軟件技術(shù)概論與基礎(chǔ) 課件 第3章 統(tǒng)一建模語(yǔ)言

軟件技術(shù)概論與基礎(chǔ)第3章統(tǒng)一建模語(yǔ)言學(xué)習(xí)導(dǎo)入統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UnifiedModelingLanguage，UML）是為面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)行說(shuō)明、可視化及編制文檔的一種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。UML是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的建模工具，獨(dú)立于任何具體的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。UML適用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中從需求分析描述到系統(tǒng)測(cè)試的不同階段。目前，UML的應(yīng)用領(lǐng)域很多，它既適用于描述軟件系統(tǒng)模型，也適用于描述非軟件領(lǐng)域的系統(tǒng)思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)目標(biāo)了解UML的概念了解UML模型了解UML圖及應(yīng)用了解UML關(guān)系了解UML與軟件工程之間的關(guān)系了解UML應(yīng)用領(lǐng)域重點(diǎn)難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)UML模型UML圖UML關(guān)系學(xué)習(xí)難點(diǎn)UML與軟件工程的關(guān)系相關(guān)知識(shí)3.1UML概述3.2UML模型3.3UML圖3.4UML關(guān)系3.5UML與軟件工程3.6UML應(yīng)用領(lǐng)域1．UML簡(jiǎn)介UML是一種基于面向?qū)ο蟮目梢暬ＵZ(yǔ)言。UML是一種功能強(qiáng)大、易于表達(dá)的面向?qū)ο筌浖臉?biāo)準(zhǔn)化建模語(yǔ)言，它融入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。它的作用域不僅支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)，也支持從需求分析開(kāi)始的軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。一3.1UML概述UML的目標(biāo)是以面向?qū)ο髨D的方式來(lái)描述任何類型的系統(tǒng)，其中最常用于建立軟件系統(tǒng)模型。UML用于幫助系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員闡明、展示、構(gòu)建和記錄軟件系統(tǒng)的產(chǎn)出，是開(kāi)發(fā)面向?qū)ο筌浖蛙浖_(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要的一部分。UML是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)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。一3.1UML概述2．UML的發(fā)展歷程UML的演化主要經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：（1）第一階段由GradyBooch、JamesRumbaugh和IvarJacobson這3位面向?qū)ο蠓椒ㄓ?jì)算機(jī)科學(xué)家共同努力，形成了UML0.9。（2）第二階段由十幾家公司聯(lián)合組成了UML成員協(xié)會(huì)，各家公司將各自的意見(jiàn)加入U(xiǎn)ML中，以完善和促進(jìn)UML的定義工作，形成了UML1.0和UML1.1，并向OMG申請(qǐng)成為建模語(yǔ)言規(guī)范的提案。2003年3月，UML1.5發(fā)布。（3）第三階段是在OMG的控制下對(duì)版本不斷修訂和改進(jìn)，其中UML1.3是較為重要的修訂版。2017年12月，最新規(guī)范UML2.5.1發(fā)布。一3.1UML概述3．UML的作用1）為軟件系統(tǒng)建立可視化模型2）為軟件系統(tǒng)建立構(gòu)件3）為軟件系統(tǒng)建立文檔一3.1UML概述3．UML的作用1）為軟件系統(tǒng)建立可視化模型2）為軟件系統(tǒng)建立構(gòu)件3）為軟件系統(tǒng)建立文檔UML可以為系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其所有細(xì)節(jié)建立文檔。不同的UML模型圖可以作為項(xiàng)目不同階段的軟件開(kāi)發(fā)文檔。一3.1UML概述UML系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中主要有3種模型：功能模型、對(duì)象模型和動(dòng)態(tài)模型。1．功能模型功能模型用于從用戶的角度展示系統(tǒng)的功能，包括用例圖。2．對(duì)象模型對(duì)象模型采用對(duì)象、屬性、操作、關(guān)聯(lián)等概念展示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，包括類別圖、對(duì)象圖。3．動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型用于展現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)部行為，包括序列圖、活動(dòng)圖、狀態(tài)圖。一3.2UML模型UML包括14種不同的圖，分為表示系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)模型和表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)模型又稱結(jié)構(gòu)圖，包括類圖、對(duì)象圖、包圖、構(gòu)件圖、部署圖、制品圖、組合結(jié)構(gòu)圖。動(dòng)態(tài)模型又稱行為圖，包括用例圖、序列圖、通信圖、定時(shí)圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、交互概覽圖。一3.3UML圖結(jié)構(gòu)圖用于描述系統(tǒng)及其部件在不同抽象和實(shí)現(xiàn)級(jí)別上的靜態(tài)結(jié)構(gòu)及它們之間的相互關(guān)聯(lián)。行為圖用于描述系統(tǒng)中對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為，即系統(tǒng)隨時(shí)間的一系列更改。一3.3UML圖1．類圖類圖用于描述一組類、接口、協(xié)作及它們之間的關(guān)系，是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。類圖不僅定義系統(tǒng)中的類，表示類之間的聯(lián)系（如關(guān)聯(lián)、依賴、聚合等），還包括類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。類圖中的每個(gè)類由3部分組成，分別是類名、類的屬性和操作。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)的建模中，最常見(jiàn)的圖就是類圖。一3.3UML圖2．對(duì)象圖對(duì)象圖用于描述一組對(duì)象及它們之間的關(guān)系。對(duì)象圖描述了在類圖中所建立的事物實(shí)例的靜態(tài)快照，對(duì)象圖是類圖的實(shí)例。對(duì)象圖幾乎使用與類圖完全相同的標(biāo)識(shí)，它們的不同點(diǎn)在于對(duì)象圖顯示類的多個(gè)對(duì)象實(shí)例，而不是實(shí)際的類。一3.3UML圖3．包圖包圖用于描述由模型本身分解而成的組織單元及它們的依賴關(guān)系。4．構(gòu)件圖構(gòu)件圖用于描述代碼構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)及各個(gè)構(gòu)件之間的依賴關(guān)系。一個(gè)構(gòu)件可能是資源代碼構(gòu)件、二進(jìn)制構(gòu)件或可執(zhí)行構(gòu)件。構(gòu)件圖用于表示系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)視圖，有助于分析和理解構(gòu)件之間的相互影響程度。一3.3UML圖5．部署圖部署圖用于描述系統(tǒng)中硬件和軟件的物理架構(gòu)。部署圖不僅可以顯示實(shí)際的計(jì)算機(jī)和設(shè)備及它們之間的連接關(guān)系，也可以顯示連接的類型及構(gòu)件之間的依賴性。部署圖給出了架構(gòu)的靜態(tài)部署視圖，通常一個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)或多個(gè)部署圖。一3.3UML圖6．制品圖制品圖用于描述計(jì)算機(jī)中一個(gè)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)。制品圖包括文件、數(shù)據(jù)庫(kù)和類似的物理比特集合。制品圖通常與部署圖結(jié)合使用，制品圖也展現(xiàn)了它們實(shí)現(xiàn)的類和構(gòu)件。7．組合結(jié)構(gòu)圖組合結(jié)構(gòu)圖用于描述結(jié)構(gòu)化類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)化類與系統(tǒng)其余部分的交互點(diǎn)。組合結(jié)構(gòu)圖用于畫(huà)出結(jié)構(gòu)化類的內(nèi)部?jī)?nèi)容。一3.3UML圖8．用例圖用例圖用于描述一組用例、參與者及它們之間的關(guān)系。用例圖給出了系統(tǒng)的靜態(tài)用例視圖。用例圖僅從角色使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)中的信息，即站在系統(tǒng)外部查看系統(tǒng)，而不能描述系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)該功能的具體操作方式。9．序列圖序列圖又稱時(shí)序圖，是一種交互圖。序列圖用于反映若干個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作關(guān)系，即隨著時(shí)間推移，對(duì)象之間是如何交互的。序列圖強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間的消息發(fā)送順序。一3.3UML圖10．通信圖通信圖又稱協(xié)作圖，是一種交互圖，它強(qiáng)調(diào)收發(fā)消息的對(duì)象或角色的結(jié)構(gòu)組織。序列圖強(qiáng)調(diào)時(shí)序，而通信圖則強(qiáng)調(diào)消息流經(jīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。11．定時(shí)圖定時(shí)圖是一種交互圖，它強(qiáng)調(diào)消息跨越不同對(duì)象或角色的實(shí)際時(shí)間，而不僅僅關(guān)心消息的相對(duì)順序。一3.3UML圖12．狀態(tài)圖狀態(tài)圖用于描述對(duì)象所有可能的狀態(tài)及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件。狀態(tài)圖是對(duì)類圖的補(bǔ)充。狀態(tài)圖給出了對(duì)象的動(dòng)態(tài)視圖。13．活動(dòng)圖活動(dòng)圖用于描述滿足用例要求所要進(jìn)行的活動(dòng)及活動(dòng)間的約束關(guān)系，有利于識(shí)別并行活動(dòng)。一3.3UML圖14．交互概覽圖交互概覽圖是活動(dòng)圖和順序圖的結(jié)合體，適用于描述單個(gè)用例中若干個(gè)對(duì)象的行為，即描述一組對(duì)象的整體行為。一3.3UML圖UML中有4種關(guān)系：關(guān)聯(lián)、依賴、泛化和實(shí)現(xiàn)。1．關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)關(guān)系是一種描述一組對(duì)象之間連接的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如聚合關(guān)系、組合關(guān)系表示兩個(gè)類的實(shí)例之間存在某種語(yǔ)義上的聯(lián)系。2．依賴依賴關(guān)系是兩個(gè)事物之間的語(yǔ)義關(guān)系，表示其中一個(gè)事物發(fā)生變化會(huì)影響另一個(gè)事物的語(yǔ)義。一3.4UML關(guān)系3．泛化泛化關(guān)系是一種一般化和特殊化的關(guān)系，用于描述特殊元素的對(duì)象可以替換一般元素的對(duì)象。4．實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)關(guān)系用來(lái)規(guī)定接口和實(shí)現(xiàn)接口的類或組件之間的關(guān)系。一3.4UML關(guān)系軟件工程是軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的靈魂，是指導(dǎo)軟件開(kāi)發(fā)從需求到完成的總體規(guī)劃。UML用圖的形式展示系統(tǒng)的總體或局部結(jié)構(gòu)。軟件工程思想將軟件開(kāi)發(fā)按生命周期分成不同階段，軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段主要產(chǎn)生的是文檔描述；UML同樣適用于軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，但是主要以圖的形式描述。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，UML和軟件工程互相滲透。一3.5UML與軟件工程UML與軟件工程都依賴于軟件生命周期中的階段劃分，每個(gè)階段都有相應(yīng)的UML圖和開(kāi)發(fā)文檔，并且會(huì)根據(jù)需求變化和實(shí)施過(guò)程而不斷改進(jìn)。UML不但適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來(lái)描述任何類型的系統(tǒng)，而且適用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中從需求規(guī)格描述到系統(tǒng)完成后的測(cè)試和維護(hù)的不同階段。一3.5UML與軟件工程1．需求分析階段UML用例圖主要用于軟件需求分析階段。該階段可以使用用例圖來(lái)獲取用戶需求，通過(guò)用例建模描述系統(tǒng)外部角色和他們對(duì)系統(tǒng)的功能要求，能表示出用戶與系統(tǒng)的一個(gè)交互過(guò)程。一3.5UML與軟件工程2．系統(tǒng)分析階段系統(tǒng)分析階段主要關(guān)心問(wèn)題域中的相關(guān)概念，如對(duì)象、類及它們的關(guān)系等。該階段只對(duì)問(wèn)題域的類建模，不考慮解決方案的細(xì)節(jié)。該階段需要建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型，可以用UML類圖來(lái)描述需要識(shí)別的類及它們之間的相互關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)用例及類之間的協(xié)作，可以用動(dòng)態(tài)模型（行為圖）的時(shí)序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖和活動(dòng)圖來(lái)描述。一3.5UML與軟件工程3．系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，主要使用類圖、包圖對(duì)類的接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。4．系統(tǒng)構(gòu)建階段系統(tǒng)構(gòu)建階段也叫編程階段或?qū)崿F(xiàn)階段，其任務(wù)是用面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言將設(shè)計(jì)階段的類轉(zhuǎn)換成實(shí)際的代碼。在使用UML建立分析和設(shè)計(jì)模型時(shí)，應(yīng)盡量避免把模型轉(zhuǎn)換成具體的編程語(yǔ)言，因?yàn)檫^(guò)早考慮編碼不利于建立簡(jiǎn)單、正確的模型。一3.5UML與軟件工程5．系統(tǒng)測(cè)試階段UML模型也可以作為系統(tǒng)測(cè)試階段的依據(jù)，按軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，需經(jīng)過(guò)單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試和驗(yàn)收測(cè)試。不同的測(cè)試組可以使用不同的UML圖作為測(cè)試依據(jù)。單元測(cè)試可以使用類圖和類規(guī)格說(shuō)明；集成測(cè)試可以使用構(gòu)件圖和協(xié)作圖；系統(tǒng)測(cè)試可以使用用例圖來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)行為；驗(yàn)收測(cè)試由用戶進(jìn)行，以驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果是否滿足所確定的需求。一3.5UML與軟件工程6．系統(tǒng)交付階段在UML圖中，使用部署圖來(lái)展示所交付系統(tǒng)中軟件和硬件之間的物理關(guān)系，使用構(gòu)件圖來(lái)描述代碼構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)及各個(gè)構(gòu)件之間的依賴關(guān)系。一3.5UML與軟件工程UML的目標(biāo)是以面向?qū)ο髨D的方式來(lái)描述任意類型的系統(tǒng)。UML具有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，目前已被成功應(yīng)用于電信、金融、政府、電子、國(guó)防、醫(yī)療、交通、航空航天、電子商務(wù)、制造與工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。UML建模不僅適用于大型的、復(fù)雜的、實(shí)時(shí)的、分布式的、集中式的數(shù)據(jù)或計(jì)算及嵌入式系統(tǒng)等，也適用于軟件再生工程、質(zhì)量管理、過(guò)程管理、配置管理的各個(gè)方面。UML最常用的是建立軟件系統(tǒng)模型，但它同樣適用于描述非軟件領(lǐng)域的系統(tǒng)。一3.6UML應(yīng)用領(lǐng)域【案例1】UML提供了4種結(jié)構(gòu)圖用于對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)方面進(jìn)行可視化、詳述、構(gòu)造和文檔化，其中（1）是面向?qū)ο笙到y(tǒng)建模中最常用的圖，用于說(shuō)明系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)視圖；當(dāng)需要說(shuō)明系統(tǒng)的靜態(tài)實(shí)現(xiàn)視圖時(shí)，應(yīng)該選擇（2）；當(dāng)需要說(shuō)明體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)實(shí)施視圖時(shí)，應(yīng)該選擇（3）。A．構(gòu)件圖 B．類圖 C．對(duì)象圖 D．部署圖一技能訓(xùn)練【分析】UML提供了4種結(jié)構(gòu)圖用于對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)方面進(jìn)行可視化、詳述、構(gòu)造和文檔化，分別是構(gòu)件圖、類圖、對(duì)象圖和部署圖。構(gòu)件圖用于描述一組構(gòu)件及它們之間的關(guān)系，說(shuō)明系統(tǒng)的靜態(tài)實(shí)現(xiàn)視圖。類圖用于描述一組類、接口、協(xié)作及它們之間的關(guān)系，是面向?qū)ο笙到y(tǒng)建模中最常用的圖，用于說(shuō)明系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)視圖。對(duì)象圖用于描述一組對(duì)象及它們之間的關(guān)系，用對(duì)象圖說(shuō)明在類圖中所發(fā)現(xiàn)的事物實(shí)例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和靜態(tài)快照。部署圖用于描述一組節(jié)點(diǎn)及它們之間的關(guān)系，說(shuō)明體系結(jié)構(gòu)的靜態(tài)實(shí)施視圖?！敬鸢浮浚?）B、（2）A、（3）D一技能訓(xùn)練【案例2】下列哪一項(xiàng)是專業(yè)的建模語(yǔ)言？（）A．UML B．XML C．HTML D．Java一技能訓(xùn)練【分析】UML（統(tǒng)一建模語(yǔ)言）可以完整地描述軟件的需求、結(jié)構(gòu)和行為，從而為系統(tǒng)建模。XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）是一種用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言，也是WebService平