آموزش توسعه نرم افزار های شیء گرا توسط UML

فصل اول: مفاهیم شیء گرایی
مقدمه
شئ گرایی برای توسعه نرم افزار اولین بار در سال 1960 پیشنهاد شد، این روش پس از 20 سال به طور گسترده مورد استفادة جامعه نرم افزاری قرار گرفت. توسعه دهندگان نرم افزار در دهه 1980 توجه جدی خو د را روی شئ گرایی معطوف کردند. تکنولوژی شئ، قابلیت استفاده مجدد را برای مؤلفه های نرم افزاری به ارمغان آورد و این نیز به نوبه خود در تسریع توسعه نرم افزار و تولید محصول با کارایی بالا تاثیر بسزایی دارد؛ بعلاوه سیستمهای شئ گرا، براحتی قابل توسعه و به سهولت با محیط سازگار- از نظر تعامل با سیستمهای موجود در محیط استفاده از نرم افزار- می شوند . دیدگاه شئ گرایی یک سیر تکاملی دارد؛ همچنانکه در بخشهای بعدی خواهیم دید، تعیین همه کلاسهای لازم برای یک سیستم دریک تکرار تا اندازه ای غیرممکن است و به محض تکمیل مدلهای تحلیل و طراحی نیاز به کلاسهای جدید در سیستم نمایان می شود.
درک سیستمهای پیچیده وتولید نرم افزار برای چنین سیستمهایی توسط افرادی که در این زمینه تجربه کافی ندارند، کاری بس مشکل است . همچنین محصولی که این افراد تولید می کنند کارایی لازم را نخواهد داشت، در اینجا مهندسی نرم افزار به کمک افراد آمده و با مطالعه روشها و فنون مختلف مسیر توسعه و تولید نرم افزار را هموار می- سازد. تجربیات بدست آمده در این زمینه، متدها و فرآیندهای متنوعی را برای توسعه نرم افزار در اختیار توسعه دهندگان قرار داده و ابزارهای مناسبی نیز این روشها را پشتیبانی می کنند.
درتوسعه یا ساخت نرم افزار برای یک سیستم، مشتری باید تعریف دقیقی از سیستم را در اختیار توسعه دهنده قرار دهد. در توصیف سیستم، زبان طبیعی تا آن اندازه دقیق نیست که بتوان همه نیازمندیها، ساختار و رفتار سیستم را با آن بیان کرد و کد نویسی نیز چنان وارد جزئیات می شود که به یکباره نمی توان سیستم را در این سطح تشریح کرد. لذا برای درک سیستم دست به مدل سازی می زنیم و مؤلفه های سیستم ، زیر سیستمها و رفتار سیستم را به صورت نمودارهای گرافیکی ترسیم می نماییم تا موارد قابل کاربرد و مهم به صورت برجسته به چشم بخورد و هیچ موردی در حوزة سیستم از قلم نیافتد .
در متد شئ گرا از زبان مدلسازی استانداردUML که در فصل چهارم به تفصیل خواهدآمد، استفاده می شود. این زبان به وسیله ابزارهای مختلفی نظیر Rational Rose ، visio و … پشتیبانی می شود، میتوان ازUML در فرآیندهای مختلف استفاده کرد.
مفاهیم اساسی
در این بخش مفاهیم اساسی توسعة نرم افزار شئ گرا را معرفی می کنیم. در بالا به متد و فرآیند اشاره شد اما هیچ تعریفی از آنها ارائه نشد، حال این دو مفهوم کلی را بصورت زیر تعریف می کنیم.
متد، متدلوژی و اشیاء
متد مجموعه ای از وظایف را جهت تعیین نیازمندیها، تحلیل، طراحی، برنامه ریزی، تست و پشتیبانی مشخص می کند. از نظر فنی فرآیند توسعه نرم افزار- متدلوژی- یک قالب کاری برای وظایف لازم جهت ساختن یک نرم افزار با کیفیت بالاست. در واقع متدلوژی، فرآیندی ساختارمند جهت توسعه نرم افزار است که به وسیله فنون و ابزارها حمایت می شود.
متد شئ گرا برپایه شئ استوار است، دیدگاه شئ گرا دنیای واقعی مسئله را بصورت مجموعه ای از اشیاء مرتبط به هم می بیند. شئ یک موجودیت است که در دامنة مسئله نقش تعریف شده ای دارد و دارای حالت، رفتار و شناسة خاص خودش است. شئ می تواند یک ساختار ، نقش ، مکان و ... باشد؛ شئ داده و رفتار را در خود کپسوله میکند و از دسترسی اشیاء دیگر به داده های خود جلوگیری و همچنین تا ثیر تغییرات محیطی بر این داده ها را کاهش می دهد و تنها راه دسترسی به این داده ها استفاده از اعمال یا سرویس های خود شئ می باشد. کلاس نوع اشیاء را نشان می دهد و شامل ویژگی های مشترک مجموعه ای از اشیاء می باشد، شئ نمونه ای از کلاس است . داده های شئ تحت عنوان صفات در کلاس شناخته می شوند و مقادیر این صفات است که شئ را از دیگر اشیای همنوع متمایز می نمایند. اعمال به دستکاری تعداد محدودی از صفات می پردازند و ارتباط بین کلاس ها و دیگر عناصرسیستم نیز از طریق همین سرویسها- اعمال – صورت می گیرد. به عبارت دیگر کلاس یک مشخصه کلی (قالب ، الگو یا طرح اولیه )است که مجموعه ای ازاشیاء مشابه را نشان می- دهد.نماد گرافیکی کلاس در شکل زیر نشان داده شده است، این نماد شامل سه قسمت است که بترتیب نام کلاس ، لیست صفات و لیست اعمال را نشان می دهند.
------------------------
 نام کلاس
------------------------
 لیست صفات
------------------------
 لیست اعمال
------------------------
با تعریف کردن اشیاء موجود در سیستم از نوع یک کلاس خاص، این اشیاء همه صفات، اعمال و روابط کلاس مربوطه را به ارث می برند. یک فوق کلاس شامل ویژگی های مشترک صفات و اعمال جمعی از کلاسهاست و زیرکلاس یک حالت خاص ازفوق کلاس است که به آن تخصیص نیزگفته می شود. این تعاریف از وجود یک سلسله مراتب نشان می دهد که در آن کلاسهای تعمیم(فوق کلاس) توسط کلاسهای تخصیص به ارث برده می شوند، ممکن است که هر کدام ازکلاس های تخصیص دارای یکسری صفات و اعمال اختصاصی اضافی باشند. مجموعه مقادیر موجود برای یک صفت در یک کلاس، دامنه مقادیر آن صفت را نشان می دهد.
پیامها وسیله برقراری ارتباط و تعامل بین اشیاء می باشند ، این پیامها شئ مقصد را تحریک می کنند تا یک کار خاص را انجام دهد. سرویسی که در شیء فرستنده پیام تولید می کند، یک پیام با قالب message:[destination, operation, parameters] ارسال میکند که در آن destination شیء گیرنده و operation سرویسی از شیء گیرنده است که پیام را دریافت می کند و parameters شامل اطلاعات لازم جهت انجام موفق سرویس خواسته شده است. شکل 1-2 مثالی از کلاسهای تعمیم و تخصیص را نشان می دهد که در آن برای دانشجو یک فوق کلاس دانشجو داریم که شامل داده ها و اعمال مشترک بین دانشجویان دورة لیسانس و فوق لیسانس است، همچنین دو زیر کلاس تخصیص جداگانه برای دانشجویان لیسانس و فوق لیسانس نشان داده شده است که حالات خاصی از کلاس دانشجو هستند. در عمل ما شیئی از نوع فوق کلاس دانشجو نخواهیم داشت، در این حالت به کلاسstudent یک کلاس مجرد گفته می- شود . کلاس مجرد کلاسی است که هیچ شیئی از آن نوع نداشته باشیم.