第7章 面向?qū)ο筌浖こ探榻B及UML概述

第7章面向?qū)ο筌浖こ碳癠ML面向?qū)ο筌浖こ蘒ML的基本模型UML的事物UML的關(guān)系UML的圖使用和擴(kuò)展UML面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)?

需求的錯(cuò)誤-

不完整、不一致、不明確-

開發(fā)人員和用戶無(wú)法以同樣的方式說(shuō)明需求?需求的變化-

需求在整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中始終發(fā)生變化-

設(shè)計(jì)后期發(fā)生改變?持續(xù)的變化-系統(tǒng)功能不斷變化-

許多變化出現(xiàn)在項(xiàng)目后期-

維護(hù)過(guò)程中發(fā)生許多變化-

系統(tǒng)在不斷的變化中最終變得不可用3?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的崩潰面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)?

面向?qū)ο竽Ｐ透咏趩?wèn)題域-以問(wèn)題域中的對(duì)象為基礎(chǔ)建模-

以對(duì)象、屬性和操作對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模-

努力避免在開發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)大的概念跳變

?將模型組織成對(duì)象的集合-

真實(shí)世界中的具體事物

?

駕駛執(zhí)照、信用卡、飛機(jī)等-

邏輯概念

?

操作系統(tǒng)中的分時(shí)策略、軍事訓(xùn)練中的沖突解決規(guī)則等5?反復(fù)細(xì)化高層模型直到可以實(shí)現(xiàn)的程度面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)面向?qū)ο蠓治龈攀雒嫦驅(qū)ο蠓治龅?個(gè)模型用例模型：用例和場(chǎng)景表示的功能模型；對(duì)象模型：用類和對(duì)象表示的靜態(tài)模型；交互模型：由狀態(tài)圖和順序圖表示的動(dòng)態(tài)模型。UML介紹 1997年11月，國(guó)際對(duì)象管理組織OMG批準(zhǔn)把UML1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。

UML是97年軟件工程領(lǐng)域，最重要的成果之一，是面對(duì)象技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，UML不僅統(tǒng)一了Booch、OMT、OOSE的表示方法并對(duì)其作了進(jìn)一步的發(fā)展，最終統(tǒng)一為大眾所接受的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。什么是UML？?

統(tǒng)一建模語(yǔ)言是一種直觀化、明確化、構(gòu)建和文檔化軟件系統(tǒng)產(chǎn)物的通用可視化建模語(yǔ)言。?

UML是一種建模語(yǔ)言而不是一種編程語(yǔ)言。它用于建立系統(tǒng)的分析模型和設(shè)計(jì)模型，而不是用于編程。用UML建立的系統(tǒng)模型不是可執(zhí)行的程序，但是通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖ぞ撸涯Ｐ偷囊徊糠终Z(yǔ)義轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行程序是可行的。?

UML只是一種面向?qū)ο蠼Z(yǔ)言,而不是一種面向?qū)ο蠼７椒?因?yàn)樗欢x建立面向?qū)ο笙到y(tǒng)模型所需的概念(建模元素)

可視化表示法.但它并不介紹如何進(jìn)行系統(tǒng)建摸.UML符號(hào)為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號(hào)和文本語(yǔ)法為系統(tǒng)建模提供了標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號(hào)和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級(jí)的模型，在語(yǔ)義上它是UML元模型的實(shí)例。UML模型由事物、關(guān)系和圖組成RationalRose是最常用的UML建模工具

7.1UML的基本模型7.1UML的基本模型7.1RationalRose7.2UML的事物事物是對(duì)模型中最具代表性成分的抽象，在UML中，可以分為結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物4類。事物組成各類UML圖，形成UML模型結(jié)構(gòu)事物結(jié)構(gòu)事物是UML模型的靜態(tài)部分，主要用來(lái)描述概念的或物理的元素，包括類、主動(dòng)類、接口、對(duì)象、用例、參與者、協(xié)作、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)等。（1）類（class）──類用帶有類名、屬性和操作的矩形框來(lái)表示。UML用例圖、類圖、協(xié)作圖等都會(huì)用到這些事物結(jié)構(gòu)事物（2）主動(dòng)類（activeclass）──主動(dòng)類的實(shí)例應(yīng)具有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程或線程，能夠啟動(dòng)控制活動(dòng)。（3）接口（interface）──描述了一個(gè)類或構(gòu)件的一組外部可用的服務(wù)（操作）集。接口定義的是一組操作的描述，而不是操作的實(shí)現(xiàn)。一般將接口畫成從實(shí)現(xiàn)它的類或構(gòu)件引出的圓圈，接口體現(xiàn)了使用與實(shí)現(xiàn)分離的原則。結(jié)構(gòu)事物結(jié)構(gòu)事物（4）對(duì)象（object）──對(duì)象是類的實(shí)例，其名字下邊加下劃線，對(duì)象的屬性值需明確給出。（5）用例（usecase）──也稱用況，用于表示系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)的行為，即描述一組動(dòng)作序列（即場(chǎng)景）。而系統(tǒng)執(zhí)行這組動(dòng)作后將產(chǎn)生一個(gè)對(duì)特定參與者有價(jià)值的結(jié)果。結(jié)構(gòu)事物（6）參與者（actor）──也稱角色，是指與系統(tǒng)有信息交互關(guān)系的人、軟件系統(tǒng)或硬件設(shè)備，在圖形上用簡(jiǎn)化的小木頭人表示。（7）協(xié)作（collaboration）──用例僅描述要實(shí)現(xiàn)的行為，不描述這些行為的實(shí)現(xiàn)。這種實(shí)現(xiàn)用協(xié)作描述。協(xié)作定義交互，描述一組角色實(shí)體和其他實(shí)體如何通過(guò)協(xié)同工作來(lái)完成一個(gè)功能或行為。類可以參與幾個(gè)協(xié)作。結(jié)構(gòu)事物（8）構(gòu)件（component）──也稱組件，是系統(tǒng)中物理的、可替代的部件。它通常是描述一些邏輯元素的物理包。（9）節(jié)點(diǎn)（node）──是在運(yùn)行時(shí)存在的物理元素。它代表一種可計(jì)算的資源，通常具有一定的記憶能力和處理能力。行為事物行為事物是UML模型的動(dòng)態(tài)部分，包括兩類：（1）交互（interaction）──交互由在特定的上下文環(huán)境中共同完成一定任務(wù)的一組對(duì)象之間傳遞的消息組成。如圖所示。交互涉及的元素包括消息、動(dòng)作序列（由一個(gè)消息所引起的行為）和鏈（對(duì)象間的連接）。對(duì)象之間的交互描述結(jié)構(gòu)事物之間的行為行為事物（2）狀態(tài)機(jī)（statemachine）──描述了一個(gè)對(duì)象或一個(gè)交互在生存周期內(nèi)響應(yīng)事件所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，單個(gè)類或者一組類之間協(xié)作的行為都可以用狀態(tài)機(jī)來(lái)描述。狀態(tài)機(jī)涉及到狀態(tài)、變遷和活動(dòng)，其中狀態(tài)用圓角矩形來(lái)表示。

分組事物分組事物是UML模型的組織部分。它的作用是為了降低模型復(fù)雜性。UML中的分組事物是包（package）。包是把模型元素組織成組的機(jī)制，結(jié)構(gòu)事物、行為事物甚至其他分組事物都可以放進(jìn)包內(nèi)。將各類事物分組注釋事物注釋事物是UML模型的解釋部分，它們用來(lái)描述和標(biāo)注模型的任何元素。通?？梢杂米⑨屝揎棊в屑s束或者解釋的圖。為UML模型進(jìn)行注釋7.3UML的關(guān)系描述事物之間的聯(lián)系、行為、消息是由語(yǔ)義/需求決定的依賴依賴(Dependency)是兩個(gè)事物之間的語(yǔ)義關(guān)系，其中一個(gè)事物發(fā)生變化會(huì)影響到另一個(gè)事物的語(yǔ)義，它用一個(gè)虛線箭頭表示。虛線箭頭的方向從源事物指向目標(biāo)事物，表示源事物依賴于目標(biāo)事物。依賴關(guān)系依賴依賴關(guān)系的細(xì)化（通過(guò)關(guān)鍵字修飾）依賴依賴關(guān)系的細(xì)化（通過(guò)關(guān)鍵字修飾）關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)(association)是一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，它描述了兩個(gè)或多個(gè)類的實(shí)例之間的連接關(guān)系，是一種特殊的依賴。關(guān)聯(lián)分為普通關(guān)聯(lián)、限定關(guān)聯(lián)、關(guān)聯(lián)類，以及聚合與復(fù)合。用于表示，兩個(gè)類之間存在關(guān)系關(guān)聯(lián)——普通關(guān)聯(lián)普通關(guān)聯(lián)是最常見的關(guān)聯(lián)關(guān)系，只要類與類之間存在連接關(guān)系就可以用普通關(guān)聯(lián)表示。普通關(guān)聯(lián)又分為二元關(guān)聯(lián)和多元關(guān)聯(lián)。二元關(guān)聯(lián)描述兩個(gè)類之間的關(guān)聯(lián)，用兩個(gè)類之間的一條直線來(lái)表示，直線上可寫上關(guān)聯(lián)名。

關(guān)聯(lián)——關(guān)聯(lián)類在關(guān)聯(lián)關(guān)系比較簡(jiǎn)單的情況下，關(guān)聯(lián)關(guān)系的語(yǔ)義用關(guān)聯(lián)關(guān)系的名字來(lái)概括。但在某些情況下，需要對(duì)關(guān)聯(lián)關(guān)系的語(yǔ)義做詳細(xì)的定義、存儲(chǔ)和訪問(wèn)，為此可以建立關(guān)聯(lián)類（associationclass），用來(lái)描述關(guān)聯(lián)的屬性。關(guān)聯(lián)中的每個(gè)鏈與關(guān)聯(lián)類的一個(gè)實(shí)例相聯(lián)系。關(guān)聯(lián)類通過(guò)一條虛線與關(guān)聯(lián)連接。

聚合聚合（Aggregation）也稱為聚集，是一種特殊的關(guān)聯(lián)。它描述了整體和部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。比關(guān)聯(lián)表示的關(guān)系更加緊密。聚合一般是指共享聚合（sharedaggregation）部分方不依賴于整體方而存在，或者說(shuō)部分方可參與多個(gè)整體方。復(fù)合復(fù)合，又稱之為“組合”“復(fù)合聚合”。部分方組成整體方，但同時(shí)部分類完全隸屬于整體類。一旦整體類不存在了，則部分類也會(huì)隨之消失，或失去存在價(jià)值。泛化泛化(generalization)關(guān)系就是一般類和特殊類之間的繼承關(guān)系。在UML中，一般類亦稱泛化類，特殊類亦稱特化類。泛化針對(duì)類型而不針對(duì)實(shí)例，因?yàn)橐粋€(gè)類可以繼承另一個(gè)類，但一個(gè)對(duì)象不能繼承另一個(gè)對(duì)象。一般類/泛化類/抽象類實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)(implement)是泛化關(guān)系和依賴關(guān)系的結(jié)合，也是類之間的語(yǔ)義關(guān)系，通常在以下兩種情況出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)關(guān)系：(1)接口和實(shí)現(xiàn)它們的類或構(gòu)件之間；(2)用例和實(shí)現(xiàn)它們的協(xié)作之間。7.4UML的圖UML規(guī)范定義了6種類型的圖：用例圖類圖交互圖狀態(tài)圖活動(dòng)圖實(shí)現(xiàn)圖1.用例模型用例模型描述的是外部執(zhí)行者(actor)所理解的系統(tǒng)功能。用例模型用于需求分析階段，它的建立是系統(tǒng)開發(fā)者和用戶反復(fù)討論的結(jié)果，描述了開發(fā)者和用戶對(duì)需求規(guī)格達(dá)成的共識(shí)。用例圖顯示誰(shuí)是相關(guān)的用戶，用戶希望系統(tǒng)提供什么服務(wù)（用例），以及用例之間的關(guān)系。用例圖主要的作用是獲取需求、指導(dǎo)測(cè)試。用例圖1.用例模型

在UML中，一個(gè)用例模型由若干個(gè)用例圖來(lái)描述，用例圖的主要元素是用例和執(zhí)行者。用例圖是包括執(zhí)行者、由系統(tǒng)邊界（一個(gè)矩形）封閉的一組用例。執(zhí)行者和用例之間的關(guān)聯(lián)、用例間關(guān)系以及執(zhí)行者的泛化的圖。用例圖用例圖用例圖的建模元素XXX系統(tǒng)參與者用例關(guān)系2.用例之間的關(guān)系

用例之間可以有泛化(generalization)、擴(kuò)展(extend)和包含(include)三種關(guān)系。擴(kuò)展和使用是繼承關(guān)系(即泛化關(guān)系)的兩種不同形式。組合則是把相關(guān)的用例打成包，當(dāng)作一個(gè)整體看待。用例圖(1)

擴(kuò)展關(guān)系(extend)向一個(gè)用例中加入一些新的動(dòng)作后構(gòu)成了另一個(gè)用例，這兩個(gè)用例之間的關(guān)系就是擴(kuò)展關(guān)系?；美袑⒋嬖谝粋€(gè)擴(kuò)展點(diǎn)，只有當(dāng)擴(kuò)展點(diǎn)被激活時(shí)，子用例才會(huì)被執(zhí)行。(2)包含(include)當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)用例中共用一組相同的動(dòng)作，這時(shí)可以將這組相同的動(dòng)作抽出來(lái)作為一個(gè)獨(dú)立的子用例，供多個(gè)基用例所共享?；美⒎且粋€(gè)完整的用例，所以include關(guān)系中的基用例必須和子用例一起使用才夠完整，子用例也必然被執(zhí)行。用例圖(3)

泛化(generalization)泛化關(guān)系是一種繼承關(guān)系，子用例將繼承基用例的所有行為，關(guān)系和通信關(guān)系，也就是說(shuō)在任何使用基用例的地方都可以用子用例來(lái)代替。泛化關(guān)系在用例圖中使用空心的箭頭表示，箭頭方向從子用例指向基用例。用例圖銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的用例圖銀行存儲(chǔ)系統(tǒng)

類圖類圖描述類、類與類之間的靜態(tài)關(guān)系，它是從靜態(tài)角度表示系統(tǒng)的，因此類圖屬于一種靜態(tài)模型。類圖是構(gòu)建其他圖的基礎(chǔ)，沒有類圖就沒有狀態(tài)圖、協(xié)作圖等其他圖，也就無(wú)法表示系統(tǒng)其他方面的特性。類圖顯示了類（及其接口）、類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及與其他類的聯(lián)系。聯(lián)系是指類元之間的聯(lián)系，在類的建模中可以使用關(guān)聯(lián)、聚合、復(fù)合（組合）和泛化關(guān)系。銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的核心類圖泛化關(guān)聯(lián)教學(xué)管理系統(tǒng)的類圖關(guān)聯(lián)泛化聚合聚合當(dāng)一個(gè)類完全依據(jù)另一個(gè)類而存在時(shí)則為復(fù)合關(guān)系關(guān)聯(lián)類關(guān)聯(lián)類是指表示其他類之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的類。當(dāng)一個(gè)關(guān)聯(lián)具有自己的屬性并需要存儲(chǔ)它們時(shí)，就需要用關(guān)聯(lián)類建模。關(guān)聯(lián)類用虛線連接在兩個(gè)類之間的聯(lián)系上。交互圖UML中有兩種類型的交互圖：順序圖和協(xié)作圖。順序圖描述對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)交互關(guān)系，著重表現(xiàn)對(duì)象間消息傳遞的時(shí)間順序。順序圖中的符號(hào)如下:

消息的類型交互圖UML定義了三種消息:簡(jiǎn)單消息：表示簡(jiǎn)單的控制流，它只是表示控制從一個(gè)對(duì)象傳給另一個(gè)對(duì)象，而沒有描述通信的任何細(xì)節(jié)。同步消息：表示嵌套的控制流，操作的調(diào)用是一種典型的同步消息。調(diào)用者發(fā)出消息后必須等待消息返回，只有當(dāng)處理消息的操作執(zhí)行完畢后，調(diào)用者才可以繼續(xù)執(zhí)行自己的操作。異步消息：表示異步控制流，發(fā)送者發(fā)出消息后不用等待消息處理完就可以繼續(xù)執(zhí)行自己的操作。異步消息主要用于描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的并發(fā)行為。取款用例的順序圖協(xié)作圖協(xié)作圖是順序圖的一種變化形式，用于描述相互協(xié)作的對(duì)象間的交互關(guān)系和鏈接關(guān)系。

狀態(tài)圖描述一個(gè)特定對(duì)象的所有可能的狀態(tài)以及引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件。大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)都用狀態(tài)圖表示單個(gè)對(duì)象在其生命期中的行為。一個(gè)狀態(tài)圖包括一系列狀態(tài)、事件以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。1.狀態(tài)所有對(duì)象都具有狀態(tài)，狀態(tài)是對(duì)象執(zhí)行了一系列活動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生后，對(duì)象的狀態(tài)將發(fā)生變化。在狀態(tài)圖中定義的狀態(tài)可能有：初態(tài)(初始狀態(tài))、終態(tài)(最終狀態(tài))、中間狀態(tài)和復(fù)合狀態(tài)。在一張狀態(tài)圖中只能有一個(gè)初態(tài)，而終態(tài)則可以有多個(gè)。狀態(tài)圖支票對(duì)象的狀態(tài)圖電話對(duì)象的狀態(tài)圖狀態(tài)圖中間狀態(tài)用圓角矩形表示，可能包含三個(gè)部分，第一部分為狀態(tài)的名稱；第二部分為狀態(tài)變量的名字和值，這部分是可選的；第三部分是活動(dòng)表，這部分也是可選的。中間狀態(tài)狀態(tài)圖電梯的狀態(tài)圖(本狀態(tài)圖沒有終點(diǎn))狀態(tài)圖例:帶有事件說(shuō)明的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的例子在上樓及下樓事件中增加參數(shù)floor.帶有事件說(shuō)明的狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖在“空閑”狀態(tài),將屬性timer的值置0,然后連續(xù)遞增timer的值,直到“上樓”或“下樓”事件發(fā)生,或守衛(wèi)條件“timer=超時(shí)值”。加上屬性的狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖活動(dòng)圖用來(lái)捕捉用例的活動(dòng)，使用框圖的方式顯示動(dòng)作及其結(jié)果?；顒?dòng)圖是一個(gè)流圖，描述了從活動(dòng)到活動(dòng)的流。它是另一種描述交互的方式，它描述采取何種動(dòng)作，動(dòng)作的結(jié)果是什么(動(dòng)作狀態(tài)改變)，何時(shí)發(fā)生(動(dòng)作序列)，以及在何處發(fā)生(泳道)?；顒?dòng)圖活動(dòng)圖中的符號(hào)取款用例的活動(dòng)圖構(gòu)件圖描述軟件構(gòu)件及構(gòu)件之間的依賴關(guān)系，顯示代碼的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。構(gòu)件是邏輯架構(gòu)中定義的概念和功能(例如，類、對(duì)象及它們之間的關(guān)系)在物理架構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)。典型情況下，構(gòu)件是開發(fā)環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)文件。構(gòu)件圖軟件構(gòu)件可以是下述的任何一種構(gòu)件。源構(gòu)件：源構(gòu)件僅在編譯時(shí)才有意義。典型情況下，它是實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)類的源代碼文件。二進(jìn)制構(gòu)件：典型情況下，二進(jìn)制構(gòu)件是對(duì)象代碼，它是源構(gòu)件的編譯結(jié)果?？蓤?zhí)行構(gòu)件：可執(zhí)行構(gòu)件是一個(gè)可執(zhí)行的程序文件，它是鏈接所有二進(jìn)制構(gòu)件所得到的結(jié)果。一個(gè)可執(zhí)行構(gòu)件代表在處理器(計(jì)算機(jī))上運(yùn)行的可執(zhí)行單元。構(gòu)件圖畫圖系統(tǒng)的構(gòu)件圖構(gòu)件圖銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的構(gòu)件圖構(gòu)件圖部署圖描述處理器、設(shè)備和連接，它顯示系統(tǒng)硬件的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及在此結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的軟件。部署圖可以顯示計(jì)算節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信路徑、節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的軟件以及軟件包含的邏輯單元。

部署圖典型的部署圖7.5使用和擴(kuò)展UML使用UML的準(zhǔn)則1.不要試圖使用所有的圖形和符號(hào)應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，選用最適用的圖形和符號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)該優(yōu)先選用簡(jiǎn)單的圖形和符號(hào)，例如，用例、類、關(guān)聯(lián)、屬性和繼承等概念是最常用的。2.不要為每個(gè)事物都畫一個(gè)模型應(yīng)該把精力集中于關(guān)鍵的領(lǐng)域。最好只畫幾張關(guān)鍵的圖，經(jīng)常使用并不斷更新、修改這幾張圖。7.5使用和擴(kuò)展UML3.應(yīng)該分層次地畫模型圖根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展的不同階段，用正確的觀點(diǎn)畫模型圖。如果處于分析階段，應(yīng)該畫概念層模型圖；當(dāng)開始著手進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該畫設(shè)計(jì)層模型圖；當(dāng)考察某個(gè)特定的實(shí)現(xiàn)方案時(shí)，則應(yīng)畫實(shí)現(xiàn)層模型圖。使用UML的最大危險(xiǎn)是過(guò)早地陷入實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。為了避免這一危險(xiǎn)，應(yīng)該把重點(diǎn)放在概念層和說(shuō)明層。4.模型應(yīng)該具有協(xié)調(diào)性模型必須在每個(gè)抽象層次內(nèi)和不同的抽象層次之間協(xié)調(diào)。7.5使用和擴(kuò)展UML5.模型和模型元