Análise e Design OO com UML
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- Marcelo Bonilha de Almeida
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1 Análise e Design OO com UML
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3 Histórico de revisões Data Versão Descrição Autor 03/01/ Revisão e atualização HEngholmJr 24/12/ Criação da primeira versão HEngholmJr 9/1/ Correção de texto e inclusão de novos slides HEngholmJr 12/1/ Inclusão de slide adicional relacionado a Classe e Objeto HEngholmJr
4 OBJETIVOS Nivelar os participantes nos conceitos do Paradigma Orientado a Objetos (POO) de desenvolvimento de sistemas. Apresentar os fundamentos da orientação a objetos e como se aplicam ao desenvolvimento de software.
5 Tópicos abordados Introdução à Orientação a Objetos Crise do software Metas de Engenharia de Software Processos de Desenvolvimento de Sistemas Princípios do Paradigma Orientado a Objetos (POO)
6 Por que Orientação a Objetos com UML Os seres humanos pensam em termos de substantivos (objetos) e verbos (comportamentos dos objetos). Com OOSD, os domínios do problema e da solução são modelados utilizando conceitos OO. A UML é adequada para representar modelos mentais. Linguagens OO trazem a implementação mais perto dos modelos mentais. A UML é uma boa ponte entre os modelos mentais e a implementação.
7 Examinando os princípios da Orientação a Objetos Sistemas de software executam determinadas ações sobre objetos de certos tipos; para obter sistemas flexíveis e reutilizáveis, é melhor basear suas estruturas nos objetos que compões os mesmos do que em suas ações. "(Meyer página vi) Princípios OO afetam as seguintes questões: Complexidade Software Decomposição do Software Custos de Software
8 Examinando os princípios da Orientação a Objetos Sistemas complexos têm as seguintes características: Possuem estrutura hierárquica. A escolha de quais componentes são primitivos no sistema são arbitrárias. Um sistema pode ser dividido no relacionamento entre componentes. Os sistemas complexos são geralmente compostos por apenas alguns tipos de componentes em várias combinações. Um sistema complexo de sucesso invariavelmente evolui a partir de um sistema de trabalho simples.
9 Decomposição de Software No paradigma procedural, o software é decomposto na hierarquia de suas tarefas ou procedimentos.
10 Decomposição de Software No paradigma OO, o software é decomposto em uma hierarquia interativa de componentes.
11 Custos de software Desenvolvimento Princípios OO fornecem uma técnica natural para modelagem de entidades e processos de negócios a partir dos estágios iniciais do projeto. Processos e entidades de negócio são mais fáceis de se modelar em linguagens OO. Manutenção Facilidade de modificação, flexibilidade e adaptabilidade de software são importantes para manter o software funcionando por um longo tempo. Entidades e processos de negócios podem ser adaptados a novas exigências funcionais.
12 Custos de software
13 A arte de modelar Modelagem
14 Crise do Software
15 A boa notícia % dos projetos de software foram.... bem-sucedidos.... Standish Group, CHAOS Report, 2000
16 A Má Notícia % dos projetos de software falharam!... Standish Group, CHAOS Report, 2000
17 Necessidade da Engenharia de Sw B.C. by Johnny Hart Eu disse monotrilhos! Não disse!
18 Crise do software O problema Custos de desenvolvimento de sistemas aumentando Prazos de desenvolvimento de software tornando-se mais longos com custos de manutenção maiores Erros de software mais freqüentes, refletindo em custos de manutenção relacionados ao retrabalho Inflexibilidade dos processos estruturados de desenvolvimento Demanda de softwares cada vez maior Desenvolvimento de aplicativos/sistemas com alto custo e baixa qualidade Complexidade cada vez maior dos sistemas desenvolvidos
19 Crise do software Expectativas Software confiável, flexível e de fácil manutenção Maior velocidade no desenvolvimento de software, acarretando em diminuição dos custos e de tempo de chegada ao(s) cliente(s) Reusabilidade Diminuição do número de falhas nos aplicativos desenvolvidos, diminuindo os custos relacionados à manutenção
20 Metas da Engenharia de Software Facilidade de projetar e reutilizar código Aumento da confiabilidade Facilidade de compreensão do código Aumento da abstração: a POO permite que se analise o problema com um todo ignorando detalhes do mesmo Aumento do encapsulamento: agrupamento de todas as peças de um objeto dentro de um pacote limpo Aumento da ocultação de informações: ao utilizar um objeto podemos fazê-lo sem saber o que ocorre dentro do mesmo (caixa preta) Aumento da reusabilidade de código Diminuição dos custos e do tempo de desenvolvimento
21 Pequeno histórico Década de 60 Desenvolvedores construíam aplicações/sistemas pequenos e relativamente simples e os desenvolvedores não utilizavam métodos de desenvolvimento, a não ser a própria criatividade, gerando códigos de difícil entendimento e manutenção (utilizavam linguagens como Assembly, COBOL e FORTRAN).
22 Pequeno histórico Década de 70 Apareceu um método de desenvolvimento de software que utilizava as funções como blocos de construção (Al Constantine e Ed Yourdon) conhecido como Análise e Desenho Estruturado. Emprega Diagramas de Fluxo de Dados (DFD) para modelar o mundo real, oferecendo uma certa contribuição para a solução de diversas questões, mas apresentando o sério problema de ser elaborada tendo em vista apenas o lado procedural das atividades que estão sendo modeladas.
23 Pequeno histórico Década de 80 Peter Chen (desenvolvedor do Diagrama Entidade e Relacionamento) e Ed Codd (desenhista do Banco de Dados Relacional) forneceram aos desenvolvedores um novo meio de desenvolver software, Diagrama Entidade Relacionamento, utilizando como bloco de construção coleções de itens de dados, conhecidos como Entidades. Este método pareceu ser apropriado para o estabelecimento de uma nova Metodologia de Desenvolvimento de Software para aplicações empresariais, porque acreditava-se que os dados eram a parte mais estática de uma aplicação empresarial.
24 Pequeno histórico Orientação a Objetos A orientação a objetos tem sua origem nos anos 60 na Noruega, com Kristen Nygaard e Ole-Johan Dahl, no Centro Norueguês de Computação. Através da linguagem Simula 67, foram introduzidos os conceitos de classe e herança. A orientação a objetos foi mais bem conceituada no laboratório da Xerox, em Palo Alto, sendo refinada numa seqüência de protótipos da linguagem Smalltalk. O líder desse projeto foi Alan Curtis Kay, considerado um dos criadores do termo programação orientada a objetos.
25 Pequeno histórico Orientação a Objetos A orientação a objetos é um paradigma de análise, projeto e programação de sistemas de software baseado na composição e interação entre diversas unidades de software chamadas de objetos. Na qualidade de método de modelagem, é tida como a melhor estratégia para se eliminar o "gap semântico", dificuldade recorrente no processo de modelar o mundo real do domínio do problema em um conjunto de componentes de software que seja o mais fiel na sua representação deste domínio
26 Pequeno histórico Orientação a Objetos Na programação orientada a objetos, implementa-se um conjunto de classes que definem os objetos presentes no sistema de software. Cada classe determina o comportamento (definido nos métodos) e estados possíveis (atributos) de seus objetos, assim como o relacionamento com outros objetos. C++, C, VB.NET, Java, Object Pascal, Objective-C, Python, SuperCollider, Ruby e Smalltalk são exemplos de linguagens de programação orientadas a objetos.
27 Pequeno histórico Cobol e Orientação a Objetos No fim da década de 90 o Gartner Group estimou que dos 300 bilhões de linhas de código-fonte existentes no mundo, 80% - ou cerca de 240 bilhões de linhas - estavam em COBOL. Foi lançado o COBOL 2002, incluindo suporte para programação orientada a objetos e outras características das linguagens modernas. O COBOL2002 suporta conveniências modernas como Unicode, geração de XML e convenção de chamadas de/para linguagens como o C, inclusão como linguagem de primeira classe em ambientes de desenvolvimento como o.net da Microsoft e a capacidade de operar em ambientes fechados como Java (incluindo COBOL em instâncias de EJB) e acesso a qualquer base SQL. A migração não ocorre devido ao alto custo e ao risco deste processo.
28 Processos de Desenvolvimento de Sistemas
29 Cascata Requisitos Análise Tempo Design Implementação Testes Sistema completo
30 Características do método Cascata Processo tradicional Uma fase só iniciada quando a anterior estiver 100% completa O processo de desenvolvimento é realizado de uma só vez passando por todas as fases de desenvolvimento Cada fase deve estar completa, documentada antes de se mover para a fase seguinte Se problemas são detectados em fases futuras, é difícil de se retornar para fases anteriores É gasto muito tempo e esforço pela equipe para garantir que as fases estão sendo executadas com 100% de conformidades
31 Custo da descoberta do erro $ $ Custo de Reparo 0 $ $ $ $ Análise Projeto Codificação Teste de Unidade Teste de Aceitação Estágio em que o Erro é Descoberto Manutenção
32 Processos de desenvolvimento de sistemas RUP - Rational Unified Process Iteração 1 Iteração 2 Iteração 3 R D C R D C R D C * * * * * Sistema completo com módulos integrados T T T Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 R - Análise de requisitos D - Projeto C - Código, teste de unidade T - Integração Tempo
33 Processos de desenvolvimento de sistemas Procedimentos: Define-se quais funcionalidades serão implementadas em cada iteração Procura-se contemplar as de maior risco primeiro Possibilidade de entrega modular ao cliente
34 Características do processo RUP Grandes projetos são quebrados em vários mini-projetos que possuem seus próprios ciclos de vida Projetos são iterativos e incrementais Incremento Parte do processo de desenvolvimento destinado a contemplar um conjunto de Casos de Uso Iteração Processo executado para contemplar um incremento Cada incremento é construído a partir de resultados anteriores e atualiza e corrige entregas anteriores
35 Características do processo RUP Desenvolver software iterativamente Gerenciar os requisitos Usar arquitetura baseada em componentes Modelar visualmente o software Verificar continuamente a qualidade do software Controlar mudanças do software
36 Ciclo de vida Incremental e Iterativo de projetos Em todas as fases de construção devemos: Selecionar e analisar os Casos de Uso relevantes Criar o design utilizando a arquitetura selecionada Implementar o design dos componentes Verificar que os componentes atendem aos Casos de Uso Prosseguir para a próxima iteração quando a atual atender seus objetivos, caso contrário, rever decisões anteriores e tentar outras aproximações
37 Fase de Análise O que deve ser feito Requisitos Análise Design Implementação Testes Estabelecer uma visão clara do problema de negócio Verificar as tarefas que o sistema deve contemplar Entender o vocabulário do cliente Levantar os recursos existentes no cliente (plataforma,...) Verificar a melhor solução para o problema de negócio Definir tarefas
38 Fase de Design Como será feito Requisitos Análise Design Implementação Testes Resolver o problema de negócio Verificar elementos de suporte que farão o sistema funcionar Definir uma estratégia para implementação do sistema Produzir todas as especificações do sistema Produzir os casos de teste
39 Utilização do POO Metas da Engenharia de Software Aumento do encapsulamento: agrupamento de todas as peças de um objeto dentro de um pacote limpo Aumento da ocultação de informações: ao utilizar um objeto podemos fazê-lo sem saber o que ocorre dentro do mesmo (caixa preta) Aumento da reusabilidade de código Diminuição dos custos e do tempo de desenvolvimento
40 Paradigma Orientado a Objetos O foco do Paradigma Orientado a Objetos não está nos procedimentos do universo e sim nos objetos que existem nele Representa uma nova forma de descrever nossa visão (modelagem) da realidade
41 Conceitos básicos da Programação Orientada a Objetos
42 O que é um modelo? Modelo é um conceito abstrato de uma entidade ou de um sistema Diferentes vistas mostram um modelo de diferentes perspectivas
43 Características da Programação Orientada a Objetos Os seguintes descrevem características da programação orientada a objetos: Objetos Classes
44 Objetos São blocos de construção da programação orientada a objetos São entidades ou itens únicos Possuem identidade, dados e comportamento Podem ser simples ou complexos Podem ser reais ou imaginários Possuem atributos e operações São instâncias dinâmicas de classes Possui propriedades (atributos) e presta serviços (métodos) Podem ser composto por outros objetos Possui todos os atributos e métodos da classe
45 Classes Uma classe é a definição de um objeto Todos os objetos são instanciados ou criados de uma classe Pode ser vista como um template que representa propriedades e comportamentos comuns entre objetos similares Representa um conjunto de objetos que compartilham os mesmos atributos, operações e relacionamentos Definida pelos membros de dados e pelas funções membro
46 Utilização do POO Metas da Engenharia de Software Facilidade de projetar e reutilizar código Aumento da confiabilidade Facilidade de compreensão do código Aumento da abstração: a POO permite que se analise o problema com um todo ignorando detalhes do mesmo Aumento do encapsulamento: agrupamento de todas as peças de um objeto dentro de um pacote limpo Aumento da ocultação de informações: ao utilizar um objeto podemos fazê-lo sem saber o que ocorre dentro do mesmo (caixa preta) Aumento da reusabilidade de código Diminuição dos custos e do tempo de desenvolvimento
47 Conceitos básicos do POO O foco do Paradigma Orientado a Objetos não está nos procedimentos do universo e sim nos objetos que existem nele Representa uma nova forma de descrever nossa visão (modelagem) da realidade
48 Conceitos básicos do POO Objetos Objetos são considerados a chave para o entendimento do paradigma Orientado a Objetos e são modelados como objetos da vida real, possuindo estados e comportamentos.
49 Conceitos básicos do POO - Objetos Objetos encapsulam dados e funções. Nome Dados Métodos Atributos Operações identidade
50 Princípios da POO
51 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Principais aspectos Abstração Encapsulamento Associação Agregação Composição Herança Coesão e Acoplamento Polimorfismo
52 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Abstração Representa as propriedades dos objetos sem referência a detalhes de implementação
53 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Encapsulamento (Information Hiding) Acesso aos dados do objeto somente pelos métodos do objeto Objetos que utilizam objeto não têm acesso nem conhecimento dos dados do objeto acessado nem da forma como o serviço é provido pelos métodos
54 POO Relacionamento entre objetos Alguns objetos são componentes de outros objetos Alguns objetos são utilizados para unir outros objetos Alguns objetos utilizam serviços de outros objetos Classes podem herdar atributos e serviços de outras classes A interdependência entre objetos é conhecida como Relacionamento
55 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Associação Uma dependência entre dois ou mais objetos descreve uma associação Um objeto utiliza serviços de outro(s) objeto(s) nome da associação + papel 1 +papel 2 Classe * Classe 2 Exemplo: Vendedor Pedido 1 0..* Objeto vendedor envia mensagem de somar item de venda para o objeto Pedido de cliente.
56 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Associação tipo Uso Indica colaboração entre classes através do envio de mensagens (objeto vendedor envia mensagem de somar item de venda para o objeto compra de cliente). Associação Usuario Usa Secador
57 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Associação tipo Container Relacionamentos do tipo Container são úteis na redução do número de objetos que são visíveis em um sistema. Neste caso, em um sistema em que detalhes de objetos que compõe outro objeto não são necessários a este sistema, podemos encapsular todos os objetos que são parte daquele, dentro dele mesmo, e.g., detalhes dos objetos que compõem um motor não são relevantes para objeto carro. Nota: como exemplo, não utilize compra de um cliente como atributo de um objeto cliente e sim como um associação entre um objeto cliente e objetos da classe produto.
58 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Agregação Considera a possibilidade de objetos serem compostos por outros objetos Um objeto é composto por outros objetos mas continua sendo válido se os mesmos não estiverem presentes (Carro sem o rádio) Utiliza-se o diamante vazio no objeto composto por outros Agregação Carro Radio ArCondicionado... GPS
59 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Composição Construa objetos complexos a partir de objetos simples Considera a possibilidade de objetos serem compostos por outros objetos Um objeto é composto por outros objetos mas os mesmos são parte do todo (Lápis composto por madeira e grafite) O objeto-todo vive e morre com suas partes, acontecendo remoção em cascata Utiliza-se o diamante preenchido no objeto composto por outros Composição Conta 1 * ItemDaConta
60 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Abstração x Composição Considere a flexibilidade, a gestão, e o que é certo para o objeto. Se os objetos sempre precisam existir de forma independente, use associação.
61 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Relacionamento entre objetos Tempo de vida de um objeto Tempo de vida de um objeto é o intervalo de tempo entre sua criação e sua destruição. Na composição os objetos têm a mesma vida útil. Objetos associados têm sobreposição de vidas. Associação constante: um objeto não pode existir ou ser criado a menos que outro objeto esteja sempre associado a ele.
62 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Herança Permite criar novas Classes (sub-classes) a partir de classes já existentes A nova classe pode herdar as funções-membros e variáveis da classe básica (Super-classe) Herança Generalização SuperClasse Especialização SubClasse SubClasse
63 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos - Herança SuperClasse Pessoa -nome: String -dtnascimento: Date -localnascimento : String -sexo: char -endereco: String +solicitadadospessoa() +solicitaendereco() +retornaobjeto(): Pessoa +imprimedados() Nome da classe Membros de dados da classe Funções membro da classe SubClasse Funcionario -EmpresaOndeTtrabalha: String -dtadmissao: Date -cargo: String -numfuncional: String +solicitadadosfuncionario() +retornacargosalario(): String +retornadadosultimapromocao(): String +retornaobjeto(): Pessoa +imprimedados() +imprimedadospromocoesfunc() Cliente -clientedesde: Date -comoconheceuaempresa: String -comprasrealizadas: Collection +solicitadadoscliente() +retornacomprasrealizadas(): Collection +enviamensagemcliente() +retornaobjeto(): Pessoa +imprimedados() +imprimedadoscomprasrealizadas() Objetos João Pedro Giovana
64 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Coesão Garante que todos os detalhes escondidos pelo encapsulamento contribuem para a definição da abstração Acoplamento Relacionado a dependência entre objetos Acoplamento forte: A classe cliente é uma subclasse da classe de serviço Acoplamento fraco: A classe cliente referencia diretamente a classe que oferece o serviço Acoplamento fraco abstrato: A classe cliente referencia a classe de serviço através de sua interface Sem acoplamento: A classe cliente não faz referência aos serviços da outra classe Procure ter objetos com Acoplamento fraco abstrato
65 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Coesão Garante que todos os detalhes escondidos pelo encapsulamento contribuem para a definição da abstração Acoplamento Relacionado a dependência entre objetos Acoplamento forte: A classe cliente é uma subclasse da classe de serviço Acoplamento fraco: A classe cliente referencia diretamente a classe que oferece o serviço Acoplamento fraco abstrato: A classe cliente referencia a classe de serviço através de sua interface Sem acoplamento: A classe cliente não faz referência aos serviços da outra classe Procure ter objetos com Acoplamento fraco abstrato
66 Classes e objetos
67 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Overload de métodos O Overload de métodos ocorre quando temos métodos de mesmo nome mas que são diferenciados pela assinatura dos mesmos (quantidade/tipo de parâmetros recebidos e/ou tipo de retorno). Exemplo public void realizadeposito( double valordodeposito) public void realizadeposito()
68 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Override de métodos O Overrride de métodos ocorre quando temos na subclasse métodos com mesma assinatura de métodos da superclasse, que são sobrescritos na execução pelos objetos daquela. Exemplo
69 Exemplo de override em JAVA SuperClasse Menu public class Menu { //Construtor public Menu() { } } public String getmenu() { return ; }
70 Exemplo de override em JAVA SubClasses MenuAdministrador e MenuCiente public class MenuCliente extends Menu { public MenuCliente() { } public String getmenu() { return MenuCliente ; } } public class MenuAdministrador extends Menu{ public MenuAdministrador() { } public String getmenu() { return MenuAdministrador ; } }
71 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF A Gang of Four (GOF) ressalta 3 princípios de design orientados a objetos: Favoreça a composição (evite a herança) Programe para interfaces Faça o design da aplicação preparado para mudanças (requisitos de sistemas sempre mudam) GOF: Gamma, Helm, Johson, Vlissides
72 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF Programação para interfaces Programar para interfaces permite a troca de componentes sem necessidade de alterar o restante do código que utiliza serviços do componente substituído. Interface de um objeto é uma coleção de operações que ele disponibiliza e suas assinaturas (nome da operação, argumentos e seus tipos). Um objeto presta serviços utilizando interfaces. Ao modelar um sistema, o desenvolvedor pode pensar apenas nas interfaces de seus objetos, ou seja, na função de cada um deles, e no seu relacionamento com os outros. public interface Funcionario { public String getnome(); public String getendereco(); public double getsalario(); }
73 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF Programação para interfaces
74 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF Programação para interfaces Exemplo de caso Sintaxe de implementação de uma interface por uma classe. Uma empresa de desenvolvimento de softwares possui um sistema utilizando em controle de clínicas médicas de pequeno porte, utilizado apenas para cadastro e controle de pacientes da clínica, mantendo um histórico do cliente, bem como informações médicas importantes. Existe o interesse em se disponibilizar o mesmo para clínicas para pessoas e para animais domésticos.
75 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF Programação para interfaces Exemplo de caso Sintaxe de implementação de uma interface por uma classe. public interface Paciente { public String getnome(); public Historico gethistoricomedico(); public Ficha getinformacoescadastrais(); // etc. } public class Pessoa implements Paciente {... } public class Animal implements Paciente {... }
76 Princípios de Design Orientado a Objetos - GOF Programação para interfaces Exemplo de caso Sintaxe de implementação de uma interface por uma classe. Paciente p = new Pessoa(); Paciente a = new Animal(); public class Relatorios { //... public void imprimerelatorio(paciente p) { //... } //... }
77 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Acoplamento
78 Princípios do Paradigma Orientado a Objetos Polimorfismo Permite esconder ações diferentes em uma interface única Normalmente implementado através de herança Considerado como uma das características que definem a tecnologia Orientada a Objetos. Permite existir um mesmo nome de método para sub-classes diferentes Polimorfismo AplicacaoFinanceira Poupança RDB CDB
79 Exemplo de utilização de polimorfismo em JAVA //Declarando uma referência polimórfica Menu referenciapolimorfica; // Armazenando objeto da classe MenuCliente na Referência // polimórfica referenciapolimorfica = new MenuCliente(); referenciapolimorfica.getmenu(); // Armazenando objeto da classe MenuAdministrador na // Referência polimórfica referenciapolimorfica = new MenuAdministrador(); referenciapolimorfica.getmenu();
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