Modelagem de Sistemas Alcides Calsavara.

Apresentação em tema: "Modelagem de Sistemas Alcides Calsavara."— Transcrição da apresentação:

1 Modelagem de Sistemas Alcides Calsavara

2 Sumário Alcides Calsavara

3 Engenharia de Software
Abstração: conceitos, construtos, métodos etc. Base matemática: raciocínio rigoroso sobre objetos e estruturas puramente abstratas. O processo mental que atualmente usamos em matemática deve ter sido adqüirido – e passado a ser usado – bem antes dos Sumérios introduzirem os números abstratos, algo entre e anos atrás. Alcides Calsavara

4 Realidade e Software Percepção da Realidade observador implementador
Sistema de Software Alcides Calsavara

5 Modelagem e Formalização
Percepção da Realidade observador Modelos formalizador implementador Sistema de Software Alcides Calsavara

6 Refinamento de Modelos
Percepção da Realidade observador Modelo 1 ... formalizador Modelo n-1 implementador Sistema de Software Alcides Calsavara

7 Refinamento de Modelos
Percepção da Realidade ( Modelo 0 ) observador Modelo 1 ... formalizador Modelo n-1 implementador Sistema de Software ( Modelo n ) Alcides Calsavara

8 Refinamento de Modelos
Conceitual Percepção da Realidade ( Modelo 0 ) observador Modelo 1 ... formalizador Modelo n-1 implementador Sistema de Software ( Modelo n ) Físico Alcides Calsavara

9 Percepção da Realidade
A percepção da realidade por um observador depende da sua interpretação dos fatos. O formalizador constrói um modelo de acordo com a sua percepção da percepção da realidade do observador. O formalizador passa a ter a sua própria percepção da realidade. Alcides Calsavara

10 Mutabilidade A realidade muda. A percepção da realidade muda.
A percepção da percepção da realidade muda. Os recursos de software mudam. Conceitos Linguagens Métodos Ferramentas Plataformas Alcides Calsavara

11 Orientação a Objetos Paradigma dominante para implementação.
Paradigma promissor para modelagem conceitual. Derivado da noção de tipo abstrato de dados: conceito algébrico que se aplica a objetos matemáticos. Mapeamento: objetos da realidade para objetos matemáticos. Alcides Calsavara

12 Sistema Orientado a Objetos
Um sistema orientado a objetos é uma coleção de objetos (de software) que interagem entre si. Um objeto interage com outro através de uma mensagem que causa um estímulo. Alcides Calsavara

13 Interação entre Objetos
Alcides Calsavara

14 Ativação de Objetos Um estímulo ativa um objeto: causa a execução de um método (ou operação). Um estímulo pode ser: uma invocação explícita de um método um evento relevante para o objeto Alcides Calsavara

15 Execução de Métodos invocação evento e m m m Alcides Calsavara

16 Objeto Comportamento Estado : conjunto de métodos
forma como reage a estímulos Estado : conjunto de valores de atributos modifica-se de acordo com o comportamento Alcides Calsavara

17 Comportamento e Estado
Alcides Calsavara

18 Métodos e Atributos Alcides Calsavara

19 Encapsulamento Os atributos de um objeto somente são acessíveis a partir dos seus próprios métodos. Separação dos aspectos externos de um objeto dos seus detalhes internos de implementação. Alcides Calsavara

20 Interface A interface de um objeto é o conjunto de métodos que podem ser explicitamente invocados a partir de outros objetos. Alcides Calsavara

21 Classe Descrição de um conjunto de objetos: as instâncias da classe.
Especifica o comportamento (métodos) e a estrutura do estado (atributos) das suas instâncias. Alcides Calsavara

22 Estrutura de uma Classe
Uma classe contém um conjunto de atributos e um conjunto de métodos os atributos devem ter nomes distintos os métodos devem ter assinaturas distintas Cada objeto possui um conjunto próprio de valores dos atributos e o conjunto de métodos da sua classe. Alcides Calsavara

23 Classes e Objetos Classe A Classe B Alcides Calsavara

24 Classe e Tipo Implementação de um tipo abstrato de dados.
Os atributos definidos em uma classe somente são acessíveis a partir dos métodos definidos na mesma classe. Alcides Calsavara

25 Tipos Primitivos: Classes: números inteiros números reais
valores lógicos (verdadeiro ou falso) caracteres Classes: atributos métodos Alcides Calsavara

26 Tipo Parametrizado Um tipo pode receber como parâmetro uma lista de tipos. Exemplos: pilha de inteiros pilha de reais pilha de pessoas ... Alcides Calsavara

27 Método Cada método possui uma assinatura, um tipo de retorno (primitivo ou classe) e uma implementação. A assinatura de um método é composta por um nome e uma lista de parâmetros. Cada parâmetro tem um nome e um tipo (primitivo ou classe). Alcides Calsavara

28 Atributo A especificação de um atributo em uma classe consiste em um nome e um tipo (primitivo ou classe). O valor de um certo atributo (em cada instância) deve ser compatível com o tipo especificado (na correspondente classe). Alcides Calsavara

29 Atributos em Classes e Objetos
Classe A b : lógico z : inteiro b = V z = 0 b = V z = 7 b = F z = -3 Alcides Calsavara

30 Associação entre Objetos
Classe Automóvel placa : texto proprietário : Pessoa Possuído-por Classe Pessoa nome : texto placa = ABC 1234 nome = João proprietário Alcides Calsavara

31 Composição de Objetos Classe Automóvel Classe Motor placa : texto
motor : Motor Classe Motor potência : real Contém placa = ABC 1234 potência = 2,0 Alcides Calsavara

32 Construção de Objetos Toda classe define um ou mais métodos específicos para a criação (iniciação) de novos objetos, normalmente denominados construtores da classe. Toda vez que um novo objeto é criado, um construtor da correspondente classe deve ser selecionado para execução. Alcides Calsavara

33 Tipos de Dados Abstratos (ADT)
Um ADT é um modelo matemático para descrição de um tipo independente de sua representação física. Um tipo é uma coleção de objetos caracterizados através de funções, axiomas e pré-condições. Um objeto que pertence ao conjunto de objetos descritos por um ADT é dito ser uma instância do ADT. Alcides Calsavara

34 Exemplo de ADT Pilha (Stack)
Opções de representação: array listas ... Questão básica: Como definir formalmente uma pilha de forma independente de sua representação? Alcides Calsavara

35 Exemplo de ADT Primeira Parte: Tipos
Especificação ADT para pilhas TYPES STACK [G] Alcides Calsavara

36 Exemplo de ADT Segunda Parte: Funções
FUNCTIONS put: STACK[G] X G --> STACK[G] remove: STACK[G] -/-> STACK[G] item: STACK[G] -/-> G empty: STACK[G] --> BOOLEAN new: STACK[G] Alcides Calsavara

37 Exemplo de ADT Terceira Parte: Axiomas
AXIOMS Para todo x : G, s : STACK[G] A1 - item ( put ( s, x ) ) = x A2 - remove ( put ( s, x ) ) = s A3 - empty ( new ) A4 - not empty ( put ( s, x ) ) Alcides Calsavara

38 Exemplo de ADT Quarta Parte: Pré-condições
PRECONDITIONS remove ( s : STACK[G] ) require not empty(s) item ( s : STACK[G] ) require not empty(s) Alcides Calsavara

39 Asserções P {A} Q A execução de A, iniciando em um estado no qual P é verdadeira, terminará em um estado no qual Q é verdadeira. P : pré-condição Q : pós-condição A : uma operação (ou parte de) Alcides Calsavara

40 Asserções - Exemplos {x >= 9} x := x + 5 {x >= 13}
{x >= 0} y := sqrt(x) { true } {false} y := x * x { y >= 0 } {not full} put(x : G) { not empty AND item = x AND count = old count + 1 } Alcides Calsavara

41 Invariante de Classe Uma invariante é uma propriedade inalterável durante todo o ciclo de vida de um objeto. Exemplos: 0 <= count count <= capacity empty = (count = 0) Alcides Calsavara

42 Tratamento de Exceção Exceções são acontencimentos fora do comportamento normal ou desejado para um programa. O gerenciamento de exeções permite o controle sobre erros e possivelmente uma solução de contorno. Exemplos: entrada em formato inválido, arquivo corrompido, conexão de rede não disponível, índice inválido para vetor, ... Alcides Calsavara

43 Modularização Construção de software orientado a objetos é a construção de um sistema de software como uma coleção de implementações de ADTs possivelmente parciais. Um ADT corresponde a um módulo de um sistema de software. Alcides Calsavara

44 Classe versus Objeto Um classe é um elemento de construção de software. Portanto, é um elemento definido e criado estaticamente. Um objeto é um elemento de run-time, isto é, só existe em tempo de execução de um sistema de software. Portanto, é criado dinamicamente. Alcides Calsavara

45 Generalização e Especialização
Generalização: relacionamento entre uma classe e uma ou mais versões refinadas ou especializadas da classe. Especialização: relacionamento inverso Superclasse: versão mais abstrata de outra classe, a subclasse Subclasse: versão mais refinada de outra classe, a superclasse Alcides Calsavara

46 Herança Mecanismo baseado em objetos que permite que as classes compartilhem atributos e métodos baseado em um relacionamento, geralmente generalização/especialização. Uma subclasse herda atributos e métodos da superclasse. Alcides Calsavara

47 Classes Abstratas e Concretas
Classe abstrata: classe que não pode ter instâncias diretas, mas cujos descendentes sim; organizam características comuns a diversas classes; mecanismo para reutilizar código; pode definir métodos abstratos (sem um correspondente método). Classe concreta: classe que pode ter instâncias diretas; não pode definir métodos abstratos. Alcides Calsavara

48 Sobrecarga Atributos e operações podem ser redefinidos (sobrecarregados) por subclasses. Alcides Calsavara

49 Sobrecarga para extensão
A nova operação é igual à operação herdada, exceto pelo fato de acrescentar alguns detalhes de comportamento, normalmente afetando novos atributos da subclasse. Alcides Calsavara

50 Sobrecarga para restrição
A nova operação restringe o protocolo (assinatura da operação), podendo reduzir os tipos de argumentos. A operação herdada fica fechada (restrita) dentro de cada subclasse específica. Alcides Calsavara

51 Sobrecarga para otimização
O novo método tem o mesmo protocolo externo e apresenta o mesmos resultados A implementação do novo método (algoritmo utilizado) pode ser completamente diferente Alcides Calsavara

52 Polimorfismo Assume muitas formas
A propriedade segundo a qual uma operação pode comportar-se diferentemente em classes diferentes. A subclasse redefine a implementação de uma operação herdada da superclasse. Onde se espera uma instância de um certa classe pode aparecer uma instância de qualquer subclasse daquela classe. Alcides Calsavara

53 Herança Múltipla Uma classe possui mais de uma subclasse e herda características de todos os seus ancestrais. Maior capacidade de especificação de classes. Maior oportunidade de reutilização. Perda em simplicidade conceitual e de implementação. Alcides Calsavara

54 Diagramas de Estados Representam o comportamento dinâmico de classes individuais Representam o comportamento dinâmico de colaboração entre classes Alcides Calsavara

55 Elementos de um diagrama de estados
os estados possíveis para os objetos de uma certa classe as transições de estado os eventos que causam transições de estados as ações decorrentes de uma transição de estado entrada em um estado saída de um estado as ações realizadas por objetos enquanto estão em um certo estado durante todo o tempo em que o objeto está no estado decorrente de algum evento Alcides Calsavara

56 Diagramas de Estados Relaciona eventos e estados
Um objeto muda de estado dependendo do evento e do estado atual. Transição: modificação de estado causada por um evento (mesmo quando estado final e inicial coincidem). Um evento pode ser irrelevante para um objeto em um certo estado. Alcides Calsavara

57 Notação para Diagrama de Estados
Evento ( atributos ) [ condição ] / ação Estado 1 faça : atividade Estado 2 . . . Alcides Calsavara

58 Diagramas de Estados Exemplo : Linha telefônica
no-gancho no-gancho Inativa fora-do-gancho queda-da-linha Queda- da-linha Sinal de discar queda-da-linha dígito( n ) dígito( n ) número invalido Mensagem gravada Discando número ocupado Sinal de ocupado número válido Ligando tronco ocupado Sinal de ocu- pado rápido encaminhado Tocando Mensagem terminada telefone chamado atende Interligando telefone chamado desliga Desligando Alcides Calsavara

59 Diagramas de Estados Exemplo : jogo de xadrez
Início Vez das brancas cheque-mate Pretas vencem empate forçado pretas jogam brancas jogam Empate empate forçado Vez das pretas Brancas vencem cheque-mate Alcides Calsavara

60 Controle de Operações botão direito pressionado /
exibir menu instantâneo Inativo Menu visível botão direito liberado / apagar menu instantâneo cursor movimentado / iluminar item do menu Alcides Calsavara

61 Condições de Guarda Exemplo : Cruzamento
tempo decorrido [ carros nas vias esquerdas N / S ] Norte / Sul podem ir em frente Norte / Sul podem dobrar à esquerda tempo decorrido [ sem carros nas vias esquerdas N / S ] tempo decorrido tempo decorrido tempo decorrido [ sem carros nas vias esquerdas L / O ] Leste / Oeste podem dobrar à esquerda Leste / Oeste podem ir em frente tempo decorrido [ carros nas vias esquerdas L / O ] Alcides Calsavara

62 Diagramas de Estados Nivelados Exemplo : máquina de vender
moedas introduzidas ( quantia ) verificar saldo Inativa Recolhendo dinheiro moedas introduzidas ( quantia ) / acrescentar ao saldo cancelar / devolver moedas Selecionar ( item ) [ item vazio ] [ troco < 0 ] faça : testar item e calcular troco [ troco = 0 ] [ troco < 0 ] faça : entregar item faça : preparar troco Alcides Calsavara

63 Diagramas de Estados Nivelados Exemplo : máquina de vender
Atividade entregar item da máquina de vender braço pronto braço pronto empurrado Faça : mover braço para a fileira correta Faça : mover braço para a coluna correta faça : empurrar item para fora da prateleira Transição selecionar item da máquina de vender dígito( n ) Selecionar( item ) dígito( n ) faça : acrescentar dígito faça : preparar item enter clear Alcides Calsavara

64 Generalização de Estados Exemplo : transmissão de um carro
apertar R Neutro Ré apertar N apertar N apertar F Para a frente pára sobe sobe Primeira Segunda Terceira reduz reduz Alcides Calsavara

65 Generalização de Eventos Exemplo : eventos de teclado
tempo Entrada do usuário dispositivo Botão do mouse caracter do teclado localização caracter controle gráfico Botão do mouse apertado Botão do mouse liberado espaço alfanumérico pontuação Alcides Calsavara

66 Concorrência de Agregação
Carro Ignição Transmissão Freio Acelerador Ignição Girar chave para dar partida [ transmissão em Neutro ] liberar chave Desligada Partida Ligada desligar a chave Acelerador Freio apertar acelerador apertar freio Desligado Ligado Desligado Partido liberar acelerador liberar freio Alcides Calsavara

67 Concorrência Interna de Objetos
Jogando rubber Vulnerabilidade N - S jogo N - S jogo N - S Não vulnerável Vulnerável N-S vence rubber Vulnerabilidade L - O jogo L - O jogo L - O Não vulnerável Vulnerável L - O vence rubber Alcides Calsavara

68 Sincronização de Eventos Concorrentes
Emitindo dinheiro recolhido Faça : entregar dinheiro Preparação Pronta para reinicializar Faça : ejetar cartão cartão recolhido Alcides Calsavara

69 Unified Process: O que é um processo ?
Um processo de desenvolvimento de software é o conjunto de atividades necessárias para transformar requisitos de usuários em sistema de software.

70 Unified Process: Pilares
O Unified Process é um processo Dirigido por Use Case Centrado em Arquitetura Iterativo e Incremental

71 Unified Process: Idéias Fundamentais
Modelo de Use Cases

72 Arquitetura: Camadas de Componentes
Classes específicas de negócio Classes de Serviços Pacotes Genéricos Sistema Operacional

73 Estrutura de uma Iteração
Alcides Calsavara

74 Concorrência de Iterações
Iterações podem caminhar em paralelo

75 Visão Global das Fases O Processo

76 Unified Process: Produtos
Modelos do Unified Process

77 Fase de Requisitos Modelo de Use Case: Exemplo

78 Fase de Análise Modelo de Análise
Modelo de Análise a partir de Modelo de Use Case

79 Modelo de Projeto Diagrama de Classe

80 Modelo de Projeto Diagrama de Seqüência

81 Modelo de Projeto Exemplo de Diagrama de Estados

82 Camadas de Subsistemas: Exemplo

83 Diagrama de Distribuição
O Modelo de Distribuição é representado em Diagramas de Distribuição (Deployment)

84 Críticas a Orientação a Objetos
“yo-yo” problem: o reuso de uma classe requer o seu completo entendimento, inclusive de todo o seu caminho de herança (superclasses). Aprendizado é difícil. Produtividade não é mensurável e, por isso, seu aumento é contestado. Alcides Calsavara

85 Conclusão Software não é produto: é conhecimento
Construção de software é um processo de aquisição de conhecimento Alcides Calsavara

86 Referências Bibliográficas
The Real Reason Why Software Engineers Need Math. Keith Devlin. Communications of the ACM, 44 (10), October 2001. The Emperor with No Clothes. Henry F. Ledgard. Communications of the ACM, 44 (10), October 2001. The Case for a New Business Model. Phillip G. Armour. Communications of the ACM, 43 (8), August 2000. Alcides Calsavara

87 Alcides Calsavara PUCPR/CCET
PPGIA: Programa de Pós-Graduação em Informática Aplicada MAIS: Modelagem e Arquitetura de Sistemas de Informação Alcides Calsavara