UML-Klassendiagramm und Vererbung

🎯 Lernziele

Nach dieser Einheit sind Sie in der Lage dazu * Sachverhalte mittels UML-Klassendiagramm zu modellieren * das Konzept der Vererbung beschreiben

UML-Klassendiagramm

• Das UML-Klassendiagramm ist ein weiteres Werkzeug aus der Familie der Unified Modeling Language (UML)
• Es dient dazu Klassen und deren Beziehungen zu beschreiben
  • Oben: Klassenname
  • Mitte: Attribute
  • Unten: Methoden (Funktionen ())
• Pfeile beschreiben die Beziehungen
• Enthält keine Ausprägungen der Klassen

Vererbung

• Durch Vererbung können die Attribute und Methoden einer (Parent-)Klasse an andere (Child-)Klassen weitergegeben werden.
• Neu implementiert werden müssen dann nur zusätzliche Attribute und Methoden.
• Im UML-Klassendiagramm wird die Vererbung mit meinem im leeren Dreieck endenden Pfeil dargestellt.

Beispiel Vererbung

class Sensor():                         # Klasse Device wird beschrieben

    def __init__(self, id):             # Bauplan der Klasse mit allen Attributen 
        self.id = id
        self.current_value()
        self.values = []

    def get_id(self):                   # Methode der Klasse
        print("Hi, Ich bin " + self.id)

class HeartRateSensor(Sensor):          # Definition einer Child-Klasse
    <...>
    def calc_heart_rate_variability():
        <...>     
class PowerMeter(Sensor):               # Definition einer Child-Klasse
    <...>
    def calc_normalized_power():
        <...>        

Erklärung

• Somit verfügt ein Objekt der Klasse HeartRateSensor und PowerMeter über alle Methoden und Attribute der Klasse Sensor

sensor = Sensor("Sensor1")
sensor.get_id()

sensor2 = HeartRateSensor("Sensor2")
sensor2.get_id()
sensor2.calc_heart_rate_variability()

sensor3 = PowerMeter("Sensor3")
sensor3.get_id()
sensor3.calc_normalized_power()

Konsturktoren bei Vererbung

• Der Konstruktor der Parent-Klasse wird nicht automatisch aufgerufen
• Der Konstruktor der Parent-Klasse muss explizit aufgerufen werden

class HeartRateSensor(Sensor):          # Definition einer Child-Klasse
    def __init__(self, id):
        super().__init__(id)

class PowerMeter(Sensor):               # Definition einer Child-Klasse
    def __init__(self, id, unit):
        super().__init__(id)
        self.unit = unit

Beziehungen zwischen Klassen

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title:
---
classDiagram
Person <|-- Subject : Inheritance
Person <|-- Supervisor : Inheritance

class Person{
        +string  name
    }

class Subject{
        +int  heart_rate
        +int  age
        +pedal()
    }

class Supervisor{
    }

class PerformanceTest{
    +int id
    +start()  
    +stop()  
    }

class Step{
        +int position 
        +int duration 
        +int power 
    }

Quelle

---
title:
---
classDiagram
Person <|-- Subject : Inheritance
Person <|-- Supervisor : Inheritance
Supervisor -- PerformanceTest : 
Subject -- PerformanceTest : 
Step --* PerformanceTest : Composition

class Person{
        +string  first_name
        +string  last_name
    }

class Subject{
        +int  heart_rate
        +int  age
        +pedal()
    }

class Supervisor{
    + start_test()
    }

class PerformanceTest{
    +int id
    +obj Subject
    +list Steps
    +start()  
    +stop()  
    }

class Step{
        +int position 
        +int duration 
        +int power 
    }

• Das UML-Klassendiagramm enthält noch weitere Komponenten. Wichtig sind im Folgenden:
  • Klasse (Class)
  • Vererbung (Inheritance)
  • Assoziation - Beziehung zwischen zwei oder mehr Klassen
  • Aggregation - Spezielle Assoziation, die eine Zuordnung ausdrückt
  • Komposition - Beziehung zwischen einem Ganzen und seinen Teilen

Quelle

Aggregation und Komposition 🧠

• Die Räume können ohne das Gebäude nicht existieren (Komposition)
• Die Studierende existieren auch ohne Vorlesung weiter (Aggregation)

Multiplizitäten

Die Leserichtung geht von der Klasse weg: * "Genau vier Räder gehören zu genau einem Auto!" * "Ein Parkplatz enthält null bis unendlich viele Autos!" * "Ein Auto steht auf einem oder keinem Parkplatz!"

Hinweis: Komposition von Rad zu Auto ist diskutabel

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title:
---
classDiagram
Person <|-- Subject : Inheritance
Person <|-- Supervisor : Inheritance
Supervisor "1"--"0...n" PerformanceTest : Link
Subject "1"--"0...n" PerformanceTest : Link
Step "1...*" --* "1" PerformanceTest : Composition

class Person{
        +string  first_name
        +string  last_name
    }

class Subject{
        +int  heart_rate
        +int  age
        +pedal()
    }

class Supervisor{
    + start_test()
    }

class PerformanceTest{
    +int id
    +obj Subject
    +list Steps
    +start()  
    +stop()  
    }

class Step{
        +int position 
        +int duration 
        +int power 
    }

✍️ Aufgabe

Gegeben ist der folgende Sachverhalt: - Jede Person hat einen Namen, eine Telefonnummer und E-Mail. - Jede Wohnadresse wird von nur einer Person bewohnt. Es kann aber sein, dass einige Wohnadressen nicht bewohnt sind. - Den Wohnadressen sind je eine Strasse, eine Stadt, eine PLZ und ein Land zugeteilt. - Wohnadressen können bestätigt werden und als Beschriftung (für Postversand) gedruckt werden. - Es gibt zwei Sorten von Personen: Student, welcher sich für ein Modul einschreiben kann und Professor, welcher einen Lohn hat. - Der Student besitzt eine Matrikelnummer und eine Durchschnittsnote.

Modellieren Sie diesen Sachverhalt mit einem UML Klassendiagramm. Beachten Sie die Assoziation (bewohnt) zwischen Person und Adresse und deren Multiziplität.

Tipp: Mermaid Diagrams

• Markup-Language zur Erstellung vieler Diagramme (UML-Klassendiagramm, Entity Relationship, Gantt-Chart)
• Grafiken können in verschiedenen Formaten erzeugt werden
• Änderungen für jeden online möglich

Lösung

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Nach dieser Einheit sind Sie in der Lage dazu * Sachverhalte mittels UML-Klassendiagramm zu modellieren * das Konzept der Vererbung beschreiben