Выяснение семантики классов и объектов

Цель. Цель выяснения семантики классов и объектов — определить поведение и атрибуты каждой абстракции, выявленной на предыдущем шаге. При этом мы уточняем намеченные абстракции, продуманно и измеримо распределяя между ними обязанности.

На стадии анализа мы применяем этот шаг, чтобы распределить обязанности между различными видами поведения системы. На стадии проектирования мы применяем процедуру выяснения семантики, чтобы четко распределить обязанности между частями реализации. При реализации мы продвигаемся от описаний ролей и обязанностей в свободной форме к спецификациям конкретных протоколов для каждой абстракции и, в конечном счете, — к точным сигнатурам каждой операции.

Результаты. На этом шаге получаются несколько результатов. Первым является уточнение словаря данных, с помощью которого мы изначально присвоили обязанности абстракциям. В ходе проектирования мы можем выработать спецификации к каждой, перечисляя имена операций в протоколе каждого класса. Затем, как можно скорее, мы выразим интерфейсы этих классов на языке реализации. Для C++ это означает создание h-файлов. Это объявление, но не реализация методов каждого класса. Если проект связан с базой данных, особенно с объектно-ориентированной, на этом шаге мы получаем общий каркас нашей схемы данных.

В добавление к этим, по сути тактическим решениям, мы составляем диаграммы Взаимодействия. Эти диаграммы формально отражают раскадровку каждого сценария и, таким образом, описывают явное распределение обязанностей среди взаимодействующих объектов. На этом шаге впервые появляются конечные автоматы для представления некоторых абстракций.

Чтобы команда разработчиков могла развивать согласованный язык обозначений и для учета обязанностей каждой абстракции, мы можем, как и на предыдущем шаге, использовать специализированную базу данных или другие, более специфические инструменты проектирования. Когда мы напишем на выбранном языке формальные интерфейсы классов, мы можем использовать наши инструменты проектирования для проверки и гарантии выполнения принятых решений.

Главная выгода большей формальности результатов на этом шаге состоит в том, что это помогает разработчику увидеть назначение всех протоколов абстракции. Невозможность четко определить смысл — признак зыбкости самих абстракций.

Виды деятельности. С этим шагом связано три вида деятельности: раскадровка, проектирование изолированных классов и поиск шаблонов.

Главными объектами раскадровки являются основные и второстепенные сценарии, полученные в макропроцессе. В ходе этой деятельности происходит нисходящее выяснение семантики. Там, где это касается функциональных точек системы, принимаются стратегические решения. Типичный ход выполнения действий может быть следующим.

• 1. Выбрать сценарий (или группу сценариев), связанный с отдельной функциональной точкой; на основании результатов предыдущего шага определить относящиеся к этому сценарию абстракции.
• 2. Проследить действия в этом сценарии, наделяя каждую абстракцию обязанностями, достаточными, чтобы получить требуемое общее поведение. Если необходимо — выбрать атрибуты, которые будут представлять структурные элементы, требуемые для выполнения отдельных обязанностей.
• 3. По ходу раскадровки перераспределить обязанности так, чтобы сбалансировать поведение. Где возможно, использовать или адаптировать уже существующие обязанности. Очень распространенным приемом является деление больших обязанностей на малые; иногда тривиальные обязанности объединяются в более сложные.

Неформально мы можем использовать для раскадровки CRC-карточки. Для большей формальности команде разработчиков следует составить диаграммы Взаимодействия. На стадии анализа раскадровка обычно выполняется командой, включающей, как минимум, аналитика, эксперта в предметной области, архитектора и контролера качества. На стадии проектирования и позже, при реализации, раскадровка выполняется архитектором и старшими разработчиками для доводки стратегических решений и отдельными разработчиками — для доводки тактических решений. Привлечение дополнительных членов команды к участию в раскадровке — в высшей степени эффективный путь обучения начинающих разработчиков и передачи им сложившегося видения архитектуры.

В начале разработки проекта мы можем задавать семантику классов и объектов в свободной форме, просто описывая обязанности каждой абстракции. Обычно достаточно фразы или предложения; если этого мало — мы встречаем верный признак того, что данная обязанность является чрезмерно сложной и должна разделиться на меньшие. На более поздних стадиях разработки, когда мы будем заниматься доводкой протоколов отдельных абстракций, можно указать имена специфических операций, не определяя их полные сигнатуры, которые мы выясним потом. Таким образом, мы получим соответствие: каждая обязанность выполняется набором операций, а каждая операция как-либо участвует в выполнении обязанностей соответствующей абстракции. После этого, чтобы отразить динамическую семантику протоколов классов, имеющих управляемое событиями или зависящее от состояния поведение, мы можем построить конечные автоматы для них.

На этом шаге важно сосредоточить внимание больше на поведении, чем на структуре. Атрибуты представляют структурные элементы, а, значит, есть опасность, особенно на ранних стадиях анализа, преждевременным указанием некоторых атрибутов стеснить реализационные решения. Атрибуты должны идентифицироваться на этом этапе лишь настолько, насколько они необходимы в построении концептуальной модели сценария.

Проектирование изолированных классов — это восходящее выяснение семантики. Здесь мы концентрируем наше внимание на отдельных абстракциях и рассматриваем их операции, оценивая по критериям качества. Это действие по своей природе более тактическое, потому что здесь мы затрагиваем проектирование классов, а не архитектуры. Порядок его выполнения может быть следующим.

• 1. Выбрать одну абстракцию и перечислить ее роли и обязанности.
• 2. Определить необходимое множество операций, удовлетворяющих этим обязанностям. Попытаться, где возможно, использовать операции для концептуально схожих ролей и обязанностей повторно.
• 3. Рассмотреть каждую операцию абстракции: если она не примитивна, выделить и определить примитивы. Составные операции могут быть оставлены в самом классе (либо из-за их общности, либо по соображениям эффективности), а могут быть отправлены в утилиту классов (если они будут часто изменяться). Где это возможно, следует рассмотреть минимальный набор примитивных операций.
• 4. Учесть конструирование, копирование и уничтожение объектов. Если не имеется причин поступить иначе, лучше иметь общие стратегические принципы для таких операций, чем позволить отдельным классам вводить свои собственные решения.
• 5. Придать завершенность: добавить другие примитивные действия, которые не нужны существующим клиентам, но «округляют» абстракцию, что повышает вероятность использования ее новыми клиентами. Помня, что невозможно иметь полную завершенность, стремиться к простоте.

Важно избегать преждевременного определения отношения наследования, это часто ведет к потере целостности типа.

На ранних этапах разработки проектировать отдельные классы можно изолированно. Однако, как только мы определим структуры наследования, этот шаг будет включать в себя размещение операций в иерархии классов. Рассматривая операции, связанные с некоторым уровнем абстракции, мы должны решить, на каком уровне абстракции их разместить. Операции, которые могут быть использованы несколькими классами одного уровня, должны быть помещены в их общий суперкласс, который, возможно, придется создать. Действия, которые совместно используются никак не связанными классами, должны быть инкапсулированы в класс-примесь.

Третий вид деятельности — поиск шаблонов — связан с обобществлением абстракций. Выявляя семантику классов и объектов, мы должны отмечать шаблоны поведения, которые могут пригодиться где-нибудь еще. Этот процесс может проистекать в следующем порядке.

• 1. Имея полный набор сценариев на этом уровне абстракции, найти шаблоны взаимодействия абстракций. Такие взаимодействия могут представлять неявные идиомы или механизмы. Они должны быть исследованы, чтобы дать гарантию того, что не имеется никаких необоснованных различий в вызовах операций. Нетривиальные шаблоны взаимодействия нужно явно документировать как стратегические решения, чтобы они по возможности могли быть повторно использованы, а не изобретались заново. Это повышает архитектурную целостность.
• 2. Имея набор обязанностей для данного уровня абстракции, отыскать шаблоны поведения. Общие роли и обязанности должны быть унифицированы в форме общих классов — базовых, абстрактных или примесей.
• 3. Если уже специфицированы конкретные операции, найти шаблоны среди сигнатур операций. Если среди них встречаются часто повторяющиеся, устранить все непринципиальные различия и ввести классы-примеси или утилиты классов.

Выяснение и описание семантики применяется к категориям классов также, как к отдельным классам. Семантика классов и их категорий определяет роли, обязанности и операции. Для отдельного класса операции могут быть со временем выражены как его функции-члены; в случае категории классов эти операции представляют экспортируемые из категории услуги и в конечном счете реализуются набором сотрудничающих классов или отдельным классом. Таким образом, действия, описанные выше, применимы и к проектированию классов, и к проектированию архитектуры.

Измеримые характеристики. Эта фаза будет завершена, когда мы будем иметь более или менее достаточный, примитивный и полный набор обязанностей и/или операций для каждой абстракции. В начале разработки достаточно иметь неформальный список обязанностей, а в дальнейшем мы постепенно уточняем семантику.

Качественные показатели включают все эвристики классов, описанные ранее. Сложные и туманные обязанности и операции говорят о том, что абстракции еще недостаточно определены. Невозможность написать конкретный файл заголовков или как-либо по другому формализовать интерфейс классов также говорит о том, что абстракции плохо сформулированы, или что основные понятия определяли не те люди. Непроверенные абстракции не стоит пытаться кодировать.