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Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  5

2  Methoden zur Softwareentwicklung  7

2.1  Begriffsbestimmungen  7

2.2  Objektorientierte Softwareentwicklung  9

2.3  Ausgewählte Methoden zur objektorientierten  

Softwareentwicklung   11

2.4  Ausgewählte Vorgehensmodelle zur Softwareentwicklung  14

3  UML und RUP zur OO Softwareentwicklung  22

3.1  UML als Modellierungssprache für objektorientierte SW-  

Entwicklung   22

3.1.1  Entstehungsgeschichte  22

3.1.2  UML Struktur und Sprachelemente  23

3.1.3  UML Diagramme  24

3.1.4  c Z v v Ç u t Konzept und UML  28

3.2  RUP als Vorgehensmodell zur objektorientierten SW-Entwicklung  

mit  UML  30

3.2.1  Entstehungsgeschichte  30

3.2.2  Das RUP - Prozessrahmenwerk  31

3.2.3  RUP Artefakte und UML  33

3.2.4  RUP-Projekt Implementierung  36

4  HLVSLHODQZHQGXQJÄ LEOLRWKHNVV VWHP  40

4.1.1  Beschreibung der Beispielanwendung  40

4.1.2  Implementierung des RUP für das Beispielprojekckage  41

4.1.3  Ausgewählte RUP Artefakte  42

5  Zusammenfassung  51

6  Literaturverzeichnis  52

7  Anhänge  58

7.1  Abkürzungsverzeichnis  58

7.2  UML 2.0 Notationsübersicht  59

7.3  Vergleich ausgewählter OO-Methoden  63

7.4  UML 2.0 Metamodell  64

7.5  UML 2 0 Classifier-Konzept  65

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  Abstraktion der Modellierung, Diagrammarten und OO Kon-  

zepte  , nach Fran00, S.715  10

Tabelle 2:  Zwölf Regeln des Extreme Programming Rune04, S.2  19

Tabelle 3:  Übersicht zu verschiedenen Vorgehensmodellen Opit03,  

S.58   20

Tabelle 4:  UML Strukturdiagramme Jeck04, S.21ff  26

Tabelle 5:  UML Verhaltensdiagramme Jeck04, S.65ff  27

Tabelle 6:  RUP Prozess Disziplinen  32

Tabelle 7:  RUP Prozess Phasen  33

Tabelle 8:  RUP Modelle, nach Admi08  34

Tabelle 9:  UML Diagramme und RUP Modelle, nach Admi08  35

Tabelle 10:  RUP Project Timeline (Beispiel), Hirs02, S.5  36

Tabelle 11:  RUP Project Artifacts (Beispiel), Hirs02, S.6  37

Tabelle 12:  Ä LEOLRWKHNVV VWHP -Projekt Artefakte des RUP  41

Tabelle 13:  AnwendXQJVIDOOÄ XFKDXIQHKPHQ 6FKP6  44

Tabelle 14:  Vergleich ausgewählter OO-Methoden, nach Dabi00, S.5ff  63

Abbildungsverzeichnis   

Bild  1: Aufbau der Arbeit  6

Bild  2: Software-Technik als Fachgebiet der Praktischen Informatik  

Balz00  , S.39  7

Bild  3: Komponenten einer Methode Balz00, S.37  9

Bild  4: Ursprünge und grundlegende Konzepte der objektorientier-  

ten  Softwareentwicklung nach Balz96, S.20f.  10

Bild  5: Beispieldiagramme der OO Modellierung (UML Notation)  11

Bild  6: Historische Entwicklung objektorientierter Methoden und in-  

sbesondere  der UML Oest04, S.20  12

Bild  7: Wasserfall-Modell / Softwarelebenszyklus Somm07, S.97  15

Bild  8: V-Modell der Softwareentwicklung Opit03, S.26  15

Bild  9: Inkrementell-Iteratives Modell der SW-Entwicklung  

Somm07  , S.102  16

Bild  10: Spiral-Modell der SW-Prozesses Somm07, S.104  17

Bild  11: EP Vorgehensmodell XP08  20

Bild  12: Übersicht der UML-Diagramme, nach Oest04, S.211 und  

Jeck04  , S.19  25

Bild  13: Verhaltensdiagramme und Verhalten einer Operation eines  

Classifiers  Jeck04, S.67  27

Bild  14: Beispiel Notation des Klassendiagramms Jeck04, S.26  28

Bild  15: USDP Softwareentwicklungsprozess, nach Hirs02, S.2  31

Bild  16: RUP Modelle und ihre Abhängigkeiten, Admi08, S.2  34

Bild  17: Geschäftsprozessanalyse für den Betrieb einer Bibliothek  42

Bild  18: Strukturierung des Bibliothekssystems  43

Bild  19: Funktionale Anforderungen an das SW-System  43

Bild  20: QZHQGXQJVIDOOÄ LEOLRWKHNVV VWHP  44

Bild  21: QZHQGXQJVIDOOÄ HVWDQGVYHUZDOWXQJ QDFK 6FKP6  45

Bild  22: QZHQGXQJVIDOOÄ/HLKEHWULHE QDFK 6FKP6  45

Bild  23: AktivitätsdiaJUDPPÄ HQXW HUDQPHOGHQ QDFK 6FKP  

S.57   46

Bild  24: Bildschirmansicht eines GUI Prototyps  47

Bild  25: Klassendiagramm Leihobjekt, nach Schm04, S.90  48

Bild  26: Klassendiagramm Entleihung, nach Schm04, S.95  48

Bild  27: Zustandsdiagramm Exemplar, nach Schm04, S.101  49

Bild  28: Sequenzdiagramm Buch ausleihen, nach Schm04, S.111  50

Bild  29: UML 2.0 Metamodell Jeck04, S. 117  64

Bild  30: UML 2 0 Classifier-Konzept Jeck04, S 16  65

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1 Einleitung

Die Größe und Komplexität von Softwaresystemen verdoppelt sich etwa alle fünf Jahre. Heutige Softwaresysteme können leicht aus mehreren millionen Zeilen Quelltext bestehen. Sie werden mehrheitlich nicht mehr für einen einzelnen Computer geschrieben sondern bestehen aus verteilten Anwendungen, die als Teil komplexer Softwarearchitekturen ihre Aufgabe erfüllen müssen [West06, S.6]. Die Entwicklung fehlerfreier Software stellt eine große Herausforderung für die Entwickler dar, die ohne methodisches Vorgehen und Techniken aus dem Software Engineering nur schwer möglich ist [Somm07, S.30f].

Seit Beginn der 90iger Jahre haben objektorientierte Techniken stark an Bedeutung gewonnen. Aus den zahlreichen Methoden, 1993 wurden ca. 40 verschiedene objektorientierte Methoden gezählt [Balz96, S. 19], hat sich eine geringe Anzahl an heute gebräuchlichen Modellierungs- und Vorgehensweisen durchgesetzt. Mit der Unified Modeling Language (UML) hat sich ein Quasistandard zur objektorientierten Modellierung herausgebildet, unter den Vorgehensmodellen und -methoden findet der Rational Unified Process (RUP) eine große Verbreitung [Oest04, S.19ff].

Innerhalb dieser Arbeit soll die objektorientierte Softwareentwicklung mittels UML und RUP als Beispiel für ein methodisches Vorgehen im Sinne des Software Engineering detailiert dargestellt werden. Hierbei liegt der Schwerpunkt der Darstellungen auf den technischen Aspekten der Softwareherstellung (technische Prozesse der Softwareentwicklung) und auf den ersten beiden Prozessaktivitäten (Softwarespezifikation und Softwareentwicklung) des Softwareprozesses [Somm07, S. 33f].

Die Arbeit gliedert sich in drei Abschnitte (vgl. Bild 1). Im ersten Abschnitt werden die grundlegenden Begriffe und ausgewählte Techniken und Vorgehensweisen aus dem Software Engineering vorgestellt und diskutiert. Der zweite Abschnitt vertieft UML als Modellierungsmethode und RUP als Vorge- hensmodell zur objektorientierten Softwareentwicklung. Grundlegenden Prin-

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zipien, Arbeitsschritte und Phasen von RUP und die Notation und Semantik der Modellierungsmethode UML werden beschrieben. Eine kurze Beispielanwendung der vorgestellten Methodik und Vorgehensweise im dritten Abschnitt der Arbeit zeigt die praktische Umsetzung für ein Softwaresystem zur Bibliotheksverwaltung.

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2 Methoden zur Softwareentwicklung

Der folgende Abschnitt diskutiert die grundlegenden Begriffe und ausgewählte Techniken und Vorgehensweisen aus dem Software Engineering, die für das Verständnis dieser Arbeit notwendig sind.

2.1 Begriffsbestimmungen

Das zentrale Thema dieser Arbeit sind Methoden und Vorgehensmodelle für die objektorientierte Softwareentwicklung. Diese sind Gegenstand des Software Engineering (zu Deutsch: Software-Technik), einem Fachgebiet der Informatik (siehe Bild 2), das bei [Balz00, S. 36] wie folgt definiert wird: Software-Technik: Zielorientierte Bereitstellung und systematische Verwendung von Prinzipien, Methoden und Werkszeugen für die arbeitsteilige, ingenieurmäßige Entwicklung und Anwendung von umfangreichen Softwaresystemen. Zielorientiert bedeutet die Berücksichtigung z.B. von Kosten, Zeit, Qualität.

Bild 2: Software-Technik als Fachgebiet der Praktischen Informatik [Balz00, S.39]

Das Software Engineering beschäftigt sich demnach mit allen Aspekten der Softwareherstellung, sowohl der eigentlichen Entwicklung wie auch der Wartung nach Inbetriebnahme. Die Entstehung eines Softwareproduktes kann durch einen Softwareprozess, eine Menge von Tätigkeiten und damit zu-

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sammenhängenden Ergebnissen beschrieben werden. Der Softwareprozess weist vier grundlegende Prozessaktivitäten auf [Somm07, S.33f]: 1. Softwarespezifikation: Definition der zu produzierenden Software und ihrer Einsatzrandbedingungen.

2. Softwareentwicklung: Entwurf und Programmierung der Software. 3. Softwarevalidierung: Überprüfung der Software auf Erfüllung der Spezifikation.

4. Softwareevolution: Weiterentwicklung und Anpassung der Software an veränderte Anforderungen.

Eine vereinfachte Beschreibung des Softwareprozesses wird Vorgehensmodell genannt. Vorgehensmodelle stellen spezielle Sichten dieses Prozesses dar [Somm07, S.35] und liefert so nur einen Teil der Informationen über ihn. Nahezu alle Vorgehensmodelle lassen sich auf drei allgemeine Modelle (Prozessparadigmen) zurückführen. Sie sind im aktuellen Software Engineering weit verbreitet und werden in verschiedenen konkreten Implementierungen von Vorgehensmodellen wie etwa dem Rational Unified Process (RUP) kombiniert [Somm07, S. 35 und S.95]:

1. Wasserfall-Modell: Stellt die grundlegenden Prozessabläufe wie Spezifikation, Entwicklung, Validierung und Weiteentwicklung als eigenständige Phasen des Prozesses dar. Nach Realisierung jeder Phase wird diese vollständig abgeschlossen und die Entwicklung geht zur nächsten Phase über.

2. Evolutionäre Entwicklung: Spezifikation, Entwicklung und Validierung werden verknüpft und mit Hilfe der abstrakten Spezifikation wird schnell ein erstes System entwickelt. Auf Basis der Rückmeldungen der Anwender wird das System verbessert, bis es den Anforderungen entspricht.

3. Komponentenbasiertes Software Engineering: Basis bilden existierenden, wiederverwendbaren Komponenten, aus dem das neue System entstehen soll. Der Systementwicklungsprozess fokussiert auf die Integration dieser Komponenten, weniger auf die Entwicklung neuer Komponenten.

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Der strukturierte Ansatz für die Softwareentwicklung wird im Software Engineering als Methode bezeichnet. Methoden zielen auf die Entwicklung von (graphisch darstellbaren) Modellen eines Systems und ihre Verwendung für die Systemspezifikation oder den Entwurf [Somm07, S.38]. Wie in Bild 3 abgebildet, wird im Software Engineering der Methodenbegriff auch als Oberbegriff von Konzepten, Notationen und Vorgehensweisen verstanden [Balz00, S.37].

Bild 3: Komponenten einer Methode [Balz00, S.37]

Hierbei erlauben Konzepte die Modellierung definierter Sachverhalte unter einem oder mehreren Gesichtspunkten. Sie können durch Notationen dargestellt werden, indem diese Informationen symbolisch abbilden. Das Methodisches Vorgehen schließlich beschreibt die Schritte und Regeln zur Zielerreichung [Balz00, S.37f].

2.2 Objektorientierte Softwareentwicklung

Die objektorientierte Softwareentwicklung basiert auf den grundlegenden Konzepten Objekt, Klasse, Botschaft, Vererbung und Polymorphismus. Sie werden durch die Assoziation, die Aggregation, den Zustandsautomaten und um Subsysteme ergänzt (siehe Bild 4). Vorteilhaft ist dabei, dass die meisten Konzepte durchgängig über alle Phasen des objektorientierten Softwarepro- zesses hinweg verwendet werden können [Balz96, S. 21f.].

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Bild 4: Ursprünge und grundlegende Konzepte der objektorientierten Softwareentwicklung [nach Balz96, S.20f.]

Die objektorientierten Methoden der Softwareentwicklung nutzen diese Konzepte im Rahmen der Analyse der Anwendungsdomänen zur Abstraktion, d.h. zur Erstellung von konzeptionellen Modellen als Kommunikationsmittel zwischen Anwender und Softwareentwickler [Fran00, S. 709].

Tabelle 1:

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Im Mittelpunkt der objektorientierten Modellierung stehen graphische Darstellungen bzw. Diagramme zur verständlichen Beschreibung bestimmter Aspekte der Anwendungsdomäne (siehe Tabelle 1 und Bild 5) [Fran00, S.715].

Bild 5: Beispieldiagramme der OO Modellierung (UML Notation)

2.3 Ausgewählte Methoden zur objektorientierten Softwareentwicklung

Die Entwicklung der Methoden der Softwareentwicklung ist durch die stetige Zunahme der Abstraktionen gekennzeichnet. Hatte die strukturierte Analyse noch das Ziel, die grundlegenden funktionalen Komponenten eines Systems zu erkennen, wurde diese später durch objektorientierten Methoden ersetzt, um die wesentlich höheren Abstraktionsmöglichkeiten der Objektorientierung zu unterstützen [Somm07, S.37; Oest04, S.16]. Historisch gehen die heute gebräuchlichen objektorientierte Methoden und Vorgehensweisen auf verschiedene Arbeiten insbesondere von Booch, Rumbaugh und Jacobson, den drei sogenannten ÄAmigos³ zurück, die später ihre Methoden zu der heutigen

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Standard Notation UML vereinigten. Bild 6 zeigt eine Übersicht dieser Entwicklung.

Bild 6: Historische Entwicklung objektorientierter Methoden und insbesondere der UML [Oest04, S.20]

Die heute gebräuchlichste objektorientierte Modellierungssprache UML ent-stand aus der Boch Methode, OMT und OOSE und weist daneben Einflüsse auch anderer Methoden, etwa von Harel (Statechart-Notation) und Coad/Yourdon (OOA) auf [Dabi00, S.5ff.]:

Die Booch Methode geht auf die Arbeit von Grady Booch [Booc94] zurück und enthält sowohl eine Notation als auch einen Prozess (ein Vorgehensmodell) zur objektorientierten Analyse und zum Entwurf von Software. Die Booch Methode definiert vier Entwicklungsphasen (Requirements, Domain Analysis, Design und Implementierung) und stellt acht Diagramme zur Modellierung der Anwendungssichten zur Verfügung (Klassendiagramm, Objektdiagramm, Hilfsroutinenschablone, Zustandsübergangsdiagramm, Klas- seanschblone, Objektschablone, Funktionsschablone und Zeitdiagramm).

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Die Booch Methode unterstützt inkrementelle und interaktive Entwicklungszyklen.

Die OMT (Object-Modeling-Technique) wurde von James Rumbaugh et.al. [Rumb93] entwickelt. Ihre dreistufige Vorgehensweise (Analyse, System Design, Objekt Design) hat ihre Wurzeln in der strukturierten Methode und wird durch eine umfangreiche Notation unterstützt. OMT unterteilt streng in Analyse und Entwurf. Zur Analyse werden Diagramme zur Beschreibung der statische Sicht (Object Modell), der dynamischen Sicht (Dynamic Object) und eine funktionale Sicht (Functional Modell) bereit gestellt. Die Entwurfsphase beinhaltet die Ableitung der Systemarchitektur und die Identifikation von Teilsystemen und Parallelitäten. Der Objektentwurf fügt dann die im Analysemodell erstellten drei Sichten für die Implementierung zusammen.

Die OOSE (Object-Oriented Software Engineering) Methode geht auf Arbeiten von Ivar Jacobson et.al. [Jaco92] zurück und wurde später von der Firma Ericson entwickelt. Die Methode stellt den Anwendungsfall (use case) in den Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses, die Beschreibung der Benutzerinteraktion mit dem Softwaresystem (Szenarien der Systemnutzung).

Die OOA (object oriented analysis) Methode, auch Coad/Yourdon Methode genannt, geht auf Arbeiten von Coad und Yourdon zurück [Coad94]. Schwerpunkt der Methode ist die bessere Unterstützung der Analyse in der objektorientierten Softwareentwicklung, für die Coad und Yourdon eine übersichtliche Notation und einen fünfstufigen Prozess (Objektidentifikation, Strukturidentifikation, Subjektbildung, Definition der Attribute, Methodenspezifikation) einführten. Stärke der Methodik ist insbesondere die detailierte Spezifikation der Attribute und Methoden. Für die Spezifikation der Systemdynamik werden nur Zustandsdiagramme angeboten.

Anhang 7.4 enthält eine tabellarische Übersicht der vorgestellten objektorien- tierten Methoden und ihre Stärken und Schwächen.