基于UML建模的設(shè)計(jì)與分析

1統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML概述1.1UML及其優(yōu)點(diǎn)

什么是UML(UnifyModelingLanguage)

？

UML是一種通用的、統(tǒng)一的的建模語(yǔ)言，是一種用圖形方式描繪面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效方法。

UML的優(yōu)點(diǎn)（1）UML是一種定義良好，易于表達(dá)，功能強(qiáng)大且普遍實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。（2）UML是綜合了面向?qū)ο箢I(lǐng)域的幾種優(yōu)秀方法的特點(diǎn)和長(zhǎng)處而提出的，是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的建模語(yǔ)言，適合于面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)的建模描述。（3）UML是軟件業(yè)界的第一個(gè)統(tǒng)一的建模語(yǔ)言，并得到工業(yè)界的廣泛支持。1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三

1.2UML的模型視圖

用UML描述的系統(tǒng)模型一般是由幾種視圖組成的。UML主要提供了9種視圖：用例圖、類圖、對(duì)象圖、組件圖、配置圖、序列圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖和活動(dòng)圖，如下圖所示。2現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.3

用例圖（1）用例圖定義

用例圖是從用戶使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)功能的圖形表達(dá)方法。一個(gè)用例(UseCase)是用于描述系統(tǒng)的一項(xiàng)功能需求或系統(tǒng)提供給用戶的一項(xiàng)服務(wù)。（2）用例圖舉例右邊為自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的用例圖。圖中的方框代表系統(tǒng)，橢圓代表用例(售貨、供貨和取貨款是自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的典型用例)，小人形（線條人）代表行為者，它們之間的連線表示關(guān)系。3現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.4類圖（1）類圖的定義類圖是表達(dá)構(gòu)成系統(tǒng)的類及其相互聯(lián)系的圖示。類圖是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的核心，建立狀態(tài)圖、協(xié)作圖和其他圖的基礎(chǔ)。（2）類圖的描繪方法（1）使用名詞/動(dòng)詞分析法來(lái)尋找構(gòu)成系統(tǒng)的類，描繪這些類；（2）建立類與類之間的聯(lián)系，包括關(guān)聯(lián)、聚合/組合、泛化/特化、依賴等。4現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三5現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.5對(duì)象圖(1)對(duì)象圖的定義對(duì)象圖(ObjectDiagram)表示一組對(duì)象和它們之間的聯(lián)系。對(duì)象圖實(shí)質(zhì)上是類圖的實(shí)例，也稱實(shí)例圖(InstanceDiagram)。對(duì)象圖的表示方法與類圖的表示方法大體相同。對(duì)象圖是系統(tǒng)在某個(gè)特定時(shí)刻的具體狀態(tài)。(2)對(duì)象圖舉例6現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.6序列圖（1）序列圖的定義序列圖用來(lái)描述一組對(duì)象間的交互關(guān)系，它表示為完成某項(xiàng)操作所需的參與對(duì)象和這些對(duì)象之間傳遞消息的時(shí)間順序。（2）序列圖舉例7現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.7狀態(tài)圖

（1）狀態(tài)圖（StatechartDiagram）的定義

狀態(tài)圖描述系統(tǒng)運(yùn)行過程中某類對(duì)象可能出現(xiàn)的狀態(tài),以及在不同狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)和觸發(fā)這些跳轉(zhuǎn)的外部事件。狀態(tài)圖側(cè)重于描述對(duì)象在其生命周期中的動(dòng)態(tài)行為。

（2）狀態(tài)圖的組成

UML狀態(tài)圖的圖形元素包括：初始狀態(tài)、轉(zhuǎn)移、(中間)狀態(tài)、判定、同步和終止?fàn)顟B(tài)。8現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.8活動(dòng)圖（1）活動(dòng)圖的定義

活動(dòng)圖(activitydiagram)用于描述系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程或工作流程。活動(dòng)圖由一系列的動(dòng)作狀態(tài)構(gòu)成,動(dòng)作的狀態(tài)控制可以從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個(gè)與之相鄰的狀態(tài)?；顒?dòng)圖還可以表示條件判斷、分支決策、動(dòng)作狀態(tài)的并行執(zhí)行、消息的規(guī)范說(shuō)明等內(nèi)容。9現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三（2）活動(dòng)圖的組成

活動(dòng)圖的基本元素包括:活動(dòng)狀態(tài)、動(dòng)作流、泳道、對(duì)象流，另外還包括初始狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)、判定、分叉、合并等元素。10現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.9協(xié)作圖（1）協(xié)作圖的定義用來(lái)描述實(shí)現(xiàn)某些服務(wù)所涉及的對(duì)象及其相互之間的關(guān)系(包括消息通信)的圖示就稱為協(xié)作圖（Collaboration）。協(xié)作圖可用來(lái)描繪業(yè)務(wù)流程。（2）協(xié)作圖舉例11現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.10組件圖(1)組件圖的定義

組件是提供了一組接口的物理實(shí)現(xiàn)模塊,它可以是軟件開發(fā)過程中的產(chǎn)物,如源碼、二進(jìn)制碼和可執(zhí)行碼等。它們是類、接口等邏輯模型的物理實(shí)現(xiàn)。接口是為外部提供可調(diào)用函數(shù)原型的程序模塊。組件圖表示構(gòu)成系統(tǒng)的組件及其相互之間的聯(lián)系。它是描述系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)的模型。12現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三（2）組件圖的組成

組件圖由組件、接口和組件之間的聯(lián)系構(gòu)成。

a）組件由一個(gè)左邊嵌兩個(gè)小矩形的大矩形表示，大矩形中填寫組件的名字。

b）接口由一個(gè)空心圓表示。

c）組件之間的依賴是指一個(gè)組件的模型元素需要使用另一個(gè)組件的模型元素。依賴用一個(gè)虛箭線表示，箭線從客戶組件指向供應(yīng)者組件。13現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三1.11配置圖(1)配置圖定義配置圖就是用于表示構(gòu)成分布式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)集和節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系的圖示，它可以表示系統(tǒng)中軟件和硬件的物理架構(gòu)。14現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三15現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三2基于UML的面向?qū)ο笙到y(tǒng)開發(fā)方法

像一般的系統(tǒng)開發(fā)方法一樣，基于UML的面向?qū)ο笙到y(tǒng)開發(fā)方法也可以分為如下步驟：（1）需求分析(用例分析)

—建立用例模型來(lái)描述用戶需求；（2）系統(tǒng)分析—將用例模型轉(zhuǎn)化為由類圖和對(duì)象圖組成的分析模型；（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

a)用編程語(yǔ)言或接近編程語(yǔ)言的語(yǔ)言來(lái)更精確地描述類圖和對(duì)象圖，以便于后面能將類圖和對(duì)象圖映射到編碼實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。

b)在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段要對(duì)每個(gè)用例進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，包括建立序列圖、協(xié)作圖等，以描述如何通過類圖中的對(duì)象協(xié)作實(shí)現(xiàn)用例中的功能。隨著動(dòng)態(tài)建模的深入，會(huì)發(fā)現(xiàn)前面建立的類往往存在缺陷或不夠完整，需要對(duì)分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。（4）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)—用源代碼、腳本語(yǔ)言、二進(jìn)制代碼、可執(zhí)行子程序或組件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。16現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三3UML的應(yīng)用舉例1—圖書管理系統(tǒng)的建模

下面以一個(gè)圖書管理系統(tǒng)的建模為例,介紹使用UML進(jìn)行建模的基本過程。整個(gè)系統(tǒng)的分析以及設(shè)計(jì)過程按照軟件開發(fā)的一般流程進(jìn)行，包括如下步驟：需求分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)17現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三3.1需求分析圖書管理系統(tǒng)功能概述

圖書管理主要是借書、還書以及其他一些附帶操作（例如，超期罰款、催還圖書等）的處理。一個(gè)簡(jiǎn)單的圖書管理系統(tǒng)應(yīng)提供如下功能：借書處理：完成讀者借書的流程處理。還書處理：完成讀者還書的流程處理。信息查詢：包括圖書信息查詢和讀者借閱情況查詢。圖書管理：包括輸入新書記錄和刪除舊書記錄。18現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三

系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程分析

與系統(tǒng)功能相對(duì)應(yīng),系統(tǒng)主要有四個(gè)流程:借書流程、還書流程、資料查詢、圖書資源管理。各流程的主要過程描述如下：借書流程：讀者借閱所需的圖書，借出后圖書的借閱標(biāo)志為false（已被借出），借書記錄中增加一個(gè)實(shí)例。還書流程：讀者歸還所借的圖書，還書后圖書的借閱標(biāo)志為true（可被外借），借書記錄中刪除一個(gè)實(shí)例。19現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三信息查詢：讀者和工作人員可以進(jìn)行圖書信息查詢，輸入圖書的編號(hào)或書名，從圖書對(duì)象列表中查找相應(yīng)的實(shí)例。圖書管理：首先由工作人員在“錄入新書資料”和“刪除舊書資料”兩個(gè)選項(xiàng)中選擇。若是“錄入新書資料”，則由工作人員輸入新書資料，將新書添加為圖書對(duì)象列表的新實(shí)例。若是“刪除舊書資料”，則查找需要?jiǎng)h除的圖書，將其從圖書對(duì)象列表中刪除。20現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三系統(tǒng)功能模塊分析

滿足上述需求的系統(tǒng)應(yīng)該相應(yīng)地包括以下幾個(gè)功能模塊：基本業(yè)務(wù)處理模塊：主要用于實(shí)現(xiàn)圖書管理員對(duì)讀者借書和還書的處理。信息查詢模塊：主要用于實(shí)現(xiàn)讀者對(duì)圖書信息和自身借閱信息的查詢。系統(tǒng)維護(hù)模塊：主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理員對(duì)讀者信息、圖書管理員信息、圖書信息、和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理。21現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三建立用例模型

根據(jù)功能需求構(gòu)造用例模型，主要任務(wù)是識(shí)別系統(tǒng)中的所有參與者，并對(duì)每個(gè)參與者找出其用例，建立用例模型。系統(tǒng)主要的參與者為“讀者”、“圖書管理員”和“系統(tǒng)管理員”。各個(gè)參與者的用例圖如下。

22現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三（1）讀者用例圖23現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三（2）圖書管理員用例圖24現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三（3）系統(tǒng)管理員用例圖25現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三詳述用例

在設(shè)別了參與者和主要用例并創(chuàng)建了用例圖之后，如果有必要，還可以按順序詳述每個(gè)用例，包括用例如何開始、結(jié)束以及如何與參與者進(jìn)行交互。26現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三27現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三28現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三3.2系統(tǒng)分析在定義系統(tǒng)需求后，下一步就是確定構(gòu)成系統(tǒng)的對(duì)象類。系統(tǒng)中對(duì)象類的識(shí)別可以使用名詞/動(dòng)詞分析法來(lái)進(jìn)行，即文本中的名詞和名詞短語(yǔ)暗示類或類的屬性，動(dòng)詞和動(dòng)詞短語(yǔ)暗示職責(zé)或者類的操作。通過用例圖的分析可知，在圖書管理系統(tǒng)中可以確定的主要對(duì)象類包括“讀者”，“圖書”、“圖書管理人員”和系統(tǒng)管理員。其中“讀者”和“圖書”通過借閱關(guān)系可以構(gòu)成一個(gè)新類“借閱記錄”。29現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三

另外，分析用例圖可知，用例“身份驗(yàn)證”和“圖書資料查詢”是對(duì)象類“讀者”和“工作人員”共同擁有的，并且用例“身份驗(yàn)證”是除用例“圖書資料查詢”之外其余用例執(zhí)行的前提，因此可以將“身份驗(yàn)證”與“圖書資料查詢”定義為接口類中的操作（接口類是不含屬性且操作函數(shù)沒有具體實(shí)現(xiàn)的抽象類，接口類通過一個(gè)實(shí)現(xiàn)聯(lián)系獲得其它對(duì)象類的支持，這些對(duì)象類實(shí)現(xiàn)接口類中定義的全部操作）。其余用例則抽象為與該用例交互的參與者所屬對(duì)象類的操作。30現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三因此，最后可獲得的對(duì)象類圖為：31現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三

除了定義上述用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)管理和業(yè)務(wù)邏輯

控制的類之外，在用圖形用戶界面開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，我們還可以定義一些相應(yīng)的用戶界面類：

(1)MainWindow類—MainWindow是圖書管理員與系統(tǒng)交互的主界面，系統(tǒng)的主界面具有菜單，當(dāng)用戶選擇不同的菜單項(xiàng)時(shí)，MainWindow對(duì)象調(diào)用相應(yīng)的方法完成功能操作。

(2)BorrowDialog類—BorrowDialog是進(jìn)行借書操作時(shí)需要的對(duì)話框。

(3)ReturnDialog類—ReturnDialog是進(jìn)行還書操作時(shí)需要的對(duì)話框。

(4)QueryDialog類—QueryDialog是查詢某借閱者的借閱信息或圖書庫(kù)存信息的對(duì)話框。

(5)MaintenanceWindow類—MaintenanceWindow是系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的主界面。它也提供菜單項(xiàng).32現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三33現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三3.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作是用例實(shí)現(xiàn)—設(shè)計(jì)。即對(duì)每個(gè)用例進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，包括建立序列圖、協(xié)作圖等，描述如何通過類對(duì)象的協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)用例中的功能。隨著動(dòng)態(tài)建模的深入，會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)建立的類存在缺陷或不夠完整，需要對(duì)分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。所以，還應(yīng)該通過動(dòng)態(tài)建模來(lái)修正和完善類圖。34現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三用例動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)35現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三36現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三類圖設(shè)計(jì)

進(jìn)一步擴(kuò)充和細(xì)化分析階段定義的類，包括定義新的類來(lái)處理用戶的需求。隨著動(dòng)態(tài)建模的深入，也會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)建立的類存在缺陷或不夠完整，需要對(duì)分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。所以，還應(yīng)該通過動(dòng)態(tài)建模來(lái)修正和完善類圖。37現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三38現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有42頁(yè)\編輯于星期三物理架構(gòu)設(shè)計(jì)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)就是用