение к разрабатываемой информационной системе. При применении объектно–ориентированного подхода эти предметы и понятия всегда подлежат замене на их модели, иначе говоря, на определенные формальные конструкции, представляющие их в информационной системе [11].

Модель содержит далеко не все признаки и свойства представляемого ею предмета (понятия), а только те, которые являются существенными для разрабатываемой информационной системы. Таким образом модель выходит «беднее», и, следовательно, проще, чем тот предмет (явление), который она представляет. Но основное преимущество содержится даже не в этом, а в том, что модель является только формальной конструкцией: формальный характер моделей предоставляет возможность определения формальных зависимостей между ними и формальных операций над ними. Это упрощает не только разработку и анализ моделей, но и их реализацию посредством технических и аппаратных средств. В частности, формальный характер моделей предоставляет возможность получения формальной модели разрабатываемой информационной системы как композиции формальных моделей ее составляющих частей.

Таким образом, объектно–ориентированный подход обеспечивает адекватные подходы к решению следующих проблем:

• снижение сложности программного обеспечения;
• увеличение надежности программного обеспечения;
• обеспечение возможности модификации отдельных составляющих ПО без изменения остальных его компонентов;
• обеспечение возможности повторного использования отдельных компонентов программного обеспечения [11].

Регулярное использование объектно–ориентированного подхода предоставляет возможность разработки хорошо структурированных, надежных в эксплуатации и доступно улучшаемых информационных систем. Этим обуславливается современный интерес разработчиков к объектно–ориентированному подходу и объектно–ориентированным языкам программирования.

2.2 Основные понятия объектно–ориентированного подхода

Среди механизмов объектно–ориентированного подхода можно выделить следующие основные:

• • абстрагирование (abstraction);
  • инкапсуляция (encapsulation);
  • наследование (inheritance);
  • полиморфизм (polymorphism);
  • модульность (modularity);
  • иерархия (hierarchy).

Абстрагирование представляет собой выделение наиболее значимых характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, определенно выделяют его концептуальные границы с точки зрения дальнейшего рассмотрения и изучения. Абстрагирование позволяет сконцентрировать внимание на внешних особенностях объекта и позволяет определить наиболее значимые особенности его поведения от деталей их реализации.

Инкапсуляция является объединением в рамках объекта некоторых операций и атрибутов, которые отражают его состояние. Производится это с целью обеспечить доступность и изменяемость состояния только посредством интерфейса, который предоставляется объектом. Инкапсуляция также осуществляется для изоляции интерфейса объекта, отражающего его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектно–ориентированный подход говорит о том, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только методы самого класса, скрыты от внешней среды. Два названных механизма (абстрагирование и инкапсуляция) представляют собой взаимодополняющие операции: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция не дает возможности объектам–пользователям различать внутреннее устройство объекта [17].

Наследование представляет собой построение новых классов на основе существующих, включающее возможность добавления или переопределения данных и методов.

Модульность является таким свойством системы, которое связано с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой составных частей. Инкапсуляция и модульность вместе организуют барьеры между абстракциями.

Полиморфизм является способностью класса принадлежать более чем одному типу. Данный механизм предоставляет возможность определения единственного имя операции или атрибута более чем в одном классе, причем в каждом из этих классов ему могут быть соответственны различные реализации.

Иерархия представляет собой ранжированную или упорядоченную систему абстракций, их некоторое распределение по уровням. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов и структура объектов. Как пример иерархии классов можно привести: простое и множественное наследование (один класс применяет структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов – агрегация [5].

Помимо вышеперечисленных, одним из наиболее значимых терминов в объектно–ориентированном подходе является понятие «объект». Оно и тождественные ему термины появились практически независимо друг от друга в различных областях, которые связаны с компьютерами, в процессе разработки:

• • архитектуры компьютеров (Burroughs 5000, Plessey 250, IBM System/38, Intel 432);
  • объектно–ориентированных операционных систем (Plessey/System 250, Secure UNIX, StarOS, iMax);
  • объектно–ориентированных языков программирования (Simula, Smalltalk, Modula);
  • теории баз данных (модели «сущность–связь»);
  • систем искусственного интеллекта (фреймы) [15].

При разработке программного обеспечения и автоматизированных информационных систем понятие «объект» впервые было введено Оле–Джоаном Далем, Бьорном Мюрхогом и Кристеном Ныгардом из Норвежского вычислительного центра, расположенного в городе Осло. Названные специалисты разработали язык Simula 67, который был создан на основе языка Algol–60 и предназначался для моделирования и описания сложных систем. Однако по–настоящему широкое распространение данной идеи было осуществлено при разработке языка SmallTalk в 1990 г. Аланом Кейем из Исследовательского центра фирмы Xerox (г. Пало–Альто). В SmallTalk применялись исключительно объектно–ориентированные конструкции.

Таким образом, объект представляет собой абстракцию реальной или воображаемой сущности с четко выраженными концептуальными границами, индивидуальностью (идентичностью), состоянием и поведением. Ниже рассматриваются некоторые второстепенные понятия объектно–ориентированного подхода.

Абстракция представляет собой форму познания, основанную на мысленном выделении существенных свойств и связей предмета и отвлечении от других, частных его свойств и связей. При этом такие показатели как «существенное» и «частное» должны быть рассмотрены с точки зрения решаемой задачи (иначе говоря – предметной области). Конкретно в ключе объектно–ориентированного подхода, абстракция представляет собой модель сущности, описывающую ее свойства и поведение.

Примерами фактических сущностей могут выступать такие предметы и явления, как автомобиль, регулирование движения или сам регулировщик. А примерами воображаемых сущностей могут служить такие процессы как методические рекомендации к сборке автомобиля или оптимальная конструкция светофора.

Индивидуальность является таким свойством сущности, при помощи которого она может быть отделена от других. Иначе говоря, имея в виду объект «автомобиль», говорится не обобщенное понятие автомобиль, как что–то, состоящее из деталей и комплектующих, а конкретное транспортное средство определенной марки под определенным номером [9].

Для концептуальной группировки однотипных объектов в объектно–ориентированном подходе, как было отмечено ранее, применяется термин «класс». Класс, в свою очередь, представляет собой некоторое множество объектов, которые обладают общей структурой и поведением. Таким образом, класс является шаблоном, на основе которого могут быть сгенерированы однотипные объекты. В качестве синонима понятия «объект» часто употребляют понятие «экземпляр класса».

Каждый класс и соответственно объект могут быть охарактеризованы строго определенным числом атрибутов и методов. Настоящие значения атрибутов четко определяют настоящее состояние объекта. Набор методов и их алгоритмическая реализация определяют поведение объекта или их классов [9].

2.3 Преимущества и недостатки применения объектно–ориентированного подхода