Luokkakaaviot ovat eräänlainen UML (Unified Modeling Language) -kaavio, jota käytetään ohjelmistosuunnittelussa kuvaamaan visuaalisesti järjestelmän luokkien rakennetta ja suhteita. UML on standardoitu mallinnuskieli, joka auttaa ohjelmistojärjestelmien suunnittelussa ja dokumentoinnissa. Ne ovat olennainen osa ohjelmistokehitysprosessia ja auttavat sekä suunnittelu- että dokumentointivaiheessa.

Tärkeitä aiheita luokkakaaviolle

• Mitä ovat luokkakaaviot?
• Mikä on luokka?
• UML-luokan merkintä
• Luokkien väliset suhteet
• Luokkakaavioiden tarkoitus
• Luokkakaavioiden edut
• Kuinka piirtää luokkakaavioita
• Luokkakaavioiden käyttötapaukset

Mitä ovat luokkakaaviot?

Luokkakaaviot ovat eräänlainen UML (Unified Modeling Language) -kaavio, jota käytetään ohjelmistosuunnittelussa visuaalisesti esittämään luokkien rakennetta ja suhteita järjestelmän sisällä, eli niitä käytetään oliopohjaisten järjestelmien rakentamiseen ja visualisointiin.

Näissä kaavioissa luokat on kuvattu laatikoina, joista jokaisessa on kolme osastoa luokan nimelle, attribuuteille ja menetelmille. Luokkia yhdistävät viivat havainnollistavat assosiaatioita, jotka osoittavat suhteita, kuten yksi yhteen tai yksi moneen.

Luokkakaaviot tarjoavat korkean tason yleiskatsauksen järjestelmän suunnittelusta, mikä auttaa kommunikoimaan ja dokumentoimaan ohjelmiston rakennetta. Ne ovat olennainen työkalu olio-suunnittelussa ja niillä on keskeinen rooli ohjelmistokehityksen elinkaaressa.

Mikä on luokka?

Olio-ohjelmoinnissa (OOP) luokka on suunnitelma tai malli objektien luomista varten. Objektit ovat luokkien esiintymiä, ja jokainen luokka määrittelee joukon attribuutteja (tietojäseniä) ja menetelmiä (funktioita tai proseduureja), jotka kyseisestä luokasta luoduilla objekteilla on. Attribuutit edustavat kohteen ominaisuuksia tai ominaisuuksia, kun taas menetelmät määrittelevät käyttäytymisen tai toiminnot, joita objekti voi suorittaa.

UML-luokan merkintä

luokkamerkintä on graafinen esitys, jota käytetään kuvaamaan luokkia ja niiden suhteita oliomallinnus.

selittää tietojen riippumattomuus

1. Luokan nimi:
   • Luokan nimi kirjoitetaan yleensä luokkalaatikon yläosaan ja on keskitetty ja lihavoitu.
2. Ominaisuudet:
   • Attribuutit, joita kutsutaan myös ominaisuuksiksi tai kentiksi, edustavat luokan datajäseniä. Ne on lueteltu luokkalaatikon toisessa osiossa ja sisältävät usein kunkin määritteen näkyvyyden (esim. julkinen, yksityinen) ja tietotyypin.
3. Menetelmät:
   • Menetelmät, jotka tunnetaan myös funktioina tai operaatioina, edustavat luokan käyttäytymistä tai toimivuutta. Ne on lueteltu luokkalaatikon kolmannessa osiossa ja sisältävät kunkin menetelmän näkyvyyden (esim. julkinen, yksityinen), palautustyypin ja parametrit.
4. Näkyvyysmerkintä:
   • Näkyvyysmerkinnät osoittavat attribuuttien ja menetelmien käyttöoikeustason. Yleisiä näkyvyysmerkintöjä ovat:
     • +>yleisölle (näkyy kaikille luokille)
     • ->yksityiselle (näkyy vain luokassa)
     • #>suojatuille (näkyy alaluokille)
     • ~>paketti- tai oletusnäkyvyys (näkyy saman paketin luokille)

Parametrien suuntaus

Luokkakaavioissa parametrien suuntaus viittaa tiedonkulun osoittamiseen luokkien välillä menetelmäparametrien kautta. Se auttaa määrittämään, onko parametri tulo, lähtö vai molemmat. Nämä tiedot ovat ratkaisevan tärkeitä sen ymmärtämiseksi, kuinka dataa siirretään objektien välillä menetelmäkutsujen aikana.

Luokkakaavioissa käytetään kolmea pääparametrien suuntausmerkintää:

• Sisään (syöttö):
  • Syöttöparametri on parametri, joka välitetään kutsuvalta objektilta (asiakkaalta) kutsutulle objektille (palvelimelle) menetelmän kutsun aikana.
  • Sitä edustaa nuoli, joka osoittaa kohti vastaanottavaa luokkaa (luokkaa, joka omistaa menetelmän).
• Ulos (lähtö):
  • Lähtöparametri on parametri, joka välitetään kutsutusta objektista (palvelimesta) takaisin kutsuvalle objektille (asiakkaalle) menetelmän suorittamisen jälkeen.
  • Sitä edustaa nuoli, joka osoittaa poispäin vastaanottavasta luokasta.
• Inout (tulo ja lähtö):
  • InOut-parametri toimii sekä tulona että lähtönä. Se kuljettaa tietoa kutsuvasta objektista kutsuttuun objektiin ja päinvastoin.
  • Sitä edustaa nuoli, joka osoittaa vastaanottavaa luokkaa kohti ja siitä poispäin.

Luokkien väliset suhteet

Luokkakaavioissa luokkien väliset suhteet kuvaavat, kuinka luokat ovat yhteydessä toisiinsa tai ovat vuorovaikutuksessa keskenään järjestelmässä. Oliomallintamisessa on useita suhteita, joista jokainen palvelee tiettyä tarkoitusta. Tässä on joitain yleisiä suhdetyyppejä luokkakaavioissa:

1. Yhdistys

Assosiaatio edustaa kaksisuuntaista suhdetta kahden luokan välillä. Se osoittaa, että yhden luokan esiintymät ovat yhteydessä toisen luokan esiintymiin. Assosiaatiot on tyypillisesti kuvattu yhtenäisenä viivana, joka yhdistää luokat ja valinnaiset nuolet osoittavat suhteen suunnan.

Ymmärrämme assosiaatiota esimerkin avulla:

Tarkastellaanpa yksinkertaista järjestelmää kirjaston hallintaan. Tässä järjestelmässä meillä on kaksi pääkokonaisuutta:Book>jaLibrary>. JokainenLibrary>sisältää useitaBooks>, ja jokainenBook>kuuluu tiettyynLibrary>. Tämä suhdeLibrary>jaBook>edustaa yhdistystä.

Kirjasto-luokkaa voidaan pitää lähdeluokkana, koska se sisältää viittauksen useisiin Book-luokan esiintymiin. Kirjaluokkaa pidettäisiin kohdeluokkana, koska se kuuluu tiettyyn kirjastoon.

nginx-muuttujat

2. Ohjattu yhdistys

Suunnattu assosiaatio UML-luokkakaaviossa edustaa kahden luokan välistä suhdetta, jossa assosiaatiolla on suunta, joka osoittaa, että yksi luokka liittyy toiseen tietyllä tavalla.

• Suunnatussa assosiaatiossa assosiaatioriville lisätään nuolenpää osoittamaan suhteen suuntaa. Nuoli osoittaa yhdistämisen aloittavasta luokasta luokkaan, johon yhdistäminen on kohdistettu tai johon yhteys vaikuttaa.
• Suunnattuja assosiaatioita käytetään, kun yhdistyksellä on tietty virtaus tai suuntaus, kuten osoittaa, mikä luokka on vastuussa yhdistymisen aloittamisesta tai mikä luokka on riippuvainen toisesta.

Harkitse skenaariota, jossa opettaja-luokka liitetään yliopistojärjestelmän kurssiluokkaan. Suunnattu assosiaationuoli voi osoittaa Opettaja-luokasta Kurssi-luokkaan, mikä osoittaa, että opettaja liittyy tiettyyn kurssiin tai opettaa sitä.

• Lähdeluokka on Opettaja-luokka. Opettaja-luokka aloittaa yhdistyksen opettamalla tietyn kurssin.
• Kohdeluokka on Course-luokka. Yhdistys vaikuttaa kurssiluokkaan, koska sitä opettaa tietty opettaja.

3. Aggregointi

Aggregaatio on erikoistunut yhdistymismuoto, joka edustaa kokonaisuuden suhdetta. Se tarkoittaa vahvempaa suhdetta, jossa yksi luokka (kokonaisuus) sisältää tai koostuu toisesta luokasta (osasta). Aggregaatiota edustaa timanttimuoto koko luokan puolella. Tällaisessa suhteessa lapsiluokka voi olla olemassa vanhempiluokasta riippumatta.

Ymmärretään aggregointi esimerkin avulla:

Yritystä voidaan pitää kokonaisuutena, kun taas työntekijät ovat osia. Työntekijät kuuluvat yritykseen, ja yrityksessä voi olla useita työntekijöitä. Jos yritys kuitenkin lakkaa olemasta, työntekijät voivat edelleen olla olemassa itsenäisesti.

4. Sävellys

Koostumus on vahvempi yhdistämismuoto, joka osoittaa merkittävämmän omistus- tai riippuvuussuhteen. Koostumuksessa osaluokka ei voi olla olemassa koko luokasta riippumatta. Kokoonpanoa edustaa täytetty timanttimuoto koko luokan sivulla.

Ymmärretään koostumus esimerkin avulla:

Kuvittele digitaalinen yhteystietokirjasovellus. Yhteystietokirja on kokonaisuus, ja jokainen yhteystieto on osa. Jokainen yhteystieto on täysin yhteystietokirjan omistuksessa ja hallinnassa. Jos yhteystietokirja poistetaan tai tuhotaan, myös kaikki siihen liittyvät yhteystietomerkinnät poistetaan.

Tämä kuvaa koostumusta, koska yhteystietomerkintöjen olemassaolo riippuu täysin yhteystietokirjan olemassaolosta. Ilman yhteystietokirjaa yksittäiset yhteystietomerkinnät menettävät merkityksensä eivätkä voi olla olemassa yksinään.

5. Yleistys (perintö)

Periytys edustaa luokkien välistä suhdetta, jossa yksi luokka (alaluokka tai lapsi) perii toisen luokan (yläluokka tai vanhempi) ominaisuudet ja käyttäytymiset. Periytys on kuvattu yhtenäisellä viivalla, jossa on suljettu, ontto nuolenpää, joka osoittaa alaluokasta superluokkaan.

mikä on käyttöliittymä

Pankkitilien esimerkissä voimme käyttää yleistystä edustamaan erilaisia ​​tilejä, kuten käyttötilit, säästötilit ja luottotilit.

Pankkitililuokka toimii yleisenä esityksenä kaikentyyppisille pankkitileille, kun taas alaluokat (Sekkitili, Säästötili, Luottotili) edustavat erikoisversioita, jotka perivät ja laajentavat perusluokan toimivuutta.

6. Toteutus (käyttöliittymän toteutus)

Toteutus osoittaa, että luokka toteuttaa rajapinnan ominaisuudet. Sitä käytetään usein tapauksissa, joissa luokka toteuttaa rajapinnan määrittelemät toiminnot. Toteutus on kuvattu katkoviivalla avoimella nuolenpäällä, joka osoittaa toteutusluokasta käyttöliittymään.

Tarkastellaan tilannetta, jossa henkilö ja yritys toteuttavat molemmat omistajarajapinnan.

• Omistajan käyttöliittymä: Tämä käyttöliittymä sisältää nyt menetelmiä, kuten hanki (omaisuus) ja luovuta (omaisuus), edustamaan omaisuuden hankkimiseen ja luovuttamiseen liittyviä toimia.
• Henkilöluokka (toteutus): Person-luokka toteuttaa Owner-rajapinnan, joka tarjoaa konkreettisia toteutuksia hanki(ominaisuus)- ja dispose(property)-menetelmille. Ihminen voi esimerkiksi hankkia omistukseensa talon tai luovuttaa auton.
• Yritysluokka (toteutus): Vastaavasti Corporation-luokka toteuttaa myös Owner-rajapinnan, joka tarjoaa erityisiä toteutuksia hanki(ominaisuus)- ja dispose(property)-menetelmille. Yritys voi esimerkiksi hankkia omistukseensa kiinteistöjä tai luovuttaa yrityksen ajoneuvoja.

Sekä Person- että Corporation-luokat toteuttavat Owner-rajapinnan, eli ne tarjoavat konkreettisia toteutuksia rajapinnassa määritellyille hanki(ominaisuus)- ja dispose(property)-menetelmille.

7. Riippuvuussuhde

Kahden luokan välillä on riippuvuus, kun yksi luokka luottaa toiseen, mutta suhde ei ole yhtä vahva kuin assosiaatio tai perintö. Se edustaa löyhempää yhteyttä luokkien välillä. Riippuvuudet kuvataan usein katkoviivanuolena.

Tarkastellaan tilannetta, jossa henkilö on riippuvainen Kirjasta.

• Henkilöluokka: Edustaa henkilöä, joka lukee kirjaa. Henkilö-luokka riippuu Kirja-luokasta päästäkseen käsiksi ja lukemaan sisältöä.
• Kirjaluokka: Edustaa kirjaa, joka sisältää sisältöä henkilön luettavaksi. Kirja-luokka on itsenäinen ja voi olla olemassa ilman Person-luokkaa.

Henkilö-luokka riippuu Kirja-luokasta, koska se vaatii pääsyn kirjaan lukeakseen sen sisältöä. Kirja-luokka ei kuitenkaan riipu Person-luokasta; se voi olla olemassa itsenäisesti, eikä se ole toiminnassaan riippuvainen Person-luokkasta.

8. Käyttö (riippuvuus) -suhde

Käyttöriippuvuussuhde UML-luokkakaaviossa osoittaa, että yksi luokka (asiakas) käyttää tai on riippuvainen toisesta luokasta (toimittaja) suorittaakseen tiettyjä tehtäviä tai käyttääkseen tiettyjä toimintoja. Asiakasluokka luottaa toimittajaluokan tarjoamiin palveluihin, mutta ei omista tai luo siitä ilmentymiä.

• Käyttöriippuvuudet edustavat riippuvuuden muotoa, jossa yksi luokka riippuu toisesta luokasta tietyn tarpeen tai vaatimuksen täyttämiseksi.
• Asiakasluokka vaatii pääsyn toimittajaluokan tarjoamiin tiettyihin ominaisuuksiin tai palveluihin.
• UML-luokkakaavioissa käyttöriippuvuudet esitetään tyypillisesti katkoviivalla, joka osoittaa asiakasluokasta toimittajaluokkaan.
• Nuoli osoittaa riippuvuuden suunnan, mikä osoittaa, että asiakasluokka riippuu toimittajaluokan tarjoamista palveluista.

Harkitse skenaariota, jossa autoluokka riippuu FuelTank-luokasta polttoaineenkulutuksen hallitsemiseksi.

• Autoluokka saattaa joutua käyttämään FuelTank-luokan menetelmiä tai attribuutteja polttoainetason tarkistamiseksi, polttoaineen lisäämiseksi tai polttoaineen kulutuksen seuraamiseksi.
• Tässä tapauksessa Car-luokka on käyttöriippuvainen FuelTank-luokasta, koska se käyttää palveluitaan tiettyjen polttoaineen hallintaan liittyvien tehtävien suorittamiseen.

Luokkakaavioiden tarkoitus

Luokkakaavioiden käytön päätarkoitus on:

muuntaa java-objektin json-muotoon

• Tämä on ainoa UML, joka voi asianmukaisesti kuvata OOPs-konseptin eri näkökohtia.
• Sovellusten oikea suunnittelu ja analysointi voi olla nopeampaa ja tehokkaampaa.
• Se on perusta käyttöönotolle ja komponenttikaaviolle.
• Se sisältää eteenpäin ja taaksepäin suunnittelua.

Luokkakaavioiden edut

• Mallintamisluokan rakenne:
  • Luokkakaaviot auttavat mallintamaan järjestelmän rakennetta esittämällä luokkia ja niiden attribuutteja, menetelmiä ja suhteita.
  • Tämä antaa selkeän ja organisoidun kuvan järjestelmän arkkitehtuurista.
• Suhteiden ymmärtäminen:
  • Luokkakaaviot kuvaavat luokkien välisiä suhteita, kuten assosiaatioita, aggregaatioita, koostumuksia, periytymistä ja riippuvuuksia.
  • Tämä auttaa sidosryhmiä, mukaan lukien kehittäjät, suunnittelijat ja yritysanalyytikot, ymmärtämään, kuinka järjestelmän eri osat on kytketty toisiinsa.
• Viestintä:
  • Luokkakaaviot toimivat viestintävälineenä tiimin jäsenten ja sidosryhmien välillä. Ne tarjoavat visuaalisen ja standardoidun esityksen, jonka sekä tekninen että ei-tekninen yleisö voi helposti ymmärtää.
• Toteutussuunnitelma:
  • Luokkakaaviot toimivat suunnitelmana ohjelmistojen toteuttamiselle. Ne ohjaavat kehittäjiä koodin kirjoittamisessa havainnollistamalla luokkia, niiden attribuutteja, menetelmiä ja niiden välisiä suhteita.
  • Tämä voi auttaa varmistamaan johdonmukaisuuden suunnittelun ja todellisen toteutuksen välillä.
• Koodin luominen:
  • Jotkut ohjelmistokehitystyökalut ja -kehykset tukevat koodin luomista luokkakaavioista.
  • Kehittäjät voivat luoda merkittävän osan koodista visuaalisesta esityksestä, mikä vähentää manuaalisten virheiden mahdollisuuksia ja säästää kehitysaikaa.
• Abstraktien ja kapseloinnin tunnistaminen:
  • Luokkakaaviot rohkaisevat abstraktien tunnistamiseen ja tietojen ja käyttäytymisen kapseloimiseen luokkien sisällä.
  • Tämä tukee oliosuunnittelun periaatteita, kuten modulaarisuutta ja tiedon piilottamista.

Kuinka piirtää luokkakaavioita

Luokkakaavioiden piirtäminen sisältää järjestelmän rakenteen visualisoinnin, mukaan lukien luokat, niiden attribuutit, menetelmät ja suhteet. Tässä on vaiheet luokkakaavioiden piirtämiseen:

1. Tunnista luokat:
   • Aloita tunnistamalla järjestelmäsi luokat. Luokka edustaa objektien suunnitelmaa, ja sen tulisi kapseloida niihin liittyvät attribuutit ja menetelmät.
2. Luettelo attribuutit ja menetelmät:
   • Listaa kunkin luokan attribuutit (ominaisuudet, kentät) ja menetelmät (funktiot, toiminnot). Sisällytä tiedot, kuten tietotyypit ja näkyvyys (julkinen, yksityinen, suojattu).
3. Tunnista suhteet:
   • Selvitä luokkien väliset suhteet. Yhteisiä suhteita ovat assosiaatiot, aggregaatiot, koostumukset, perinnöt ja riippuvuudet. Ymmärrä näiden suhteiden luonne ja monimuotoisuus.
4. Luo luokkalaatikot:
   • Piirrä kullekin tunnistetulle luokalle suorakulmio (luokkalaatikko). Aseta luokan nimi laatikon yläosaan. Jaa laatikko osastoihin määritteitä ja menetelmiä varten.
5. Lisää attribuutteja ja menetelmiä:
   • Luettelo kunkin luokkaruudun sisällä määritteet ja menetelmät niiden vastaavissa osastoissa. Käytä näkyvyysmerkintöjä (+ julkinen, – yksityinen, # suojattu, ~ paketti/oletus).
6. Piirrä suhteita:
   • Piirrä viivoja kuvaamaan luokkien välisiä suhteita. Käytä nuolia assosiaatioiden tai riippuvuuksien suunnan osoittamiseen. Erilaisia ​​linjatyyppejä tai merkintöjä voidaan käyttää erilaisille suhteille.
7. Tunnistesuhteet:
   • Merkitse suhteet tarvittaessa moninkertaisuudella ja roolien nimillä. Multiplicity ilmaisee suhteeseen liittyvien esiintymien lukumäärän, ja roolien nimet selventävät kunkin luokan roolia suhteessa.
8. Tarkista ja tarkenna:
   • Tarkista luokkakaaviosi varmistaaksesi, että se edustaa tarkasti järjestelmän rakennetta ja suhteita. Tarkenna kaaviota tarpeen mukaan palautteen ja vaatimusten perusteella.
9. Käytä työkaluja digitaaliseen piirtämiseen:
   • Vaikka voit piirtää luokkakaavioita paperille, digitaalisten työkalujen käyttö voi tarjota enemmän joustavuutta ja helpotusta muokata. UML-mallinnustyökalut, piirustusohjelmistot tai jopa erikoistuneet kaaviotyökalut voivat olla hyödyllisiä.

Luokkakaavioiden käyttötapaukset

• Järjestelmäsuunnittelu:
  • Järjestelmän suunnitteluvaiheessa luokkakaavioiden avulla mallinnetaan ohjelmistojärjestelmän staattista rakennetta. Ne auttavat luokkien, niiden attribuuttien, menetelmien ja suhteiden visualisoinnissa ja järjestämisessä ja tarjoavat suunnitelman järjestelmän käyttöönotolle.
• Viestintä ja yhteistyö:
  • Luokkakaaviot toimivat visuaalisena viestintävälineenä sidosryhmien välillä, mukaan lukien kehittäjät, suunnittelijat, projektipäälliköt ja asiakkaat. Ne helpottavat keskustelua järjestelmän rakenteesta ja suunnittelusta ja edistävät yhteisymmärrystä tiimin jäsenten kesken.
• Koodin luominen:
  • Jotkut ohjelmistokehitysympäristöt ja -työkalut tukevat koodin luomista luokkakaavioiden perusteella. Kehittäjät voivat luoda koodirunkoja, mikä vähentää manuaalista koodausponnistusta ja varmistaa johdonmukaisuuden suunnittelun ja toteutuksen välillä.
• Testaus ja testauksen suunnittelu:
  • Testaajat käyttävät luokkakaavioita ymmärtääkseen luokkien välisiä suhteita ja suunnittelevat testitapauksia sen mukaisesti. Luokkarakenteiden visuaalinen esitys auttaa tunnistamaan perusteellista testausta vaativat alueet.
• Käänteinen suunnittelu:
  • Luokkakaavioita voidaan käyttää käänteisessä suunnittelussa, jossa kehittäjät analysoivat olemassa olevaa koodia luodakseen visuaalisia esityksiä ohjelmistorakenteesta. Tämä on erityisen hyödyllistä, kun dokumentaatio on niukkaa tai vanhentunutta.