Notas de clase: Herramientas de Modelado de Software
Diagrama de casos de uso
El diagrama de casos de uso es uno de los diagramas incluidos en UML 2.5, estando este clasificado dentro del grupo de diagramas de comportamiento. Es, con total seguridad, el diagrama más conocido y es utilizado para representar los actores externos que interactúan con el sistema de información y a través de que funcionalidades (casos de uso o requisitos funcionales) se relacionan. Dicho de otra manera, muestra de manera visual las distintas funciones que puede realizar un usuario (más bien un tipo de usuario) de un Sistema de Información.
En este documento se incluye información sobre como construir este diagrama.
Lo primero es saber cual es su finalidad. El diagrama de casos de uso, dependiendo de la profundidad que le demos, puede ser utilizado para muchos fines, entre ellos podemos encontrar los siguientes:
Representar los requisitos funcionales.
Representar los actores que se comunican con el sistema. Normalmente los actores del sistema son los usuarios y otros sistemas externos que se relacionan con el sistema. En el caso de los usuarios hay que entender el actor como un “perfil”, pudiendo existir varios usuarios que actúan como el mismo actor.
Representar las relaciones entre requisitos funcionales y actores.
Guiar el desarrollo del sistema. Crear un punto de partida sobre el que empezar a desarrollar el sistema.
Comunicarse de forma precisa entre cliente y desarrollador. Simplifica la forma en que todos los participes del desarrollo, incluyendo el cliente, perciben como el sistema funcionará y ofrecerá una visión general común del mismo.
Elementos de un diagrama de casos de uso
Un diagrama de casos de uso está compuesto, principalmente, de 3 elementos: Actores, Casos de uso y Relaciones.
Actores
Como ya hemos comentado en la presentación, un actor es algo o alguien externo al sistema que interactúa de forma directa con el sistema. Cuando decimos que interactúa nos referimos a que aporta información, recibe información, inicia una acción…
Se representan con una imagen de un “muñeco de palo” con el nombre del actor debajo.
Existen dos tipos de actores: Los usuarios y los sistemas.
No hay que entender los usuarios como personas singulares, sino como “perfiles o roles” que identifican a un tipo de usuario, pero no al usuario en sí. Por ejemplo, en una aplicación de gestión de nóminas, un actor de este tipo podría ser “gestor de nóminas” que se encarga de emitir y firmar nóminas. Este rol podría ser tomado, por ejemplo, por cualquier individuo del personal de recursos humanos y, además, por el jefe de la empresa. Es un ejemplo muy sencillo, pero como puedes ver, un actor no representa a una única persona o a un único usuario.
Por otro lado, los actores pueden ser otros sistemas que también interactúan con nuestro propio sistema. Un ejemplo podría ser, en nuestra aplicación de nóminas, un sistema que almacene las nóminas firmadas a modo de archivo. En este caso cuando se firma la nómina se recibe la misma por el sistema de archivo, por tanto el caso de uso se relaciona con el actor.
En ocasiones este tipo de actores no se representa con un “hombre de palo” porque puede dar la sensación de que es un usuario y queda poco intuitivo.
Casos de uso
Un caso de uso se utiliza para representar una de las funcionalidades que realiza el sistema. Es una secuencia de acciones que hace el sistema y que producen un resultado que puede percibir un usuario.
Formalmente hablando, un caso de uso es una clasificación de comportamiento que especifica una unidad de funcionalidad completa y que está realizada por uno o más sujetos que se relacionan con el caso de uso colaborando para ello con uno o más actores y que produce un resultado que tiene alguna utilidad para cualquier de esos actores.
Se representan con una elipse que incluye en su interior el nombre del caso de uso.
Existen muchos ejemplos de casos de uso. Algunos podrían ser: Crear pedido, Listar productos, Enviar correo. Cualquier acción que realice la aplicación.
Las especificaciones anteriores a UML 2.5 requerian que un caso de uso sea invocado por un actor. En UML 2.5 esto se eliminó, lo que significa que podría haber algunas situaciones en las que la funcionalidad del sistema la inicie el propio sistema y, al mismo tiempo, brinde resultados útiles a un actor. Por ejemplo, el sistema podría notificar a un cliente que se envió la orden, programar la limpieza y el archivo de la información del usuario, solicitar información de otro sistema, etc.
Relaciones
Las relaciones conectan los casos de uso con los actores o los casos de uso entre sí.
Cuando conectan un actor con un caso de uso representa que ese actor interactúa de alguna manera con ese caso de uso y se representa con una linea continua con la identificación <<communicates>>.
Cuando conectan casos de uso entre sí se pueden diferenciar dos tipos de relaciones: <<include>> y <<extends>>. En español a veces se usa la nomenclatura <<usa>> y <<extiende>>:
- <<include>>: Se utiliza para representar que un caso de uso utiliza siempre a otro caso de uso. Es decir, un caso de uso se ejecutará obligatoriamente (lo incluye, lo usa). Se representa con una flecha discontinua que va desde el caso de uso de origen al caso de uso que se incluye.
Un uso típico de este tipo de relaciones se produce cuando dos casos de uso comparten una funcionalidad. Esa funcionalidad es extraida de los dos y se crea un caso de uso nuevo que se relaciona con los anteriores con un include.
En este ejemplo, los casos de uso emitir factura y enviar producto ejecutarán ambos el caso de uso autenticación.
- <<extend>>: Este tipo de relaciones se utilizan cuando un caso de uso tiene un comportamiento opcional, reflejado en otro caso de uso. Es decir, un caso de uso puede ejecutar, normalmente dependiendo de alguna condición o flujo del programa, otro caso de uso. Se representa con una flecha discontinua que va desde el caso de uso opcional al original.
Un ejemplo de esta relación podría ser la siguiente:
En este supuesto el caso de uso Hacer pedido puede dar lugar (o no) a otros dos casos de uso: Enviar notificación SMS y Enviar notificación email. Se supone que, cuando un usuario hace un pedido, el sistema le permite elegir si quiere que se envíe una notificación de ese pedido por SMS o por email.
Existe,además, otra relación denominada generalización que consiste en hacer que un elemento herede el comportamiento de otro. Aunque se puede utilizar entre casos de uso, es más común utilizarlo entre actores, haciendo que uno de los actores tenga acceso a las funcionalidades de otro. Se representa con una flecha con la punta hueca que va desde el elemento que hereda al elemento heredado:
Cómo dibujar un diagrama de casos de uso
A la hora de dibujar un diagrama de casos de uso te recomendamos que compruebes que has realizado previamente todos estas tareas, respondiendo a las preguntas que te escribimos a continuación:
Recopilar fuentes de información: ¿cómo se supone que debo saber eso?
Identificar actores potenciales: ¿qué usuarios utilizan los bienes y servicios del sistema empresarial?.
Identificar posibles casos de uso: ¿a qué bienes y servicios pueden recurrir los actores?
Conectar los casos de uso: ¿quién puede hacer uso de los bienes y servicios del sistema empresarial?
Describir actores: ¿a quién o qué representan los actores?
Buscar más casos de uso: ¿Qué más debe hacer el sistema?
Documentar casos de uso: ¿qué sucede exactamente en cada caso de uso?
Relacionar modelos entre casos de uso empresarial: ¿qué actividades se realizan repetidamente?
Verificar la vista, ¿todo es correcto?
Los pasos se han escrito en este orden a propósito, ya que es la forma lógica de seguirlos. Sin embargo, este orden no es obligatorio, ya que en la práctica, los pasos individuales a menudo se superponen unos con otros.
Ejemplos de un diagrama de casos de uso
Ejemplo clínica veterinaria:
A modo de ejemplo se propone un ejercicio de un diagrama de casos de uso que consiste en el diseño de una aplicación que gestione los tramites a realizar en una clínica veterinaria en base a las siguientes premisas:
- La clínica veterinaria almacena datos de contacto de todos sus clientes como pueden ser: Nombre, Apellidos, DNI, Fecha de nacimiento, Teléfono o Email. Estos datos son introducidos y gestionados por los auxiliares, que ejercen las funciones administrativas.
- Además se almacena información de cada uno de las mascotas de las que es dueño cada cliente. Obviamente, cada cliente puede tener más de una mascota, pero cada mascota solo puede pertenecer a un único cliente. Se permite, además, cambiar el dueño de una mascota por otro.
- Al dar de alta un nuevo animal, se comprobará en el registro del REIAC (Red Española de Identificación de Animales de Compañía) si el animal está correctamente dado de alta. Este proceso unicamente se hará en animales que tengan la obligación de estar identificados.
- Cada vez que un veterinario realiza una consulta sobre un animal, esta queda almacenada incluyendo datos básicos como: Tiempo de consulta, Identificación de la persona que lo ha tratado, Animal tratado, Importe total, Resolución, Recetas… Para calcular el tiempo de la consulta el veterinario tendrá un botón en la aplicación donde pueda pulsar cuando comienza la consulta para calcular el tiempo a modo de cronómetro y otro botón para finalizar.
- En caso de que el animal se quede ingresado en la clínica, el cliente debe ser capaz de acceder al estado en tiempo real del animal. Además podrá comunicarse con una cámara que tendrá el animal colocada, donde podrá ver su situación actual. La gestión de estas cámaras no corresponde al sistema, sino que se utilizará una aplicación ya presente en el veterinario.
- Las recetas y otros documentos relacionados con el servicio se incluirán en un gestor de contenidos que ya está en funcionamiento en la clínica veterinaria.
- Una vez terminado el servicio, el cliente no tiene porque realizar inmediatamente el pago, sino que puede identificarse posteriormente en la aplicación vía web y realizar el pago. Si el cliente tarda más de una semana se efectuará un recargo sobre el precio inicial.
- Además, el cliente debe ser capaz de obtener un histórico de todas las consultas que ha recibido cualquiera de sus mascotas.
Ejemplo Centro Educativo
Diagrama de Clases
El diagrama de clases es uno de los diagramas incluidos en UML 2.5 clasificado dentro de los diagramas de estructura y, como tal, se utiliza para representar los elementos que componen un sistema de información desde un punto de vista estático.
Es importante destacar que, por esta misma razón, este diagrama no incluye la forma en la que se comportan a lo largo de la ejecución los distintos elementos, esa función puede ser representada a través de un diagrama de comportamiento, como por ejemplo un diagrama de secuencia o un diagrama de casos de uso.
El diagrama de clases es un diagrama puramente orientado al modelo de programación orientado a objetos, ya que define las clases que se utilizarán cuando se pase a la fase de construcción y la manera en que se relacionan las mismas. Se podría equiparar, salvando las distancias, al famoso diagrama de modelo Entidad-Relación (E/R), no recogido en UML, tiene una utilidad similar: la representación de datos y su interacción. Ambos diagramas muestran el modelo lógico de los datos de un sistema.
Elementos de un diagrama de clases
El diagrama UML de clases está formado por dos elementos: clases, relaciones e interfaces.
Clases
Las clases son el elemento principal del diagrama y representa, como su nombre indica, una clase dentro del paradigma de la orientación a objetos. Este tipo de elementos normalmente se utilizan para representar conceptos o entidades del «negocio». Una clase define un grupo de objetos que comparten características, condiciones y significado. La manera más rápida para encontrar clases sobre un enunciado, sobre una idea de negocio o, en general, sobre un tema concreto es buscar los sustantivos que aparecen en el mismo. Por poner algún ejemplo, algunas clases podrían ser: Animal, Persona, Mensaje, Expediente… Es un concepto muy amplio y resulta fundamental identificar de forma efectiva estas clases, en caso de no hacerlo correctamente se obtendrán una serie de problemas en etapas posteriores, teniendo que volver a hacer el análisis y perdiendo parte o todo el trabajo que se ha hecho hasta ese momento.
Bajando de nivel una clase está compuesta por tres elementos: nombre de la clase, atributos, funciones. Estos elementos se incluyen en la representación (o no, dependiendo del nivel de análisis).
Para representar la clase con estos elementos se utiliza una caja que es dividida en tres zonas utilizando para ello lineas horizontales:
La primera de las zonas se utiliza para el nombre de la clase. En caso de que la clase sea abstracta se utilizará su nombre en cursiva.
La segunda de las zonas se utiliza para escribir los atributos de la clase, uno por línea y utilizando el siguiente formato:
visibilidad nombre_atributo : tipo = valor-inicial { propiedades }
Aunque esta es la forma «oficial» de escribirlas, es común simplificando únicamente poniendo el nombre y el tipo o únicamente el nombre.
- La última de las zonas incluye cada una de las funciones que ofrece la clase. De forma parecida a los atributos, sigue el siguiente formato:
visibilidad nombre_funcion { parametros } : tipo-devuelto { propiedades }
De la misma manera que con los atributos, se suele simplificar indicando únicamente el nombre de la función y, en ocasiones, el tipo devuelto.
Tanto los atributos como las funciones incluyen al principio de su descripción la visibilidad que tendrá. Esta visibilidad se identifica escribiendo un símbolo y podrá ser:
(+) Pública. Representa que se puede acceder al atributo o función desde cualquier lugar de la aplicación.
(-) Privada. Representa que se puede acceder al atributo o función únicamente desde la misma clase.
(#) Protegida. Representa que el atributo o función puede ser accedida únicamente desde la misma clase o desde las clases que hereden de ella (clases derivadas).
Estos tres tipos de visibilidad son los más comunes. No obstante, pueden incluirse otros en base al lenguaje de programación que se esté usando (no es muy común). Por ejemplo: (/) Derivado o (~) Paquete.
Un ejemplo de clase podría ser el siguiente:
En caso de que un atributo o función sea estático, se representa en el diagrama subrayando su nombre. Una característica estática se define como aquella que es compartida por cada clase y no instanciada para cada uno de los objetos de esa clase. Es un concepto muy común.
Relaciones
Una relación identifica una dependencia. Esta dependencia puede ser entre dos o más clases (más común) o una clase hacía sí misma (menos común, pero existen), este último tipo de dependencia se denomina dependencia reflexiva. Las relaciones se representan con una linea que une las clases, esta línea variará dependiendo del tipo de relación
Las relaciones en el diagrama de clases tienen varias propiedades, que dependiendo la profundidad que se quiera dar al diagrama se representarán o no. Estas propiedades son las siguientes:
Multiplicidad. Es decir, el número de elementos de una clase que participan en una relación. Se puede indicar un número, un rango… Se utiliza n o * para identificar un número cualquiera.
Nombre de la asociación. En ocasiones se escriba una indicación de la asociación que ayuda a entender la relación que tienen dos clases. Suelen utilizarse verbos como por ejemplo: «Una empresa contrata a n empleados»
Tipos de relaciones
Un diagrama de clases incluye los siguientes tipos de relaciones:
Asociación.
Agregación.
Composición.
Dependencia.
Herencia.
Asociación
Este tipo de relación es el más común y se utiliza para representar dependencia semántica. Se representa con una simple linea continua que une las clases que están incluidas en la asociación.
Un ejemplo de asociación podría ser: «Una mascota pertenece a una persona».
Agregación
Es una representación jerárquica que indica a un objeto y las partes que componen ese objeto. Es decir, representa relaciones en las que un objeto es parte de otro, pero aun así debe tener existencia en sí mismo.
Se representa con una línea que tiene un rombo en la parte de la clase que es una agregación de la otra clase (es decir, en la clase que contiene las otras).
Un ejemplo de esta relación podría ser: «Las mesas están formadas por tablas de madera y tornillos o, dicho de otra manera, los tornillos y las tablas forman parte de una mesa». Como ves, el tornillo podría formar parte de más objetos, por lo que interesa especialmente su abstracción en otra clase.
Composición
La composición es similar a la agregación, representa una relación jerárquica entre un objeto y las partes que lo componen, pero de una forma más fuerte. En este caso, los elementos que forman parte no tienen sentido de existencia cuando el primero no existe. Es decir, cuando el elemento que contiene los otros desaparece, deben desaparecer todos ya que no tienen sentido por sí mismos sino que dependen del elemento que componen. Además, suelen tener los mismos tiempo de vida. Los componentes no se comparten entre varios elementos, esta es otra de las diferencias con la agregación.
Se representa con una linea continua con un rombo relleno en la clase que es compuesta.
Un ejemplo de esta relación sería: «Un vuelo de una compañía aerea está compuesto por pasajeros, que es lo mismo que decir que un pasajero está asignado a un vuelo»
Diferencia entre agregación y composición
La diferencia entre agregación y composición es semántica, por lo que a veces no está del todo definida. Ninguna de las dos tienen análogos en muchos lenguajes de programación (como por ejemplo Java).
Un «agregado» representa un todo que comprende varias partes; de esta manera, un Comité es un agregado de sus Miembros. Una reunión es un agregado de una agenda, una sala y los asistentes. En el momento de la implementación, esta relación no es de contención. (Una reunión no contiene una sala). Del mismo modo, las partes del agregado podrían estar haciendo otras cosas en otras partes del programa, por lo que podrían ser referenciadas por varios objetos que nada tienen que ver. En otras palabras, no existe una diferencia de nivel de implementación entre la agregación y una simple relación de «usos». En ambos casos, un objeto tiene referencias a otros objetos. Aunque no existe una diferencia en la implementación, definitivamente vale la pena capturar la relación en el diagrama UML, tanto porque ayuda a comprender mejor el modelo de dominio, como porque puede haber problemas de implementación que pueden pasar desapercibidos. Podría permitir relaciones de acoplamiento más estrictas en una agregación de lo que haría con un simple «uso», por ejemplo.
La composición, por otro lado, implica un acoplamiento aún más estricto que la agregación, y definitivamente implica la contención. El requisito básico es que, si una clase de objetos (llamado «contenedor») se compone de otros objetos (llamados «elementos»), entonces los elementos aparecerán y también serán destruidos como un efecto secundario de crear o destruir el contenedor. Sería raro que un elemento no se declare como privado. Un ejemplo podría ser el nombre y la dirección del Cliente. Un cliente sin nombre o dirección no tiene valor. Por la misma razón, cuando se destruye al cliente, no tiene sentido mantener el nombre y la dirección. (Compare esta situación con la agregación, donde destruir al Comité no debe causar la destrucción de los miembros, ya que pueden ser miembros de otros Comités).
Dependencia
Se utiliza este tipo de relación para representar que una clase requiere de otra para ofrecer sus funcionalidades. Es muy sencilla y se representa con una flecha discontinua que va desde la clase que necesita la utilidad de la otra flecha hasta esta misma.
Un ejemplo de esta relación podría ser la siguiente:
Herencia
Otra relación muy común en el diagrama de clases es la herencia. Este tipo de relaciones permiten que una clase (clase hija o subclase) reciba los atributos y métodos de otra clase (clase padre o superclase). Estos atributos y métodos recibidos se suman a los que la clase tiene por sí misma. Se utiliza en relaciones «es un».
Un ejemplo de esta relación podría ser la siguiente: Un pez, un perro y un gato son animales.
En este ejemplo, las tres clases (Pez, Perro, Gato) podrán utilizar la función respirar, ya que lo heredan de la clase animal, pero solamente la clase Pez podrá nadar, la clase Perro ladrar y la clase Gato maullar. La clase Animal podría plantearse ser definida abstracta, aunque no es necesario.
Interfaces
Una interfaz es una entidad que declara una serie de atributos, funciones y obligaciones. Es una especie de contrato donde toda instancia asociada a una interfaz debe de implementar los servicios que indica aquella interfaz.
Dado que únicamente son declaraciones no pueden ser instanciadas.
Las interfaces se asocian a clases. Una asociación entre una clase y una interfaz representa que esa clase cumple con el contrato que indica la interfaz, es decir, incluye aquellas funciones y atributos que indica la interfaz.
Su representación es similar a las clases, pero indicando arriba la palabra <<interface>>.
Cómo dibujar un diagrama de clases
Los diagramas de clase van de la mano con el diseño orientado a objetos. Por lo tanto, saber lo básico de este tipo de diseño es una parte clave para poder dibujar diagramas de clase eficaces.
Este tipo de diagramas son solicitados cuando se está describiendo la vista estática del sistema o sus funcionalidades. Unos pequeños pasos que puedes utilizar de guía para construir estos diagramas son los siguientes:
Identifica los nombres de las clase
El primer paso es identificar los objetos primarios del sistema. Las clases suelen corresponder a sustantivos dentro del dominio del problema.Distingue las relaciones
El siguiente paso es determinar cómo cada una de las clases u objetos están relacionados entre sí. Busca los puntos en común y las abstracciones entre ellos; esto te ayudará a agruparlos al dibujar el diagrama de clase.Crea la estructura
Primero, agrega los nombres de clase y vincúlalos con los conectores apropiados, prestando especial atención a la cardinalidad o las herencias. Deja los atributos y funciones para más tarde, una vez que esté la estructura del diagrama resuelta.
Buenas prácticas en la construcción del diagrama de clases
Te recomendamos seguir estas indicaciones o consejos, que, aunque no son obligatorios, harán que tus diagramas de clases sean de mayor utilidad:
Los diagramas de clase pueden tender a volverse incoherentes a medida que se expanden y crecen. Es mejor evitar la creación de diagramas grandes y dividirlos en otros más pequeños que se puedan vincular entre sí más adelante.
Usando la notación de clase simple, puedes crear rápidamente una visión general de alto nivel de su sistema. Se puede crear un diagrama detallado por separado según sea necesario, e incluso vincularlo al primero para una referencia fácil.
Cuantas más líneas se superpongan en sus diagramas de clase, más abarrotado se vuelve y, por tanto, más se complica utilizarlo. El lector se confundirá tratando de encontrar el camino. Asegúrate de que no haya dos líneas cruzadas entre sí, a no ser que no haya más remedio.
Usa colores para agrupar módulos comunes. Diferentes colores en diferentes clases ayudan al lector a diferenciar entre los diversos grupos.
Ejemplos de diagrama de clases
Diagrama de clases clínica veterinaria
Diagrama de clases zoológico
Diagrama de clases de una tienda
Diagrama de clases gestión de biblioteca
Diagrama de clases centro educativo
