第4章 面向?qū)ο蠹癠ML

第4章面向?qū)ο笈cUMLChapter

4Object-Oriented

&

UML1軟件工程4.1

面向?qū)ο蟾攀鰧?duì)象和類對(duì)象代表客觀世界中實(shí)際或抽象的事物，它是用來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)基本單位。對(duì)象由一組屬性（數(shù)據(jù)）

和一組行為（操作、服務(wù)、方法構(gòu)成。類是具有相似屬性和服務(wù)的一組對(duì)象的集合。類是對(duì)象的抽象；對(duì)象是類的具體化，是類的實(shí)例。軟件工程

2軟件工程3面向?qū)ο蟮幕咎卣鞒橄蟪橄笾负雎灾黝}中與當(dāng)前目標(biāo)無(wú)關(guān)的因素，以便更充分地注意與當(dāng)前目標(biāo)相關(guān)的因素。封裝封裝可用于把操作和數(shù)據(jù)包圍起來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)只通過(guò)已定義的接口來(lái)完成。軟件工程4繼承繼承是父類和子類之間共享數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制。一個(gè)子類可以繼承它的父類中的屬性和操作，子類還可以定義自己的屬性和操作。在一個(gè)面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，子類和父類之間的繼承關(guān)系構(gòu)成了系統(tǒng)的類層次結(jié)構(gòu)。多態(tài)不同類的對(duì)象可以對(duì)同一消息作出響應(yīng)，執(zhí)行不同的處理，稱為多態(tài)。軟件工程5面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)提高軟件系統(tǒng)的可復(fù)用性提高軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提高軟件系統(tǒng)的可維護(hù)性軟件工程6UML簡(jiǎn)介面向?qū)ο蟮乃枷肫鹪从?0年代末期，至80年代已出現(xiàn)了一些早期的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，如Smalltalk等。從

1986年開(kāi)始，面向?qū)ο蠓椒ǖ玫窖该偷陌l(fā)展，相繼誕生了一些廣為流傳的方法，如：1986年，Booch

的OOD方法；1989年，Coad

和

Yourdon

的OOA和OOD方法；1991年，James

Rumbaugh

的OMT(ObjectModeling

Technique,

對(duì)象建模技術(shù))方法；

1994年，Jacobson

的

OOSE（Object

OrientedSoftware

Enginerring,面向?qū)ο蟮能浖こ蹋┓椒?。軟件工?為了統(tǒng)一這些方法，從1994年起，由Booch、James

Rumbaugh、Jacobson

三位大師開(kāi)始研究統(tǒng)一建模語(yǔ)言

UML

(UnifiedModeling

Language)。1997年11月，UML版本作為OMG（對(duì)象管理組織）標(biāo)準(zhǔn)推出，目前最新的版本是UML

2.1。UML是面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)的圖形化語(yǔ)言。

UML已成為當(dāng)前面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)占指導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。軟件工程84.2.1

UML的組成UML的模型元素UML定義了兩類模型元素:一類用于表示模型中的某個(gè)概念,如類、對(duì)象、構(gòu)件、用例等；另一類用于表示模型元素之間相互連接的關(guān)系，如關(guān)聯(lián)、泛化、依賴、聚集

等。UML的元模型結(jié)構(gòu)（略）軟件工程9圖和視圖圖（Diagram

）:UML提供了兩大類圖—靜態(tài)圖和動(dòng)態(tài)圖,共計(jì)9種不同的圖。①靜態(tài)圖（Static

Diagram）：包括用例圖、類圖、對(duì)象圖、構(gòu)件圖和部署圖。②

動(dòng)態(tài)圖（Dynamic

Diagram）：包括狀態(tài)圖、時(shí)序圖、協(xié)作圖和活動(dòng)圖。視圖（View):包括用例視圖、邏輯視圖、并發(fā)視圖、構(gòu)件視圖和部署試圖。軟件工程104.2.2

UML的特點(diǎn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);面向?qū)ο?表達(dá)能力強(qiáng)大、可視化。軟件工程114.2.3

UML的應(yīng)用UML適用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的不同階段，從分析(需求規(guī)格描述)、設(shè)計(jì)、直到測(cè)試和維護(hù)。軟件工程124.3

靜態(tài)建模(

StaticModeling

)用例圖和用例模型（

Use

Case

diagram

&

Use

Case

Model

)用例模型表示滿足用戶需求的基本功能,它描述系統(tǒng)應(yīng)該做什么。用例模型由一組用例圖組成。用例圖（Use

Case

diagram）用例圖描述軟件系統(tǒng)與外部參與者(Actor，又稱

“角色”或“行為者”)之間的交互。即系統(tǒng)所提供的功能(

稱為“用例”,

Use

Case)與參與者之間的關(guān)系。用例圖從用戶的角度來(lái)描述系統(tǒng)的功能，并指出各功能的操作者。用例圖是進(jìn)行系統(tǒng)需求分析的工具。軟件工程131.組成符號(hào)①系統(tǒng)邊界（System

Boundary）：用一個(gè)大矩形表示，上面標(biāo)注系統(tǒng)的名稱，內(nèi)部可包含一個(gè)或多個(gè)用例。②用例（UseCase）：用一個(gè)橢圓表示，其中標(biāo)注用例的名稱。用例表示系統(tǒng)的一個(gè)功能單元。③參與者(Actor)：用一個(gè)人形的符號(hào)表示。④參與者和用例之間、或用例與用例之間的關(guān)聯(lián)用直線表示。2.建立用例圖：客戶統(tǒng)計(jì)保險(xiǎn)商務(wù)系統(tǒng)簽定保險(xiǎn)單銷售統(tǒng)計(jì)圖3.27保險(xiǎn)商務(wù)系統(tǒng)的用例圖客戶軟件工程14保險(xiǎn)銷售員軟件工程153.

用例之間的關(guān)系擴(kuò)展關(guān)系(extend)描述一個(gè)用例在“基本用例”的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了那個(gè)用例的部分功能。用

箭頭上標(biāo)識(shí)“《extend》”來(lái)表示，箭頭指向被擴(kuò)展的用例。包含關(guān)系(include)描述一個(gè)基本用例利用另一個(gè)用例完成某個(gè)過(guò)程。用

箭頭上標(biāo)識(shí)“《include》”

來(lái)表示，箭頭指向被包含的用例。包含關(guān)系通常用在：幾個(gè)用例有共同的子功能，則把該子功能獨(dú)立出來(lái)，并以包含關(guān)系來(lái)表示之。軟件工程164.3.2

類圖和對(duì)象圖類和對(duì)象模型分別由類圖和對(duì)象圖表示。1.類圖和對(duì)象圖（

Class

Diagram

and

Object

Diagram

）(1)

類圖(Class

Diagram)

:類圖表示類以及類之間的相互關(guān)系。軟件工程17類圖由劃分成3格的長(zhǎng)方形表示(長(zhǎng)式表示),下面2個(gè)格子可省略(短式表示)。圖形符號(hào)如下：①類的長(zhǎng)式表示

②類的短式表示類名可見(jiàn)性屬性名:類型……可見(jiàn)性操作名(參數(shù)表):返回類型……類名類圖中屬性和操作的可見(jiàn)性：①

+

：表示公有成員(

Public

)；②

-

：表示私有成員(

Private

)；③

＃

：表示保護(hù)成員(

Protected

)。例：學(xué)生類學(xué)生姓名：string學(xué)號(hào)：string①長(zhǎng)式表示②短式表示學(xué)生軟件工程18(2)對(duì)象圖(Object

Diagram):對(duì)象圖是類圖的實(shí)例。對(duì)象圖采用與類圖相同的圖形符號(hào)，只是對(duì)象名下有下劃線，對(duì)象名后可接以冒號(hào)和類名，說(shuō)明該對(duì)象所從屬的類。例如：王平：學(xué)生姓名：王平學(xué)號(hào)：020106①長(zhǎng)式表示②短式表示王平或王平：學(xué)生軟件工程19軟件工程20關(guān)聯(lián)關(guān)系

(

Association

)關(guān)聯(lián)表示兩個(gè)類之間存在的某種語(yǔ)義上的聯(lián)系。最常見(jiàn)的關(guān)聯(lián)是普通關(guān)聯(lián),兩個(gè)類之間用一條直線連接,直線上寫(xiě)上關(guān)聯(lián)名。關(guān)聯(lián)可以有方向,用小實(shí)心三角形表示。關(guān)聯(lián)的重?cái)?shù)(

multiplicity

)：在關(guān)聯(lián)的兩端可寫(xiě)上重?cái)?shù)，它表示該類有多少個(gè)對(duì)象可以與對(duì)方的一個(gè)對(duì)象連接。重?cái)?shù)的符號(hào)表示如下：1

表示1個(gè)，重?cái)?shù)的默認(rèn)值為1；0..1

表示0個(gè)或1個(gè)；1..*

表示1個(gè)或多個(gè)；0..*

表示0個(gè)或多個(gè)，可以簡(jiǎn)化為

*

；2..4

表示2個(gè)至4個(gè)。學(xué)生-姓名:string-學(xué)號(hào):string書(shū)-書(shū)名:string-價(jià)格:string10..*購(gòu)買屬于圖4.12軟件工程21類的關(guān)聯(lián)3.聚集(Aggregation)關(guān)系課題組聚集是一種特殊形式的關(guān)聯(lián)，它表示類之間的關(guān)系是“整體與部分”

的關(guān)系。聚集用

空心菱形

表示，它畫(huà)在“整體”端。共享聚集(Shared

Aggregation)

：它的“部分”對(duì)象可以是多個(gè)任意“整體”對(duì)象的一部分。共享聚集也用

表示。如:“課題組”類與“成員”類，一個(gè)課題組由多個(gè)成員組成，一個(gè)成員可以參加多個(gè)課題組。圖示如下：.*

1..*個(gè)人圖4.20軟件共工程享聚集成員22(2)

組合聚集(

Composition

Aggregation,

又稱組裝聚集）：“整體”擁有各“部分”

，“整體”與“部分”共存。如“整體”不存在了，“部分”也會(huì)隨之消失。組合聚集用實(shí)心菱形窗◆口

表示。舉例如下：顯示*區(qū)圖4.21組合聚集軟件工程外框*標(biāo)*

題234.泛化（Generalization,又稱繼承）泛化描述類之間的“一般”與“特殊”

關(guān)系。最常見(jiàn)的泛化是普通泛化。這是一種“分類”關(guān)系具有泛化關(guān)系的兩個(gè)類之間，一般類是特殊類的父類，特殊類是一般類的子類。泛化表示為一端帶空心三角形△的連線，空心三角形緊挨父類。舉例如下：交通工具船車轎車卡車客車圖4.22

軟件工普程

通泛化24軟件工程25依賴(Dependency)依賴表示兩個(gè)類之間語(yǔ)義上的依賴關(guān)系。若修改一個(gè)類X（獨(dú)立類）的定義會(huì)引起對(duì)另一個(gè)類Y（依賴類）的定義的修改，則稱類Y依賴于類X

。依賴關(guān)系表示為帶箭頭的虛線，箭頭指向獨(dú)立的類。例如,某個(gè)班級(jí)的“課程表”類依賴于這個(gè)班級(jí)的“課程”類?！罢n程”類是獨(dú)立的類，一旦課程發(fā)生變化，課程表也會(huì)發(fā)生變化?！罢n程表”類的增加和刪除操作都把“課程”作為參數(shù)。依賴關(guān)系的圖示如下：課程表增加（課程）刪除（課程）課程獨(dú)立類軟件工程26依賴類軟件工程274.4

動(dòng)態(tài)建模（Dynamic

modeling）消息（Message）對(duì)象之間的交互是通過(guò)對(duì)象間消息傳遞來(lái)完成的。一個(gè)對(duì)象通過(guò)發(fā)送消息請(qǐng)求另一個(gè)對(duì)象為其服務(wù)。當(dāng)一個(gè)消息發(fā)送給某個(gè)對(duì)象時(shí)，包含要求接收對(duì)象去執(zhí)行某些活動(dòng)的信息。接收到消息的對(duì)象經(jīng)過(guò)解釋，

然后予以響應(yīng)。這種通訊機(jī)制叫做消息傳遞(Message

Passing

)。消息傳遞用箭頭表示。一條消息由3個(gè)部分組成：接收消息的對(duì)象、方法名（即函數(shù)名）和參數(shù)，表示為：對(duì)象名.方法名(參數(shù))在C++中，消息傳遞相當(dāng)于函數(shù)調(diào)用。軟件工程284.4.2

狀態(tài)圖（State

Diagram）狀態(tài)圖用來(lái)描述一個(gè)特定對(duì)象的所有可能狀態(tài)及引起其狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件。1.狀態(tài)（State）狀態(tài)是對(duì)象的所有屬性值的抽象。比如

“電梯”類的屬性有：所在的樓層h、速度v等。設(shè)有某個(gè)“電梯”對(duì)象，若h=n、v=0，表示該電梯的狀態(tài)是“停止在第n層”；若h=n、v=正數(shù)，表示該電梯的狀態(tài)是“向上移動(dòng)”，并已上升到第n層；若h=n、v=負(fù)數(shù)，表示該電梯的狀態(tài)是“向下移動(dòng)”，

并已下降到第n層。狀態(tài)用“帶園角的矩形”表示，由狀態(tài)名、狀態(tài)變量和活動(dòng)3個(gè)部分組成。其中狀態(tài)變量

和活動(dòng)是任選的。如下圖所示：狀態(tài)名

狀態(tài)變量活動(dòng)軟件工程29狀態(tài)圖中的狀態(tài)有：初態(tài)、終態(tài)與中間狀態(tài)。初態(tài)和終態(tài)

圖示如下：初態(tài)：用

●

表示。終態(tài)：用

●

表示。2.狀態(tài)轉(zhuǎn)移（State

transfer）一個(gè)對(duì)象從一個(gè)狀態(tài)改變成另一個(gè)狀態(tài)稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移，用箭頭表示。在箭頭上標(biāo)出觸發(fā)轉(zhuǎn)移的事件。3.事件(Event)事件是指在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生的且可能引發(fā)某些活動(dòng)的事情，通常指的是系統(tǒng)的外部事件。軟件工程30例：“電梯”升降狀態(tài)圖在底樓圖4.30電梯狀態(tài)圖●向上移動(dòng)向下移動(dòng)空閑上樓軟件工程31到達(dá)上樓到達(dá)到達(dá)向底樓移動(dòng)下樓超時(shí)軟件工程324.4.3

時(shí)序圖和協(xié)作圖（

Sequence

Diagram

&

Collaboration

Diagram

）1.時(shí)序圖（Sequence

Diagram,

又稱為順序圖）時(shí)序圖描述對(duì)象之間消息傳遞的時(shí)間順序。時(shí)序圖存在兩個(gè)軸:水平軸表示不同的對(duì)象,垂直軸表示時(shí)間。時(shí)序圖的圖形元素：①對(duì)象(Object):采用對(duì)象的短式標(biāo)志.對(duì)象位于時(shí)序的頂部。②生命線(Lifeline)：用垂直虛線表示（對(duì)象生命的活躍期）。軟件工程33③激活期(Activate

Period)：用垂直細(xì)長(zhǎng)矩形表示（接收對(duì)象收到消息時(shí),立即開(kāi)始執(zhí)行活動(dòng),對(duì)象被激活了）。④消息(Message)：用箭頭表示,箭頭上標(biāo)明消息名,消息可帶有條件（用方括號(hào)表示）。消息傳遞的時(shí)間順序?yàn)椋貉卮怪狈较驈纳舷蛳峦七M(jìn)。計(jì)算機(jī)打印服務(wù)器打印機(jī)打印隊(duì)列[打印機(jī)就緒]打印(文件)[打印機(jī)忙]保存(文件)打印(文件)軟件工程34圖4.33文檔打印系統(tǒng)的時(shí)序圖軟件工程35協(xié)作圖（Collaboration

Diagram）協(xié)作圖描述相互協(xié)作的對(duì)象間的鏈接關(guān)系。(1)鏈接（Link）：鏈接表示對(duì)象之間的關(guān)系。(關(guān)聯(lián)表示類之間的關(guān)系。鏈接是關(guān)聯(lián)的實(shí)例，關(guān)聯(lián)是鏈接的抽象。）消息流(

Message

Flow

)：在協(xié)作圖的鏈接線上，用消息串來(lái)描述對(duì)象間的交互。協(xié)作圖的圖形元素：①對(duì)象：用對(duì)象的短式標(biāo)志。②鏈接：用直線表示。③消息：用箭頭表示。打印服務(wù)器計(jì)算機(jī)打印機(jī)打印隊(duì)列圖4.34

文檔打印系統(tǒng)的協(xié)作圖打印(文件)[打印機(jī)就緒]打印(文件)軟件工程36[打印機(jī)忙]保存(文件)4.4.4

活動(dòng)圖(Activity

Diagram

)活動(dòng)圖描述完成系統(tǒng)的某個(gè)功能(用例)所需要的一系列活動(dòng)?；顒?dòng)圖的圖形元素：①活動(dòng)：用兩條平行線和兩側(cè)園弧構(gòu)成的圖框表示，框內(nèi)標(biāo)示描述動(dòng)作的語(yǔ)句。②活動(dòng)的轉(zhuǎn)移：用箭頭表示，在箭頭上可附加條件。③起始狀態(tài)：用

●

表示。④結(jié)束狀態(tài)：用

表示。⑤條件判定：用

表示。⑥條件：用

[條件名]

表示。軟件工程37例：“閱讀數(shù)據(jù)文件”的活動(dòng)圖讀文件屏幕顯示文件內(nèi)容屏幕顯示文件已結(jié)束[文件結(jié)束][文件未結(jié)束]軟件工程38軟件工程39動(dòng)態(tài)圖的運(yùn)用小結(jié)狀態(tài)圖：狀態(tài)圖描述跨越多個(gè)用例的單個(gè)對(duì)象的行為，而不適合描述多個(gè)對(duì)象間的合作行為。時(shí)序圖和協(xié)作圖：時(shí)序圖與協(xié)作圖適合描述多個(gè)

對(duì)象間的交互行為，它們從不同的角度描述了系統(tǒng)的行為。其中時(shí)序圖突出對(duì)象之間消息傳遞的時(shí)間順序，而協(xié)作圖強(qiáng)調(diào)一組傳遞消息的對(duì)象之間的靜態(tài)鏈接關(guān)系。如果強(qiáng)調(diào)