Note | Object Constraint Language Concepts (Unfinished)

Object Constraint Language(OCL) 物件限制語言。

1. Introduction

• 通常只使用 UML 是不足以完全規範一個軟體系統
• 所以還需要 Constraint 來完全規範一個軟體系統
• Constraint 是對軟體系統的一個或多個值的限制
• Object Constraint Language(OCL) 是一種基於 Text 的語言，用於描述這些 Constraints

上圖展示了一個 Flight 的 Class invariant，如果 type == passenger，那麼 airplane.type 也必須為 passenger，同樣的 cargo 也只能對應 cargo 這意思就如果是客運航班就要對應客機，貨運航班就要對應貨機。

2. Basic Object Constraint Language

2.2.1 Kinds of Constraints

因 UML 類別圖中無法包含一些細節資訊，若以自然語言描述，常造成開發者與使用者間認知差異，所以使用物件限制語言嚴謹的描述 UML 類別圖中有關系統規格的所有資訊，為 UML 標準的擴充機制。 物件限制語言使用三種限制式(constraint)來描述類別的行為:

1. Class invariant(類別恆定條件): a constraint that must alwaysbe met by all instances of the class.
   • 針對一個類別而言，此類別的任何物件在整個生命週期皆須滿足自身定義的恆定條件
2. Method pre-condition(函式前置條件): a constraint that must always be true beforethe execution of the operation.
   • 針對一個函式而言，在此函式被呼叫之前須滿足前置條件，才能確保動作正確
3. Method post-condition(函式後置條件): a constraint that must always be true afterthe execution of the operation.
   • 針對一個函式而言，若在此函式被呼叫之前滿足前置條件，則此函式在被呼叫後，一定滿足後置條件
4. Other constraints(其他限制式) 在 OCL2 之後還有其他的限制式加入如:
   • Derive, Init, Let, Def, Package

例如: 一個校園借書系統，那麼 Class invariant 必須為 Student，因為校外人士不能借閱， 而還書時 Pre-condition 必須為至少要有那本要還的書，Post-condition 則必須沒有已經還回去的書。

2.2.2 Constraint Context and Self

• Every OCL expression is bound to a specific context.
  • The context is often the element (classor method) that the constraint is attached to.
• The context may be denoted within the expression using the keyword ‘self’.
  • ‘self’ is implicit in all OCL expressions.
  • Similar to ‘this’ in Java.

例如: 以下的 OCL，context Person 宣告了這個 Constraint 是屬於 Person 這個 Class，而 self 則專指這個 Person 的 attribute

context Person
inv: self.age >= 0

2.2.3 Notation

OCL 可以單獨寫在一個文件中，也可以寫在 UML 的 Class diagram 裡面，這些表示方法都是相同的

2.2.4 Elements of an OCL Expression

• In an OCL expression these elements may be used:
  • basic types: String, Boolean, Integer, Real.
• classifiers from the UML model and their features
  • attributes, and class attributes
  • query operations, and class query operations (i.e., those operations that do not have side effects)
• associations from the UML model
  • Including Rolenames at either end of an association

OCL 同樣有型別的概念，並且可以使用 UML 的 Class diagram 中的 Attribute，Operation，Association 等等

Basic types

以下表示了 OCL 的基本型別，可以使用在 OCL 的表達式

context Airline
    inv: name.toLower = 'klm'
context Passenger
    inv: age >= ((9.6 -3.5)* 3.1).floor implies mature = true

這裡表現出了 name.toLower 必須為 String，而 age 則為 float，mature 則為 boolean

Attributes

OCL 中有專指 Object 實例的 Attribute，也有專指 Class 的 Attribute

• Class attribute 會在所有 Object 實例中共享
• Object attribute 則是每個 Object 實例都有自己的 Attribute

以下是一個例子:

-- Object attribute
context Flight
    inv: self.maxNrPassengers<= 1000
-- Class attribute
context Passenger
    inv: age >= Passenger.minAge

這裡的 maxNrPassengers 為專指 Flight Object 的 Attribute，而 age 則為所有 Passenger Class 的 Attribute

The @Pre Keyword

• The @pre keyword indicates the value of an attribute at the start of the execution of the operation
• The keyword must be postfixed to the name of the item concernedsize = size@pre + 1

例如 size = size@pre + 1:

• size@pre 表示在執行這個 Operation 前的 size
• size 表示在執行這個 Operation 後的 size

Example: 例如一個 Triangle 的完整 OCL 可能會類似以下，其中包含了:

• Class invariant: 三角形的三邊長必須符合三角不等式
• Constructor(int sa, int sb, int sc): Triangle 的建構式
  • Pre-condition: 輸入值必須符合三角不等式
  • Post-condition: 建構後的 a, b, c 應該等於輸入的 sa, sb, sc
• Method: category(): 用來判斷三角形的類型
  • Post-condition: 回傳值應該為 Equilateral, Isosceles, Scalene

context Triangle
inv:
    a + b > c and a + c > b and b + c > a

context Triangle::Triangle(int sa, int sb, int sc)
pre IllegealArgException:
    sa + sb > sc and sa + sc > sb and sb + sc > sa
post:
    a = sa and b = sb and c = sc
    
context Triangle::category(): String
post: result=
if a@pre = b@pre then
    ifa@pre = c@pre then 'Equilateral'
    else 'Isosceles' 
    endif
else
    if a@pre = c@pre then 'Isosceles'
    else
        if b@pre = c@pre then'Isosceles'
        else 'Scalene' 
        endif
    endif
endif

3. Collection in OCL

OCL 中有已經定義好的關於 Collection 的操作，語法上使用: collection -> operation 來表示對 Collection 的操作

3.1 Four Subtypes of Collection

這裡有四種型態的 Collection 可以宣告:

• Set:
  • arrivingFlights(from the context Airport)
  • Non ordered, unique elements
• OrderedSet:
  • passengers(from the context Flight)
  • Ordered, unique elements
• Bag:
  • arrivingFlights.duration (from the context Airport)
  • Non ordered, non unique elements
• Sequence:
  • passengers.age (from the context Flight)
  • Ordered, non unique elements

Basic Collection Operations

• Boolean
  • isEmpty(): 如果 Collection 為空則回傳 True
  • notEmpty(): 如果 Collection 不為空則回傳 True
  • includes(object): 如果 Collection 中包含 object 則回傳 True
  • excludes(object): 如果 Collection 中不包含 object 則回傳 True
  • includesAll(Collection): 如果 Collection 中包含所有 Collection 中的元素則回傳 True
  • excludesAll(Collection): 如果 Collection 中不包含所有 Collection 中的元素則回傳 True
• Integer
  • size(): 回傳 Collection 的大小
  • count(object): 回傳 Collection 中符合條件的元素個數
  • sum(): 回傳 Collection 中所有元素的總和
• Coolection
  • including(object): 回傳一個新的 Collection，包含了 object
  • excluding(object): 回傳一個新的 Collection，移除了 object
  • union(Collection): 回傳一個新的 Collection，包含了原本的 Collection 和另一個 Collection
  • intersection(Collection): 回傳一個新的 Collection，包含了原本的 Collection 和另一個 Collection 的交集
  • -(Collection): 回傳一個新的 Collection，從一個 Collection 中移除另一個 Collection 的元素
  • symmetricDifference(Collection): 回傳一個新的 Collection，包含了原本的 Collection 和另一個 Collection 的差集
• Operations for Ordered Collection
  • first(): 回傳第一個元素
  • last(): 回傳最後一個元素
  • at(index): 回傳 index 的元素
  • indexOf(object): 回傳 object 在 Collection 中的 index
  • insertAt(index, object): 將 object 插入到 index 的位置
  • append(object): 將 object 插入到最後一個位置
  • prepend(object): 將 object 插入到第一個位置
  • subSequence(lower, upper): 返回一個包含從較低 index 到較高 index 的元素的新 Sequence
  • subOrderedSet(lower, upper): 返回一個包含從較低 index 到較高 index 的元素的新 OrderedSet

Loop Collection Operations

NOTE

Last edit 11-20-2023 00:11