クラス図はオブジェクト指向プログラミングの重要な構成要素であり、開発者がソフトウェアの構造とその相互作用を可視化するのを助けます。ソフトウェア開発において、正確で効果的なクラス図を作成するためには、ユースケースに基づいてクラスを特定することが重要です。この記事では、ユースケースに基づいてクラスを特定する手順と、その後のクラス図の作成方法について探求します。また、クラス図をMVCの詳細なクラス図に精緻化する方法についても説明します。
ステップ1：ユースケースの特定
クラス図を作成する前に、問題領域とソフトウェアが対応するユースケースを理解することが不可欠です。ユースケースは、システムがユーザーに提供しなければならない特定の機能を表します。ユースケースの特定は、ステークホルダーとの議論、要件文書のレビュー、ブレインストーミングセッションを通じて行うことができます。
ステップ2：クラスの特定
ユースケースを特定した後、それらのユースケースをサポートするために必要なクラスを特定し始めることができます。クラスは、プロパティとメソッドを含むオブジェクトを作成するための設計図です。クラスは現実世界の実体や抽象的概念を表すことができます。
たとえば、顧客情報の管理を含むユースケースの場合、name（名前）、address（住所）、email（メールアドレス）などのプロパティを含むCustomerクラスを特定するかもしれません。支払い処理を含むユースケースの場合、payment amount（支払い金額）、payment method（支払い方法）、payment date（支払い日）などのプロパティを含むPaymentクラスを特定するかもしれません。
ステップ3：関係の特定
クラスを特定した後は、それらが互いにどのように関係しているかを確認する必要があります。クラス間の関係は、関連（association）、集約（aggregation）、合成（composition）を使って表現できます。
関連は、あるクラスが別のクラスのサービスを利用する関係を表します。集約は、あるクラスが別のクラスを部品として含む関係を表し、その部品は全体から独立して存在できる点が特徴です。合成は、あるクラスが別のクラスを部品として含む関係を表し、その部品は全体から独立して存在できない点が特徴です。
ステップ4：クラス図の作成
特定されたクラスと関係を用いて、クラス図を作成できます。クラス図は、クラスとその関係の視覚的表現です。各クラスのプロパティとメソッド、およびクラス間の関係を示します。
クラス図では、各クラスはボックスとして表現され、ボックスの上部にクラス名が記載されます。クラスのプロパティはボックスの中央に、メソッドはボックスの下部に記載されます。クラス間の関係は線で表現され、異なる線の種類が異なる関係を表します。
ステップ5：クラス図をMVCの詳細なクラス図に精緻化する
クラス図を作成した後、それをMVCの詳細なクラス図に精緻化できます。モデル-ビュー-コントローラ（MVC）パターンは、アプリケーションを3つの相互接続されたコンポーネント、すなわちモデル、ビュー、コントローラに分離するソフトウェア設計パターンです。
モデルはアプリケーションのデータとビジネスロジックを表します。ビューはアプリケーションのユーザーインターフェースを表します。コントローラはモデルとビューの間の通信を処理します。
クラス図をMVCの詳細なクラス図に精緻化するには、どのクラスがモデル、ビュー、コントローラを表すかを特定する必要があります。モデルクラスはアプリケーションのデータとビジネスロジックを含むべきです。ビュークラスはアプリケーションのユーザーインターフェースを含むべきです。コントローラクラスはモデルとビューの間の通信を処理すべきです。
モデル、ビュー、コントローラを表すクラスを特定した後、クラス図をこれらの識別を反映するように更新できます。異なる色や線のスタイルを使用して、モデル、ビュー、コントローラのクラスを区別できます。
例：自動車レンタルシステム
問題の概要：自動車レンタル会社は、顧客がオンラインで車を借りられるソフトウェアシステムを開発したいと考えています。顧客は利用可能な車を閲覧し、借りる車を選択し、予約を行うことができる必要があります。システムは車の利用可能状況および顧客による予約の状況を管理する必要があります。
ステップ1：ユースケースの特定
- 利用可能な車の閲覧
- 借りる車の選択
- 予約の作成
このユースケース図は、ステップ1で特定された3つの主要なユースケース、すなわち「利用可能な車の閲覧」「借りる車の選択」「予約の作成」を示しています。顧客アクターはCarRentalSystemとやり取りしてこれらの操作を実行します。
ステップ2：クラスの特定
- 顧客
- 車
- 予約
ステップ3：関係を特定する
- 顧客は複数の予約を行うことができますが、各予約は1人の顧客によって行われます。これは1対多の関係であり、CustomerクラスとReservationクラスの関連によって表現されます。
- 車は複数の顧客に貸し出されますが、各貸し出しは1台の車に対して行われます。これは1対多の関係であり、CarクラスとReservationクラスの関連によって表現されます。
ステップ4：クラス図の作成
このクラス図はステップ2で特定された3つの主要なクラス、Customer、Car、Reservationを示しています。また、ステップ3で特定された関係も示しており、CustomerとReservationの1対多の関係、およびCarとReservationの1対多の関係です。各クラスには、分析段階で特定された属性とメソッドも含まれています。
ステップ5：クラス図をMVCの詳細なクラス図に精緻化する
- モデル：Car、Customer、Reservation
- ビュー：ユーザーインターフェース（UI）
- コントローラ：CarRentalController
このMVCクラス図は、ステップ5で特定されたシステムの3つの主要な構成要素、Model、View、Controllerを示しています。
モデルには、Customer、Car、Reservationのクラスと、車の検索や予約の作成を行うためのメソッドが含まれます。ビューは、車や予約の詳細を表示するためのメソッドを定義するCarRentalViewインターフェースによって表現されます。コントローラは、ユーザーの操作を処理しシステム状態を更新するためにモデルとビューとやり取りするCarRentalControllerクラスによって表現されます。図には、以前の段階で特定されたクラス間の関係も含まれています。
注意点：
- コントローラは、ユーザーの操作を処理しシステム状態を更新するためにモデルとビューとやり取りするCarRentalControllerクラスによって表現されます。Customer、Car、Reservationのクラスと、車の検索や予約の作成を行うためのメソッドが含まれます。顧客, 車、および予約のクラスと、車の検索や予約の作成を行うためのメソッドが含まれます。
- ビューは、車や予約の詳細を表示するためのメソッドを定義するCarRentalViewインターフェースによって表現されます。ビュービューは、車や予約の詳細を表示するためのメソッドを定義するCarRentalViewインターフェースによって表現されます。
- コントローラは、ユーザーの操作を処理しシステム状態を更新するためにモデルとビューとやり取りするCarRentalControllerクラスによって表現されます。コントローラコントローラは、ユーザーの操作を処理しシステム状態を更新するためにモデルとビューとやり取りするCarRentalControllerクラスによって表現されます。
- 図には、以前の段階で特定されたクラス間の関係も含まれています。
オブジェクトモデリング結果に基づいてERDを作成する
このERDは、問題記述で特定された3つの主要なエンティティ、すなわち顧客、車両、予約を示しています。また、これらのエンティティ間の関係も示しており、顧客と予約の1対多の関係、車両と予約の1対多の関係、および顧客と車両の直接的な関係がないことを示しています。各エンティティには、分析段階で特定された属性が含まれています。
ERDはシステムのデータ永続化層のモデル化のみを担当する一方で、クラス図はモデル、ビュー、コントローラ層を含むシステム全体をモデル化する。
言い換えれば、ERDはデータベーススキーマおよびテーブル／エンティティ間の関係を表すのに対し、クラス図はシステム全体を構成するクラス、それらの関係、属性、メソッドを表す。
クラス図を精緻化するための欠落オブジェクトの特定方法
初期のMVCクラス図を開発する際には、システムの動作に関与する主要なオブジェクトを検討することが重要です。しかし、ユースケースシナリオと対応するシーケンス図を開始すると、システムを完全に表現するためにクラス図に追加する必要がある追加のオブジェクトが発見されることがあります。この反復的なプロセスにより、システムの動作や要件についてより深く理解するにつれて、クラス図を精緻化できます。
ユースケースシナリオから発見された欠落オブジェクトを用いてMVCクラス図を精緻化する
MVCシーケンス図のプロセスを進めている際に、システムの動作を完全に表現するためにMVCクラス図に追加する必要がある追加のオブジェクトが発見されることがあります。MVCクラス図を精緻化するには、以下の手順を順に実行できます。
- 欠落オブジェクトの特定：MVCシーケンス図を開発している途中で、既存のオブジェクト間の相互作用を完成させるために必要な欠落オブジェクトを特定できることがあります。これらの欠落オブジェクトには、初期のMVCクラス図で当初考慮されていなかった新しいエンティティ、サービス、またはコントローラが含まれる可能性があります。
- 欠落オブジェクトをMVCクラス図に追加する：欠落オブジェクトを特定した後、既存のMVCクラス図にそれらを追加できます。また、既存のオブジェクトと新しいオブジェクト間の関係を必要に応じて修正することもできます。
- 関係の確認と精緻化：欠落オブジェクトをMVCクラス図に追加した後、オブジェクト間の関係を確認し、システムの動作を正確に表現しているかを確認する必要があります。新しいオブジェクトを考慮してオブジェクト間の関係を修正する必要がある場合があり、図が理解しやすい状態を保つようにする必要があります。
- 必要に応じて反復する：シーケンス図のプロセス中に追加の欠落オブジェクトが発見された場合、上記の手順を繰り返して、MVCクラス図を精緻化し、システムの動作を正確に表現できるまで続けることができる。
全体として、シーケンス図のプロセスを通じてMVCクラス図を精緻化することは、反復的なプロセスであり、図がシステムの動作と要件を正確に表現できることを保証する。
結論
クラスの特定とクラス図の作成プロセスは、ソフトウェアシステムの設計および開発において重要なステップです。これにより、システムが良好に構成され、保守が容易になり、ユーザーの要件を満たすことが保証されます。
本記事で示した手順に従うことで——ユースケース分析から始まり、MVCクラス図の作成で終わる——開発者は、システムの各コンポーネントに対して明確に定義されたクラス、関係、責任を持つ適切な設計がなされていることを確認できる。
全体として、クラスの特定とクラス図の作成プロセスは挑戦的であるが、ユーザーおよびステークホルダーのニーズを満たす高品質なソフトウェアシステムを構築する上で不可欠なステップである。