面向?qū)ο笤O(shè)計之3_基于UML的圖書管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計說明

1、. 1 / 17 基于 uml 的圖書管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計摘要：本文對面向?qū)ο蟮母拍睢?uml 產(chǎn)生的背景及其基本容進行了闡述，在對圖書館圖書管理系統(tǒng)進行功能描述和需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件工程和面向?qū)ο笮枨蠓治?，設(shè)計了基于uml 的用例圖、包圖和順序圖，狀態(tài)圖等語言機制的圖書館圖書管理系統(tǒng)模型。關(guān)鍵詞： uml ；建模語言；面向?qū)ο螅恍枨蠓治?；圖書管理系統(tǒng)1 關(guān)于面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο笫且环N的程序設(shè)計方法，或者說它是一種程序設(shè)計類型，其基本思想是使用對象，類，繼承，封裝，消息等基本概念來進行程序設(shè)計。它是從現(xiàn)實世界中客觀存在的事物（即對象）出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運用人類的自然

2、思維方式，強調(diào)直接以問題域（現(xiàn)實世界）中的事物為中心來思考問題，認(rèn)識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特點，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位（而不是用一些與現(xiàn)實世界中的事物相關(guān)比較遠(yuǎn)，并且沒有對應(yīng)關(guān)系的其它概念來構(gòu)造系統(tǒng)）。這可以使系統(tǒng)直接地映射問題域，保持問題域中事物及其相互關(guān)系的本來面貌。它可以有不同層次的理解：（1）從世界觀的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮幕菊軐W(xué)是認(rèn)為世界是由各種各樣具有自己的運動規(guī)律和部狀態(tài)的對象所組成的；不同對象之間的相互作用和通訊構(gòu)成了完整的現(xiàn)實世界。因此，人們應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)實世界這個本來面貌來理解世界，直接通過對象及其相互關(guān)系來反映世界。這樣建立起來的系統(tǒng)才

3、能符合現(xiàn)實世界的本來面目。. 2 / 17 （2）從方法學(xué)的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ敲嫦驅(qū)ο蟮氖澜缬^在開發(fā)方法中的直接運用。它強調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該直接與現(xiàn)實世界的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，應(yīng)該圍繞現(xiàn)實世界中的對象來構(gòu)造系統(tǒng)，而不是圍繞功能來構(gòu)造系統(tǒng)。（3）從程序設(shè)計的角度來看，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言必須有描述對象及其相互之間關(guān)系的語言成分。這些程序設(shè)計語言可以歸納為以下幾類：系統(tǒng)中一切皆為對象；對象是屬性及其操作的封裝體；對象可按其性質(zhì)劃分為類，對象成為類的實例；實例關(guān)系和繼承關(guān)系是對象之間的靜態(tài)關(guān)系；消息傳遞是對象之間動態(tài)聯(lián)系的唯一形式，也是計算的唯一形式；方法是消息的序列。面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)包括了以下

4、核心概念：對象（object ） ：即指現(xiàn)實世界中各種各樣的實體。它可以指具體的事物也可以指抽象的事物。類（class ） ：類是具有相似部狀態(tài)和運動規(guī)律的實體的集合（或統(tǒng)稱、抽象） 。類的概念來自于人們認(rèn)識自然、認(rèn)識社會的過程。消息（message ）: 消息是指對象間相互聯(lián)系和相互作用的方式。一個消息主要由 5 部分組成：發(fā)送消息的對象、接收消息的對象、消息傳遞辦法、消息容（參數(shù)）、反饋。. 3 / 17 封裝：對象間的相互聯(lián)系和相互作用過程主要通過消息機制得以實現(xiàn)。對象之間并不需要過多的了解對方部的具體狀態(tài)或運動規(guī)律。面向?qū)ο蟮念愂欠庋b良好的模塊， 類定義將其說明 （用戶可見的外部接口）

5、 與實現(xiàn)（用戶不可見的部實現(xiàn)）顯式地分開，其部實現(xiàn)按其具體定義的作用域提供保護。類是封裝的最基本單位。封裝防止了程序相互依賴性而帶來的變動影響。在類中定義的接收對方消息的方法稱為類的接口。繼承：類之間的繼承關(guān)系是現(xiàn)實世界中遺傳關(guān)系的直接模擬，它表示類之間的在聯(lián)系，以及對屬性和操作的共享，即子類可以沿用父類的某些特征。重載：重載是指類的同名方法在給其傳遞不同的參數(shù)是可以有不同的運動規(guī)律。在對象間相互作用時，即使接收消息對象采用相同的接收辦法，但消息容的詳細(xì)程度不同，接收消息對象部的運動規(guī)律也可能不同。2 關(guān)于uml uml(unified modeling language)是在booch方法、

6、 oose 方法和omt 方法的基礎(chǔ)上演化而來的基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。它統(tǒng)一了面向?qū)ο蠼５幕靖拍?、術(shù)語和圖示符號，描述了建模過程中所必須遵循的基本步驟，提供了一整套描述軟件系統(tǒng)模型的概念和圖形表示法，可從不同的視角為系統(tǒng)建模。統(tǒng)模語言 uml 是一種語義豐富、通用、可視化的建模語言和事實上的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，易于理解和交流。uml 提供的豐富的視圖從多個視角描述系統(tǒng)的不同側(cè)面，可以有效運用于軟件的建模、分析與設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)建模語言 uml 的定義包括 uml 語義和uml 表示法兩個部分。 uml 語義. 4 / 17 通過其元模型來嚴(yán)格地定義。uml 表示法定義 uml 符號的表示法，

7、為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號和文本語法來建模提供標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級的模型，在語義上它是uml 元模型的實例。 uml 的主要容通常用用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、活動圖、構(gòu)件圖、配置圖、順序圖、協(xié)作圖和包圖等l0 種圖來描述，它們從不同的角度和層次為系統(tǒng)建模提供支持，完全可以描述系統(tǒng)的方方面面。與傳統(tǒng)的軟件建模方法相比, uml 有如下一些特點 : (1)uml 是一個可視化建模語言 , 是一種圖形化的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計工具語言 , 而不是可視化程序設(shè)計語言, 但用uml 描述的模型可與各種編程語言直接相連 , 把uml 模型映射成編程語言。在不同程序中使用同樣的uml

8、 圖表類型 , 因為uml 具有任意程序的獨立性 ,定義一個標(biāo)準(zhǔn)程序不是一個uml 的目標(biāo)。(2)uml 是一種可用于詳細(xì)描述的語言,其所建立的模型是精確、無歧義和完整的。同時 uml 是一種文檔化的語言 ,對其各建模元素可進行詳細(xì)說明,并能生成所建模型的文檔。標(biāo)準(zhǔn)建模語言uml 支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計,定義良好、易于表達(dá)、功能強大。它的最大用途是利用圖形來描述真實世界各個對象的符合表示, 讓所有系統(tǒng)設(shè)計者在構(gòu)建系統(tǒng)需求分析、對象模型化定義到對象設(shè)計的整個開發(fā)過程完全標(biāo)準(zhǔn)化。3 本課題的研究意義一個圖書館的圖書資料庫在正常運轉(zhuǎn)中總是面對大量的讀者信息、書籍信息以及兩者相互作用產(chǎn)生的借書信息、

9、還書信息。圖書館作為一個信息資源的集散地，圖書和用戶借閱資料繁多，包含著很多的信息數(shù)據(jù)。以. 5 / 17 前對信息管理的主要方式是基于文本、表格等紙介質(zhì)的手工處理，對于圖書借閱情況 ( 如借書天數(shù)、超過限定借書時間的天數(shù))的統(tǒng)計和核實等往往采用人工檢查，對借閱者的借閱權(quán)限以及借閱天數(shù)等采用人工計算、手抄進行，數(shù)據(jù)信息處理工作量大，容易出錯和丟失。因此，建立一個智能化、系統(tǒng)化、信息化的圖書資料庫是十分重要的。使用計算機軟件對圖書進行管理，是計算機應(yīng)用的一部分。充分利用計算機的功能，實現(xiàn)對讀者管理、書籍管理等自動化控制，將會使圖書資料庫的工作強度大大減弱，可以實現(xiàn)圖書檢索迅速、可靠性高、存儲量大

10、、壽命長、成本低，能最大限度地提高圖書管理的效率，也是圖書管理信息化、正規(guī)化管理的必然趨勢。4 基于uml 的圖書管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計過程圖書管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用主要通過兩個步驟來實現(xiàn)：首先是基于系統(tǒng)功能的需求分析，其次是系統(tǒng)模型的設(shè)計和實現(xiàn)。4.1 需求分析需求分析是軟件工程過程的一個重要階段, 其中一個主要任務(wù)是確定系統(tǒng)的功能需求 , 采用面向?qū)ο蠓椒?, 基于uml 的可視化系統(tǒng)需求分析 , 因為有用戶的積極參與 , 既可以加快設(shè)計者對于問題的理解,又能夠在系統(tǒng)描述方面減少語義差異 , 保證分析的正確性。需求分析的目標(biāo)就是建立需求模型,即從功能需求出發(fā)建立用例模型, uml的用例視圖

11、從用戶的需求中提取, 以盒圖的方式描述待開發(fā)的系統(tǒng)的功能需求。每個用例都指定了客戶的需求即他們需要系統(tǒng)干什么。用例圖為設(shè)計活動不僅記錄需求而且還提供了一種挖掘的信息 , 它記錄了需求到設(shè)計結(jié)果之間的映射關(guān)系, 能夠確保設(shè)計結(jié)果具有明確的根據(jù)或者說具有可維護性,基于 uml 的軟件開發(fā)過程是以用. 6 / 17 例驅(qū)動的。首先我們進行角色識別，角色識別的任務(wù)是找出所有可能與系統(tǒng)發(fā)生交互行為的外部實體、對象、系統(tǒng)。它們的行為不受系統(tǒng)控制，但是可以提供輸入給系統(tǒng)。對于一所大學(xué)的圖書管理系統(tǒng)，基本的功能是完成圖書的借閱和相關(guān)信息的管理，服務(wù)的對象有本科生，研究生，教師，及其他學(xué)校的學(xué)生，還有社會人員，

12、這些人可歸結(jié)為一類即讀者。而為幫助讀者順利完成借還書的可以是工作人員，可以是自動借還書機，他們可以歸結(jié)為一類即圖書管理人員。因此對于一個圖書管理系統(tǒng)主要有兩類角色，讀者、圖書管理員。其次，在主要角色的基礎(chǔ)上，可以識別出與角色相應(yīng)的用例，從而得到系統(tǒng)的用例模型。與讀者相關(guān)的過程包括：借書、還書、預(yù)定、圖書信息檢索、借閱查詢 ( 如查詢本人借書記錄、還書期限、是否超期)、個人相關(guān)信息查詢及修改 ( 如學(xué)號、性別、年級、專業(yè)、家庭住址、聯(lián)系、出生日期、民族、政治面貌、號等 )。與圖書管理員相關(guān)的過程包括：辦理借書、辦理還書、解除預(yù)定、圖書訂購、讀者信息管理（增加/ 刪除讀者、修改讀者權(quán)限及密碼、借閱

13、超期罰款）、圖書信息管理（增加/ 刪除數(shù)目、圖書類別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。系統(tǒng)管理（系統(tǒng)的登陸、退出、日志維護、系統(tǒng)更新）。以上分析中，與讀者，圖書管理員相關(guān)的過程構(gòu)成了本系統(tǒng)的基本用例。4.2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)綜上所述一個圖書管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可以分為三大模塊：圖書管理模塊、讀者管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。. 7 / 17 （1）圖書管理模塊包括與圖書相關(guān)的一些過程，主要有圖書的借出、圖書的歸還、預(yù)定、圖書信息檢索、圖書訂購、圖書相關(guān)信息管理。（2）讀者管理模塊主要包括與讀者有聯(lián)系相關(guān)的過程，主要有增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限及密碼、借閱信息查詢、個人信息查詢及修該、借閱超期和丟失罰款。（

14、3）系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)的登陸、退出、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)更新。綜上我們畫出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，如圖一所示：圖書管理系統(tǒng)圖書管理讀者管理系統(tǒng)管理圖一圖書管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)4.3 圖書管理系統(tǒng)的用例圖從以上分析中我們不難得出系統(tǒng)的基本用例圖，如圖二所示：. 8 / 17 讀者圖書管理員借書/還書讀者信息管理圖書信息管理借閱信息查詢個人信息查詢 /修改圖書訂購圖書檢索預(yù)定/解除預(yù)定借閱超期罰款系統(tǒng)管理圖二 系統(tǒng)的基本用例圖圖書管理和圖書管理是圖書管理系統(tǒng)的重要組成部分，為此我們按照前文所述將圖書管理模塊和讀者模塊以及系統(tǒng)管理模塊詳細(xì)精化得出如下的用例圖，如圖三、圖四、圖五所示：. 9 / 17 圖書管理員圖

15、書管理圖書信息管理書名查詢信息添加信息修改類別查詢圖書查詢圖書購入圖書借入借出管理信息刪除作者查詢出版社查詢按年代查詢模糊查詢圖三圖書管理模塊的用例圖讀者圖書管理員讀者管理讀者借閱信息查詢超期 /丟失罰款增加 /刪除讀者個人信息查詢/修改修改權(quán)限辦理掛失圖四 讀者管理用例圖. 10 / 17 管理員系統(tǒng)管理軟件更新硬件更新系統(tǒng)更新系統(tǒng)維護登陸 /退出日志維護圖五 系統(tǒng)管理模塊的用例圖4.4 圖書管理系統(tǒng)的行為圖我們再進行動態(tài)建模分析。對于圖書管理系統(tǒng)借書還書是兩個重要的過程，我們先來分析一下借書、還書的一般過程，并由借書的一般過程畫出其順序圖、協(xié)作圖以及活動圖。（1）借書的過程：讀者刷卡進入圖

16、書館，或者先查詢圖書及個人借閱信息，或者直接去挑選圖書，選擇好圖書后進入借書程序，管理員先檢查讀者的借書證件，查驗?zāi)芊窠栝?，比如：證件是否無效或書籍是否已經(jīng)借滿等，即檢驗其借書的合法性和有效性，如果是非法用戶或借書數(shù)量圍外，則該讀者不能借閱圖書。如果滿足借閱要求，則再獲取所借書的標(biāo)題以進行庫搜索，獲取書目查詢此書的數(shù)量，看是否還有此書，如果沒有則阻止. 11 / 17 其他借書者可能進行的預(yù)訂活動，將此書借出，根據(jù)書號將此書的借閱標(biāo)志位取反以表示此書已借出，并將此書的書目減1。并為此讀者記錄借閱日期，以及歸還日期，在歸還日期未能歸還和續(xù)借的，并為其記錄超借天數(shù)及罰款數(shù)額。（2）還書過程：在返還

17、圖書的過程中，管理員首先獲取讀者的借閱信息和被歸還的書籍的信息，如書標(biāo)題信息，數(shù)量等，并一一審核每本書的歸還日期是否超過應(yīng)歸還日期。在完成階段，將此書的書號登記并設(shè)計標(biāo)志位為已歸還，以便讀者網(wǎng)上預(yù)訂和繼續(xù)借閱， 同時將此類圖書的數(shù)量加1，如果讀者超期或丟失所借書籍，則要進行賠償處理。所以我們不難畫出借書一般過程的順序圖，如圖六所示：. 12 / 17 圖書管理員圖書借出圖書信息修改讀者信息刷卡進入并選書核對讀者信息圖書掃描并消磁修改讀者借閱信息圖六 借書一般過程的順序圖有順序圖可得到協(xié)作圖，如圖七所示。仔細(xì)分析借書過程的細(xì)節(jié)，可以畫出如圖八所示的活動圖，它表示了復(fù)雜算法的過程，尤其是過程中的判

18、斷、并發(fā)和同步。. 13 / 17 讀者刷卡進入挑選圖書圖書管理員讀者借閱信息圖書信息修改圖書借出核對信息圖書掃描消磁修改讀者信息圖七 借書一般過程的協(xié)作圖. 14 / 17 刷卡刷條形碼個人信息查詢/修改借閱信息查詢圖書檢索輸入卡號 /密碼選擇圖書讀者管理系統(tǒng)是否為本館服務(wù)對象確定借書能否借閱卡號密碼正確？顯示讀者相關(guān)信息刷圖書條碼更改改讀者及圖書的借閱信息是否借閱完畢退出禁止入內(nèi)nynyynynyn圖八 借書過程活動圖以上我們用多種語言機制分析了讀者的主要相關(guān)事件流，下面我們繪制圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖分析圖書管理員的主要事件流。從以上分析可知，圖書管理員相關(guān)的過程包括：辦理借書、辦理還

19、書、解除預(yù)定、圖書訂購、讀者信息管理（增加/ 刪除讀者、修改讀者權(quán)限及密碼、借閱超期罰款）、圖書信息管理（增加/ 刪除數(shù)目、圖書類別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。由此我們可繪制如圖九所示的圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖：. 15 / 17 登陸取消存儲信息修改讀者權(quán)限刪除讀者增加加讀者增加數(shù)目修改圖書信息關(guān)閉查詢讀者信息查詢數(shù)目解除預(yù)定圖書預(yù)留辦理還書辦理借書圖九圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖4.5 圖書管理系統(tǒng)的靜態(tài)圖定義并描述了各個類后，我們可以根據(jù)實際情況引入包來管理類，本圖書館管理系統(tǒng)可以劃分為四個包：用戶管理：對系統(tǒng)用戶進行管理，為用戶提供信息服務(wù)接口，便于對系統(tǒng)進行操作。借閱管理包括借書處理，還書處理和罰款處理等。讀者管理包括對讀者圖書等信息進行維護，主要有讀者信息的增刪，對圖書更新資料進行維護。系統(tǒng)服務(wù)：包括系統(tǒng)登錄檢查，安全維護等。系統(tǒng)的包圖如圖十所示：. 16 / 17 用戶管理系統(tǒng)服務(wù)讀者及圖書管理借閱管理圖十 系統(tǒng)包圖4.6圖書管理系統(tǒng)的實現(xiàn)經(jīng)過系統(tǒng)分析和設(shè)計后，就可以根據(jù)設(shè)計模型在具體的環(huán)境中實現(xiàn)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)的源代碼、可執(zhí)行程序和相應(yīng)的軟件文檔，建立一個可執(zhí)