《基于任務驅動模式的軟件工程與UML建模技術》課件項目十

項目十靜態(tài)建模任務一認識靜態(tài)建模

任務二認識類圖

任務三使用RationalRose繪制類圖任務四認識對象圖

任務一認識靜態(tài)建模

自然界中存在的事物大都具有類與對象的關系，于是我們可以借用自然界中的類與對象的表示方法，在計算機的軟件系統(tǒng)中描述與實現(xiàn)類和對象。所謂對象，就是可以控制和操作的實體，它可以是一個設備、一個組織或一個商務，它包括屬性的描述和行為的描述兩方面。屬性描述類的基本特征(汽車的長度、顏色等)；行為描述類具有的功能(汽車啟動、行駛、轉彎和剎車等功能)，也就是對指定類的對象可以進行哪些操作。就像程序設計語言中整型變量是整數(shù)類型的具體變化，用戶可以對整型變量進行操作一樣，對象是類的實例化，所有的操作都是針對對象進行的。以面向對象方式建造的模型，由于建造在真實世界的基本概念上，與真實世界非常接近，使得該模型易于交流，易于驗證，易于維護。

操作一靜態(tài)建模概述

在計算機系統(tǒng)中，我們用類表示系統(tǒng)，并把現(xiàn)實世界中我們能夠識別的對象分類表示，這種處理方式稱做面向對象。由于面向對象的思想與現(xiàn)實世界中的事物的表示方式相似，所以采用面向對象的思想建造模型會為建模者帶來很多好處。UML的靜態(tài)建模就需要借助于類圖和對象圖。使用UML進行靜態(tài)建模，就是通過類圖和對象圖從一個相對靜止的狀態(tài)分析系統(tǒng)中包含的類和對象，以及它們之間的關系等。

任務二認識類圖

操作一類圖的概述

類圖顯示了系統(tǒng)靜態(tài)的結構，標識了不同的實體(人、事物和數(shù)據(jù))是如何彼此關聯(lián)的。在類圖中不僅包含了系統(tǒng)定義的各種類(其中包含了類的屬性和操作)，也包含了它們之間的關系。由于類圖是用來描述軟件系統(tǒng)中的類以及類之間的關系的一種圖示，是從靜態(tài)角度表示系統(tǒng)的，所以這種描述在系統(tǒng)整個生命周期中都是有效的。類圖是構建其它圖的基礎，如果沒有類圖，就沒有狀態(tài)圖、順序圖和協(xié)作圖等，也就無法表示軟件系統(tǒng)的其它各個側面。類圖中允許出現(xiàn)的模型元素只有類和它們之間的關系。如圖10-1所示，類用長方形表示，長方形分成上、中、下三個區(qū)域，每個區(qū)域用不同的名字標識，用以代表類的各個特征。上面的區(qū)域內標識類的名字，中間的區(qū)域內標識類的屬性，下面的區(qū)域內標識類的操作方法，這三部分作為一個整體描述某個類。圖10-1類的表示在面向對象軟件工程中，將類劃分為以下幾種：

(1)實體類：它表示的是系統(tǒng)領域內的實體。實體類對應著現(xiàn)實中的客觀實物，是系統(tǒng)領域內的實體，用來保存信息，一般對應著數(shù)據(jù)表、文件等。實體類可以從現(xiàn)實中存在的客觀事物，以及需要持久存放的信息兩方面來發(fā)現(xiàn)。實體類的表示方法如圖10-2所示。圖10-2實體類

(2)邊界類：是系統(tǒng)的用戶界面，直接跟系統(tǒng)外部參與者交互，與系統(tǒng)進行信息交流。它位于系統(tǒng)與外界的交界處，例如窗體、對話框、報表、與外部設備或系統(tǒng)交互的類等。邊界類處在用例圖中參與者與用例的關聯(lián)處，可以根據(jù)用例圖發(fā)現(xiàn)邊界類。每個參與者和用例交互至少要有一個邊界類。邊界類的表示方法如圖10-3所示。圖10-3邊界類

(3)控制類：是控制系統(tǒng)中對象之間的交互。它負責協(xié)調其它類的工作，實現(xiàn)對其他對象的控制。一個用例中最少會有一個控制類，用來控制用例中的事件順序，也可以在多個用例之間協(xié)調用例之間的聯(lián)系?？刂祁惖谋硎痉椒ㄈ鐖D10-4所示。圖10-4控制類在傳統(tǒng)的C/S系統(tǒng)中，實體類、邊界類和控制類沒有嚴格的一一對應關系；在現(xiàn)在流行的設計模式(如MVC模式)中，實體類、邊界類和控制類一一對應?？赏ㄟ^查找分析人員、組織、設備、事件和外部系統(tǒng)等，找出各種可能有用的候選對象，以發(fā)現(xiàn)實體類，或通過閱讀系統(tǒng)文檔和用例，查找用例的事件流中的名詞(包括角色、類、類屬性和表達式)，從中尋找到實體類；對于邊界類，分析階段不需要深入研究用戶界面的窗口部件，只要能說明通過交互所實現(xiàn)的目標就可以。有些類無法通過以上方法找到；有些類需要從協(xié)作圖和順序圖中通過分析對象來確定。例如在下面訂貨系統(tǒng)的用例圖中找出系統(tǒng)的邊界類、實體類、控制類(見圖10-5、10-6)。圖10-5訂貨管理用例圖圖10-6訂貨管理的控制類、邊界類、實體類

(4)具體類：有自己的具體對象的類稱為具體類。具體類中的操作都有具體實現(xiàn)的方法。例如：圖10-7中的“輪船”和“汽車”兩個類就是具體的類，“汽車”中的drive操作具體實現(xiàn)為驅動車輪滾動，而“輪船”類中的drive操作則具體實現(xiàn)為轉動螺旋槳。

(5)抽象類：沒有具體對象的類稱為抽象類。抽象類一般為父類，用于描述其它類(子類)的公共屬性和行為(操作)。比如圖10-7中“交通工具”就是一個抽象類。(在Rose中用斜體顯示)。對于抽象類，很難想象該類的對象是什么樣子，因為它既不是具體的汽車，也不是具體的輪船，所以該類沒有對象，但是描述了交通工具的一般特征。圖10-7具體類與抽象類

操作二類圖的組成

類圖顯示了系統(tǒng)靜態(tài)的結構，標識了不同的實體(人、事物和數(shù)據(jù))是如何彼此相關聯(lián)的。在類圖中不僅包含為系統(tǒng)定義的各種類(其中包含了類的屬性和操作)，也包含了它們之間的關系。由于類圖是用來描述軟件系統(tǒng)中類以及類之間的關系的一種圖示，是從靜態(tài)角度表示系統(tǒng)的，所以這種描述在系統(tǒng)整個生命周期中都是有效的。類圖是構建其它圖的基礎，如果沒有類圖，就沒有狀態(tài)圖、順序圖和協(xié)作圖等，也就無法表示軟件系統(tǒng)的其它各個側面。

1．類的名稱

類的名稱是一個字符串，是每個類中所必有的構成元素，用于區(qū)別于其他類。類的名稱應該來自系統(tǒng)的問題域，盡可能用明確簡短的業(yè)務領域中事物的名稱，避免使用抽象、無意義的名詞。通常情況下，類的名稱為一個名詞，例如人、桌子、圖形、匯總。譬如，“事物”就是個抽象的名詞。如果用英文，第1個字母大寫，如Shape、Person、Item。

類的名稱可以分為簡單名稱和路徑名稱。單獨的名稱(即不包含冒號的字符串)叫作簡單名稱，如Item。

2．類的屬性

類的屬性是類的一個組成部分，描述了類在軟件系統(tǒng)中所代表的一個事物的特性。在繪制類圖時，類的屬性放在類名字的下方，用來描述該類的對象所具有的特征。類的名稱與屬性如圖10-8所示。圖10-8類的名稱與屬性描述類的特征的屬性可能很多，也可以沒有。在系統(tǒng)建模時，我們只抽取那些系統(tǒng)中需要使用的特征作為類的屬性。正如變量有類型一樣，屬性也有類型，屬性的類型反映屬性的種類。例如：屬性的類型可以是整型、實型、布爾型、枚舉型等基本類型。在UML中，類屬性的語法為：[可見性]屬性名[：類型][=初始值][{特性}]。

1)可見性

可見性用于描述類的屬性、類的方法對于其它的類或包是否可以訪問的特性。類的屬性有不同的可見性，常用的有公有(public)、私有(private)和保護(protected)三種類型，如圖10-9所示。圖10-9屬性的可見性

2)屬性名

類的屬性名用于描述類的特性，一個類可能有多個屬性。如果用英文表達，第1個英文單詞首字母小寫，其他單詞首字母大寫，例如：

name；

contactName；

creditLimit；

isPrepaid。

3)類型

屬性的類型用來說明該屬性是什么數(shù)據(jù)類型。屬性的數(shù)據(jù)類型有：

字符串：String；

日期：Date；

布爾：Boolean；

整型：int。

4)初始值

初始值是指屬性最初獲得的賦值。設定初始值有兩個作用：一是保護系統(tǒng)的完整性，防止屬性未賦值破壞系統(tǒng)的完整性；二是為用戶提供易用性，一旦指定了屬性的初始值，當創(chuàng)建該類的對象時，該對象的屬性值便自動被賦為設定的初始值，簡化了用戶操作。

例如：#visibility：Boolean=false，表示屬性“visibility”初始值取“false”。

5)屬性字符串

屬性字符串用來指定關于屬性的其他信息，通常情況下列出該屬性所有可能的取值。

3．類的操作

類的操作用于描述類所表示事物的動態(tài)性質。類的操作格式為

[可見性]操作名[(參數(shù)列表)：返回類型]

其中，可見性：該操作對外部實體的顯現(xiàn)程度?？梢娦苑譃椋?/p>

可見public：+；

受限protected：：#；

私有private：－。

操作名：第1個英文單詞首字母小寫，其它單詞首字母大寫。例如：

close()；

creditRecording()。參數(shù)列表：該操作的輸入?yún)?shù)，可以為空。例如：

#create()；

+hide()。

返回類型：某個操作的返回類型有多種，例如：+getName()：String。

操作三類之間的關系

軟件系統(tǒng)中的類不是孤立存在的，類與類之間存在著一定的聯(lián)系。UML中的類圖由類和它們之間的關系組成。類與類之間的關系通常包括關聯(lián)關系、泛化關系、依賴關系、實現(xiàn)關系等。

1．關聯(lián)關系

1)關聯(lián)(association)

關聯(lián)是模型元素之間的一種語義聯(lián)系，它是對具有共同的結構特性、行為特性、關系和語義的鏈接的描述。關聯(lián)分為普通關聯(lián)(見圖10-10)、遞歸關聯(lián)、限定關聯(lián)、有序關聯(lián)、三元關聯(lián)、單向關聯(lián)和雙向關聯(lián)(見圖10-11)等。這里只介紹普通關聯(lián)。其他關聯(lián)類型請讀者參閱相關資料進行了解。圖10-10普通關聯(lián)圖10-11單向與雙向關聯(lián)

2)關聯(lián)名

可以在關聯(lián)的一個方向上為關聯(lián)起一個名字，而在另一個方向上起另一個名字，名字通常緊挨著直線書寫。如果關聯(lián)關系已經(jīng)清楚，就無需關聯(lián)名。當要明確地給關聯(lián)提供角色名或當一個模型存在許多關聯(lián)且要對這些關聯(lián)進行查閱和區(qū)別時，才要給出關聯(lián)名稱。如圖10-10所示，“擁有”就是“reader”類和“Card”類之間的關聯(lián)名稱，代表某位讀者擁有一張借書證。

3)關聯(lián)的角色

角色是關聯(lián)關系中一個類對另一個類所表現(xiàn)出來的職責。角色的名稱是名詞或名詞短語，用來解釋對象是如何參與關聯(lián)的。任何關聯(lián)關系中的角色通常用字符串命名。在類圖中，把角色的名字放置在與此角色有關的關聯(lián)關系的末端，并緊挨著使用該角色的類，如圖10-12所示。如果關聯(lián)名與角色名相同，則不標出角色名。圖10-12關聯(lián)的角色

4)關聯(lián)的特性

(1)關聯(lián)的多重性。多重性就是一種約束。關聯(lián)的多重性用來在類圖中圖示關聯(lián)中的數(shù)量關系。例如：一個個體可以擁有零臺手機或多臺手機。在UML中，多重性被表示為用“..”分隔開的區(qū)間，其格式為“minimum..maximum”，都是整數(shù)。常見的多重性表示方法如表10-1所示。表10-1常見的多重性表示方法

(2)關聯(lián)的約束。有時，兩個類之間的一個關聯(lián)有一個規(guī)則?？梢酝ㄟ^關聯(lián)線附近加注一個約束來說明這個規(guī)則。例如，一個BankTeller(銀行出納員)為一個Customer(顧客)服務(Serves)，但是服務的順序要按照顧客排隊的次序進行。在模型中可以通過在Customer類附近加上一個花括號括起來的“ordered(有序)”來說明這個規(guī)則(也就是指明約束)，如圖10-13所示。圖10-13關聯(lián)約束另一種類型的約束是“or(或)”關系，通過在兩條關聯(lián)線之間連一條虛線，虛線之上標注“{or}”來表示這種約束。

2．泛化關系

泛化關系表示一個泛化的元素和一個具體的元素之間的關系。泛化又稱繼承。UML中的泛化是通用元素和具體元素之間的一種分類關系。具體元素完全擁有通用元素的信息，并且還可附加一些其它信息。泛化可用于類、用例等各種模型元素。父類與子類的泛化關系圖示為一個帶空心三角形的直線，空心三角形緊挨著父類，如圖10-14所示。圖10-14類之間的泛化關系類的繼承關系可以是多層的。也就是說，一個子類本身還可以作另一個類的父類，層層繼承下去。在泛化關系中如果附加一個約束條件(多重、不相交、完全和不完全)，則會對繼承進行限制。根據(jù)這些約束條件的不同，繼承的類型可以分為多重繼承、不相交繼承、完全繼承和不完全繼承。

3．依賴關系

依賴關系描述的是兩個或多個模型元素之間的語義上的連接關系。其中一個模型元素是獨立的，另一個模型元素是非獨立的(依賴的)，它依賴于獨立的模型元素。如果獨立的模型元素發(fā)生改變，將會影響依賴該模型元素的模型元素。簡單地說，兩個元素X、Y，如果X的變化必然導致Y的變化，則稱Y依賴X。依賴關系不僅限于類，用例、包、構件之間都可以存在依賴關系。在UML中，具有依賴關系的兩個模型元素用帶箭頭的虛線連接，箭頭指向獨立的類，如圖10-15所示。圖10-15類之間的依賴關系

4．實現(xiàn)關系

實現(xiàn)關系指定兩個實體之間的一個合同。實現(xiàn)是規(guī)格說明和其實現(xiàn)之間的關系，它將一種模型元素與另一種元素連接起來。實現(xiàn)關系通常在兩種情況下被使用：在接口與實現(xiàn)該接口的類之間，在用例以及實現(xiàn)該用例的協(xié)作之間。在UML中，實現(xiàn)關系的符號與泛化關系的符號類似，用一條帶指向接口的空心三角箭頭的虛線表示，如圖10-16所示。圖10-16類之間的實現(xiàn)關系

5．類的聚合與組合關系

聚合關系(Aggression)是關聯(lián)的特例，表示是什么的一部分(isthepartof)或者擁有一個(ownsa)的關系，是一個裝配件類與某個部件類相關聯(lián)的一種關系，帶有多種部件的裝配件應包含多個聚合。在UML中聚合的圖示方式為：在表示關聯(lián)關系的直線末端加一個空心的小菱形，空心菱形緊挨著具有整體性質的類。組合關系(Composition)：是一種比聚合形式更強的組合。組合意味著整體與組成部件之間是互不可分的關系，作為整體的類會因為擁有某個部分的類而存在，否則也會消失。比如Windows系統(tǒng)中窗口包括標題(title)、工具欄(toolbar)、內容區(qū)(content)等。其中標題和內容區(qū)對窗口來說是必需的，它們與窗體之間的關系被建模為組合，而工具欄不是必需的，它與窗口之間的關系建模為聚合。組合關系圖示為一個帶實心菱形的直線，實心菱形緊挨著表示整體方的類，如圖10-17所示。圖10-17類的組合與聚合關系

任務三使用RationalRose繪制類圖

操作一創(chuàng)建類

在RationalRose中可以通過幾種途徑來創(chuàng)建類。最簡單的方法是利用模型的Logic視圖中的類圖標和繪圖工具，在圖中創(chuàng)建一個類?；蛘撸跒g覽器中選擇一個包并使用快捷菜單的“New”→“Class”，如圖10-18所示。一旦創(chuàng)建了一個類，就可以通過雙擊打開它的對話框并在“Documentation”字段中添加文本來對這個類進行說明。圖10-18創(chuàng)建類

操作二創(chuàng)建方法

(1)選擇瀏覽器中或類圖上的類。

(2)使用快捷菜單的“New”→“Operation”，如圖10-19所示。

(3)輸入方法的名字，可在“Documentation”字段中為該方法輸入描述其目的的簡要說明。圖10-19創(chuàng)建方法和屬性

操作三創(chuàng)建屬性

(1)選擇瀏覽器中或類圖上的類。

(2)使用快捷菜單的“New”→“Attribute”。

(3)輸入屬性的名字，可在“Documentation”字段中為該屬性輸入描述其目的的簡要說明。

操作四創(chuàng)建類圖

右擊瀏覽器內的Logical視圖，選擇“new”→“classdiagram”。把瀏覽器內的類拉到類圖中即可，如圖10-20所示。圖10-20創(chuàng)建類圖

操作五創(chuàng)建類之間的關系

類之間的關系在工具欄中顯示。

對于關聯(lián)關系來說，雙擊關聯(lián)關系，就可以在彈出的對話框中對關聯(lián)的名稱和角色進行編輯(見圖10-21)。圖10-21創(chuàng)建類之間關聯(lián)的名稱和角色編輯關聯(lián)關系的多重性的操作為：右鍵單擊所要編輯的關聯(lián)的一端，從彈出的菜單中選擇“Multiplicity”，然后選擇所要的基數(shù)(見圖10-22)。圖10-22關聯(lián)的多重性編輯

任務四認?識?對?象?圖

操作一對象圖概述

1．對象圖的概