論UML在程序開發(fā)中的重要作用

1、經(jīng)典的軟件工程思想將軟件開發(fā)分成5個(gè)階段:需求分析系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì);系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測試及維護(hù)五個(gè)階段。序言如果想搭一個(gè)狗窩，備好木料、釘子和一些基本工具（如錘子、鋸和卷尺）之后，就可以開始工作了。從制定一點(diǎn)初步計(jì)劃到完成一個(gè)滿足適當(dāng)功能的狗窩，可能不用別人幫助，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)。只要狗窩夠大且不太漏水，狗就可以安居。如果未能達(dá)到希望的效果，返工總是可以的，無非是讓狗受點(diǎn)委屈。如果你要建造一座高層辦公大廈，若還是先備好木料、釘子和一些基本工具就開始工作，那將是非常愚蠢的。因?yàn)槟闼褂玫馁Y金可能是別人的，他們會(huì)對(duì)建筑物的規(guī)模、形狀和風(fēng)格做出要求。同時(shí)，他們經(jīng)常會(huì)改變想法，甚至是在工程已經(jīng)開工之后。由

2、于失敗的代價(jià)太高了，因此必須要做詳盡的計(jì)劃。負(fù)責(zé)建筑物設(shè)計(jì)和施工的是一個(gè)龐大的組織機(jī)構(gòu)，你只是其中的一部分。這個(gè)組織將需要各種各樣的設(shè)計(jì)圖和模型，以供各方相互溝通。只要得到了合適的人員和工具，并對(duì)把建筑概念轉(zhuǎn)換為實(shí)際建筑的過程進(jìn)行積極的管理，將會(huì)建成這座滿足使用要求的大廈。如果想繼續(xù)從事建筑工作，那么一定要在使用要求和實(shí)際的建筑技術(shù)之間做好平衡，并且處理好建筑團(tuán)隊(duì)成員們的休息問題，既不能把他們置于風(fēng)險(xiǎn)之中，也不能驅(qū)使他們過分辛苦地工作以至于精疲力盡。奇怪的是，很多軟件開發(fā)組織開始想建造一座大廈式的軟件，而在動(dòng)手處理時(shí)卻好像他們正在倉促地造一個(gè)狗窩。有時(shí)你是幸運(yùn)的。如果在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間有足夠的合適人

3、員，并且其他一切事情都很如意，你的團(tuán)隊(duì)有可能（僅是可能）推出一個(gè)令用戶眼花繚亂的軟件產(chǎn)品。然而，一般的情況下，不可能所有人員都合適（合適的人員經(jīng)常供不應(yīng)求），時(shí)間并不總是恰當(dāng)?shù)模ㄗ蛱炜偸歉茫?，其他的事情也并不盡如人意（常常由不得自己）。現(xiàn)在對(duì)軟件開發(fā)的要求正在日益增加，而開發(fā)團(tuán)隊(duì)卻還是經(jīng)常單純地依靠他們唯一真正知道如何做好的一件事編寫程序代碼。英雄式的編程工作成為這一行業(yè)的傳奇，人們似乎經(jīng)常認(rèn)為更努力地工作是面對(duì)開發(fā)中出現(xiàn)的各種危機(jī)的正常反應(yīng)。然而，這未必能產(chǎn)生正確的程序代碼，而且一些項(xiàng)目是非常巨大的，無論怎樣延長工作時(shí)間，也不足以完成所需的工作。如果真正想建造一個(gè)相當(dāng)于房子或大廈類的軟件系

4、統(tǒng)，問題可不是僅僅編寫許多軟件。事實(shí)上，關(guān)鍵是要編出正確的軟件，并考慮如何少寫軟件。要生產(chǎn)合格的軟件就要有一套關(guān)于體系結(jié)構(gòu)、過程和工具的規(guī)范。即使如此，很多項(xiàng)目開始看起來像狗窩，但隨后發(fā)展得像大廈，原因很簡單，它們是自己成就的犧牲品。如果對(duì)體系結(jié)構(gòu)、過程或工具的規(guī)范沒有作任何考慮，總有一天狗窩會(huì)膨脹成大廈，并會(huì)由于其自身的重量而倒塌。狗窩的倒塌可能使你的狗惱怒；同理，不成功的大廈則將對(duì)大廈的租戶造成嚴(yán)重的影響。不成功的軟件項(xiàng)目失敗的原因各不相同，而所有成功的項(xiàng)目在很多方面都是相似的。成功的軟件組織有很多成功的因素，其中共同的一點(diǎn)就是對(duì)建模的采用。一、 項(xiàng)目開發(fā)中模型是什么以及建模的重要性。那么

5、，模型是什么？簡單地說：模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)的簡化。模型提供了系統(tǒng)的藍(lán)圖。模型既可以包括詳細(xì)的計(jì)劃，也可以包括從很高的層次考慮系統(tǒng)的總體計(jì)劃。一個(gè)好的模型包括那些有廣泛影響的主要元素，而忽略那些與給定的抽象水平不相關(guān)的次要元素。每個(gè)系統(tǒng)都可以從不同的方面用不同的模型來描述，因而每個(gè)模型都是一個(gè)在語義上閉合的系統(tǒng)抽象。模型可以是結(jié)構(gòu)性的，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的組織。它也可以是行為性的，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方面。為什么要建模？一個(gè)基本理由是：建模是為了能夠更好地理解正在開發(fā)的系統(tǒng)。通過建模，要達(dá)到4個(gè)目的：（1）模型有助于按照實(shí)際情況或按照所需要的樣式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化。（2）模型能夠規(guī)約系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或行為。（3）模型給出了指

6、導(dǎo)構(gòu)造系統(tǒng)的模板。（4）模型對(duì)做出的決策進(jìn)行文檔化。 建模并不只是針對(duì)大的系統(tǒng)。甚至像狗窩那樣的軟件也能從一些建模中受益。然而，可以明確地講，系統(tǒng)越大、越復(fù)雜，建模的重要性就越大，一個(gè)很簡單的原因是：因?yàn)椴荒芡暾乩斫庖粋€(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，所以要對(duì)它建模。人對(duì)復(fù)雜問題的理解能力是有限的。通過建模，縮小所研究問題的范圍，一次只著重研究它的一個(gè)方面，即把一個(gè)困難問題劃分成一系列能夠解決的小問題；解決了這些小問題也就解決了這個(gè)難題。此外，通過建?？梢栽鰪?qiáng)人的智力。一個(gè)適當(dāng)選擇的模型可以使建模人員在較高的抽象層次上工作。每個(gè)項(xiàng)目都能從一些建模中受益。即使在一次性的軟件開發(fā)中由于可視化編程語言的支持，可以輕而

7、易舉地扔掉不適合的軟件。建模也能幫助開發(fā)組更好地對(duì)系統(tǒng)計(jì)劃進(jìn)行可視化，并幫助他們正確地進(jìn)行構(gòu)造，使開發(fā)工作進(jìn)展得更快。如果根本不建模，項(xiàng)目越復(fù)雜，就越有可能失敗或者構(gòu)造出錯(cuò)誤的東西。所有實(shí)用系統(tǒng)都有一個(gè)自然趨勢：隨著時(shí)間的推移變得越來越復(fù)雜。雖然今天可能認(rèn)為不需要建模，但隨著系統(tǒng)的演化，終將會(huì)對(duì)這個(gè)決定感到后悔，但那時(shí)為時(shí)已晚。在項(xiàng)目開發(fā)中如何建模，接下來我將詳細(xì)講解一下建模工具UML。二、 UML介紹UML( Unified Modeling Language )又稱統(tǒng)一建模語言或標(biāo)準(zhǔn)建模語言，是始于1997年一個(gè)OMG標(biāo)準(zhǔn)，它是一個(gè)支持模型化和軟件系統(tǒng)開發(fā)的圖形化語言，為軟件開發(fā)的所有階段

8、提供模型化和可視化支持，包括由需求分析到規(guī)格，到構(gòu)造和配置。 UML是一種功能強(qiáng)大的,面向?qū)ο蟮目梢暬到y(tǒng)分析的建模語言,它的各個(gè)模型可以幫助開發(fā)人員更好地理解業(yè)務(wù)流程,建立更可靠,更完善的系統(tǒng)模型.從而使用戶和開發(fā)人員對(duì)問題的描述達(dá)到相同的理解,以減少語義差異,保障分析的正確性。UML建模分為需求建模和設(shè)計(jì)建模，需求建模的目的是確定系統(tǒng)邊界并明確系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能。而設(shè)計(jì)建模主要目的是用于開發(fā)團(tuán)隊(duì)中的設(shè)計(jì)思想交流；以及后續(xù)程序設(shè)計(jì)的依據(jù)；后續(xù)測試和驗(yàn)收程序的依據(jù)。）三、 UML應(yīng)用領(lǐng)域UML的目標(biāo)是以面向?qū)ο髨D的方式來描述任何類型的系統(tǒng)，具有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域。其中最常用的是建立軟件系

9、統(tǒng)的模型，但它同樣可以用于描述非軟件領(lǐng)域的系統(tǒng)，如機(jī)械系統(tǒng)、企業(yè)機(jī)構(gòu)或業(yè)務(wù)過程，以及處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)、具有實(shí)時(shí)要求的工業(yè)系統(tǒng)或工業(yè)過程等。總之，UML是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)建模語言，可以對(duì)任何具有靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)進(jìn)行建模。此外，UML適用于系統(tǒng)開發(fā)過程中從需求規(guī)格描述到系統(tǒng)完成后測試的不同階段。在需求分析階段，可以用用例來捕獲用戶需求。通過用例建模，描述對(duì)系統(tǒng)感興趣的外部角色及其對(duì)系統(tǒng)（用例）的功能要求。分析階段主要關(guān)心問題域中的主要概念（如抽象、類和對(duì)象等）和機(jī)制，需要識(shí)別這些類以及它們相互間的關(guān)系，并用UML類圖來描述。為實(shí)現(xiàn)用例，類之間需要協(xié)作，這可以用UML動(dòng)態(tài)模型來描述。在分

10、析階段，只對(duì)問題域的對(duì)象（現(xiàn)實(shí)世界的概念）建模，而不考慮定義軟件系統(tǒng)中技術(shù)細(xì)節(jié)的類（如處理用戶接口、數(shù)據(jù)庫、通訊和并行性等問題的類）。這些技術(shù)細(xì)節(jié)將在設(shè)計(jì)階段引入，因此設(shè)計(jì)階段為構(gòu)造階段提供更詳細(xì)的規(guī)格說明。編程（構(gòu)造）是一個(gè)獨(dú)立的階段，其任務(wù)是用面向?qū)ο缶幊陶Z言將來自設(shè)計(jì)階段的類轉(zhuǎn)換成實(shí)際的代碼。在用UML建立分析和設(shè)計(jì)模型時(shí)，應(yīng)盡量避免考慮把模型轉(zhuǎn)換成某種特定的編程語言。因?yàn)樵谠缙陔A段，模型僅僅是理解和分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工具，過早考慮編碼問題十分不利于建立簡單正確的模型。UML模型還可作為測試階段的依據(jù)。系統(tǒng)通常需要經(jīng)過單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗(yàn)收測試。不同的測試小組使用不同的UML圖作

11、為測試依據(jù)：單元測試使用類圖和類規(guī)格說明；集成測試使用部件圖和合作圖；系統(tǒng)測試使用用例圖來驗(yàn)證系統(tǒng)的行為；驗(yàn)收測試由用戶進(jìn)行，以驗(yàn)證系統(tǒng)測試的結(jié)果是否滿足在分析階段確定的需求?？傊瑯?biāo)準(zhǔn)建模語言UML適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng)，而且適用于系統(tǒng)開發(fā)的不同階段，從需求規(guī)格描述直至系統(tǒng)完成后的測試和維護(hù)。四、 UML圖形種類介紹UML從考慮系統(tǒng)的不同角度出發(fā)，定義了用例圖、類圖、對(duì)象圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、序列圖、協(xié)作圖、構(gòu)件圖、部署圖等9種圖，按其特點(diǎn)可分成五大類，1.用例圖；2.靜態(tài)圖：（類圖、對(duì)象圖）；3.行為圖：（活動(dòng)圖、狀態(tài)圖）；4.交互圖：（順序圖、協(xié)作圖）；5.實(shí)現(xiàn)圖：（構(gòu)件

12、圖、部署圖）。這些圖從不同的側(cè)面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述。系統(tǒng)模型將這些不同的側(cè)面綜合成一致的整體，便于系統(tǒng)的分析和構(gòu)造。1、用例圖    描述角色以及角色與用例之間的連接關(guān)系。說明的是誰要使用系統(tǒng)，以及他們使用該系統(tǒng)可以做些什么。一個(gè)用例圖包含了多個(gè)模型元素，如系統(tǒng)、參與者和用例，并且顯示了這些元素之間的各種關(guān)系，如泛化、關(guān)聯(lián)和依賴。2、類圖    類圖是描述系統(tǒng)中的類，以及各個(gè)類之間的關(guān)系的靜態(tài)視圖。能夠讓我們在正確編寫代碼以前對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。類圖是一種模型類型，確切的說，是一種靜態(tài)模型類型。3、對(duì)象圖 

13、;   與類圖極為相似，它是類圖的實(shí)例，對(duì)象圖顯示類的多個(gè)對(duì)象實(shí)例，而不是實(shí)際的類。它描述的不是類之間的關(guān)系，而是對(duì)象之間的關(guān)系。4、活動(dòng)圖    描述用例要求所要進(jìn)行的活動(dòng)，以及活動(dòng)間的約束關(guān)系，有利于識(shí)別并行活動(dòng)。能夠演示出系統(tǒng)中哪些地方存在功能，以及這些功能和系統(tǒng)中其他組件的功能如何共同滿足前面使用用例圖建模的商務(wù)需求。5、狀態(tài)圖    描述類的對(duì)象所有可能的狀態(tài)，以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件?？梢圆东@對(duì)象、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的生命周期。他們可以告知一個(gè)對(duì)象可以擁有的狀態(tài)，并且事件(如

14、消息的接收、時(shí)間的流逝、錯(cuò)誤、條件變?yōu)檎娴?會(huì)怎么隨著時(shí)間的推移來影響這些狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)圖應(yīng)該連接到所有具有清晰的可標(biāo)識(shí)狀態(tài)和復(fù)雜行為的類；該圖可以確定類的行為，以及該行為如何根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)變化，也可以展示哪些事件將會(huì)改變類的對(duì)象的狀態(tài)。狀態(tài)圖是對(duì)類圖的補(bǔ)充。6、序列圖 （順序圖）    序列圖是用來顯示你的參與者如何以一系列順序的步驟與系統(tǒng)的對(duì)象交互的模型。順序圖可以用來展示對(duì)象之間是如何進(jìn)行交互的。順序圖將顯示的重點(diǎn)放在消息序列上，即強(qiáng)調(diào)消息是如何在對(duì)象之間被發(fā)送和接收的。7、協(xié)作圖    和序列圖相

15、似，顯示對(duì)象間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系?？梢钥闯墒穷悎D和順序圖的交集，協(xié)作圖建模對(duì)象或者角色，以及它們彼此之間是如何通信的。如果強(qiáng)調(diào)時(shí)間和順序，則使用序列圖；如果強(qiáng)調(diào)上下級(jí)關(guān)系，則選擇協(xié)作圖；這兩種圖合稱為交互圖。8、構(gòu)件圖 （組件圖）    描述代碼構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)以及各種構(gòu)建之間的依賴關(guān)系。用來建模軟件的組件及其相互之間的關(guān)系，這些圖由構(gòu)件標(biāo)記符和構(gòu)件之間的關(guān)系構(gòu)成。在組件圖中，構(gòu)件時(shí)軟件單個(gè)組成部分，它可以是一個(gè)文件，產(chǎn)品、可執(zhí)行文件和腳本等。9、部署圖 （配置圖）    是用來建模系統(tǒng)的物理部署。例

16、如計(jì)算機(jī)和設(shè)備，以及它們之間是如何連接的。部署圖的使用者是開發(fā)人員、系統(tǒng)集成人員和測試人員。以上圖形中由于類圖之間的關(guān)系相對(duì)比較復(fù)雜，所以對(duì)于類圖之間的關(guān)系進(jìn)行一個(gè)大致的講解。其關(guān)系種類有關(guān)聯(lián)、聚合、組合、泛化、依賴。1.       泛化（Generalization）【泛化關(guān)系】：是一種繼承關(guān)系, 表示一般與特殊的關(guān)系, 它指定了子類如何特化父類的所有特征和行為. 例如：老虎是動(dòng)物的一種, 即有老虎的特性也有動(dòng)物的共性.【箭頭指向】：帶三角箭頭的實(shí)線，箭頭指向父類 

17、60;2. 實(shí)現(xiàn)（Realization）【實(shí)現(xiàn)關(guān)系】：是一種類與接口的關(guān)系, 表示類是接口所有特征和行為的實(shí)現(xiàn).【箭頭指向】：帶三角箭頭的虛線，箭頭指向接口 3. 關(guān)聯(lián)（Association)【關(guān)聯(lián)關(guān)系】：是一種擁有的關(guān)系, 它使一個(gè)類知道另一個(gè)類的屬性和方法；如：老師與學(xué)生，丈夫與妻子關(guān)聯(lián)可以是雙向的，也可以是單向的。雙向的關(guān)聯(lián)可以有兩個(gè)箭頭或者沒有箭頭，單向的關(guān)聯(lián)有一個(gè)箭頭。【代碼體現(xiàn)】：成員變量【箭頭及指向】：帶普通箭頭（或?qū)嵭娜切渭^）的實(shí)心線，指向被擁有者 上圖中，老師與學(xué)生是雙向關(guān)聯(lián)，老師有多名學(xué)生，學(xué)生也可能有多名

18、老師。但學(xué)生與某課程間的關(guān)系為單向關(guān)聯(lián)，一名學(xué)生可能要上多門課程，課程是個(gè)抽象的東西他不擁有學(xué)生。4. 聚合（Aggregation）【聚合關(guān)系】：是整體與部分的關(guān)系, 且部分可以離開整體而單獨(dú)存在. 如車和輪胎是整體和部分的關(guān)系, 輪胎離開車仍然可以存在.聚合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；關(guān)聯(lián)和聚合在語法上無法區(qū)分，必須考察具體的邏輯關(guān)系?！敬a體現(xiàn)】：成員變量【箭頭及指向】：帶空心菱形的實(shí)心線，菱形指向整體  5. 組合(Composition)【組合關(guān)系】：是整體與部分的關(guān)系, 但部分不能離開整體而單獨(dú)存在. 如公司和部門是整體和部分的關(guān)系, 沒有公司就不存在部門.       組合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是比聚合關(guān)系還要強(qiáng)的關(guān)系，它要求普通的聚合關(guān)系中代表整體的對(duì)象負(fù)責(zé)代表部分的對(duì)象的生命周期【代碼體現(xiàn)】：成員變量【箭頭及指向】：帶實(shí)心菱形的實(shí)線，菱形指向整體  6. 依賴(Dependency)【依賴關(guān)系】：是一種使用的關(guān)系,  即一個(gè)類的實(shí)現(xiàn)