Проектирование реляционных баз данных с использованием семантических моделей: диаграммы классов языка UML

Операции над множествами, мультимножествами и последовательностями

В OCL поддерживается обширный набор операций над значениями коллекционных типов данных. Обсудим только те из них, которые являются уместными в контексте данной лекции. Синтаксически операции над коллекциями записываются в нотации, аналогичной точечной, но вместо точки используется стрелка ( ). Таким образом, общий синтаксис применения операции к коллекции следующий:

<коллекция> -> <имя операции> (<список фактических параметров>)

Операция select

В OCL определены три одноименных операции select, которые обрабатывают заданное множество, мультимножество или последовательность на основе заданного логического выражения над элементами коллекции. Результатом каждой операции является новое множество, мультимножество или последовательность, соответственно, из тех элементов входной коллекции, для которых результатом вычисления логического выражения является true.

Операция collect

Аналогично набору операций select, в OCL определены три операции collect, параметрами которых являются множество, мультимножество или последовательность и некоторое выражение над элементами соответствующей коллекции. Результатом является мультимножество для операций collect, определенных над множествами и мультимножествами, и последовательность для операции collect, определенной над последовательностью. При этом результирующая коллекция соответствующего типа (коллекция значений или объектов) состоит из результатов применения выражения к каждому элементу входной коллекции. Операция collect используется, главным образом, в тех случаях, когда от заданной коллекции объектов требуется перейти к некоторой другой коллекции объектов, которые ассоциированы с объектами исходной коллекции через некоторое соединение. В этом случае выражение над элементом исходной коллекции основывается на операции перехода по соединению.

Операции exists, forAll, size

В OCL определены три одноименных операции exists над множеством, мультимножеством и последовательностью, дополнительным параметром которых является логическое выражение. В результате каждой из этих операций выдается true в том и только в том случае, когда хотя бы для одного элемента входной коллекции значением логического выражения является true. В противном случае результатом операции является false. Операции forAll отличаются от операций exists тем, что в результате каждой из них выдается true в том и только в том случае, когда для всех элементов входной коллекции результатом вычисления логического выражения является true. В противном случае результатом операции будет false. Операция size применяется к коллекции и выдает число содержащихся в ней элементов^{14Для коллекций значений возможно также применение операций min, max и avg, выдающих минимальное, максимальное и среднее значение элементов коллекции соответственно.}.

Операции union, intersect, symmetricDifference

Параметрами двуместных операций union, intersect, symmetricDifference являются две коллекции, причем в OCL операции определены почти для всех возможных комбинаций типов коллекции. Не будем рассматривать все определения этих операций и кратко упомянем только две из них. Результатом операции union, определенной над множеством и мультимножеством, является мультимножество, т. е. из результата объединения таких двух коллекций дубликаты не исключаются. Результатом же операции intersect, определенной над двумя множествами, является множество, т. е. в этом случае возможные дубликаты должны быть исключены.

Примеры инвариантов

В заключение обзора языка OCL приведем примеры четырех инвариантов, выраженных на этом языке. Будем основываться на диаграмме классов, показанной на рис. 10.14.

Рис. 10.14. Диаграмма классов, используемая для примеров на языке OCL

context Служащий inv:
self.возраст >18 and self.возраст < 100

Условие инварианта накладывает требуемое ограничение на значения атрибута возраст, определенного в классе Служащий. В условном выражении инварианта ключевое слово self обозначает текущий объект класса -контекста инварианта. Можно считать, что при проверке данного условия будут перебираться существующие объекты класса Служащий, и для каждого объекта будет проверяться, что значения атрибута возраст находятся в пределах заданного диапазона. Ограничение удовлетворяется, если условное выражение принимает значение true для каждого объекта класса -контекста.

context Отдел inv:
self.номер <= 5 or 
self.служащий -> select (возраст <=30) -> size () = 0

В этом случае условное выражение инварианта будет вычисляться для каждого объекта класса Отдел. Подвыражение справа от операции or вычисляется слева направо. Сначала вычисляется подвыражение self.служащий, значением которого является множество объектов, соответствующих служащим, которые работают в текущем отделе. Далее к этому множеству применяется операция select (возраст 30), в результате которой вырабатывается множество объектов, соответствующих служащим текущего отдела, возраст которых не превышает 30 лет. Значением операции size () является число объектов в этом множестве. Все выражение принимает значение true, если последняя операция сравнения " =0 " вырабатывает значение true, т. е. если в текущем отделе нет служащих младше 31 года. Ограничение в целом удовлетворяется только в том случае, если значением условия инварианта является true для каждого отдела.

Тот же инвариант можно сформулировать в контексте класса Сотрудник:

context Сотрудник inv:
self.возраст > 30 or self.отдел.номер <= 5

Здесь следует обратить внимание на подвыражение self.отдел.номер <= 5. Поскольку отдел – это имя роли соединения, значением подвыражения self.отдел является коллекция (множество). Но кратность роли отдел равна единице, т. е. каждому объекту служащего соответствует в точности один объект отдела. Поэтому в OCL допускается сокращенная запись операции self.отдел.номер, значением которой является номер отдела текущего служащего.

context Отдел inv:
self.служащий -> exists (должность = "manager") and 
self.компания.годОснования >= self.годОснования

Здесь должность – атрибут класса Служащий, а атрибуты с именем годОснования имеются и у класса Отдел, и у класса Компания. В условном выражении этого инварианта подвыражение self.служащий -> exists (должность = "manager") эквивалентно выражению self.служащий -> select (должность = "manager") -> size () > 1. Если бы в ограничении мы потребовали, чтобы у каждого отдела был только один менеджер, то следовало бы написать ... size () = 1, и это было бы не эквивалентно варианту с exists.

Обратите внимание, что в этом случае снова законным является подвыражение self.компания.годОснования, поскольку кратность роли компания в ассоциации классов Отдел и Компания равна единице.

context Компания inv:
self.отдел -> collect (служащие) -> size ( ) < 1000

Здесь полезно обратить внимание на использование операции collect. Проследим за вычислением условного выражения. В нашем случае в классе Компания всего один объект, и он сразу становится текущим. В результате выполнения операции self.отдел будет получено множество объектов, соответствующих всем отделам компании. При выполнении операции collect (служащие) для каждого объекта-отдела по соединению с объектами класса СЛУЖАЩИЕ будет образовано множество объектов-служащих данного отдела, а в результате будет образовано множество объектов, соответствующих всем служащим всех отделов компании, т. е. всем служащим компании.

Плюсы и минусы использования языка OCL при проектировании реляционных баз данных

Плюсы и минусы использования языка OCL при проектировании реляционных БД очевидны. Язык позволяет формально и однозначно (без двусмысленностей, свойственных естественным языкам) определять ограничения целостности БД в терминах ее концептуальной схемы. Скорее всего, наличие подобной проектной документации будет полезным для сопровождения БД, даже если придется преобразовывать инварианты OCL в ограничения целостности SQL вручную.

К отрицательным сторонам использования OCL относится, прежде всего, сложность языка и неочевидность некоторых его конструкций. Кроме того, строгость синтаксиса и линейная форма языка в некотором роде противоречат наглядности и интуитивной ясности диаграммной части UML. Да, в инвариантах OCL используются те же понятия и имена, что и в соответствующей диаграмме классов, но используются совсем в другой манере. И последнее. Трудно доказать или опровергнуть как предположение, что на языке OCL можно выразить любое ограничение целостности, которое можно определить средствами SQL, так и утверждение, что на языке OCL нельзя выразить такой инвариант, для которого окажется невозможным сформулировать эквивалентное ограничение целостности на языке SQL. Лично мне неизвестны работы, в которых бы сравнивалась выразительная мощность этих языков в связи с ограничениями целостности реляционных БД.