# 1 • Diagramy UML > UML, diagramy, schémata programu, datových struktur, databází > --- ## Co je UML **UML** *(Unified Modeling Language)* je standardizovaný grafický jazyk pro **vizualizaci, návrh a dokumentaci** softwarových systémů. Vznikl v 90. letech sloučením tří dřívějších metod (Booch, Rumbaugh OMT, Jacobson OOSE). ### K čemu UML slouží - **Komunikace v týmu** mezi vývojáři, analytiky a zákazníkem - **Dokumentace** architektury systému - **Návrh** před samotným kódováním (analýza, plánování) - **Reverse engineering** existujícího kódu do diagramů - **Code generation** z diagramů (vzácné, ale možné) --- ## Rozdělení UML diagramů > Drobnost: zápisky uvádí 6 typů. UML 2.x **specifikuje 14 typů** diagramů, rozdělených do dvou hlavních kategorií. Pro maturitu nemusíš znát všech 14 detailně, ale mít přehled se vyplatí. > | Skupina | Účel | Otázka | | --- | --- | --- | | **Strukturální** (7) | Statická struktura systému | Z čeho je systém složený? | | **Behaviorální** (7) | Dynamické chování | Jak systém funguje? | ### Strukturální diagramy | Diagram | Co ukazuje | | --- | --- | | **Class diagram** | Třídy, atributy, metody, vztahy | | **Object diagram** | Konkrétní instance tříd v daný moment | | **Package diagram** | Logické skupiny tříd (moduly) | | **Component diagram** | Softwarové komponenty a jejich rozhraní | | Composite structure | Vnitřní struktura komponenty | | Deployment diagram | Fyzické nasazení (servery, hardware) | | Profile diagram | Rozšíření UML pro doménu (málokdy potřeba) | ### Behaviorální diagramy | Diagram | Co ukazuje | | --- | --- | | **Use case diagram** | Co může uživatel se systémem dělat | | **Activity diagram** | Tok aktivit (jako vývojový diagram) | | **State machine** | Stavy objektu a přechody mezi nimi | | **Sequence diagram** | Časová posloupnost zpráv mezi objekty | | **Communication diagram** | Vztahy mezi objekty (bez časové osy) | | Timing diagram | Změny stavu v čase | | Interaction overview | Kombinace activity a interakce | V praxi se nejčastěji potkáš s těmito 5: **Class, Use Case, Activity, State Machine, Sequence**. --- ## Class diagram (diagram tříd) **Nejdůležitější UML diagram.** Slouží jako návod pro programátora: musí být úplný a konkrétní. ### Anatomie třídy ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image.png) ### Viditelnost (visibility modifiers) | Symbol | Význam | Java/C# ekvivalent | | --- | --- | --- | | `+` | Public | `public` | | `-` | Private | `private` | | `#` | Protected | `protected` | | `~` | Package | `internal` (C#) / package-private (Java) | ### Speciální značení | | Jak | | --- | --- | | **Abstraktní třída** | Název *kurzívou* nebo stereotyp `<>` | | **Statický člen** | Podtržené | | **Rozhraní** | Stereotyp `<>` nad názvem | | **Enumeration** | Stereotyp `<>` | | **Abstraktní metoda** | *Kurzívou* | ### Příklad: dědičnost a rozhraní ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%201.png) --- ## Object diagram (diagram objektů) Zachycuje **konkrétní instance tříd v jednom okamžiku** za běhu systému. Ukazuje skutečné hodnoty atributů, bez metod a bez násobnosti. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%202.png) Object diagram je vlastně "snapshot" class diagramu se skutečnými hodnotami. --- ## Package diagram (diagram balíčků) Sdružuje třídy do logických celků (modulů). Pro přehled architektury velkých systémů. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%203.png) Šipka mezi balíčky znamená **závislost** (balíček A používá balíček B). --- ## Component diagram Ukazuje **softwarové komponenty** (knihovny, moduly, služby) a jejich **rozhraní**. Komponenta je samostatně nasaditelná jednotka. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%204.png) `○` = required interface (potřebné), `)` = provided interface (poskytované). --- ## Use Case diagram (diagram užití) Vizualizuje **interakce mezi aktérem (uživatelem) a systémem**. Odpovídá na otázku: **co může uživatel se systémem dělat?** ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%205.png) ### Klíčové prvky | Prvek | Význam | | --- | --- | | **Actor** (postavička) | Uživatel nebo externí systém | | **Use case** (elipsa) | Akce, kterou aktér s systémem dělá | | **System boundary** (obdélník) | Hranice systému | | **Association** (čára) | Aktér používá use case | | **`<>`** | Use case A vždy zahrnuje use case B (přihlášení) | | **`<>`** | Use case B volitelně rozšiřuje A (zapomenuté heslo) | | **Generalization** | Dědičnost mezi use cases nebo aktéry | ### Praktická pravidla - Aktér je **role**, ne konkrétní osoba - Use case popisuje **co**, ne **jak** (žádné implementační detaily) - Use case má vždy konkrétní výsledek pro aktéra - Vícenásobné role: jeden uživatel může být v různých kontextech různý aktér --- ## Activity diagram (diagram aktivit) > Tahle sekce v původních zápiscích chyběla, přitom je to **vlastně moderní verze vývojového diagramu** a komise se ráda ptá. > Popisuje **tok aktivit**, podobně jako vývojový diagram. Velmi vhodný pro modelování business procesů a algoritmů. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%206.png) ### Klíčové elementy | Tvar | Význam | | --- | --- | | ● (plný kruh) | Začátek | | ⬤ (kruh v kruhu) | Konec celého toku | | ⊗ (kruh s X) | Konec jedné větve, ne celého toku | | Zaoblený obdélník | Krok aktivity | | ◇ (kosočtverec) | Větvení (if/switch), s `[guard]` | | ◇ (kosočtverec) | Spojení po větvení | | ▬ (tlustá čára) | Paralelní rozdělení | | ▬ (tlustá čára) | Synchronizace paralelních větví | | Sloupec | Kdo akci provádí (oddělení/role) | --- ## State machine diagram (stavový diagram) Popisuje **životní cyklus objektu**: stavy, ve kterých se může nacházet, a přechody mezi nimi. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%207.png) ### Elementy | Element | Význam | | --- | --- | | **State** | Stav, ve kterém objekt je | | **Transition** | Přechod mezi stavy, popsaný `událost [guard] / akce` | | **Initial state** ● | Startovní stav | | **Final state** ⬤ | Konečný stav | | **Composite state** | Stav obsahující vnořené substavy | | **Self-transition** | Přechod do sebe (při události provede akci) | | **Guard** `[podmínka]` | Přechod proběhne jen pokud podmínka platí | | **Entry / exit / do** | Akce při vstupu / opuštění / průběhu stavu | --- ## Sequence diagram (sekvenční diagram) Zobrazuje **časovou posloupnost zpráv** mezi objekty. Kdo komu volá a v jakém pořadí. Čas plyne **shora dolů**. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%208.png) ### Klíčové elementy | Element | Význam | | --- | --- | | **Lifeline** (svislá přerušovaná čára) | Časová osa objektu | | **Activation bar** (úzký obdélník na lifeline) | Doba, kdy objekt něco vykonává | | **Synchronous message** (plná šipka) | Volání, čeká na návrat | | **Asynchronous message** (otevřená šipka) | Volání, nečeká | | **Return message** (přerušovaná šipka) | Návratová hodnota | | **Self-message** | Volání na sebe | | **Object creation** | Šipka přímo na objekt | | **Object destruction** | × na konci lifeline | ### Combined fragments (rámečky) Pro řízení toku v sequence diagramu: | Fragment | Co dělá | | --- | --- | | `alt` | Alternativa (if-else) | | `opt` | Volitelná akce (if) | | `loop` | Cyklus | | `par` | Paralelní vykonání | | `break` | Předčasné ukončení | | `critical` | Kritická sekce | --- ## Communication diagram (komunikační diagram) Alternativa k sequence diagramu. Zaměřuje se na **vztahy mezi objekty**, ne na časovou osu. Zprávy jsou číslovány. ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%209.png) Sequence i Communication diagram zobrazují stejné informace, jen z jiného úhlu. Lze mezi nimi automaticky konvertovat. --- ## Vztahy v UML class diagramu | Vztah | Značka | Význam | | --- | --- | --- | | **Asociace** | `───────` | Základní vztah, objekty si o sobě "vědí" | | **Agregace** | `───────◇` | Celek-část, část přežije celek | | **Kompozice** | `───────◆` | Silná vazba, část bez celku nedává smysl | | **Generalizace** | `───────▷` | Dědičnost, šipka míří na rodiče | | **Realizace** | `- - - -▷` | Implementace rozhraní | | **Závislost** | `- - - -▶` | A používá B, ale neukládá si referenci | ### Agregace vs Kompozice (klasický chyták) | | Agregace | Kompozice | | --- | --- | --- | | Značka | `─◇` (prázdný kosočtverec) | `─◆` (plný kosočtverec) | | Životní cyklus | Část přežije celek | Část umírá s celkem | | Příklad | Tým ◇ Hráč (hráč přežije tým) | Dům ◆ Pokoj (pokoj neexistuje bez domu) | | Jiný příklad | Knihovna ◇ Kniha | Auto ◆ Motor | | Sdílení | Část může být v víc celcích | Část v jednom celku | ### Asociace s rolemi ``` zaměstnává [Firma] ◆──────────▷ [Zaměstnanec] zaměstnavatel zaměstnanec 1 * ``` Role popisují, jakou funkci hraje objekt ve vztahu. --- ## Multiplicita (násobnost) | Zápis | Význam | | --- | --- | | `1` | Právě jeden | | `0..1` | Žádný nebo jeden (nepovinný) | | `*` nebo `0..*` | Libovolný počet (i 0) | | `1..*` | Alespoň jeden | | `2..5` | Od dvou do pěti | | `n` | Konkrétní počet (např. `8` rohů kostky) | ``` [Student] 1 ──── 1..* [Kurz] ``` Student se může zapsat na 1 a více kurzů, kurz má 1 nebo více studentů. ``` [Auto] 1 ──── 4 [Kolo] ``` Auto má vždy přesně 4 kola. ``` [Osoba] 0..1 ──── 0..* [Telefon] ``` Telefon má nula nebo jednoho majitele, osoba může mít libovolně mnoho telefonů. --- ## UML pro datové struktury UML class diagram se používá i pro modelování datových struktur jako spojový seznam, strom, hashmapa. ### Spojový seznam (linked list) ``` ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐ │ Node │ next │ Node │ next │ Node │ ├───────────────┤────────▷├───────────────┤────────▷├───────────────┤ │ - value: int │ 0..1 │ - value: int │ 0..1 │ - value: int │──▷ null │ - next: Node │ │ - next: Node │ │ - next: Node │ └───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────┘ ``` ### Binární strom ``` ┌──────────────────┐ │ TreeNode │ ├──────────────────┤ left ┌──────────────────┐ │ - value: int │──────────▷│ TreeNode │ (recursive) │ - left: TreeNode │ │ │ │ - right: TreeNode│ right ├──────────────────┤ └──────────────────┘─────────▷│ - value: int │ │ ... │ └──────────────────┘ ``` --- ## UML vs ER pro databáze ### ER diagram ![image.png](1%20%E2%80%A2%20Diagramy%20UML/image%2010.png) ### Vztahy v ER | Kardinalita | Význam | | --- | --- | | **1:1** | Jeden má jednoho (student má jeden pas) | | **1:N** | Jeden má víc (učitel má víc kurzů) | | **N:M** | Více má víc (studenti se zapisují na víc kurzů) | ### Vazební tabulka pro N:M ``` STUDENT (id PK, jmeno, email) KURZ (id PK, nazev, kredity) ZAPIS (student_id FK, kurz_id FK, datum_zapisu) ← vazební tabulka ``` V relačních DB se vztah N:M nedá uložit přímo, vždy potřebuje **vazební tabulku** s dvojicí cizích klíčů. --- ## Nástroje pro tvorbu UML | Nástroj | Charakter | | --- | --- | | **Draw.io / diagrams.net** | Zdarma, browser, jednoduchý | | **PlantUML** | Text-to-diagram, perfektní pro git verzování | | **Mermaid** | Markdown-friendly, podpora v GitHubu, Notion | | **Modelio** | Open source, plnohodnotný UML editor | | **Lucidchart** | Online, kolaborace v reálném čase | | **Visual Paradigm** | Profesionální, placené | | **Enterprise Architect** | Enterprise standard pro velké projekty | | **StarUML** | Lehký desktop editor | | **ChatGPT Image** | Prostě mu řekni, ať ti to vygeneruje. Lol. | Z těchto pár řádků PlantUML vygeneruje hotový diagram. Skvělé pro dokumentaci, kterou chceš verzovat v gitu. --- ## Rychlý tahák | Pojem | Klíčová fakta | | --- | --- | | **UML** | Standardizovaný grafický jazyk pro návrh softwaru, UML 2.5.1 | | **OMG** | Object Management Group, standardizuje UML | | **14 typů diagramů** | 7 strukturálních + 7 behaviorálních | | **Strukturální** | Class, Object, Package, Component, Composite, Deployment, Profile | | **Behaviorální** | Use Case, Activity, State Machine, Sequence, Communication, Timing, Interaction Overview | | **Class diagram** | Třídy + atributy + metody + vztahy, nejdůležitější | | **Visibility** | `+` public, `-` private, `#` protected, `~` package | | **Object diagram** | Konkrétní instance s hodnotami, "snapshot" | | **Use Case** | Aktér + akce, co může uživatel se systémem dělat | | **`<>`** | Use case A vždy zahrnuje B | | **`<>`** | Use case B volitelně rozšiřuje A | | **Activity diagram** | Tok aktivit, jako vývojový diagram, kosočtverec = if | | **Decision** | Kosočtverec v activity, s `[guard]` podmínkou | | **Fork / Join** | Paralelní rozdělení a spojení | | **State diagram** | Stavy objektu a přechody mezi nimi | | **Sequence diagram** | Časová posloupnost zpráv shora dolů | | **Lifeline** | Svislá přerušovaná čára objektu v sequence | | **Combined fragments** | alt, opt, loop, par v sequence | | **Asociace** | Plná čára, základní vztah | | **Agregace** ◇ | Část přežije celek | | **Kompozice** ◆ | Část umírá s celkem | | **Generalizace** ▷ | Dědičnost, šipka na rodiče | | **Realizace** ┄▷ | Implementace rozhraní | | **Multiplicita** | `1`, `*`, `0..1`, `1..*`, `2..5` | | **ER diagram** | NENÍ součástí UML, samostatná notace (Chen 1976) | | **Crow's Foot** | Nejpopulárnější DB notace dnes | | **N:M v DB** | Vyžaduje vazební tabulku s FK na obě entity | --- ## Tipy pro ústní zkoušku ### Jak začít > *"UML je standardizovaný grafický jazyk pro vizualizaci a návrh softwaru, spravovaný organizací OMG. Definuje 14 typů diagramů ve dvou kategoriích: strukturální popisují, z čeho je systém složený, behaviorální popisují, jak funguje. V praxi se používá kombinace 4-5 nejčastějších diagramů: Class, Use Case, Activity, State Machine, Sequence."* > ### Co komise typicky chce slyšet - **Rozdělení strukturální vs behaviorální** s ukázkou diagramů v každé kategorii. - **Class diagram** podrobně: třída, atributy, metody, viditelnost (+/-/#), vztahy. - **Rozdíl agregace vs kompozice** s konkrétním příkladem. - **Use Case diagram**: aktér, system boundary, include/extend. - **Multiplicita** se zápisy a praktickou ukázkou. ### Doplňky, které komisi potěší - **OMG** jako standardizační organizace, **UML 2.5.1**. - **Activity diagram** s decision (kosočtverec) a swimlanes. - **State diagram** s guards a self-transitions. - **Sequence diagram s combined fragments** (alt, opt, loop). - **PlantUML / Mermaid** jako moderní text-based UML. - **ER vs UML rozlišení**, Crow's Foot notace.