Cours gratuits » Cours informatique » Cours programmation » Cours UML » Cours éléments d’UML

Cours éléments d’UML

Problème à signaler:

Télécharger



★★★★★★★★★★3.5 étoiles sur 5 basé sur 1 votes.
Votez ce document:

Formation sur les Outils de modélisation UML : les règles et diagrammes

UML: langage de modélisation Formation informatique

Méta-modèle UML Cours éléments d’UML

définit la structure des modèles UML cours éléments 

permet la description du modèle concerné par l’application.

le="font-size: 8pt; font-family: 'andale mono', times;">une notation UML avec des éléments de la notation extensibles à condition d’en définir la sémantique Cours éléments d’UML

Construction de modèles objets ou autres cours éléments d’UML

Utilisation de la notation graphique

une solution visuelle

limite les ambiguïtés indépendance par rapport aux langages

...

...

Le diagramme de classes est considéré comme le plus important de la modélisation orientée objet, il est le seul obligatoire lors d’une telle modélisation.

Alors que le diagramme de cas d’utilisation montre un système du point de vue des acteurs, le diagramme de classes en montre la structure interne. Il permet de fournir une représentation abstraite des objets du système qui vont interagir ensemble pour réaliser les cas d’utilisation. Il est important de noter qu’un même objet peut très bien intervenir dans la réalisation de plusieurs cas d’utilisation. Les cas d’utilisation ne réalisent donc pas une partition1 des classes du diagramme de classes. Un diagramme de classes n’est donc pas adapté (sauf cas particulier) pour détailler, décomposer, ou illustrer la réalisation d’un cas d’utilisation particulier.

Il s’agit d’une vue statique car on ne tient pas compte du facteur temporel dans le comportement du système. Le diagramme de classes modélise les concepts du domaine d’application ainsi que les concepts internes créés de toutes pièces dans le cadre de l’implémentation d’une application. Chaque langage de Programmation Orienté Objets donne un moyen spécifique d’implémenter le paradigme objet (pointeurs ou pas, héritage multiple ou pas, etc.), mais le diagramme de classes permet de modéliser les classes du système et leurs relations indépendamment d’un langage de programmation particulier.

Les principaux éléments de cette vue statique sont les classes et leurs relations : association, généralisation et plusieurs types de dépendances, telles que la réalisation et l’utilisation.

Une partition d’un ensemble est un ensemble de parties non vides de cet ensemble, deux à deux disjointes et dont la réunion est égale à l’ensemble.

3.2  Les classes

3.2.1  Notions de classe et d’instance de classe

Une instance est une concrétisation d’un concept abstrait. Par exemple :

  • la Ferrari Enzo qui se trouve dans votre garage est une instance du concept abstrait Automobile ;
  • l’amitié qui lie Jean et Marie est une instance du concept abstrait Amitié ;

Une classe est un concept abstrait représentant des éléments variés comme :

  • des éléments concrets (ex : des avions),
  • des éléments abstraits ( ex : des commandes de marchandises ou services),
  • des composants d’une application (ex : les boutons des boîtes de dialogue),
  • des structures informatiques (ex : des tables de hachage),
  • des éléments comportementaux (ex : des tâches), etc.

Tout système orienté objet est organisé autour des classes.

Une classe est la description formelle d’un ensemble d’objets ayant une sémantique et des caractéristiques communes.

Un objet est une instance d’une classe. C’est une entité discrète dotée d’une identité, d’un état et d’un comportement que l’on peut invoquer. Les objets sont des éléments individuels d’un système en cours d’exécution.

Par exemple, si l’on considère que Homme (au sens être humain) est un concept abstrait, on peut dire que la personne Marie-Cécile est une instance de Homme. Si Homme était une classe, Marie-Cécile en serait une instance : un objet.

3.2.2  Caractéristiques d’une classe

Une classe définit un jeu d’objets dotés de caractéristiques communes. Les caractéristiques d’un objet permettent de spécifier son état et son comportement. Dans les sections 1.3.2 et 1.3.4, nous avons dit que les caractéristiques d’un objet étaient soit des attributs, soit des opérations. Ce n’est pas exact dans un diagramme de classe car les terminaisons d’associations sont des propriétés qui peuvent faire partie des caractéristiques d’un objet au même titre que les attributs et les opérations (cf. section 3.3.2).

État d’un objet :

Ce sont les attributs et généralement les terminaisons d’associations, tous deux réunis sous le terme de propriétés structurelles, ou tout simplement propriétés2, qui décrivent l’état d’un objet. Les attributs sont utilisés pour des valeurs de données pures, dépourvues d’identité, telles que les nombres et les chaînes de caractères. Les associations sont utilisées pour connecter les classes du diagramme de classe ; dans ce cas, la terminaison de l’association (du côté de la classe cible) est généralement une propriété de la classe de base (cf. section 3.3.1 et 3.3.2).

Les propriétés décrites par les attributs prennent des valeurs lorsque la classe est instanciée. L’instance d’une association est appelée un lien.

Comportement d’un objet :

Les opérations décrivent les éléments individuels d’un comportement que l’on peut invoquer. Ce sont des fonctions qui peuvent prendre des valeurs en entrée et modifier les attributs ou produire des résultats.

Une opération est la spécification (i.e. déclaration) d’une méthode. L’implémentation (i.e. définition) d’une méthode est également appelée méthode. Il y a donc une ambiguïté sur le terme méthode.

Les attributs, les terminaisons d’association et les méthodes constituent donc les caractéristiques d’une classe (et de ses instances).

3.2.3  Représentation graphique

Une classe est un classeur 3. Elle est représentée par un rectangle divisé en trois à cinq compartiments (figure 3.1).

Le premier indique le nom de la classe (cf. section 3.2.5), le deuxième ses attributs (cf. section 3.2.6) et le troisième ses opérations (cf. section 3.2.7). Un compartiment des responsabilités peut être ajouté pour énumérer l’ensemble de tâches devant être assurées par la classe mais pour lesquelles on ne dispose pas encore assez d’informations. Un compartiment des exceptions peut également être ajouté pour énumérer les situations exceptionnelles devant être gérées par la classe.

3.2.4  Encapsulation, visibilité, interface

Nous avons déjà abordé cette problématique section 1.3.4. L’encapsulation est un mécanisme consistant à rassembler les données et les méthodes au sein d’une structure en cachant l’implémentation de l’objet, c’est-à-dire en empêchant l’accès aux données par un autre moyen que les services proposés. Ces services accessibles (offerts) aux utilisateurs de l’objet définissent ce que l’on appel l’interface de l’objet (sa vue externe). L’encapsulation permet donc de garantir l’intégrité des données contenues dans l’objet.

L’encapsulation permet de définir des niveaux de visibilité des éléments d’un conteneur. La visibilité déclare la possibilité pour un élément de modélisation de référencer un élément qui se trouve dans un espace de noms différents de celui de l’élément qui établit la référence. Elle fait partie de la relation entre un élément et le conteneur qui l’héberge, ce dernier pouvant être un paquetage, une classe ou un autre espace de noms. Il existe quatre visibilités prédéfinies.

Public ou + :

tout élément qui peut voir le conteneur peut également voir l’élément indiqué.

Protected ou # :

seul un élément situé dans le conteneur ou un de ses descendants peut voir l’élément indiqué.

Private ou - :

seul un élément situé dans le conteneur peut voir l’élément.

Package ou ∼ ou rien :

seul un élément déclaré dans le même paquetage peut voir l’élément.

Par ailleur, UML 2.0 donne la possibilité d’utiliser n’importe quel langage de programmation pour la spécification de la visibilité.

Dans une classe, le marqueur de visibilité se situe au niveau de chacune de ses caractéristiques (attributs, terminaisons d’association et opération). Il permet d’indiquer si une autre classe peut y accéder.

Dans un paquetage, le marqueur de visibilité se situe sur des éléments contenus directement dans le paquetage, comme les classes, les paquetages imbriqués, etc. Il indique si un autre paquetage susceptible d’accéder au premier paquetage peut voir les éléments.

Dans la pratique, lorsque des attributs doivent être accessibles de l’extérieur, il est préférable que cet accès ne soit pas direct mais se fasse par l’intermédiaire d’opérations (figure 3.2).

3.2.5  Nom d’une classe

Le nom de la classe doit évoquer le concept décrit par la classe. Il commence par une majuscule. On peut ajouter des informations subsidiaires comme le nom de l’auteur de la modélisation, la date, etc. Pour indiquer qu’une classe est abstraite, il faut ajouter le mot-clef abstract.

La syntaxe de base de la déclaration d’un nom d’une classe est la suivante :

[ <Nom_du_paquetage_1>::...::<Nom_du_paquetage_N> ]

<Nom_de_la_classe> [ { [abstract], [<auteur>], [<date>], ... } ]

Méta-langage des syntaxes –

Nous aurons régulièrement recours à ce méta-langage pour décrire des syntaxes de déclaration. Ce méta-langage contient certains méta-caractère :

[ ] :

les crochets indiquent que ce qui est à l’intérieur est optionnel ;

< > :

les signes inférieur et supérieur indiquent que ce qui est à l’intérieur est plus ou moins libre ; par exemple, la syntaxe de déclaration d’une variable comme compteur : int est <nom_variable> : <type> ;

’ ’ :

les cotes sont utiles quand on veut utiliser un méta-caractère comme un caractère ; par exemple, pour désigner un crochet ([) il faut écrire ’[’ car [ est un méta-caractère ayant une signification spéciale ;

... :

permet de désigner une suite de séquence de longueur non définie, le contexte permettant de comprendre de quelle suite il s’agit.

3.2.6  Les attributs

Attributs de la classe

Les attributs définissent des informations qu’une classe ou un objet doivent connaître. Ils représentent les données encapsulées dans les objets de cette classe. Chacune de ces informations est définie par un nom, un type de données, une visibilité et peut être initialisé. Le nom de l’attribut doit être unique dans la classe. La syntaxe de la déclaration d’un attribut est la suivante :

<visibilité> [/] <nom_attribut> :

<type> [ '['<multiplicité>']' [{<contrainte>}] ] [ = <valeur_par_défaut> ]

Le type de l’attribut (<type>) peut être un nom de classe, un nom d’interface ou un type de donné prédéfini. La multiplicité (<multiplicité>) d’un attribut précise le nombre de valeurs que l’attribut peut contenir. Lorsqu’une multiplicité supérieure à 1 est précisée, il est possible d’ajouter une contrainte ({<contrainte>}) pour préciser si les valeurs sont ordonnées ({ordered}) ou pas ({list}).

Attributs de classe

Par défaut, chaque instance d’une classe possède sa propre copie des attributs de la classe. Les valeurs des attributs peuvent donc différer d’un objet à un autre. Cependant, il est parfois nécessaire de définir un attribut de classe (static en Java ou en C++) qui garde une valeur unique et partagée par toutes les instances de la classe. Les instances ont accès à cet attribut mais n’en possèdent pas une copie. Un attribut de classe n’est donc pas une propriété d’une instance mais une propriété de la classe et l’accès à cet attribut ne nécessite pas l’existence d’une instance.

Graphiquement, un attribut de classe est souligné.

Attributs dérivés

Les attributs dérivés peuvent être calculés à partir d’autres attributs et de formules de calcul. Lors de la conception, un attribut dérivé peut être utilisé comme marqueur jusqu’à ce que vous puissiez déterminer les règles à lui appliquer.

Les attributs dérivés sont symbolisés par l’ajout d’un « / » devant leur nom.

3.2.7  Les méthodes

Méthode de la classe

Dans une classe, une opération (même nom et même types de paramètres) doit être unique. Quand le nom d’une opération apparaît plusieurs fois avec des paramètres différents, on dit que l’opération est surchargée. En revanche, il est impossible que deux opérations ne se distinguent que par leur valeur retournée.

La déclaration d’une opération contient les types des paramètres et le type de la valeur de retour, sa syntaxe est la suivante :

<visibilité> <nom_méthode> ([<paramètre_1>, ... , <paramètre_N>]) :

[<type_renvoyé>] [{<propriétés>}]

La syntaxe de définition d’un paramètre (<paramètre>) est la suivante :

[<direction>] <nom_paramètre>:<type> ['['<multiplicité>']'] [=<valeur_par_défaut>]

La direction peut prendre l’une des valeurs suivante :

in

 : Paramètre d’entrée passé par valeur. Les modifications du paramètre ne sont pas disponibles pour l’appelant. C’est le comportement par défaut.

out

 : Paramètre de sortie uniquement. Il n’y a pas de valeur d’entrée et la valeur finale est disponible pour l’appelant.

inout

 : Paramètre d’entrée/sortie. La valeur finale est disponible pour l’appelant.

Le type du paramètre (<type>) peut être un nom de classe, un nom d’interface ou un type de donné prédéfini.

Les propriétés (<propriétés>) correspondent à des contraintes ou à des informations complémentaires comme les exceptions, les préconditions, les postconditions ou encore l’indication qu’une méthode est abstraite (mot-clef abstract), etc.

Méthode de classe

Comme pour les attributs de classe, il est possible de déclarer des méthodes de classe. Une méthode de classe ne peut manipuler que des attributs de classe et ses propres paramètres. Cette méthode n’a pas accès aux attributs de la classe (i.e. des instances de la classe). L’accès à une méthode de classe ne nécessite pas l’existence d’une instance de cette classe.

Graphiquement, une méthode de classe est soulignée.

Méthodes et classes abstraites

Une méthode est dite abstraite lorsqu’on connaît son entête mais pas la manière dont elle peut être réalisée (i.e. on connaît sa déclaration mais pas sa définition).

Une classe est dite abstraite lorsqu’elle définit au moins une méthode abstraite ou lorsqu’une classe parent (cf. section 3.3.9) contient une méthode abstraite non encore réalisée.

On ne peut instancier une classe abstraite : elle est vouée à se spécialiser (cf. section 3.3.9). Une classe abstraite peut très bien contenir des méthodes concrètes.

Une classe abstraite pure ne comporte que des méthodes abstraites. En programmation orientée objet, une telle classe est appelée une interface.

Pour indiquer qu’une classe est abstraite, il faut ajouter le mot-clef abstract derrière son nom.

3.2.8  Classe active

Une classe est passive par défaut, elle sauvegarde les données et offre des services aux autres. Une classe active initie et contrôle le flux d’activités.

Graphiquement, une classe active est représentée comme une classe standard dont les lignes verticales du cadre, sur les côtés droit et gauche, sont doublées.

Il faut ici aborder un petit problème de terminologie autour du mot propriété. En effet, dans la littérature, le mot propriété est parfois utilisé pour désigner toutes les caractéristiques d’une classe (i.e. les attributs comme les méthodes). Dans ce cas, les attributs et les terminaisons d’association sont rassemblés sous le terme de propriétés structurelles, le qualificatif structurelle prenant ici toute son importance. D’un autre côté, le mot propriété est souvent utilisé dans l’acception du terme anglais property (dans la norme UML Superstructure version 2.1.1), qui, lui, ne désigne que les attributs et les terminaisons d’association, c’est-à-dire les propriétés structurelles. Pour englober les méthodes, il faut alors utiliser le terme plus générique de caractéristiques, qui prend ainsi le rôle de traduction du terme anglais feature dans la norme. Dans le présent cours, je m’efforce de me conformer à cette deuxième solution où propriété et propriété structurelle désignent finalement la même chose.

De manière générale, toute boîte non stéréotypée dans un diagramme de classes est implicitement une classe. Ainsi, le stéréotype class est le stéréotype par défaut.  

3.3  Relations entre classes

3.3.1  Notion d’association

Une association est une relation entre deux classes (association binaire) ou plus (association n-aire), qui décrit les connexions structurelles entre leurs instances. Une association indique donc qu’il peut y avoir des liens entre des instances des classes associées.

Comment une association doit-elle être modélisée ? Plus précisément, quelle différence existe-t-il entre les deux diagrammes de la figure 3.3 ?

Dans la première version, l’association apparaît clairement et constitue une entité distincte. Dans la seconde, l’association se manifeste par la présence de deux attributs dans chacune des classes en relation. C’est en fait la manière dont une association est généralement implémentée dans un langage objet quelconque (cf. section 3.6.2), mais pas dans tout langage de représentation (cf. section 3.6.3).

La question de savoir s’il faut modéliser les associations en tant que tel a longtemps fait débat. UML a tranché pour la première version car elle se situe plus à un niveau conceptuel (par opposition au niveau d’implémentation) et simplifie grandement la modélisation d’associations complexes (comme les associations plusieurs à plusieurs par exemple).

Un attribut peut alors être considéré comme une association dégénérée dans laquelle une terminaison d’association4 est détenue par un classeur (généralement une classe). Le classeur détenant cette terminaison d’association devrait théoriquement se trouver à l’autre extrémité, non modélisée, de l’association. Un attribut n’est donc rien d’autre qu’une terminaison d’un cas particulier d’association (cf. figure 3.9 section 3.3.5).

Ainsi, les terminaisons d’associations et les attributs sont deux éléments conceptuellement très proches que l’on regroupe sous le terme de propriété.

3.3.2  Terminaison d’association

Propriétaire d’une terminaison d’association

La possession d’une terminaison d’association par le classeur situé à l’autre extrémité de l’association peut être spécifié graphiquement par l’adjonction d’un petit cercle plein (point) entre la terminaison d’association et la classe (cf. figure 3.4). Il n’est pas indispensable de préciser la possession des terminaisons d’associations. Dans ce cas, la possession est ambiguë. Par contre, si l’on indique des possessions de terminaisons d’associations, toutes les terminaisons d’associations sont non ambiguë : la présence d’un point implique que la terminaison d’association appartient à la classe située à l’autre extrémité, l’absence du point implique que la terminaison d’association appartient à l’association.

Figure 3.4: Utilisation d’un petit cercle plein pour préciser le propriétaire d’une terminaison d’association.

Par exemple, le diagramme de la figure 3.4 précise que la terminaison d’association sommet (i.e. la propriété sommet) appartient à la classe Polygone tandis que la terminaison d’association polygone (i.e. la propriété polygone) appartient à l’association Défini par.

Une terminaison d’association est une propriété

Une propriété est une caractéristique structurelle. Dans le cas d’une classe, les propriétés sont constituées par les attributs et les éventuelles terminaisons d’association que possède la classe. Dans le cas d’une association, les propriétés sont constituées par les terminaisons d’association que possède l’association. Attention, une association ne possède pas forcément toutes ses terminaisons d’association !

Une propriété peut être paramétrée par les éléments suivant (on s’intéresse ici essentiellement aux terminaisons d’associations puisque les attributs ont été largement traités section 3.2) :

nom :

Comme un attribut, une terminaison d’association peut être nommée. Le nom est situé à proximité de la terminaison, mais contrairement à un attribut, ce nom est facultatif. Le nom d’une terminaison d’association est appelée nom du rôle. Une association peut donc posséder autant de noms de rôle que de terminaisons (deux pour une association binaire et n pour une association n-aire).

visibilité :

Comme un attribut, une terminaison d’association possède une visibilité (cf. section 3.2.4). La visibilité est mentionnée à proximité de la terminaison, et plus précisément, le cas échéant, devant le nom de la terminaison.

multiplicité :

Comme un attribut, une terminaison d’association peut posséder une multiplicité. Elle est mentionnée à proximité de la terminaison. Il n’est pas impératif de la préciser, mais, contrairement à un attribut dont la multiplicité par défaut est 1, la multiplicité par défaut d’une terminaison d’association est non spécifiée. L’interprétation de la multiplicité pour une terminaison d’association est moins évidente que pour un attributs (cf. section 3.3.4).

navigabilité :

Pour un attribut, la navigabilité est implicite, navigable, et toujours depuis la classe vers l’attribut. Pour une terminaison d’association, la navigabilité peut être précisée (cf. section 3.3.5).

3.3.3  Association binaire et n-aire

Association binaire

Figure 3.5: Exemple d’association binaire.

Une association binaire est matérialisée par un trait plein entre les classes associées (cf. figure 3.5). Elle peut être ornée d’un nom, avec éventuellement une précision du sens de lecture (▸ ou ◂).

Quand les deux extrémités de l’association pointent vers la même classe, l’association est dite réflexive.

Association n-aire

Figure 3.6: Exemple d’association n-aire.

Une association n-aire lie plus de deux classes. La section 3.3.4 détaille comment interpréter les multiplicités d’une association n-aire. La ligne pointillé d’une classe-association (cf. section 3.3.7) peut être reliée au losange par une ligne discontinue pour représenter une association n-aire dotée d’attributs, d’opérations ou d’associations.

On représente une association n-aire par un grand losange avec un chemin partant vers chaque classe participante (cf. figure 3.6). Le nom de l’association, le cas échéant, apparaît à proximité du losange.

3.3.4  Multiplicité ou cardinalité

La multiplicité associée à une terminaison d’association, d’agrégation ou de composition déclare le nombre d’objets susceptibles d’occuper la position définie par la terminaison d’association. Voici quelques exemples de multiplicité :

  • exactement un : 1 ou 1..1
  • plusieurs : * ou 0..*
  • au moins un : 1..*
  • de un à six : 1..6

Dans une association binaire (cf. figure 3.5), la multiplicité sur la terminaison cible contraint le nombre d’objets de la classe cible pouvant être associés à un seul objet donné de la classe source (la classe de l’autre terminaison de l’association).

Dans une association n-aire, la multiplicité apparaissant sur le lien de chaque classe s’applique sur une instance de chacune des classes, à l’exclusion de la classe-association et de la classe considérée. Par exemple, si on prend une association ternaire entre les classes (A, B, C), la multiplicité de la terminaison C indique le nombre d’objets C qui peuvent apparaître dans l’association (définie section 3.3.7) avec une paire particulière d’objets A et B.

Remarque 1 :

Pour une association n-aire, la multiplicité minimale doit en principe, mais pas nécessairement, être 0. En effet, une multiplicité minimale de 1 (ou plus) sur une extrémité implique qu’il doit exister un lien (ou plus) pour TOUTES les combinaisons possibles des instances des classes situées aux autres extrémités de l’association n-aire !

Remarque 2 :

Il faut noter que, pour les habitués du modèle entité/relation, les multiplicités sont en UML « à l’envers » (par référence à Merise) pour les associations binaires et « à l’endroit » pour les n-aires avec n>2.


107