OCL a integritní omezení

OCL a integritní omezení Karel Richta Katedra softwarového inženýrství Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze © [email protected], 2011

Softwarové inženýrství I., BI-SI1 04/2011, Přednáška 9

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

[email protected] (ČVUT)

OCL a integritní omezení

BI-SI1, 2011, Přednáška 9, 1/78

Proč OCL? • Pomocí diagramů UML nelze popsat všechno – proto je součástí specifikace UML i definice OCL. • Co je zvláštní na následujícím obrázku?




Jiný příklad: Předměty a zkoušky class Studium bez omez... Předmět

Student -

jméno: string příjmení: string 0..*

studuje 0..*

0..* -

si zapsal

+z

0..*

+má

kód: string název: string 1

0..*

Zkouškový termín -


datum: Date místnost: int



Předměty a zkoušky o něco lépe class Příklad Studium s omezením

Student -

jméno: string příjmení: string

Předmět

studuje 0..*

0..*

+z

0..*

-

kód: string název: string 1

si zapsal {C1}

Student/studentka si mohou zapsat zkouškový termín pouze z předmětů, které právě studují.


+má 0..*

0..*





OCL - Object Constraint Language • pochází z metodiky Syntropy (IBM) http://en.wikipedia.org/wiki/Syntropy • je čistě funkcionální (bez vedlejších efektů) • není to programovací jazyk - je určen pro vyjádření invariantů - je to specifikační jazyk • je silně typovaný (každý výraz OCL má definován typ) • má předdefinovanou sadu typů (primitivní typy Integer, Boolean, String, Real, UnlimitedInteger a z nich utvořené kolekce)




Jak vypadá zápis v OCL? context <jméno> [inv|pre|post]: klíčové slovo context slouží pro definici kontextu pro výraz v OCL, např. zápis: context Osoba inv : označuje, že uvedený výraz se vztahuje k instanci kontextu (třídy) Osoba (na kterou se lze odkazovat klíčovým slovem self) klíčová slova inv, pre, post zastupují stereotypy <>, <<precondition>>, <<postcondition>>




Příklad zápisu v OCL context Osoba inv: self.příjem > 10000 tento zápis vyjadřuje, že pro každou instance třídy Osoba, musí mít atribut příjem hodnotu větší než 10000

context x:Osoba inv: x.příjem > 10000 označuje totéž

context x:Osoba inv OK : x.příjem > 10000 zavádí pro toto integritní omezení jméno (OK)

Příklad popisu metody: context Osoba::pridej(kolik:Integer):Integer pre : kolik > 100 -- nemá smysl přidávat méně post : result = self.příjem@pre + kolik [email protected] (ČVUT)



Příklad: Předměty a zkoušky class Studium v OCL Student

Předmět studuje

-

jméno: string příjmení: string

0..* -

0..* 0..*

kód: string název: string +z

1

si zapsal {C1} «Invariant» {-- Student/studentka si mohou zapsat zkouškový termín pouze z předmětů, které právě studují. inv C1 : is-element(self.si_zapsal.z, studuje)}



+má 0..* 0..*




EA vygeneruje tabulky, ale integritní omezení ne.




Příklad: Hypotéky Uvažme příklad světa hypoték - ukázka z katalogu požadavků: 1. Každá hypotéka bude vždy pro jednu osobu. 2. Osoba si může vzít několik hypoték. 3. Každou nemovitost vlastní právě jedna osoba. 4. Osoba může vlastnit libovolný počet nemovitostí. 5. Každá hypotéka musí být zajištěna nejméně jednou nemovitostí. 6. Nemovitost může být použita k zajištění více hypoték.




Příklad modelu evidence hypoték class Hypotéky bez omezení

Osoba Nemovitost +vlastní

-

-

označení: string hodnota: penize +je_zajištěna

+je_majetkem -

0..*

1 -

+

1..*

jméno: string příjmení: string příjem: peníze žádost(peníze, Nemovitost) : boolean +pro

+zajišťuje

+má_půjč enu

0..*

1

0..*

Hypotéka -


od: datum do: datum celková_částka: peníze = 250.000,měsíční_splátka: peníze



Příklad: Hypotéky o něco lépe class Hypotéky s omezením

Osoba Nemovitost +vlastní

-

označení: string hodnota: penize +je_zajištěna

+je_majetkem

0..*

1

1..*

-

jméno: string příjmení: string příjem: peníze

+

žádost(peníze, Nemovitost) : boolean +pro

«Invariant» {Hypotéka může být zajištěna pouze takovými nemovitostmi, které daná osoba vlastní.}

{C1}

+zajišťuje 0..* +má_půjč enu

0..*

Hypotéka -


1

od: datum do: datum celková_částka: peníze = 250.000,měsíční_splátka: peníze



class DDL

Nemov itost Osoba «column» označení: VARCHAR2(50) +FK_je_majetkem +PK_Osoba «column» hodnota: penize jméno: VARCHAR2(50) (je_majetkem = osobaID) *pfK nemovitostID: Integer příjmení: VARCHAR2(50) FK je_majetkem: Integer příjem: peníze «FK» 0..* 1 *PK osobaID: Integer «PK» + PK_Nemovitost(Integer)

«PK» + PK_Osoba(Integer)

«FK» + skládá se z(Integer) + FK_je_majetkem(Integer)

CASE (EA) vygeneruje tabulky, ale integritní omezení ne.

+PK_Osoba

1

(pro = osobaID)

+PK_Nemovitost

«FK» +FK_pro 0..*

(nemovitostID = nemovitostID) «FK»

Hypotéka

+Nemovitost 0..* JoinHypotékaToNemov itost «column» *FK nemovitostID: Integer *FK hypotékaID: Integer

«column» od: datum do: datum +Hypotéka +PK_Hypotéka celková_č ástka: peníze = 250.000,(hypotékaID = hypotékaID) měsíč ní_splátka: peníze «FK» *PK hypotékaID: Integer 1..* FK pro: Integer

«FK» + Nemovitost(Integer) + Hypotéka(Integer)

«PK» + PK_Hypotéka(Integer) «FK» + FK_pro(Integer)

13




CASE vygeneruje SQL, ale IO ne. DROP TABLE Hypotéka CASCADE CONSTRAINTS; . . . CREATE TABLE Hypotéka ( od do celková_částka měsíční_splátka hypotékaID pro ); . . .

DATE, DATE, NUMBER(12,2) DEFAULT 250.000,-, NUMBER(12,2), Integer NOT NULL, Integer

ALTER TABLE Hypotéka ADD CONSTRAINT PK_Hypotéka PRIMARY KEY (hypotékaID); . . . ALTER TABLE Hypotéka ADD CONSTRAINT FK_pro FOREIGN KEY (pro) REFERENCES Osoba (osobaID); . . .




Ale mohl by něco vygenerovat • V popisu integritního omezení v jazyce OCL je dost informace pro vygenerování integritního omezení – např. pro SQL: ALTER TABLE JoinHypotékaToNemovitost ADD CONSTRAINT C2 CHECK ( /* -- Hypotéky osoby mohou být zajištěny pouze nemovitostmi, které tato osoba vlastní. context inv: self.je_zajištěna.je_majetkem = self.pro */ nemovitostID.je_majetkem = hypotékaID.pro );




Kdy použít OCL? • pro vyjádření integritních omezení v datovém modelu (diagramu tříd) • pro vyjádření typových omezení při definici stereotypů • pro popis vstupních a výstupních podmínek operací, nebo • pro popis operací (metod) ve tvaru: operace(x1, …, xn) = výraz kde výraz může obsahovat x1, …, xn

• jako navigační jazyk




Výrazy v OCL self.příjem hodnota vlastnosti objektu o kterém v daném kontextu mluvíme – v tomto případě se jedná o atribut a hodnotu typu „peníze“

x.vlastní hodnota vlastnosti objektu o kterém v daném kontextu mluvíme – v tomto případě se jedná o vztah a hodnotu typu „kolekce nemovitostí“ (případně prázdná) class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

označení: string hodnota: penize

+vlastní 0..*

+je_majetkem 1 +

+je_zajištěna

jméno: string příjmení: string příjem: peníze žádost(peníze, Nemovitost) : boolean

1..* +pro

1

Nemovitost se zde chápe jako




Příklad použití OCL I. class Auta

Person -

name: String birthdate: Date /age: int

+ + +

getName() : String {query} birthDay() : Date setAge(int) : int

1

Date -

«enumeration» Colour

Vehicle +ow ner ow nership

+fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike

day: int month: int year: int

• Kolik osob může vlastnit auto? • Vlastníkem auta může být osoba, které je alespoň 18 let? context Car inv: self.owner.age >= 18




Příklad použití OCL II. class Auta

Person -



Vehicle +ow ner ow nership 1

+fleet 0..*

-

colour: Colour

black white red

+ getName() : String {query} + birthDay() : Date + setAge(int) : int

Date -

Car

Bike


• Co znamená podmínka? context Person inv: self.age >= 18




Příklad modelu evidence hypoték class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

0..*

+ +je_zajištěna


1..* +pro

1

Nemovitost se zde chápe jako jednotka vlatnictví. Pokud nějakou nemovitost vlatsní více osob, rozdělí se na samostatné č ásti dle podílu vlastníků.

Hypotéka +zajišťuje 1..* -


od: datum do: datum celková_č ástka: peníze měsíční_splátka: peníze

+má_půjčenu 0..*



OCL lze použít pro navigaci class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..*

Nemov itost Chceme označit měsíční splátky +je_majetkem +vlastní označení: string hypoték --osoby Q: hodnota: penize 0..* 1 +

+je_zajištěna 1..* Q.má_půjčenu.měsíční_splátka

Osoba jméno: string příjmení: string příjem: peníze žádost(peníze, Nemovitost) : boolean +pro

1


(je to množina údajů – výsledek je typu Bag(peníze) )




+má_půjčenu 0..*



Integritní omezení v OCL class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

0..*

+ +je_zajištěna


1..* +pro

1




„Hypotéka musí být zajištěna nemovitostí, jejíž cena není menší než celková zapůjčená částka (pokud je zajištěna +má_půjčenu jednou nemovitostí).“ 0..*

context Hypotéka inv : self.celková_částka <= self.je_zajištěna.hodnota [email protected] (ČVUT)



Typy v OCL předefinované primitivní typy (s obvyklými operacemi): Integer Boolean String Real UnlimitedInteger konstruktory: Collection, Set, Bag, Sequence s operátory: collect, select, reject, forAll, exists, iterate, include, count, union, intersect, isEmpty, notEmpty, isUnique, ...




Primitivní typy Typ

Operace

Boolean

and, or, xor, not, implies, if-then-else

Integer

*, +, -, /, abs(), div(Integer), mod(Integer), min(Integer), max(Integer)

Real

*, +, -, /, abs(), floor(), round(), max(Real), min(Real)

String

size(), concat(String), toUpper(), toLower(), substring(Integer, Integer)




Operace s primitivními typy size() : Integer (počet znaků v řetězci self) substring(lower : Integer, upper : Integer) : String (podřetězec self začínající na pozici lower a končící na pozici upper. Pozice se počítají od 1 do self.size(). • pre: 1 <= lower • pre: lower <= upper • pre: upper <= self.size() concat(s : String) : String (spojení řetězců self a s) • post: result.size() = self.size() + s.size() • post: result.substring(1, self.size() ) = self • post: result.substring(self.size() + 1, result.size() ) = s [email protected] (ČVUT)



Výčtové typy context Person inv: gender = Gender::male




Příklad použití OCL III. class Auta

Person -


+ + +


1

Date -



+fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike


• Všechna vozidla osob jsou černá: context Person inv: self.fleet -> forAll(v | v.colour = Colour::black)




Výrazy v OCL (pokr.) x.vlastní -> isEmpty() test, zda hodnota typu „kolekce nemovitostí“ je prázdná

x.vlastní.hodnota kolekce hodnot typu „peníze“ představující cenu nemovitostí, které objekt x vlastní

x.vlastní.hodnota -> sum() cena nemovitostí, které objekt x vlastní, spočítaná jako součet hodnot jednotlivých nemovitostí class Pøíklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemovitost -

oznaèení: string hodnota: penize

+vlastní 0..*

+je_majetkem 1 +

+je_zajištìna

jméno: string pøíjmení: string pøíjem: peníze žádost(peníze, Nemovitost) : boolean

1..* +pro


Nemovitost se zde chápe jako jednotka vlatnictví. Pokud nějakou


1


Vytváření kolekcí Set {2 , 4, 1 , 5 , 7 , 13, 11, 17 } OrderedSet {1 , 2, 3 , 5 , 7 , 11, 13, 17 } Sequence {1 , 2, 3 , 5 , 7 , 11, 13, 17 } Bag {1, 2, 3, 2, 1}




Pro všechny objekty jsou definovány metody: Typ

Operace oclIsTypeOf(t : OclType) : Boolean oclIsKindOf(t : OclType) : Boolean oclInState(s : OclState) : Boolean oclIsNew() : Boolean oclAsType(t : OclType) : instance of OclType




Kolekce Typ

Operace

Collection

->size(), ->includes(Object), ->includesAll(Collection), ->excludes(Object), ->excludesAll(Collection), ->count(Object), ->isEmpty(), ->notEmpty(), ->sum(), ->exists(Expression), ->forAll(Expression), ->isUnique(Expression), ->sortedBy(Expression), ->iterate(Expression), ->any(Expression), ->one(Expression)




Příklad použití OCL IV. class Auta

Person -


1

+ + +



+fleet 0..*

-

colour: Colour

black white red


Date -

Car

Bike


• Nikdo nemůže vlastnit více než 3 vozidla context Person inv: self.fleet -> size <= 3

• nebo změníme násobnost v diagramu – to je ale statické, nemůže se to dynamicky měnit. [email protected] (ČVUT)



Kolekce typu Set Typ

Operace

Collection::Set

->union(Set), ->union(Bag), ->intersection(Set), ->intersection(Bag), ->including(Object), ->excluding(Object), ->symmetricDifference(Set), ->select(Expression), ->reject(Expression), ->collect(Expression), ->count(Object), ->asSequence(), ->asBag()




Kolekce typu Bag Typ

Operace

Collection::Bag

->union(Bag), ->union(Set), ->intersection(Bag), ->intersection(Set), ->including(Object), ->excluding(Object), ->symmetricDifference(Set), ->select(Expression), ->reject(Expression), ->collect(Expression), ->count(Object), ->asSequence(), ->asSet()




Kolekce typu Sequence Typ

Operace

Collection::Sequence

->union(Bag), ->union(Set), ->intersection(Bag), ->intersection(Set), ->including(Object), ->excluding(Object), ->symmetricDifference(Set), ->select(Expression), ->reject(Expression), ->collect(Expression), ->count(Object), ->asSequence(), ->asSet()




Přesnější vyjádření IO class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_zajištěna

+je_majetkem 1 -

0..*

jméno: string příjmení: string příjem: peníze

+ žádost(peníze, Nemovitost) : boolean „Hypotéka musí být zajištěna +pro 1 Nemovitost se zde chápe jako nemovitostmi, jejichž součet jednotka vlatnictví. Pokud nějakou nemovitost vlatsní více osob, rozdělí cen není menší než celková se na samostatné č ásti dle podílu vlastníků. zapůjčená částka.“

1..*



+má_půjčenu 0..*

context Hypotéka inv : Y36SIN -self. Jazyk celková_částka OCL <= self. je_zajištěna.hodnota 36 -> sum() [email protected] (ČVUT)



A obráceně class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

0..*

+ +je_zajištěna


1..* +pro Nemovitost se zde chápe jako jednotka vlatnictví. Pokud nějakou nemovitost vlatsní více osob, rozdělí se na samostatné č ásti dle podílu vlastníků.

1

„Nemovitost může zajišťovat pouze tolik hypoték, jejichž součet celkových částek není větší, než cena nemovitosti.“



+má_půjčenu 0..*

context Nemovitost inv : self.zajišťuje.celková_částka -> sum() <= self.hodnota Richta: NSWI041 - Jazyk OCL 37 [email protected] (ČVUT)



obj ect Hypotéky bez hranic

H-123 :Hypotéka

Důležitá podmínka

Karlštejn :Nemovitost

zajištěna

?

pro

Josef :Osoba

Bouda :Nemovitost

vlastní

class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

0..*

+ +je_zajištěna



Hypotéka

1

„Hypotéky osoby mohou být zajištěny pouze nemovitostmi, které tato osoba vlastní.“

+zajišťuje 1..* -


+má_půjčenu 0..*

context Hypotéka inv : self.je_zajištěna.je_majetkem = self.pro Richta: NSWI041 - Jazyk OCL [email protected] (ČVUT)


38 BI-SI1, 2011, Přednáška 9, 38/78

Vlastnosti operací v OCL class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

„Osoby mohou žádat0..*o hypotéky, pokud suma +je_zajištěna 1..* měsíčních splátek osoby Nemovitost se zde chápe jako jednotka vlatnictví. Pokud nějakou nepřesáhne 30% příjmu nemovitost vlatsní více osob, rozdělí se na samostatné č ásti dle podílu osoby.“ vlastníků.

+

jméno: string příjmení: string příjem: peníze žádost(peníze, Nemovitost) : boolean +pro

1



+má_půjčenu 0..*

context Osoba::žádost(částka:peníze,zajištění:Nemovitost) pre : (self.má_půjčenu.měsíční_splátka -> sum()) + částka/počet_splátek <= self.příjem * 0.3 39 [email protected] (ČVUT)



Typická vlastnost hierarchie class Příklad modelu pro hypotéky skládá se 1 z

0..* Osoba

Nemov itost -

+vlastní


+je_majetkem 1 -

0..*

+ +je_zajištěna



1

„Nemovitost se nemůže skládat sama ze sebe.“



+má_půjčenu 0..*

context Nemovitost inv : not (self.skládá_se_z isElement(self)) [email protected] (ČVUT)



Příklad použití OCL V. class Auta

Person -


1

+ + +



+fleet 0..*

-

colour: Colour

black white red


Date -

Car

Bike


• Nikdo nevlastní víc než 3 černá vozidla: context Person inv: self.fleet -> select(v | v.colour = Colour::black) -> size <= 3




Příklad použití OCL VI. class Auta

Person -


+ + +


+ow ner ow nership 1

Date -


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike


• Co znamená podmínka? context Person inv: self.fleet -> iterate(v ; acc:Integer=0 | if (v.colour = Colour::black) then acc+1 else acc endif) <= 3 [email protected] (ČVUT)



Příklad použití OCL VII. class Auta

Person -


+ + +



Date -


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike


• Co znamená podmínka? context Person inv: self.fleet -> age < 18 implies forAll(v | not v.oclIsKindOf(Car))




Příklad použití OCL VIII. class Auta

Person -


+ + +



Date -


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike


• Existuje červené auto: context Car inv: Car.allInstances -> exists(c | c.colour = Colour::red)




Příklad použití OCL IX. class Auta

Person -



+ + +


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

black white red


Date -

Car

Bike


• Metoda setAge třídy Person pro nezáporný argument newAge nastaví atribut age: context Person::setAge(newAge:Integer):Integer pre: newAge >= 0 post: self.age = newAge [email protected] (ČVUT)



Příklad použití OCL X. class Auta

Person -


+ + +



Date -


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

Car

black white red

Bike


• Vyvolání metody birthday třídy Person zvýší věk osoby o 1: context Person::birthday() post: self.age = self.age@pre + 1




Příklad použití OCL XI. class Auta

Person -



+ + +


Vehicle +fleet 0..*

-

colour: Colour

black white red


Date -

Car

Bike


• Výsledek volání metody getName třídy Person je hodnota atributu name: context Person::getName():String post: result = self.name

• nebo, protože getName je {query}: context Person inv: self.getName = self.name [email protected] (ČVUT)



Úrovně modelů




Příklad využití OCL (metamodel UML)




Příklad podmínky v OCL (metamodel) class Model elementu

«metaclass» Element -

mustBeOwned: boolean

+owner 0..1

„Element, který musí mít vlastníka, musí mít vlastníka.“

+ownedElement 0..*

context Element inv: self.mustBeOwned() implies owner->notEmpty()




Příklad: definice odvozené vlastnosti „Elementy, které vlastní daný element (je to odvozené sjednocení).“

/ownedElement: Element[*]




Příklad: definice odvozené vlastnosti „Element, který vlastní tento element (owner) – je to odvozené sjednocení (union).“

/owner: Element [0..1] [email protected] (ČVUT)



Příklad: popis operace v OCL Operace allOwnedElements() vrací všechny elementy, které přímo či nepřímo vlastní daný element

context Element::allOwnedElements(): Set(Element) post: result = ownedElement -> union( ownedElement->collect(e | e.allOwnedElements() ) [email protected] (ČVUT)



Příklad: podmínky v OCL

Element nemůže přímo, nebo nepřímo vlastnit sám sebe context Element inv: not self.allOwnedElements() -> includes(self)




The End




OCL a integritní omezení

Recommend Documents