1. ניתוח מונחה-עצמים Object Oriented Analysis
אפיון מונחה עצמים
מבוא להנדסת תוכנה
ניתוח מונחה-עצמים Object Oriented Analysis
© , ד"ר עמיר תומר
מקורות:
S. R. Schach: Chapter 11
R. S. Pressman: Chapter 20
מבוא להנדסת תוכנה
© , ד"ר עמיר תומר

2. שיטות בהנדסת תוכנה - תוכנית הקורס
מבוא
מודלים של מחזור חיי תוכנה
הגדרת דרישות וניהולן
ניתוח קלאסי
ניתוח מונחה-עצמים
תכן
אימות ותקפות
© , ד"ר עמיר תומר
קידוד ובדיקות יחידה
מימוש ושילוב
אחזקה והנדסה מחדש
הבטחת איכות תוכנה
מבוא להנדסת תוכנה

3. מה עומד על הפרק? התבנית מונחית-העצמים (OO paradigm)
שפת הניתוח והתכן UML
ניתוח מונחה עצמים
מודל מקרי-שימוש (Use-Case)
המודל הסטטי: המחלקות החיצוניים
המודל הדינמי: מכונת המצבים החיצוניים (לתכן?)
המודל הניהולי: תרשים חבילות (לתכן?)
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

4. תבנית מונחית עצמים (Object Oriented paradigm) מושגי יסוד
ישות בדידה
גבולות וזיהוי מוגדרים
מכיל בתוכו (encapsulates) מצב והתנהגות
מצב = מבני נתונים - data members, attributes
התנהגות = פעולות / פונקציות - member functions, methods
מחלקה (class)
מתאר (descriptor) של קבוצת עצמים,בעלי מאפיינים משותפים:
תכונות
פעולות
יחסים
התנהגות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

5. תוכנה מבנית (structured) [קלאסית]
הפרדת המידע (data) מהפונקציונליות
ביצוע התכנית
“עץ” קריאות בין מודלים
כל מודול מבצע מניפולציות על המידע
תכנית מבנית (פונקציות/תהליכים)
מבני נתונים (מידע)
“קריאות”
תכנית
ראשית
D: מסמך (בעריכה)
© , ד"ר עמיר תומר
F: קובץ
תכנית
משנית
Open(F)
Save(D,F)
שגרה /
פונקציה
שגרה /
פונקציה
שגרה /
פונקציה
Open
Save
מבוא להנדסת תוכנה

6. תוכנה מונחית עצמים
המידע והפונקציונליות כמוסים (encapsulated) בתוך “עצמים”
ביצוע התכנית
העברת “הודעות” בין אובייקטים
“הודעות”
U : משתמש
...
שם עצם
מידע
פונקציות
“Save_Yourself”
שם עצם
מידע
פונקציות
D : מסמך
...
Save
© , ד"ר עמיר תומר
“Open_Yourself”
“Save_Me(D)”
שם עצם
מידע
פונקציות
שם עצם
מידע
פונקציות
F : קובץ
...
Open
Save
מבוא להנדסת תוכנה

7. UML = Unified Modeling Language
שפה (גרפית) לניתוח ולתכן מונחה עצמים (OOA&D)
J. Rumbaugh, I. Jacobson & G. Booch, The UML Reference Manual, Addison-Weseley, 1999
התפתחה תוך כדי מיזוג של מספר שיטות:
Grady Booch,
James Rumbaugh (OMT),
Ivar Jacobson (Objectory),
פיתוח השפה וכלי CASE בחברת Rational
1997: אומצה כתקן בפועל (ad-hoc standard) ע”י OMG
OMG = Object Management Group
מעין “ועדה ממליצה” בחסות 800 חברות וארגונים
OMG Unified Modeling Language Specification
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

8. UML - “מפת דרכים” דרישות מערכת ארכיטקטורת מערכת Use Case Model Class
שחקנים,
תרחישים,
אופני
פעולה
ישויות,
קשרים,
יחסים
Class
Diagram
מקרא:
מודל
סטטי
דינמי
ניהולי
Activity
Diagram
לוגיקה,
זרימה
Package
Diagram
“חבילות
עבודה”
State
Chart
התנהגות
Sequence
Diagram
פונקציונליות,
אינטראקציה
Component
Diagram
ארכיטקטורת
התוכנה
© , ד"ר עמיר תומר
פריסת
התוכנה
על גבי
החומרה
Deployment
Diagram
מבוא להנדסת תוכנה

9. ב- 2.0 ישנם 6 דיאגרמות מבניות
גרסאות ל- UML : על 1.5 ו-2.0
ב- 2.0 ישנם 6 דיאגרמות מבניות
Class, Object, Component, Composite Structure, Package, Deployment
ב-2.0 ישנם 3 דיאגרמות התנהגות
Use Case, Activity, StateMachine
ב2.0 ישנם 4 דיאגרמות קישור (Interaction)
Sequence, Communication, Timing, Interaction Overview
ב-2.0 ישנו קינון (Nesting) וקישור משופר בין הדיאגרמות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

10. ניתוח מונחה עצמים וארכיטקטורה
מודל מקרי-שימוש (Use-Case Model)
“שחקנים”
מקרי-שימוש (use cases)
תרחישים
תרשים מקרי-שימוש (use-case diagram)
המודל הסטטי (Static Model)
מחלקות
קשרים
תלויות
תרשים מחלקות (class diagram)
המודל הדינמי (Dynamic Model): בד"כ יותר מאוחר, בתכן
מצבים
מעברים
תרשימי מצבים (state-chart diagrams)
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

11. דוגמה לניתוח מונחה עצמים: מעלית
רשימת הדרישות
המערכת מבקרת n מעליות המשרתות m קומות
בכל מעלית יש m כפתורים - אחד לכל קומה
עם הלחיצה על כפתור-מעלית
הכפתור מואר
המעלית מגיעה לקומה המבוקשת
הדלתות נפתחות והכפתור כבה
בכל קומה, פרט לראשונה ולאחרונה, יש שני כפתורים (לעליה ולירידה)
עם לחיצה על כפתור-קומה
כאשר מעלית מגיעה לקומה המבוקשת - הדלתות נפתחות והכפתור כבה
לאחר השהיה נסגרות הדלתות והמעלית ממשיכה בכיוון המבוקש (אם ישנן בקשות קיימות)
כאשר אין בקשות למעלית, היא חונה בקומה הנוכחית כשדלתותיה סגורות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

12. היכן נמצאים האובייקטים? היכן נמצאות הפונקציות?
המערכת מבקרת n מעליות המשרתות m קומות
בכל מעלית יש m כפתורים - אחד לכל קומה
עם הלחיצה על כפתור-מעלית
הכפתור מואר
המעלית מגיעה לקומה המבוקשת
הדלתות נפתחות והכפתור כבה
בכל קומה, פרט לראשונה ולאחרונה, יש שני כפתורים (לעליה ולירידה)
עם לחיצה על כפתור-קומה
כאשר מעלית מגיעה לקומה המבוקשת - הדלתות נפתחות והכפתור כבה
לאחר השהיה נסגרות הדלתות והמעלית ממשיכה בכיוון המבוקש (אם ישנן בקשות קיימות)
כאשר אין בקשות למעלית, היא חונה בקומה הנוכחית כשדלתותיה סגורות
שמות עצם עשויים לציין אובייקטים
פעלים עשויים לציין פונקציות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

13. UML - Use-Case Model דרישות מערכת ארכיטקטורת מערכת אתה נמצא כאן
מקרא:
מודל
סטטי
דינמי
ניהולי
שחקנים,
תרחישים,
אופני
פעולה
ישויות,
קשרים,
יחסים
Use Case
Model
Class
Diagram
“חבילות
עבודה”
Package
Diagram
© , ד"ר עמיר תומר
Activity
Diagram
לוגיקה,
זרימה
State
Chart
פריסת
התוכנה
על גבי
החומרה
התנהגות
ארכיטקטורת
התוכנה
פונקציונליות,
אינטראקציה
Sequence
Diagram
Component
Diagram
Deployment
Diagram
מבוא להנדסת תוכנה

14. תרשים מקרי שימוש (Use-Case Diagram)
שחקנים (Actors)
תפקיד שממלא משתמש כלשהו במערכת
משתמש אחד יכול למלא תפקידים שונים
כותב
מאייר
עורך
שחקן לא חייב להיות אנושי
חיישן
בקר
מקרי שימוש (Use Cases)
אופני ההפעלה של המערכת
אינטראקציה בין המערכת לבין שחקניה
תרחישים (scenarios) חיצוניים
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

15. מופעל עם הלחיצה על כפתור במעלית מופעל עם הלחיצה על כפתור בקומה
אפיון מונחה עצמים
מבוא להנדסת תוכנה
מעלית - UCD
System Boundaries
תרחיש נסיעה במעלית.
מופעל עם הלחיצה על כפתור במעלית
Elevator
ride the elevator
User
call the elevator
© , ד"ר עמיר תומר
תרחיש קריאה למעלית.
מופעל עם הלחיצה על כפתור בקומה
מבוא להנדסת תוכנה
© , ד"ר עמיר תומר

16. קשרים בין Use Cases Extend Include
UC אחד מרחיב UC אחר ע"י תוספת של התנהגות
ניתן להגדיר את "נקודת ההסתעפות" (Extension Point)
Include
UC אחד כולל בתוכו את ההתנהגות של UC אחר
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

17. מעלית - UCD מורחב Elevator Technician User Fire Brigade repair &
test
<<include>>
ride
User
<< include >>
מפעיל קריאה / נסיעה כחלק מתהליך הבדיקה
Fire
Brigade
<<extend>>
call
© , ד"ר עמיר תומר
rescue
<<extend>>
מפעיל קריאה / נסיעה באופנים נוספים
תוך שימוש במפתח מיוחד
מבוא להנדסת תוכנה

18. ה-UC אמורים לשרת גם את האינטרסים שלהם!
נועד למילוי משימה שתשרת שחקן אחד לפחות
רשימת השחקנים ותפקידיהם
"המערכת" איננה שחקן!
תנאים מקדימים (pre-conditions)
מה צריך להתקיים כדי שה-UC יוכל להתבצע כהלכה
תנאים לאחר מעשה (post-conditions)
מה השתנה לאחר סיום (מוצלח!) של ה-UC
תרחיש הצלחה ראשי (MSS = Main Success Scenario)
האינטראקציה העיקרית בין השחקנים לבין "המערכת" שתביא לקיום התנאים לאחר-מעשה [ללכת בתל"מ]
הסתעפויות (branches)
חלופה (alternative) ["אלתר נתיב"]
השגת התל"מ באופן שונה
חריגה (exception)
מסלול שיביא לסיום ה-UC מבלי שיתקיימו התל"מ
קיימים גם "בעלי עניין"
(stakeholders)
ה-UC אמורים לשרת גם את האינטרסים שלהם!
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

19. “ride” use-case שחקנים (Actors) תנאים מקדימים (pre-conditions)
משתמש (נוסע)
תנאים מקדימים (pre-conditions)
המשתמש נמצא בתוך המעלית והמעלית "בכיוון" עלייה
תנאים לאחר-מעשה (post-conditions)
המעלית הגיעה לקומה המבוקשת
הנוסע יכול לצאת מהמעלית
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

20. (המשך) “ride” use-case
תרחיש הצלחה ראשי - MSS
המשתמש לוחץ על כפתור המעלית של הקומה המבוקשת
כפתור הקומה נדלק
דלתות המעלית נסגרות
המעלית עולה לקומה המבוקשת
המעלית נעצרת
הדלתות נפתחות
כפתור הקומה כבה
(אם הגיע לקומה המבוקשת - המשתמש יוצא מהמעלית)
לאחר השהיה נסגרות הדלתות
הסתעפויות
חלופה: הקומה המבוקשת נמצאת מתחת לקומה הנוכחית
4א – המעלית עולה לקומה העליונה ביותר שהתבקשה
4ב – המעלית יורדת לקומה המבוקשת
חלופה: "מעלית שבת"
1 – בטל.
4-9 – חוזר בכל קומה בדרך
חריגה: עצירת חירום (יזומה ע"י המשתמש)
6-9 – בטלים
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

21. UML - Class Diagram דרישות מערכת ארכיטקטורת מערכת אתה נמצא כאן
מקרא:
מודל
סטטי
דינמי
ניהולי
שחקנים,
תרחישים,
אופני
פעולה
ישויות,
קשרים,
יחסים
Use Case
Model
Class
Diagram
“חבילות
עבודה”
Package
Diagram
© , ד"ר עמיר תומר
Activity
Diagram
לוגיקה,
זרימה
State
Chart
פריסת
התוכנה
על גבי
החומרה
התנהגות
ארכיטקטורת
התוכנה
פונקציונליות,
אינטראקציה
Sequence
Diagram
Component
Diagram
Deployment
Diagram
מבוא להנדסת תוכנה

22. תרשים מחלקות (Class Diagram)
מזהה (identifier)
מאפיינים (attributes)
ממומשים באמצעות מבני נתונים
פעולות (operations)
ממומשות באמצעות שגרות / פונקציות
זיקה (association) בין מחלקות
סוג הזיקה (ירושה, הכלה, ...)
תפקיד (role)
ריבוי (multiplicity)
מזהה
מאפיינים
פעולות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

23. מעלית - תרשים מחלקות (גרסה ראשונה)
Button
illuminated: Boolean
ירושה
inheritance
Elevator Button
Floor Button
communicates
with 1 m
communicates
with
2m - 2 n
© , ד"ר עמיר תומר
Elevator
doors_open: Boolean
זיקה
association
מבוא להנדסת תוכנה

24. מעלית - תרשים מחלקות (גרסה מתקדמת)
Button
illuminated: Boolean
Elevator Button
Floor Button mn
2m - 2
controls
controls 1 1
Elevator Controller
© , ד"ר עמיר תומר 1 1
controls
controls n n
Elevator
Elevator Doors
doors_open: Boolean
מבוא להנדסת תוכנה

25. זיקה - association “הכרות” בין עצמים ממחלקות שונות
סוגים מיוחדים של זיקה
ירושה, הכללה (inheritance, generalization)
הגדרת מחלקה על בסיס מחלקה אחרת
הכלה, הקבצה (aggregation)
עצם ממחלקה כלשהי “מכיל” עצמים ממחלקה אחרת
זוג סדור של שתי מחלקות
עצם ממחלקה B "מכיר" עצם ממחלקה A
מאפייני הזיקה
שם (name)
סדר (ordering)
האם הזיקה היא מ-A ל-B, או להיפך?
תפקיד (role)
מה תפקידו של כל אחד מהעצמים בקשר
ריבוי (multiplicity)
האם הזיקה קיימת תמיד?
האם ההכרות היא עם יותר מעצם אחד?
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

26. דוגמאות לזיקה name multiplicity Person Insurance Contract Insurance
policy
holder
Person
1..*
0..*
has
refers to
Insurance
Contract
0..1 1
refers to
Insurance
Policy
is expressed in a
married to
husband
wife
has
0..* 1
refers to
role
© , ד"ר עמיר תומר
insurer
Insurance
Company
זיקה עצמית
self association
מבוא להנדסת תוכנה

27. מחלקת זיקה (association class)
לפעמים לזיקה עצמה ניתן לתת מעמד של מחלקה
Company
Person *
0..*
employee
employer
association class
association part
visual tie
class part
© , ד"ר עמיר תומר
Job
salary
boss
worker
0..1 *
מבוא להנדסת תוכנה

28. ירושה (inheritance) מחלקה B יורשת את מחלקה A: “B is-a A”
B היא תת-מחלקה (sub-class) של A
מינוח לא מוצלח, כי ב’ מכילה יותר מאשר א’
B היא הכללה (generalization) של A
דוגמאות לירושה:
דוגמה רעה: ריבוע יורש מלבן
דוגמה טובה: ריבוע ומלבן יורשים מרובע A
מאפיינים
פעולות B
מאפיינים
פעולות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

29. הקבצה (aggregation) כל עצם ממחלקה B מכיל עצם (עצמים) ממחלקה A
“A is-part-of B”
שני סוגי הקבצה:
ל-A יש קיום גם ללא B
שמות נוספים:
logical aggregation
shared aggregation
קיומו של A תלוי בקיומו של B
physical aggregation
non-shared aggregation
composition B A
© , ד"ר עמיר תומר B A
מבוא להנדסת תוכנה

30. דוגמאות להקבצה {ordered} 3..* 1 Point Polygon Circle radius * 1 * 1
הקבצה פיסית (composition)
למעגל יש נקודה אחת (מרכז)
נקודת המרכז משוייכת אך ורק עם מעגל זה
קיומה של נקודת המרכז מותנה בקיומו של המעגל
Polygon
Circle
radius * 1 * 1
© , ד"ר עמיר תומר
הקבצה לוגית (aggregation)
לפוליגון יש סגנון
סגנון יכול להיות משותף למספר פוליגונים
הסגנון הוא ישות עצמאית, וקיומו אינו מותנה בקיום פוליגון
Style
color
isFilled
כיוון (navigation)
המעגל “מכיר” את הסגנון
הפוליגון “מכיר” את הסגנון
הסגנון אינו נדרש להכיר את העצמים המפנים אליו...
מבוא להנדסת תוכנה

31. לקראת פורמליות סיווג הדרישות ורישומן כטענות לוגיות
תיאור של מצב המערכת והפעולות
תיאור של היחסים בין הפעולות
חלוקה לתכונות ביטחון ותכונות חיות
שימוש בלוגיקה טמפורלית
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

32. סוגי דרישות שמורה גלובלית (global invariant)
Update ו-Reboot אינם בחפיפה
דרישות קדם לפעולות (preconditions)
לפני Remove המבנה אינו ריק
דרישות על ההשפעה\התוצאה של פעולות (postconditions)
Double(x) יחזיר 2x וגם יוציא את x מאוסף המפתחות
דרישות התקדמות—מה חייב לקרות: חיות
לכל בקשה (query) תהיה התיחסות (reply)
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

33. מפרטים פורמליים לוגיקה + מילות מפתח pre , post , inv
Z: שימוש בתורת הקבוצות לתיאור המצב והפעולות
ניהול מערכת הקבצים של Unix , מרכזת טלפונים
LOTOS: לתיאור מערכות תקשורת דרך תהליכים
לוגיקה טמפורלית:
תמיד P = P always P =
בסופו של דבר P = P eventually P =
אינסוף פעמים P =   P
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

34. עד כאן: המפרט, ניתוח וארכיטקטורה
בתכן, נרחיב מחלקות ונוסיף מחלקות חדשות
יש נוהלי פיתוח עם מפרט מורחב
תרשימי מצב, למצבים החיצוניים
פירוט ה use-case לדיאגרמת פעילויות (activity diagram)
חלוקה ניהולי לחבילות (בהמשך)
ניתן ורצוי לשלב שמורות ותנאים
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

35. UML - Package Diagram דרישות מערכת ארכיטקטורת מערכת אתה נמצא כאן
מקרא:
מודל
סטטי
דינמי
ניהולי
שחקנים,
תרחישים,
אופני
פעולה
ישויות,
קשרים,
יחסים
אתה
נמצא
כאן
Use Case
Model
Class
Diagram
“חבילות
עבודה”
Package
Diagram
© , ד"ר עמיר תומר
Activity
Diagram
לוגיקה,
זרימה
State
Chart
פריסת
התוכנה
על גבי
החומרה
התנהגות
ארכיטקטורת
התוכנה
פונקציונליות,
אינטראקציה
Sequence
Diagram
Component
Diagram
Deployment
Diagram
מבוא להנדסת תוכנה

36. המודל הניהולי חבילה/מארז = אוסף של ישויות מאותו סוג
Use Cases
Classes
Packages
תלות (dependency) בין חבילות
אלמנטים ממחלקה אחת נדרשים "להכיר" אלמנטים ממחלקה אחרת
יש לוודא שהתלות בין החבילות איננה מעגלית
מפריע לייצוב הפיתוח
תרשים חבילות (package diagram)
אוסף של חבילות והתלויות שביניהן
מהי תלות?
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

37. תלות - dependency יחס (relationship) בין שתי ישויות
ישות עצמאית
ישות תלויה
שינוי כלשהו בישות העצמאית עלול להשפיע על הישות התלויה
תלות יכולה להתקיים גם בין ישויות שאין ביניהן זיקה (association) כלשהי
לדוגמה: עצם ממחלקה כלשהי מועבר כפרמטר לפונקציה של מחלקה אחרת
כיוון התלות לא בהכרח זהה לכיוון הזיקה
Building
Theater
Seat
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

38. תרשים חבילות (package diagram) - דוגמה
Presentation
Layer
GUI Library
Order Capture
User I/F
Mailing List
User I/F
Application
Layer
Order Capture
Application
Mailing List
Application
© , ד"ר עמיר תומר
Data
Layer
Orders
Customers
מבוא להנדסת תוכנה

39. אז מה היה לנו...? התבנית מונחית-העצמים (OO paradigm)
שפת הניתוח והתכן UML
ניתוח מונחה עצמים
מודל מקרי-השימוש (Use-Case)
המודל הסטטי: מודל המחלקות
המודל הניהולי: תרשים חבילות
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה

40. וכעת נעבור ל...
תכן
© , ד"ר עמיר תומר
מבוא להנדסת תוכנה