Связь объектов с базой данных
В объектно-ориентированном проектировании мы имеем дело с множествами взаимосвязанных объектов. Каждый объект может рассматриваться как переменная или константа структурного типа (при таком рассмотрении методы, описываемые в объекте, трактуются как адреса функций, которые разрешено применять к этому объекту). Следовательно, множество объектов – это множество взаимосвязанных данных, т.е. нечто, очень похожее на базу данных. Поэтому применение понятий баз данных часто оказывается полезным при объектно-ориентированном анализе и объектно-ориентированном проектировании прикладных программных систем. Рассмотрим на примерах некоторые особенности применения указанных понятий.
Метаданные
Метаданными называются данные, описывающие другие данные. Например, определение класса – это метаданные, так как класс описывает другие данные – объекты этого класса. Модели являются метаданными, так как они описывают моделируемые объекты. Ещё одним примером метаданных является абстрактный класс (раздел 2.1.9). Определение абстрактного и конкретного классов может быть представлено с помощью объектной модели, изображённой на рисунке 2.25.
Класс описывает множество объектов – экземпляров этого класса. Объекты данного класса порождаются по описанию класса с помощью процесса, называемого тиражированием. Процесс тиражирования можно распространить и на другие случаи порождения экземпляров объектов по образцам. Рассмотрим, например, модели автомобилей, выпускаемых различными производителями. Класс модель автомобиля имеет свои атрибуты (как, например, имя модели, год выпуска, базовая цена) и зависимости (в частности, этот класс связан зависимостью с классом фирма).
Рис. 2.25. Объектная модель,
определяющая абстрактный и конкретный классы
Но каждая модель автомобиля может рассматриваться как метакласс, описывающий множество автомобилей, принадлежащих конкретным людям – их владельцам. Каждый класс автомобиль получает атрибуты от своего метакласса, но может иметь и собственные атрибуты (как, например, серийный номер, цвет, комплектация). При этом гораздо удобнее и экономнее получать различные классы автомобиль тиражированием метакласса модель автомобиля (схематически этот процесс тиражирования представлен на рис. 2.26). Тиражирование изображается пунктирной стрелкой.
Рис. 2.26. Тиражирование метакласса
Использование возможных ключей
Возможным ключом (этот термин чаще употребляется в базах данных) называется минимальный набор атрибутов, который однозначно идентифицирует объект или связь. Связь – это экземпляр зависимости: каждая зависимость между классами порождает связи между объектами этих классов. Возможный ключ является минимальным набором атрибутов в том смысле, что если убрать из него хотя бы один из атрибутов, он уже не будет иметь различные значения для всех объектов или связей. Класс или зависимость могут иметь один или несколько возможных ключей, каждый из которых может представлять собой одну из комбинаций некоторого числа атрибутов. Одним из возможных ключей для любого класса всегда является идентификатор объекта. Одна или более комбинаций зависимых объектов являются возможными ключами для зависимости.
На рисунке 2.27 показаны возможные ключи для различных бинарных зависимостей. Связь возможных ключей с кратностью зависимостей очевидна и в комментариях не нуждается.
Рис. 2.27. Возможные ключи бинарных зависимостей
На рисунке 2.28 рассмотрены две тренарные зависимости. Первая из них определяется таблицей:
| Проект | Исполнитель | Язык |
| САПР радиосхем | Иванов | Ada |
| ПО АСУ | Петров | C |
| Компилятор C++ | Сидоров | C |
| САПР радиосхем | Кузнецов | Fortran |
| САПР радиосхем | Сидоров | Ada |
| САПР радиосхем | Сидоров | C |
Рис. 2.28. Возможные ключи тренарных зависимостей
Легко видеть, что ни какой-либо из столбцов зависимости, ни какая-либо комбинация из двух столбцов не определяют однозначно строки таблицы. Следовательно, единственным возможным ключом является тройка (проект, исполнитель, язык).
Вторая зависимость определяется таблицей:
| Студент | Профессор | Университет |
| Белова | Лавров | МГУ |
| Белова | Шапиро | МГТУ |
| Чернова | Лавров | МГТУ |
| Чернова | Лавров | МГУ |
| Халецкий | Уилкинсон | Оксфорд |
Студент может посещать более одного университета, профессор может преподавать более чем в одном университете. В каждом университете студент должен иметь одного научного руководителя.
Легко видеть, что ни один из столбцов не может быть возможным ключом. Рассмотрим различные пары столбцов: (студент, профессор), (студент, университет), (профессор, университет). Отметим, что пары (студент, профессор) и (профессор, университет) не могут быть возможными ключами: значения (Чернова, Лавров) и (Лавров, МГУ) встречаются дважды. Что касается пары (студент, университет), то она может быть возможным ключом. Тройка (студент, профессор, университет) не является возможным ключом, так как это не минимальный набор атрибутов.
Ограничения
Ограничения – это функциональные зависимости между сущностями объектной модели. Под термином сущности подразумеваются объекты, классы, атрибуты, связи и зависимости. Ограничение сокращает количество возможных значений, которые может принимать некоторая сущность.
|
|
|
Рис. 2.29. Ограничения на объекты
На рисунке 2.29(а, в) представлены ограничения, накладываемые на объекты:
(а) зарплата служащего не может превышать зарплаты его начальника (ограничение на значения одного атрибута разных объектов);
(б) никакое окно (на экране дисплея) не может иметь отношение длины к ширине, не лежащее в интервале от 0,8 до 1,5 (ограничение на значения разных атрибутов одного объекта);
(в) возраст человека не может убывать (ограничение на изменение значения атрибута во времени).
Ограничения указываются в фигурных скобках под изображением соответствующего класса на объектной диаграмме (они относятся ко всем объектам этого класса). Обычно ограничения могут быть выражены в виде логических функций (предикатов), которые и представляют их в программе. Ограничения дают один из критериев качества объектной модели: «хорошая» объектная модель обычно содержит много ограничений.
Ограничения на зависимости сокращают количество объектов, связанных с данным объектом (соответствующие обозначения уже рассматривались нами ранее). На рисунке 2.30 показан пример другого рода ограничений: показано, что множество объектов на одном из концов зависимости является упорядоченным.
Рис. 2.30. Ограничения на связи
На рисунке 2.31 приведён пример общих ограничений на зависимости: указано, что зависимость является председателем между объектами человек и комиссия есть подмножество зависимости является членом. Общие ограничения выражаются, как правило, с помощью уравнений. На диаграммах они обозначаются пунктирными стрелками с комментариями в фигурных скобках.
Рис. 2.31. Общее ограничение между зависимостями
Производные объекты, связи и атрибуты
Производный объект определяется как функция от одного или нескольких объектов. Он полностью определяется этими объектами. Следовательно, производный объект избыточен, но он может быть включён в объектную модель для облегчения её понимания. Аналогичным образом можно определить производные связи и производные атрибуты. Все производные сущности помечаются косой чертой («/»).
На рисунке 2.32 показан производный атрибут возраст класса человек, возраст определяется как разность значений объекта текущая дата (соответствующий класс также показан на рисунке) и атрибута дата рождения объекта класса человек.
Рис. 2.32. Производный атрибут
На рисунке 2.33 показано, что объект класса машина состоит из нескольких объектов класса узел, каждый из которых может состоять из объектов класса деталь. Каждый узел характеризуется смещением в системе координат, связанной с машиной, а каждая деталь характеризуется смещением в системе координат, связанной с узлом.
Рис. 2.33. Производный объект и производная зависимость
Для удобства можно для каждого объекта деталь определить систему координат, в которой координаты вычисляются с помощью координат объекта машина, смещения объекта узел и смещения объекта деталь. Эта система координат может быть представлена в производном классе смещение, который связан с каждым объектом деталь производной зависимостью чистое смещение. Поскольку в реальном мире наблюдается большая избыточность, в объектные модели удобно вводить большое количество производных сущностей.
Гомоморфизмы
Гомоморфизм – это отображение между двумя зависимостями (как показано на рис. 2.34). Например, деталь, описанная в каталоге деталей автомобиля, может содержать в себе другие детали (составная деталь), также описанные в этом каталоге. Каждая позиция каталога снабжена номером модели; каждая деталь характеризуется своим серийным номером, причём каждая составная деталь содержит в себе соответствующие детали, также имеющие свои серийные номера.
На рисунке 2.34 показаны классы, соответствующие физическим деталям (класс деталь) и их описаниям в каталоге (класс модель детали), а также зависимости между такими классами (поскольку речь идет о сложных деталях, эти зависимости являются агрегациями зависимости содержит). На рисунке показано отображение диаграмм объектных моделей, соответствующих физическим деталям, в диаграмму объектной модели, соответствующей каталогу. При этом следует иметь в виду, что поскольку разным физическим деталям одного вида (номенклатуры) соответствует одно описание в каталоге, рассматриваемое отображение как бы «склеивает» все диаграммы объектных моделей, соответствующих физическим деталям, в одну диаграмму объектной модели, соответствующей каталогу. Описанное отображение есть один из наиболее типичных примеров гомоморфизма.
Рис. 2.34. Пример гомоморфизма
Общий случай гомоморфизма показан на рисунке 2.35. Гомоморфизм отображает связи, определяемые зависимостью u, в связи, определяемые зависимостью t, являясь отображением типа «много-в-один». Гоморфизмы обычно используются при изучении связей между метаобъектами и порождаемыми ими объектами (описание детали в каталоге может рассматриваться как метадеталь).
Рис. 2.35. Общий случай гомоморфизма