8. Breve Introducción a la representación UML

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1 214 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES. 8. Breve Introducción a la representación UML El término UML proviene de las siglas inglesas de Lenguaje Unificado de Modelado (Unified Modeling Language) y es el lenguaje de modelado de sistemas software más conocido y utilizado en la actualidad, y se encuentra respaldado por el OMG (Object Management Group). El objetivo de UML es proporcionar a desarrolladores de software, arquitectos de sistemas e ingenieros de software de herramientas para el análisis, diseño e implementación de sistemas basados en software, así como modelar procesos de negocio y similares. Es importante remarcar que UML es un "lenguaje de modelado" para especificar o para describir métodos o procesos. Se utiliza para definir un sistema, para detallar los artefactos en el sistema y para documentar y construir. En otras palabras, es el lenguaje en el que está descrito el modelo. Se puede aplicar en el desarrollo de software gran variedad de formas para dar soporte a una metodología de desarrollo de software, pero UML en sí no especifica qué metodología o proceso usar. UPM-EUITI Miguel Hernando.

2 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 215 Por eso es importante seleccionar correctamente el modelo adecuado y el nivel de representación correcto. UML es muy extenso y en la práctica, la mayoría de los sistemas requieren para su modelado sólo del uso de un 10 o 20% de las posibilidades dadas por UML. Collage obtenido de Wikipedia en el que se reflejan algunos de los múltiples diagramas que esfecifica UML. UML cuenta con varios tipos de diagramas, los cuales muestran diferentes aspectos de las entidades representadas. Finalmente no hay que confundir UML con un lenguaje de programación. De hecho, a pesar de constituir un estándar prácticamente aceptado por el conjunto de programadores, no deja de recibir ciertas críticas debido a la ambigüedad en la interpretación que se puede realizar en los distintos diagramas. Además, al constituir una serie de herramientas de modelado, en general, una misma realidad se representa o dibuja desde distitnas perspectivas que se complementan para finalmente dotar al conjunto de un significado. Luego por eso es muy importante que los diagramas se centren en aquel aspecto que quieren mostrar y no intentar reflejar toda la realidad en un solo gráfico.

3 216 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES Elementos de contrucción de los diagramas UML Los diagramas de UML contienen cinco tipos de elementos diferenciados: 1. Elementos estructurales: Puede entenderse como la representación de los nombres dentro de un modelo de algo. Por ejemplo, en una urbanización, casa, árbol, carretera. Son sustantivos del modelo. Constituyen la parte más estática del modelado representando tanto elementos conceptuales como físicos. 2. Elementos de comportamiento: de forma análoga, podemos establecer que vienen a ser como los verbos del lenguaje de modelado. Representan comportamientos en el tiempo y en el espacio. Existirán elementos de comportamiento que nos servirán para especificar como evolucionan las cosas además de cómo se relacionan. 3. Elementos de agrupación. Son las partes organizativas del modelo. Establece las divisiones en que se puede fraccionar un modelo. 4. Elementos de anotación. Como su propio nombre indica son las partes explicativas del modelo UML. Iluminan, explican, detallan aspectos de cualquier elemento del modelo. 5. Relaciones. Nos permiten reflejar los modos en que los elementos del modelo se relacionan entre sí. Aunque la explicación detallada de cada uno de estos conjuntos de elementos excede la finalidad de este capítulo, se va a proceder a continuación a enumerar y describir brevemente los distintos componentes así como su representación para cada una de las categorías: Elementos estructurales CLASE: Refleja un conjunto de objetos que comparten los mismos atributos, operaciones, relaciones y semántica. Lógicamente constituirá una representación unívoca del elemento homónimo de C++. Se refleja como un rectángulo dividido en tres secciones: nombre, atributos y métodos. UPM-EUITI Miguel Hernando.

4 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 217 INTERFAZ: Una interfaz corresponde a un conjunto de operaciones que especifican un servicio dado por una clase o componente. Por tanto describe el coportameinto externamente visible de estos elementos. Se diferencia claramente de una clase en en el sentido de que carece de atributos. En C++ no existe de forma directa el concepto de interfaz, aunque estas se pueden realizar por medio de clases virtuales puras sin atributos, y con todos los métodos abstractos. En JAVA este elemento existe como entidad propia. Su representación gráfica se realiza por medio de un caja que lleva el título de <<interfaz>> antes del nombre, y que está dividida en dos zonas (la de identificación, y la de métodos). Una interfaz suministrada por una clase al resto de componentes (conjunto de operaciones agrupadas que dan un servicio, por lo que una clase puede tener varias interfaces), se especifica por medio de un circulo unido por una línea a la clase. De igual forma, si una clase requiere de acceder a una interfaz de otro componente, esto se refleja por medio de un semicírculo unido por un segmento a la clase. Por ejemplo, la clase ventana implementa la intefaz IVentana, y requiere del uso de la interfaz IPaint (que es un servicio que le permitirá dibujarse en algún lugar):

5 218 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES. Caso de uso: Es una descripción de un conjunto de secuencias de acciones que un sistema ejecuta y que produce un resultado observable de interés para un actor particular. Aunque es un concepto importante, de momento para los objetivos de este curso simplemente emplazamos aquí su representación: Componente: Es una parte modular del sistema de diseño, agrupando por tanto sus elementos lógicos (clases, interfaces), y mostrando fundamentalmente un conjunto de funcionalidades utilizables por el exterior. Por ejemplo, un componente podría ser el reporductor de Video de un sistema de ventanas. Internamente contendrá una complejidad elevada, pero finalizado el componente, lo que se necesita para su uso es las interfaces publicas del componente (abrir un fichero, reproducirlo, subir el volumen etc). Un aspecto importante es que un componente en principio puede ser intercambiado por otro siempre que se mantenga la interfaz. Nodo: Elemento físico que existe en tiempo de ejecución y que representa un recurso computacional que, por lo general, dispone de algo de memoria y, con frecuencia, de capacidad de procesamiento. Un conjunto de componentes puede residir en un nodo. UPM-EUITI Miguel Hernando.

6 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 219 Elementos de comportamiento Interacción: Comportamiento que comprende un conjunto de mensajes intercambiados entre un conjunto de objetos, dentro de un contexto particular para conseguir un propósito específico. Involucra otros muchos elementos, incluyendo mensajes, secuencias de acción (comportamiento invocado por un objeto) y enlaces (conexiones entre objetos) Estado: Se utiliza para reflejar en una secuencia los estados por los que pasa un objeto o una interacción en respuesta a eventoz o sucesos en general. Elementos de agrupación Paquete: Es un mecanismo de propósito general para organizar elementos (estructurales, de comportamiento, e incluso otros elementos de agrupación ) en grupos. Al contrario de los componentes (que existen en tiempo de ejecución), un paquete es puramente conceptual (sólo existe en tiempo de desarrollo). Un paquete forma un espacio de nombres, y se pideen anidar, aunque deben avistarse pasquetes muy anidados: Elementos de anotación Nota: el tipo principal de anotación. Son comentarios que se pueden aplicar para describir, clarificar y hacer observaciones cobre cualquier elemento de un modelo Elementos de relación Una relación es una conexión entre elementos. Para diferenciar las distintas relaciones se utilizan diferentes tipos de líneas. Hay cuatro tipos de relaciones: dependencia, asociación, generalización y realización

7 220 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES. Dependencia: Es una relación semántica entre dos elementos en la cual un cambio a un elemento (el elemento independiente) puede afectar a la semántica del otro elemento (elemento dependiente). Asociación: Relación estructural que describe un conjunto de enlaces, los cuals son relaciones entre objetos. La agregación es un tipo especila de asociación y representa una relación estructural entre un todo y sus partes. Generalización: Es una relación de especialización/generalización en la cual los objetos del elemento especializado (el hijo) pueden sustituir a los objetos del elemento general (el padre). De esta forma, el hijo comparte la estructura y el comportamiento del padre. Realización: Es una relación semántica entre clasificadores, donde un clasificador especifica un contrato que otro clasificador garantiza que cumplirá. Se pueden encontrar relaciones de realización en dos sitios: entre interfaces y las clases y componentes que las realizan, y entre los casos de uso y las colaboraciones que los realizan Modelado estructural El modelado es la parte de UML que se ocupa de identificar todas las partes importantes de un sistema así como sus interacciones. De igual forma se entiende como modelado estructural, al modelo de los aspectos estáticos de un sistema, para lo cual se utilizan fundamentalmente como sustantivos o elementos estructrales básicos las clases y las interfaces así como sus relaciones entre ellas. Dado que en estos apuntes sólo se pretende dar unas nociones que nos permitan representar la estructura de clases y algo de la evolución de nuestros programas, se procede ahroa a ver los elementos más comunes en este tipo de diagramas denominados DCD (Diagramas de Clases de Diseño). Un aspecto muy importante a la hora de realizar el modelo estructural de un sistema es el análisis de responsabilidades de las clases y componentes. Entendemos como responsabilidad de una clase al conjunto de fines para el cual esta clase es creada así como sus obligaciones. Es muy buena práctica iniciar la programación especificando las responsabilidades de cada clase. En este proceso es importante abstraer lo necesario y suficiente, y como consecuencia hay que evitar dar excesivas responsabilidades a una sola clase pero tampoco obtener clases con muy pocas responsabilidades que ni siquiera tengan entidad. UPM-EUITI Miguel Hernando.

8 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 221 La forma en que representamos las interacciones entre clases queda reflejado por sus relaciones. En los diagramas de modelado sin embargo no hay porque reflejar TODAS las relaciones existentes, porque en ese caso el diagrama puede convertirse en algo ilegible. Las relaciones más habituales (y es aquí en donde nos centraremos en este curso, dejando otros diagramas y relaciones para más adelante) son: Relación de dependencia: Un cambio en la especificación del elemento independiente puede afectar al otro elemento implicado en la relación. En el ejemplo tanto la Televisión como el Grabador USAN un determinado Canal. De forma que si cambia la interfaz o el comportamiento de los objetos de tipo Canal, habría que modificar el Grabador y la Televisión, cosa que no ocurre en sentido contrario. Luego existe una dependencia entre clases. Es importante destacar que el Canal no necesita conocer al Grabador ni a la Televisión. En C++ esta relación habitualmente se traduce en una sentencia #include que permite usar la clase de la cual se depende. Relación de Generalización: Es la relación que se establece entre un concepto o elemento general (superclase) y un caso más específico de ese elemento (subclase o hijo). El caso más claro es el de una clase (hija) que hereda de otra clase (padre). Como se comentó anteriormente, los objetos hijos se podrán utilizar en cualquier lugar donde aparezca un objeto de tipo padre.

9 222 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES. Relación de Asociación: Mediante esta relación representamos como los objetos de un elemento están conectados con los objetos de otros. Pueden establecerse incluso relaciones recursivas, es decir que un objeto esté asociado a un objeto del mismo tipo. En las relaciones de asociación se suelen incluir adornos para facilitar su comprensión, y para diferenciar los distintos modos que la asociación puede realizarse: Nombre: nombre de una asociación que describe la naturaleza de la relación ( contiene ) Rol: Aspecto que cada extremo presenta a la clase que se encuentra en el otro lado de la relación (una mesa contiene patas, por lo que las patas son parte de la mesa y la mesa es el contenedor para las patas, dentro de una relación de contener ) Multiplicidad: Indica cuantos objetos se pueden conectar a través de una instancia de la asociación. UPM-EUITI Miguel Hernando.

10 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 223 Agregación: Representa una relación estructural entre iguales (sirve para relacionar todo /parte, pero en el que tanto el todo como la parte tienen una vida propia. En C++ refleja agregaciones de objetos por referencia. Composición: Como una agregación simple pero en este caso el todo da la vida a la parte. En C++, refleja el hecho de que un objeto o conjunto de objetos son atributos del objeto que los contiene.

11 224 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES Diagramas Diagramas de Clases: Dado que solo se trata de una breve introducción, incluimos en este capítulo uno de los diagramas más recurrentemente utilizados en DOO, el diagrama de clases de diseño. En este se muestra un conjunto de clases, con interfaces, colaboraciones y sus relaciones. Se usa fundamentalmente para modelar el vocabulario del sistema (abstracciones que son parte del sistema y las que no lo son) así como modelar colaboraciones simples, y el esquema lógico de una base de datos. Por tanto se utilizan para visualizar los aspectos estáticos de los bloques de construcción del sistema. Para trazar un diagrama de clases en el que se reflejen las colaboraciones simples, en primer lugar habrá que identificar las funciones o comportamientos del sistema que se está modelando, y que quedarán reflejados por el diagrama. Para cada elemento entonces, habrá que identificar las clases, iterfaces y relaciones con otros elementos. Habrá que ir dontando a estos elementos de contenido, intentando que haya un reparto de responsabilidades entre clases y terminando por convertir las responsabilidaders en atributos. UPM-EUITI Miguel Hernando.

12 CAPÍTULO 9. INTRODUCCIÓN LOS SISTEMAS OPERATIVOS 225 Diagramas de Sequecia: Otro de los diagramas más recurrentes cuando se desea reflejar el comportamiento dinámico de las interacciones entre distintos elementos es el diagrama de secuencia. Se modelan los aspectos dinámicos de un sistema mediante interacciones. Una interacción es un comportamiento que comprende un conjunto de mensajes intercambiados entre un conjunto de objetos dentro de un contexto para lograr un propósito y se utiliza para modelar el flujo de control dentro de una operación, una clase, un componente, un caso de uso o el propio sistema. En este contexto, se considera un mensaje a la especificación de una comunicación entre objetos que transmite información, con la expectativa de que se desencadenará una actividad. Los tipos basicos de mensaje son: Llamada: Invoca una operación sobre un objeto Retorno: Devuelve un valor al invocador Envío: Envía una señal a un objeto Creación Destrucción Las interacciones aparecen en la colaboración de objetos existentes en el ambito de un sistema o un subsistema, o entre los objetos de un mismo subsistema en la implementación de una operación, o en el contexto de una clase (cómo los atributos y diferentes operaciones interaccionan entre sí para dar lugar a una nueva operación). Los objetos que participan en una interacción son o bien elementos concretos (objetos) o bien elementos prototípicos (clases, nodos, actores y casos de uso). Un diagrama de secuencia sería el reflejado a continuación:

13 226 PROGRAMACIÓN C++ Y COMUNICACIONES. A diferencia de lo que ocurre en un diagrama de colaboración, destaca la ordenación temporal de los mensajes. Con el se logra una representación visual clara del flujo de control a lo largo del tiempo. Algunas características destacabñes son: La línea de vida de las instancias o clases: Representa la existencia de un objeto a lo largo de un periodo de tiempo. Si se crean o destruyen objetos durante la interacción, sus líneas de vida aparecen y desaparecen cuando reciben los mensajes estereotipados >>create>> y <<destroy>> respectivamente. La línea de vida son las líneas verticales del diagrama. El foco de control: el cual representa el periodo de tiempo durante el cual un objeto ejecuta una acción. Se representan con rectángulos vacíos sobre la línea de vida. A su vez los mensajes se pueden clasificar adicionalmente como: Síncronos se corresponden con llamadas a métodos del objeto que recibe el mensaje. El objeto que envía el mensaje queda bloqueado hasta que termina la llamada. Se representan con flechas con la cabeza llena. Asíncronos, estos mensajes terminan inmediatamente, y crean un nuevo hilo de ejecución dentro de la secuencia. Se representan con flechas con la cabeza abierta. También se representa la respuesta a un mensaje con una flechadiscontinua UPM-EUITI Miguel Hernando.

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