Modelos oo

Aula

Modelagem Orientada a Objeto

Andre Duarte Bueno, Dr. Eng.

12 de abril de 2009

Modelagem Orientada a Objeto 1

Conteudo

ê introducao a modelagem: o que e um modelo, porque usamos, e tipos

ê introducao a modelagem orientada a objeto

ê o que e a UML , suas visoes , e diagramas

ê softwares utilizados para modelagem orientada a objeto


O que e um modelo?

ê Um modelo e uma representacao da realidade; e uma ligacao, uma ponte entre

conceitos teoricos e observacoes Aris (1978).

ê O desenvolvimento de um modelo envolve o uso do conceito de abstracao, a visao

do todo e de suas partes.

ê Adaptando Bender (1978), podemos dizer que no desenvolvimento de um modelo

devemos: i) formular as ideias precisamente [com clareza]; ii) ser concisos no uso da

linguagem; e iii) identificar bibliotecas e sistemas disponıveis.

ê Alguns modelos sao focados em aspectos estruturais, como um projeto das funda-

coes e da estrutura de um edifıcio. Outros modelos sao focados na dinamica e no

comportamento do sistema. O uso de diferentes modelos nos permite ver os sistemas

de diferentes formas; cada modelo, fornece-nos visao/detalhamento de uma parte do

sistema, Sonerviile (1993).


Tipos e exemplos de modelos

Veja a seguir alguns exemplos de modelos utilizados pelo homem. Colocamos uma

classificacao nao-rigorosa indicando ser um modelo estrutural/dinamico:

ê Modelos estruturais

• Maquetes (maquete de uma casa, de um automovel).

• Mapas (mapa das ruas de uma cidade).

• Projetos (projeto de uma casa).

• Modelos matematicos (equacoes diferenciais, funcoes, exemplo: y = f(x) = a

+ b.x ).

• Modelos multiescala (miniaturas, modelos reduzidos).


ê Modelos dinamicos

• Modelos fısicos/quımicos/biologicos (exemplo: a equacao do movimento retilı-

neo uniforme).

• Modelos numericos (exemplo: metodo de integracao por Simpson).

• Algorıtmos/fluxogramas (sao diagramas utilizados para representar a dinamica

de determinado sistema).


Por que usamos modelos?

O problema da linguagem, a necessidade de linguagens universais

A engenharia civil utiliza com frequencia modelos simplificados da realidade, como,

por exemplo, plantas de edifıcios e casas. As plantas sao utilizadas por permitirem o

entendimento de como a obra deve ficar depois de pronta; e o modelo utilizado pelo

engenheiro (ou arquiteto) para se comunicar com o proprietario, bem como com o mestre

de obra. Assim, a planta viabiliza a troca de informacoes entre todos os envolvidos no

projeto.

Com relacao ao desenvolvimento de software, o uso de uma linguagem universal, como

a UML e como a C++, facilita a troca de informacoes e codigos entre os desenvolvedores.


Figura 1: Modelos da realidade – a planta de uma casa.

Fachada

X

chuveiro

vaso

pia

Planta isometrica do banheiro

(a) Fachada

Quarto Quarto

Banheiro

Sala

Cozinha

Varanda

Planta Baixa

(b) Planta Baixa


O problema do custo

Usamos modelos para reduzir custos. Antigamente, um carro novo era desenvolvido

utilizando-se prototipos em tamanho real, a um custo muito elevado e com poucas va-

riacoes e testes. Na pratica, boa parte dos testes era feita pelos proprios proprietarios.

Atualmente, um carro e feito valendo-se de modelos de computador, em um programa

CAD, reduzindo consideravelmente o custo do desenvolvimento de novos modelos. Os

modelos do carro sao testados em simuladores.


O problema da escala (conceito de escala)

A maquete de uma casa e um modelo reduzido da casa, em uma outra escala. A

vantagem do uso de modelos em escalas reduzidas e seu baixo custo. Por exemplo: o

teste da performance aerodinamica de um carro, como um formula 1, e normalmente

feito em um tunel de vento com modelos reduzidos.

Com relacao ao desenvolvimento de um software, a questao da escala esta associada

ao crescimento do software. A cada versao novos recursos sao adicionados, e o uso de

modelos permite a previsao antecipada do crescimento do software.

Nota: quando um modelo nao muda ao modificarmos a escala do problema, dizemos que

o mesmo e invariavel com relacao a escala, Aris (1978).


Outras vantagens do uso de modelos

ê Maior facilidade para testar uma entidade fısica antes de lhe dar uma forma final.

ê Maior facilidade na comunicacao entre as diversas pessoas envolvidas (pela utilizacao

de notacao uniforme).

ê Reducao da complexidade dos sistemas.

ê Possibilidade de testar o sistema em escalas reduzidas.


Introducao a modelagem orientada a objeto

O que e a modelagem orientada a objeto?

Relembre-se da figura da TV; a visao do usuario e diferente da visao do engenheiro.

Para que nossa linguagem de comunicacao seja uniformizada, precisamos utilizar a mesma

base de informacoes, os mesmos conceitos.

Paradigmas de programacao tradicionais, como o paradigma de programacao estru-

turada, ensinam-nos uma nova linguagem (centenas de conceitos novos e seus relaciona-

mentos). Todos os programadores devem entender e utilizar esta nova linguagem.

Contudo, a modelagem orientada a objeto elimina a necessidade de se aprender uma

nova linguagem, pois a mesma e baseada em conceitos que ja conhecemos – os objetos e

seus relacionamentos. Isto ocorre porque, na modelagem orientada a objeto, os modelos

da realidade sao desenvolvidos tendo como fonte de inspiracao os objetos.


Quando surgiu a modelagem orientada a objeto?

Segundo Fowler and Scott (2000), os metodos de analise e projeto orientado a objetos

surgiram entre 1988 e 1992, destacando-se:

i) o enfoque em projetos recursivos de Sally Shlaer e Steve Mellor;

ii) os trabalhos de Coad e Yourdan, Coad and Yourdon (1993);

iii) os cartoes CRC de Beck e Cunningham (1989);

iv) as tecnicas de Booch, Booch (1986);

v) o metodo TMO - Tecnica de Modelagem de Objetos, de Rumbaugh et al. (1994);

vi) os casos de uso de Ivar Jacobson.

Em 1997, o grupo de gerenciamento de objetos, conhecido como OMG – Object Ma-

nagement Group, adotou a UML como linguagem-padrao, o que provocou um impulso

na aceitacao da UML. Hoje em dia a UML e utilizada universalmente para modelagem

de software orientado a objeto.


Quais as vantagens da modelagem orientada a objeto?

Segundo Pressman (2002), a modelagem orientada a objeto apresenta algumas vanta-

gens inerentes:

ê Reuso de componentes do programa.

ê Desenvolvimento mais rapido e com melhor qualidade.

ê Facilidade de manutencao, adaptacao e ampliacao.


O que e a UML?

A UML e o padrao utilizado para o desenvolvimento de modelos de software orientados

a objeto. Segundo Fowler and Scott (2000), o codigo e o meio preciso e detalhado, e a

linguagem natural e muito imprecisa; UML seria entao o meio termo.

ê A UML e uma linguagem visual que usa a ideia ”uma imagem vale mais do que mil

palavras”.

ê A UML e uma linguagem de modelagem independente de processo.

ê A UML e dinamica; inovacoes e ajustes sao acrescentados a cada nova versao.

ê A UML e o padrao da industria para modelagem de software orientado a objeto.

ê A UML e extensıvel, podendo ser adaptada as suas necessidades.


As diferentes visoes da UML e os respectivos diagramas

A seguir sao apresentadas as diferentes visoes da UML e os respectivos diagramas:

ê Visao do modelo do usuario – mostra a visao do usuario do sistema, sendo

descrita principalmente pelos casos de uso.

• Diagrama de caso de uso.


ê Visao do modelo estrutural – mostra a estrutura do sistema

(equivale ao modelo de objetos do metodo TMO).

• Diagrama de pacotes.

• Diagrama de classes, atributos, metodos, associacoes, agregacoes, herancas, e

dependencias.

• Diagrama de objetos.

• Diagrama de estrutura composta.


ê Visao do modelo dinamico – mostra a dinamica e o comportamento do sistema,

sua interacao com o usuario e com sistemas externos

(equivale ao modelo dinamico e funcional do metodo TMO).

• Diagrama de sequencia (eventos e mensagens).

• Diagrama de comunicacao/colaboracao.

• Diagrama de maquina de estado (estados do objeto).

• Diagrama de atividades (detalha as funcoes/metodos).

• Diagrama de tempo.


ê Visao de implementacao – mostra aspectos estruturais do sistema relacionados

as necessidades de implementacao

(equivale em parte ao projeto do sistema do metodo TMO).

• Diagrama de componentes.

ê Visao do modelo de ambiente – mostra o ambiente-alvo e as necessidades para

se colocar o sistema em funcionamento.

• Diagrama de implantacao.


<<estrutura>>

Diagrama de classes

<<estrutura>>

Diagrama de componentes

<<estrutura>>

Diagrama de pacotes

<<estrutura>>

Diagrama de estrutura composta

funcao: TFuncao

integral: IntTrapezio

Simulação

Bibliotecamatemática

Bibliotecaestatística

BibliotecaSimulação

Simulador

SimReservatorio SimPoco

<<bibliotecas>>

<<Executáveis>>

<<Banco de dados>>

Figura 2: Relacionamento dos diagramas estruturais da UML.


<<dinâmica>>

Diagrama de máquina de estado

<<dinâmica>>

Diagrama de comunicação

<<dinâmica>>

Diagrama de casos de uso

<<dinâmica>>

Diagrama de atividades

Ator

Calcular área função

Ator

função

integralsimulador

recebendo função

calculandointegral(área)

recebendodados

faz x=xmin,Area=f(x).dx/2

x=x+dxy=f(x)

Area=Area+y.dx

Area=Area+f(x).dx/2

enquantox<xmax

x>xmax

Figura 3: Relacionamento dos diagramas dinamicos da UML.


Os elementos da UML

Componentes UML do programa dia

Classe

realização

implementação

Ator

mensagem

estado

note

estereótipo

objeto

pacote

agregação

notaClasse

dependência

início fim

generalização

{restrição}

caso deuso

Componente

tempo

vida

pequeno

pacote

associação

receptáculo

observação

atividade

bifurcação

dissipador

de evento

ramo

Fonte

de evento

Figura 4: Elementos da UML.


Figura 5: Outros elementos da UML.

controle limite entidade

Ícone de classe.

um ramo

<<estereótipo>>

dependência

<<estereótipo>>

generalização

associação

papel de A

na

papel de B

nb

agregação

papel de A

napapel de B

nb

Notação UML para associações, agregação, composição, generalização,

implementação, observação e receptáculo, fonte e dissipador de eventos, restrição, dependência, interface.

{restrição}

interface

<<estereótipo>>

implementaçãorecursiva

<<create>>

<<destroy>>

chamada

simples

enviar/send

Tipos de mensagens

retorno

composição

papel de A

napapel de B

nb Observação

Receptáculo

Fonte de

EventoDissipador

de Evento


Programas para modelagem orientada a objeto

Existem diversos programas para desenho dos diagramas da UML:

ê Rational Rose – e um pacote profissional que, alem da montagem dos diagra-

mas, permite simultaneamente a implementacao dos codigos. E um pacote pago,

disponıvel para diversas plataformas no endereco http://www.rational.com.

ê With Class – e um pacote profissiona, disponıvel para diversas plataformas no

endereco http://www.microgold.com/index.html.

ê Dia – o modelador dia e muito simples de usar, e software livre. Pode ser obtido

em http://www.gnome.org/gnome-office/dia.shtml.

ê Umbrello – o modelador umbrello tambem e muito simples de usar, e software

livre. Pode ser obtido em http://uml.sourceforge.net/index.php.

ê Visual Paradigm – pacote profissional, com versao livre.


O programa Dia

Parte dos diagramas UML apresentados neste livro foram criados utilizando-se o pro-

grama dia, um software livre utilizado para a criacao dos mais diversos tipos de diagra-

mas.

ê AADL, Cibernetica, Circuitos, equipamentos cisco, engenharia civil, engenharia ele-

trica, engenharia quımica, EML, ER, fluxograma, cronograma, estrutura funcional,

Gane e Sarson, GRAFCET, Lader, logica, mapa isometrico, Miscelaneas, MSE,

pneumatico/hidraulico, rede, rede Jackson, rede KAOS, SADT/IDEF0, SDL, Sy-

base e, por fim, UML.

Nao e nosso objetivo abordar a utilizacao desse programa, e um pequeno manual dele po-

dera ser obtido em http://www.lysator.liu.se/~alla/dia/ e http://www.togaware.

com/linuxbook/dia.html.


Figura 6: O programa dia manipulando uma estrutura UML com representacoes de classes.


O programa umbrello

O programa umbrello e um modelador UML distribuıdo juntamente com o KDE nas

diversas distribuicoes GNU/Linux. E um programa facil de usar e que tem a vantagem

de gerar o codigo dos programas a partir do diagrama de classes. O codigo pode ser

exportado e importado para as seguintes linguagens:

ê C++, Actionscript, Ada, IDL, Java, JavaScript, Pascal, Perl, PHP, Python, Ruby,

SQL, TCL, XMLschema.

No site http://uml.sourceforge.net/index.php, voce pode baixar o umbrello, cujo

manual ja esta disponıvel em portugues.


Figura 7: A tela do programa Umbrello: Um diagrama de componentes.


Figura 8: A tela do programa umbrello – um diagrama de classes.


O programa Visual-Paradigm

O Visual-Paradigm e uma interface de modelagem UML proprietaria. Pode estar

integrado a alguns sistemas de desenvolvimento como o Eclipse/IBM , JBuilder , NetBe-

ans/Sun, entre outros.

O Visual-Paradigm tem uma versao aberta para uso individual e nao profissional (ver-

sao com recursos limitados). Tambem tem uma versao standard aberta para comunidade

academica, com licenca valida por um ano. Para obter uma copia do Visual-Paradigm

acesse o site http://www.visual-paradigm.com/.


Figura 9: A tela do programa Visual-Paradigm – um diagrama de caso de uso.


Resumo do capıtulo

Neste capıtulo aprendemos que um modelo e uma descricao simplificada e reduzida

da realidade cuja vantagem esta associada ao seu baixo custo e ao uso de uma linguagem

universal. Vimos que os modelos (estruturais ou dinamicos) podem ser utilizados para

nos ajudar a solucionar os mais variados problemas da engenharia.

Aprendemos que a ideia da modelagem orientada a objeto e desenvolver modelos tendo

como foco o conceito de objeto. A modelagem orientada a objeto surgiu ao longo dos

anos de 1980 e ficou madura nos anos de 1990 com o surgimento da UML, um sistema

de modelagem que unificou as antigas notacoes. No final do capıtulo vimos o que sao e

como obter programas modeladores como o dia e o umbrello.

No Capıtulo ?? – Engenharia de software, veremos os conceitos basicos de engenharia

de software e uma descricao de modelos e processos utilizados para o desenvolvimento

de sistemas de softwares.


Nota: conceitos basicos de modelagem sao encontrados nas referencias Aris (1978); Ben-

der (1978); da Silva Neto and Neto (2005).


Exercıcios

1. Descreva, com suas palavras, o que e e para que servem os modelos.

2. Descreva, com suas palavras, o que e um paradigma.

3. Cite exemplos de modelos (estruturais e dinamicos).

4. Qual a diferenca entre a visao estrutural e a visao dinamica?

5. Instale em seu computador uma ferramenta de modelagem (exemplo: umbrello) e

leia o manual do software instalado.

6. Monte alguns exemplos de diagramas utilizando a ferramenta de modelagem esco-

lhida.

7. A Figura 3 mostra um diagrama de atividades para calculo da area de uma funcao.

O diagrama usa uma variavel x que e comparada com xmax. Troque o uso de x pelo

uso de um contador i.


8. Comente a definicao de modelo matematico de Bender (1978), ”Um modelo matema-

tico e uma abstracao, simplificada, uma construcao matematica relacionada a parte

de uma realidade, sendo criada com um proposito particular”. Como reescreve-la

considerando aspectos computacionais?

Referencias Bibliograficas

Aris, R. (1978). Mathematical Modelling Techniques. dover.

Bender, E. A. (1978). An Introduction to Mathematical Modeling. dover.

Booch, G., editor (1986). Object-oriented development, volume 12 of IEEE Transactions on Software

Engineering.

Coad, P. and Yourdon, E. (1993). Analise Orientada a Objeto. Campus, Sao Paulo.

da Silva Neto, A. J. and Neto, F. D. M. (2005). Problemas Inversos - Conceitos Fundamentais e Aplicacoes.

Editora UERJ.

Fowler, M. and Scott, K. (2000). UML Essencial. Bookman, Sao Paulo.

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Pressman, R. S. (2002). Engenharia de Software. MCGraw Hill, Rio de Janeiro, 5 edition.

Rumbaugh, J., Blaha, M., Premerlani, W., Eddy, F., and Lorensen, W. (1994). Modelagem e Projetos

Baseados em Objetos. Edit. Campus, Rio de Janeiro.

Sonerviile (1993). Engenharia de Software. MacGraw-Hill, Sao Paulo.

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