第 用例和用例圖

會(huì)計(jì)學(xué)1第用例和用例圖5.1用例圖概述在實(shí)際軟件項(xiàng)目開發(fā)過程中，軟件用戶開始計(jì)劃某個(gè)軟件項(xiàng)目時(shí)，最先考慮的一定是軟件產(chǎn)品功能的合理性，系統(tǒng)使用的方便性，軟件界面的友好度等問題。至于整個(gè)軟件系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)內(nèi)部使用了哪些結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了哪些技術(shù)，這些都不是用戶所關(guān)心的內(nèi)容。

UML用例圖是軟件產(chǎn)品外部特性描述的視圖，它從用戶的角度而不是開發(fā)者的角度來描述軟件產(chǎn)品的需求，分析軟件產(chǎn)品所需的功能和行為。用例圖主要描述了系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，而忽略系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的。第1頁/共42頁5.1用例圖概述下圖是一個(gè)簡單的在線購物系統(tǒng)，通過該用例圖可以使系統(tǒng)的使用者和系統(tǒng)的開發(fā)者都對該在線購物系統(tǒng)有一個(gè)基本的了解。

管理員商品結(jié)算顧客商品瀏覽第2頁/共42頁5.1用例圖概述

UML用例模型并不是單純的只包括上圖所示的用例圖，還包括內(nèi)容更加詳細(xì)的用例描述。用例描述一般為單獨(dú)的文檔，用于詳細(xì)說明一個(gè)用例。用例圖一般用來從宏觀上給出用例模型的基本輪廓，而用例的真正實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)則由用例描述來詳細(xì)說明。

第3頁/共42頁5.2為什么要使用用例圖

用例模型由用例圖組成，它是系統(tǒng)用例圖的集合，是對系統(tǒng)從宏觀角度的確定描述。用例模型主要用于需求分析階段，該模型是系統(tǒng)開發(fā)者和系統(tǒng)使用者反復(fù)討論的結(jié)果，表明了系統(tǒng)開發(fā)者和系統(tǒng)使用者對需求規(guī)格達(dá)成的共識(shí)。

首先，用例模型描述了待開發(fā)系統(tǒng)的功能需求；其次，用例模型將系統(tǒng)看作黑盒，僅從外部執(zhí)行者的角度來理解系統(tǒng)；再次，用例模型驅(qū)動(dòng)了需求分析之后各階段的開發(fā)工作，影響到開發(fā)工作的各個(gè)階段和UML的各個(gè)模型。

第4頁/共42頁5.2為什么要使用用例圖使用用例圖的主要原因主要有：明確系統(tǒng)已經(jīng)具有的基本功能。明確了系統(tǒng)驗(yàn)收的基本要求，保證了用戶最終得到的系統(tǒng)與當(dāng)初需求的系統(tǒng)的一致性。通過對用例圖建立詳細(xì)的需求文檔，明確系統(tǒng)各個(gè)功能的具體內(nèi)容，明確各用例的前置條件和后置條件，明確用例的特殊要求等。為系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

第5頁/共42頁5.3用例圖元素用例圖主要用于定義系統(tǒng)的功能需求，它描述了系統(tǒng)的參與者與系統(tǒng)提供的用例之間的關(guān)系，用例圖僅從參與者使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)中的信息。用例圖在UML中是一種比較簡單的圖，它沒有包含過多的內(nèi)容，只由幾種簡單的圖符組成，一般情況，用例圖由以下幾種元素組成：

執(zhí)行者、用例、系統(tǒng)、關(guān)系、用例描述第6頁/共42頁5.3用例圖元素

5.3.1執(zhí)行者

執(zhí)行者（Actor）是系統(tǒng)的外部用戶，它是與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的人或其它系統(tǒng)，可以是普通用戶、外部硬件、其他系統(tǒng)。

執(zhí)行者使用一個(gè)小人符號(hào)來表示，在符號(hào)下面標(biāo)上這個(gè)執(zhí)行者的名稱，具體表示如圖所示。

執(zhí)行者第7頁/共42頁5.3用例圖元素有些時(shí)候由于系統(tǒng)的外部執(zhí)行者可能是其他的系統(tǒng)，因此有些時(shí)候也可以不使用小人的圖符，而使用如圖所示的執(zhí)行者圖符表示。該圖符采用矩形表示，在上部寫明《actor》標(biāo)明該系統(tǒng)是個(gè)執(zhí)行者。

每個(gè)執(zhí)行者都需要一個(gè)簡要的描述，用一句話或幾句話對這個(gè)執(zhí)行者進(jìn)行說明。

第8頁/共42頁5.3用例圖元素誰使用系統(tǒng)的功能。誰向系統(tǒng)提供必要的信息。誰從系統(tǒng)獲取信息。誰維護(hù)、管理系統(tǒng)工作。系統(tǒng)需要使用哪些外部資源。需要與系統(tǒng)交互的其它系統(tǒng)有哪些。其他對系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果感興趣的人或事物。在進(jìn)行用例圖繪制時(shí)，首先要找出系統(tǒng)的執(zhí)行者。一般可以從以下幾個(gè)方面來考慮怎樣找到系統(tǒng)的執(zhí)行者：第9頁/共42頁5.3用例圖元素5.3.2用例

用例是指系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類與外部執(zhí)行者之間交互的動(dòng)作序列說明，包括各種序列及出錯(cuò)序列。

用例用一個(gè)橢圓表示。用例的名稱有兩種標(biāo)法：一種是把用例的名字寫在橢圓的下面，另一種是把名字寫在橢圓中。

用例名稱用例名稱第10頁/共42頁5.3用例圖元素

用例描述的是用戶可見的需求，一個(gè)具體的用戶目標(biāo)，也可以將用例理解為系統(tǒng)功能的分解。用例由執(zhí)行者來執(zhí)行，用例執(zhí)行完成后將產(chǎn)生一個(gè)對執(zhí)行者有價(jià)值的結(jié)果。用例可大可小，但必須是對具體的用戶目標(biāo)的描述。

同執(zhí)行者一樣，每個(gè)用例也可以增加一個(gè)簡要的描述，用一句話或幾句話對這個(gè)用例進(jìn)行說明。在最初的用例分析中，使用這樣簡短的描述來說明一個(gè)用例。但隨著分析的不斷深入，用例的描述也變得更加詳細(xì)。

第11頁/共42頁5.3用例圖元素執(zhí)行者要求系統(tǒng)提供哪些功能。執(zhí)行者需要增加、查詢、刪除、修改或存儲(chǔ)的信息有哪些。系統(tǒng)是否需要把自身的狀態(tài)變化告訴執(zhí)行者。系統(tǒng)是否需要知道哪些外部事件，執(zhí)行者怎樣把這些事件告訴系統(tǒng)。為了完整地描述用例，還需要知道執(zhí)行者的某些典型功能是否能被系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)需要何種輸入和輸出，輸入從何處來，輸出到何處。如何對當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)行必要的維護(hù)?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面來考慮怎樣獲取用例：第12頁/共42頁5.3用例圖元素5.3.3系統(tǒng)在用例圖中，為了清晰地表示出系統(tǒng)的邊界可以使用系統(tǒng)圖符，圖符如圖所示。圖符把該系統(tǒng)的所有用例放在系統(tǒng)之中，外部執(zhí)行者放在系統(tǒng)之外。使用系統(tǒng)圖符將系統(tǒng)全部的用例包括在圖符中，并在系統(tǒng)圖符的上邊標(biāo)明系統(tǒng)名稱。

網(wǎng)絡(luò)購物系統(tǒng)第13頁/共42頁5.3用例圖元素

使用系統(tǒng)圖符是為了強(qiáng)調(diào)用例包含在系統(tǒng)內(nèi)部，而執(zhí)行者則不包含在系統(tǒng)之中。這樣有利于分析系統(tǒng)的交互過程，有利于分析系統(tǒng)的接口和界面。

系統(tǒng)圖符不是用例圖必須的部分，在用例圖中可以不使用該圖符，但建議讀者在自己畫用例圖時(shí)最好使用系統(tǒng)圖符，這樣有利于明確系統(tǒng)的范圍。

第14頁/共42頁5.3用例圖元素5.3.4關(guān)系

（1）關(guān)聯(lián)在用例圖中，用例和執(zhí)行者之間的關(guān)系用一條連接二者帶箭頭的連線表示，如圖所示，該連線稱為關(guān)聯(lián)。它表示了一個(gè)執(zhí)行者和一個(gè)用例之間的關(guān)系。一個(gè)用例和一個(gè)執(zhí)行者之間最多只有一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系。但一個(gè)執(zhí)行者可以和多個(gè)用例關(guān)聯(lián)，同樣一個(gè)用例也可以和多個(gè)執(zhí)行者關(guān)聯(lián)，正是由這種關(guān)聯(lián)組成了系統(tǒng)的用例圖。

第15頁/共42頁5.3用例圖元素

在用例圖中，關(guān)聯(lián)關(guān)系只用在執(zhí)行者和用例之間，用例和用例之間不會(huì)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系采用的是單箭頭的連線，表示在該關(guān)聯(lián)中執(zhí)行者是主動(dòng)的，是執(zhí)行者啟動(dòng)的用例。如下圖所示。

顧客商品瀏覽在用例圖中，一般情況下關(guān)聯(lián)關(guān)系的箭頭都是由執(zhí)行者指向用例的，但在有些書籍中也有由用例指向執(zhí)行者的情況，強(qiáng)調(diào)在關(guān)聯(lián)中起主要作用的是用例。但這種方式并不值得推薦。

第16頁/共42頁5.3用例圖元素

（2）包含

包含是指一個(gè)用例作為另一個(gè)用例必需的部分被使用，包含關(guān)系是依賴關(guān)系的一種。包含關(guān)系用一條連接二者帶箭頭的虛線表示，并在虛線的上面標(biāo)注《include》，箭頭方向由基本用例指向包含用例，如下圖所示。<<include>>第17頁/共42頁5.3用例圖元素

例如顧客通過網(wǎng)絡(luò)購物系統(tǒng)看中了一件自己喜歡的商品，但現(xiàn)在又不想購買，只是想將該商品放在自己的收藏夾里，要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)用例，首先顧客必須使用身份驗(yàn)證用例，輸入用戶名和密碼登陸系統(tǒng)。收藏夾顧客身份驗(yàn)證<<include>>第18頁/共42頁5.3用例圖元素在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，包含關(guān)系的例子還是很多的。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的用例中都含有相同功能時(shí)，就可以考慮將這些相同的功能抽取出來，形成一個(gè)單獨(dú)的用例，然后在用例之間建立包含關(guān)系。

當(dāng)用例之間存在包含關(guān)系時(shí)，執(zhí)行者每次調(diào)用基本用例時(shí)，都必須同時(shí)執(zhí)行包含用例，這樣才能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行者需要的功能。另外，執(zhí)行者也可以獨(dú)立的訪問包含用例，不必通過基本用例，如上圖所示。第19頁/共42頁5.3用例圖元素

（3）擴(kuò)展

擴(kuò)展是指一個(gè)用例擴(kuò)充了另一個(gè)用例的功能，但這個(gè)擴(kuò)充功能不是必需的，擴(kuò)展關(guān)系也是依賴關(guān)系的一種。擴(kuò)展關(guān)系用一條連接二者帶箭頭的虛線表示，但在虛線的上面標(biāo)注的是《extend》，箭頭方向由擴(kuò)展用例指向基本用例，如下圖所示。<<extend>>

某個(gè)用例是一個(gè)完整的用例，它有自己獨(dú)立的功能，但通過調(diào)用另一個(gè)用例對該用例的功能進(jìn)行擴(kuò)充，使該用例能夠完成新的功能，這樣兩個(gè)用例之間就是擴(kuò)展關(guān)系。

第20頁/共42頁5.3用例圖元素

例如，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)購物系統(tǒng)中，擁有一個(gè)商品結(jié)算用例，但系統(tǒng)中對不同的商品或顧客購買一定金額的商品都會(huì)給與不同額度的優(yōu)惠，系統(tǒng)中還存在一個(gè)商品優(yōu)惠用例。這樣當(dāng)顧客使用商品結(jié)算用例時(shí)，根據(jù)顧客購買的商品金額和具體商品，就有可能會(huì)調(diào)用商品優(yōu)惠用例來擴(kuò)展商品結(jié)算用例的功能，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)惠結(jié)算的功能。

顧客商品結(jié)算商品優(yōu)惠<<extend>>第21頁/共42頁5.3用例圖元素

擴(kuò)展關(guān)系和包含關(guān)系看上去很相似，但它們之間還是存在很大區(qū)別的。與包含用例不同的是，包含用例是一個(gè)完整的用例，它可以獨(dú)立的存在，也可以單獨(dú)被執(zhí)行者所調(diào)用。但擴(kuò)展用例并不是一個(gè)完整的用例，它只是由部分?jǐn)U展功能組成的，它不能獨(dú)立的存在，必須依賴于基本用例。

更重要的是擴(kuò)展用例是不能夠單獨(dú)被執(zhí)行者所調(diào)用的。也就是說上圖中的擴(kuò)展用例商品優(yōu)惠用例不可被顧客這個(gè)執(zhí)行者直接調(diào)用。

第22頁/共42頁5.3用例圖元素

（4）泛化

用例間的泛化關(guān)系是指一個(gè)概念較為抽象的用例可以被一般化為一個(gè)或多個(gè)概念更為具體的用例。其中概念較為抽象的用例被稱為父用例，概念更為具體的用例稱為子用例。子用例是父用例的特殊形式，子用例從父用例處繼承屬性和行為，還可以添加、覆蓋或改變繼承的行為。泛化關(guān)系使用一條帶一個(gè)三角箭頭的實(shí)線表示，箭頭方向子用例指向父用例，如下圖所示。

第23頁/共42頁5.3用例圖元素

如果系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)用例是某個(gè)一般用例的一般化時(shí)，就需要使用用例的泛化關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)中存在泛化關(guān)系時(shí)，如果父用例被使用，其任何子用例也可以被使用。例如，網(wǎng)絡(luò)購物系統(tǒng)中包含一個(gè)商品結(jié)算用例，但在實(shí)際進(jìn)行商品結(jié)算時(shí)，可以進(jìn)一步分解成網(wǎng)上結(jié)算和匯款結(jié)算這兩種結(jié)算功能，這種情況就可以使用泛化功能。其中父用例為商品結(jié)算用例，兩個(gè)子用例分別為網(wǎng)上結(jié)算用例和匯款結(jié)算用例，這兩個(gè)子用例都從父用例商品結(jié)算用例處繼承了商品結(jié)算的功能，但根據(jù)自己不同的特點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)了兩種不同方式的結(jié)算。第24頁/共42頁5.3用例圖元素顧客商品結(jié)算匯款結(jié)算網(wǎng)上結(jié)算第25頁/共42頁5.3用例圖元素5.3.5用例描述

為了進(jìn)一步說明用例是如何完成功能的，就需要對用例進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。用例描述主要用來說明執(zhí)行者為了實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)與系統(tǒng)進(jìn)行交互的過程。這個(gè)交互的過程由執(zhí)行者開始，執(zhí)行者向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)請求。系統(tǒng)響應(yīng)執(zhí)行者發(fā)出的請求并給出一個(gè)結(jié)果。執(zhí)行者再根據(jù)這個(gè)結(jié)果，再次給出下一個(gè)請求，這樣一直到執(zhí)行者得到一個(gè)有價(jià)值的結(jié)果為止，整個(gè)用例交互過程結(jié)束。第26頁/共42頁5.3用例圖元素在用例描述中，需要對用例的主要屬性進(jìn)行說明。這些屬性主要包括：事件流前置條件后置條件特殊要求擴(kuò)展點(diǎn)用例場景問題說明第27頁/共42頁5.3用例圖元素

（1）事件流

事件流描述了在執(zhí)行一個(gè)用例時(shí)，執(zhí)行者與系統(tǒng)之間的一次交互過程。這個(gè)過程可以包括多個(gè)分支，也就是說執(zhí)行者在執(zhí)行這個(gè)過程時(shí)可以有多個(gè)路線。其中按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的預(yù)期會(huì)成功的路線被稱為基本流，剩下的其它路線被稱為備選流。

基本流備選流事件流的循環(huán)與分支第28頁/共42頁5.3用例圖元素

（2）前置條件

前置條件是指在用例啟動(dòng)前，執(zhí)行者與系統(tǒng)應(yīng)置于什么樣的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)應(yīng)該是系統(tǒng)能夠檢測到的、可觀測的，它用來描述在什么條件下可以開始執(zhí)行一個(gè)事件流。這個(gè)條件是正確執(zhí)行一個(gè)事件流的起點(diǎn)，一般用執(zhí)行者或系統(tǒng)的狀態(tài)來表示。例如，“ATM取款”用例的前置條件為：

執(zhí)行“ATM自檢”用例第29頁/共42頁5.3用例圖元素

（3）后置條件

后置條件用來說明當(dāng)用例結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)也應(yīng)該是系統(tǒng)能夠檢測得到的、可觀測的。在用例描述中增加用例后置條件，可以明確表明用例結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)，避免使系統(tǒng)出現(xiàn)處于不確定狀態(tài)的情況。一般在開始定義并劃定用例的范圍時(shí)，可以使用前置條件來定義用例的起點(diǎn)，使用后置條件定義用例完成的目標(biāo)。前置條件和后置條件可以方便用例的驗(yàn)證和評審。第30頁/共42頁5.3用例圖元素

（4）其他除了上面所說的主要屬性外，用例描述中還包括一些其它的主要屬性。如：用例場景、特殊要求、擴(kuò)展點(diǎn)、問題說明等。其中用例場景包括成功場景和失敗場景，場景主要是由基本流和備選流組合而成的。特殊要求是指在用例中涉及到的非功能性需求。擴(kuò)展點(diǎn)用來描述該用例的擴(kuò)展。問題說明中主要列出本用例在分析和描述過程中還存在哪些問題。

第31頁/共42頁5.5用例粒度

粒度的概念主要用來表示顆粒的大小。用例粒度表示的用例的大小。

在進(jìn)行需求分析時(shí)，用戶表述的功能目標(biāo)可能有大有小，而且有些功能可能還會(huì)有重復(fù)或重疊，有的是商業(yè)目標(biāo)，有的是要構(gòu)建系統(tǒng)的目標(biāo)。為了能夠更好更準(zhǔn)確的獲取用例，在進(jìn)行用例建模時(shí)需要考慮用例粒度的問題。

用例的粒度從大到小分成以下三個(gè)層次：概述級、用戶目標(biāo)級、子功能級。

第32頁/共42頁5.5用例粒度

（1）概述級

概述級用例用來描述商業(yè)目標(biāo)，它可以包括多個(gè)用戶目標(biāo)級的用例。一般用于初期的需求討論。也可以用做用戶目標(biāo)級用例的劃分目錄。例如用戶可以通過ATM來完成取錢的工作。這就是一個(gè)概述級用例，其用例圖如圖所示。

用戶ATM取錢第33頁/共42頁5.5用例粒度

（2）用戶級目標(biāo)級

用戶目標(biāo)級用例用來描述執(zhí)行者或用戶完成工作或使用系統(tǒng)的目的。這一類用例一般用來描述某個(gè)人在某個(gè)時(shí)間地點(diǎn)完成某項(xiàng)工作。

自由金額取款固定金額取款例如上面的例子，用戶可以通過ATM來完成取錢的工作。該用例在用戶目標(biāo)級被描述成“固定金額取款”和“自由金額取款”兩個(gè)用例。

第34頁/共42頁5.5用例粒度

（2）子功能級

子功能級用例是比用戶目標(biāo)級用例再低一級的用例，除非是為了重用或其它特殊要求，一般建議在獲取用例時(shí)不要深入到這一層，否則容易出現(xiàn)可能取得的用例無窮無盡的現(xiàn)象。

在ATM取款系統(tǒng)中，固定金額取款用例和自由金額取款用例中都涉及到用戶身份驗(yàn)證的功能，這個(gè)功能可以設(shè)計(jì)成一個(gè)子功能用例。

第35頁/共42頁5.6用例圖應(yīng)用

用例圖是用來描述用戶需求的，是表達(dá)用戶需求的一種方式。系統(tǒng)的需求包括四個(gè)不同的層次：業(yè)務(wù)需求、用戶需求、功能性需求、非功能性需求。業(yè)務(wù)需求說明了提供給用戶的系統(tǒng)的最初利益，反映了用戶對系統(tǒng)高層次的目標(biāo)要求。用戶需求主要描述了用戶使用產(chǎn)品必須要完成的任務(wù)。功能性需求主要定義了開發(fā)人員必須實(shí)現(xiàn)的軟件功能，使得用戶能完成他們的任務(wù)，從而滿足業(yè)務(wù)需求。非功能性需求主要是用戶對系統(tǒng)良好運(yùn)作提出的期望，包括了易用性、反應(yīng)速度、容錯(cuò)性、健壯性等等。

第36頁/共42頁5.6用例圖應(yīng)用

用例圖是系統(tǒng)建模的起點(diǎn)，可以使用用例圖對將要開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)際工作流程進(jìn)行業(yè)務(wù)建模，從業(yè)務(wù)模型的基礎(chǔ)上過度到系統(tǒng)建模的開始，可以通過用例圖來搜集用戶的需求，明確和系統(tǒng)相關(guān)的用戶和其他系統(tǒng)，同時(shí)確定系統(tǒng)將會(huì)提供什么功能，以及各個(gè)功能間的關(guān)系。

用例圖是用來描述系統(tǒng)的概要功能和行為，實(shí)現(xiàn)這些功能和行為的細(xì)節(jié)則由用例描述文檔進(jìn)行詳細(xì)說明。進(jìn)行系統(tǒng)用例圖繪制主要需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：用戶需求、需求分析、需求描述。第37頁/共42頁5.6用例圖應(yīng)用5.6.1用戶需求

用戶需求指的是用戶對系統(tǒng)的功能要求，