第13章对象约束语言

1
本章学习要点:
了解OCL的概念 理解OCL的结构 掌握OCL语法 掌握三种固化类型 掌握OCL数据类型和运算符 掌握let和def的功能和作用 理解集合类型 掌握并应用对集合操作 熟悉OCL标准库
2
13.1 OCL概述 概述
UML图(例如类图)通常不够精细,无法提供与规范有 关的所有相关部分.这其中就缺少描述模型中关于对象的附 加约束.这些约束常常用自然语言描述.而实践表明,这样 做经常造成歧义.为了写出无歧义的约束,已经开发出几种 所谓的"形式语言".传统上的形式语言,缺点是仅适合于 有相当数学背景的人员,而普通商务或系统建模者则难以使 用. OCL的出现解决了这一问题,它是一种保留了易读易写 特点的形式语言.OCL不仅用来写约束,还能够用来对UML 图中的任何元素写表达式.每个OCL表达式都能指出系统中 的一个值或者对象.OCL表达式能够求出一个系统中的任何 值或者值的集合,因此它具有了和SQL同样的能力,由此也 可得知OCL既是约束语言,同时也是查询语言.
3
13.2 OCL结构 结构
OCL在两个层次上共同定义对象 约束语言,一个是抽象语法(元模型 ),另一个是具体语法.元模型定义 OCL概念和应用该概念的规则,具体 语法则真正用于在UML模型中指定约 束和进行查询.
4
13.2.1 抽象语法
抽象语法指的是OCL语言定义的概念层,在该层中 抽象语法解释了类,操作等内容的元模型.例如, 类被定义为"具有相同的特征,约束和语义说明的 一组对象",并在该层将类解释为可与任何数目的 特性(或属性),操作,关系甚至嵌入类相关联. 抽象语法只是定义了相类似的元模型,并没有创建 一个具体的模型或对象. OCL要求清楚地区分OCL抽象语法和其他自抽象语 法派生的所有具体语法.抽象语法还支持其他约束 语言的发展.正如基于MOF(Meta Object Facility ,元对象设施标准)的UML基础结构元模型支持各 种专业领域的建模,例如软件建模的UML语言,数 据仓库领域建模的CWM语言等.
12
13.5.2 对操作约束建模
前面介绍了使用前置条件和后置条件对操作进 行约束建模.前置条件表示为当操作被激发时 输入参数和模型状态的可接受值;后置条件表 示操作完成时必须满足的条件,它表示为操作 完成时检测该操作的结果值和模型的状态.使 用前置条件和后置条件一般形式如下所示: context operateName(parameters) :return pre:constraint post:constraint
10
13.5 深入固化类型
前面曾经简单要介绍固化类型的基本 语法知识.本节将进一步讲解有关三种固 化 类 型 invariant , pre-condition 和 postcondition约束的更多知识.
11
13.5.1 属性约束建模
以属性的约束表示为不变量,不变量表达式是通 过引用模型的元素,并使用逻辑运算符和算术运算符 来构造,表达式内创建的引用可以在let和def语句中再 次使用.在计算OCL表达式时,必须引入仅在表达式 中使用的中间值.使用let表达式可以定义变量,通过 冒号赋予数据类型,甚至可以使用通过等号运算符赋 予初始值.一旦该变量被定义,就可以在表达式的其 他地方使用.当表达式完成时,该变量不再可使用. 也就是说表达式规定了该变量的使用范围,变量只在 对其进行定义的表达式内可用.以下实例中, legthOfEmployment仅在context Employee不变式中 可用.
的方法为表定义主键.
6
13.3 OCL表达式 表达式
OCL表达式用于一个OCL类型的求值,它的语法用扩展的巴 斯科范式(EBNF)定义.在EBNF中,"|"表示选择,"? "表示可选项,"*"表示零次或多次,"+"表示一次或多 次.OCL基本表达式的语法用EBNF定义如下: PrimaryExpression:=literalCollection | literal | pathName time Expression ? FeatureCallparameters? |"("expression")" | ifExpression Literal:=<string>|<number>|"#"<name> timeExpression:="@"<name> featureCallparameters:="("(declarator)?(actualParameterLi st)?")" ifExpression:="if" expression "then" expression "else" expression "endif"
5
13.2.2 具体语法
与面向规则的语法相反,具体语法(即模型层语法)描述代表现实 世界中一些实体的类,它应用抽象语法的规则来创建可以在运行时 段计算的表达式.OCL表达式与类元相关联,应用于该类元自身或 者某个属性,操作或参数.不论哪种情况,约束都是根据其位移( replacement),上下文类元(contextual classifier)和OCL表达式 的自身实例(self instance)来定义. 位移 表示UML模型中使用OCL表达式所处的位置,即作为依附于某 个类元的不变式,依附于某个操作的前置条件或依附于某个参数的 默认值. 上下文类元 定义在其中计算表达式的名字空间.如,前置条件的上 下文类元是在其中定义该前置条件的操作所归属的那个类.也就是 说该类中所有模型元素(属性,关联和操作)都可以在OCL表达式 中被引用. 自身实例 自身实例是对计算该表达式对象的引用,它总是上下文类 元的一个实例.也就是说,OCL表达式对该上下文类元每个实例的 计算结果可能不同.因此,OCL可以用于计算测试数据.使用如下所示
13.6.2 操作集合
为了便于操作集合,OCL加定义了一些操作,这里只给 出一些常用且重要的操作来示例,更多具体的操作会在 OCL的标准库中介绍.操作如下所示: select 按照一定的规则选择选取符合规则的项,组成一 个新的集合. reject 从集合中选择不满足规则的项,组成一个新的集 合. forAll 指定一个应用于集合中每个元素的约束. exists 确定某个值是否存在于集合中的至少一个或多个 成员中. isEmpty 操作判断集合中是否有元素. count 判断集合中等于count参数的元素个数,并返回该 数值. iterate 访问集合中的每个成员,对每个元素进行查询和 计算.
13.7 使用消息
OCL支持对已有操作的访问,也就是说OCL可 以操作信号和调用信号,来发送消息.针对信 号的操作,OCL提供了三种机制: 第一种机制"^" "^"为hasBeenSent已经发送 的消息.该符号表示指定对象已经发送了指定 的消息. 第二种机制OclMessage OclMessage是一种 容器,用于容纳消息和提供对其特征的访问. 第三种机制"^^" 它是已发送符号"^"的增强 形式,允许访问已经发送消息的集合,所有的 消息被容纳在OclMessage中.
13.8 元组
元组是对一组数据元素,如文件中的一个记录 或数据库中的一行等内容的定义,每个元素被 赋予名称和类型.元组可以使用字符或基于表 达式的赋值来创建.在OCL中,元组是使用被 花括号包围的一系列"名称-类型"对和可选值 来定义的,其定义形式如下所示: Tuple{name:String= 'Jim',age:Integer=23} 元组只是将一组值集合在一起的一种途径,然 后元组必须被赋予一个变量.以下表达式使用 def表达式来创建一个代理类元上下文内叫 sales的新属性.
13.9 OCL标准库 标准库
OCL标准库(Standard Library)定义用于开成OCL表达 式的所有可用的OCL类型,每种类型都有一组可用于该 类型对象的操作,有时还会有属性.OCL中预定义的标 准类型包括基本类型和集合类型,OCL的标准类型分布 呈现一种层次结构.
13.9.1 OclVoid语法
OCL指定了每一个约束都必须有 一个上下文.上下文(context)指定了 哪一个项目被约束.OCL是一个类型化 的语言,因此数据类型扮演了重要角色 ,如高级语言C++,Java一样,也有多 种数据类型.
8
13.3.1 固化类型
一个约束就是对一个(或部分)面向对象 模型或者系统的一个或者一些值的限制. UML类图中的所有值都可以使用OCL来约 束.约束的应用类似于表达式,在OCL中 编写的约束上下文可以是一个类或一个操 作.其中需要指定约束的固化类型,而约 束的固化类型可以由以下三项组成: invariant pre-condition post-condition
13
13.6 使用集合
在OCL表达式的许多结果包含不止一个值,允许 存在多个值被OCL称为Collection的一个对象列 表.OCL中共定义了四种类型的对象列表,分别 是:Collection(集合),Set(集),Bag(袋 子)和Sequence(序列).
13.6.1 创建集合
集合可以通过字符显式地创建,创建集合时只 需要写出创建集合的类型名称,后跟以列表值 ,各值项使用逗号隔开,并被花括号包括.创 建集合如下所示: Set{1,5,6,99} Set{ 'Jim', 'Tim', ' xy'} Sequence{1,3,94,0,1,3} Sequence{ 'Jim', 'Tim', ' Jim'} Bag{1,2,4,5,4} Bag{ 'Jim', 'Tim', ' Tim'}