第二章-UML建?；A(chǔ)知識

第2章UML建?；A(chǔ)知識本章要點(diǎn)：UML的基本元素視圖和圖的概念基礎(chǔ)內(nèi)容：理解靜態(tài)視圖和動態(tài)視圖重點(diǎn)掌握：各種圖的表示和作用一般了解：UML發(fā)公共機(jī)制2.1UML語言的構(gòu)成

UML由視圖(views)、圖(Diagrams)、模型元素(Modelelements)和通用機(jī)制(generalmechanism)等幾個(gè)部分構(gòu)成。視圖用來表示被建模系統(tǒng)的各個(gè)方面（從不同目的出發(fā)建立，為系統(tǒng)建立多個(gè)模型，這些模型都反映同一個(gè)系統(tǒng)，且具有一致性）。視圖由多個(gè)圖構(gòu)成，是在某一個(gè)抽象層次上對系統(tǒng)的抽象表示。圖由各種圖片構(gòu)成，用來描述一個(gè)視圖的內(nèi)容。UML語言定義了9種不同的圖的類型，把它們有機(jī)結(jié)合起來就可以描述系統(tǒng)的所有視圖模型元素代表面向?qū)ο笾械念?、對象、消息和關(guān)系等概念，是構(gòu)成圖的最基本的常用概念。通用機(jī)制用于表示其他信息，比如注釋、模型元素的語義等。另外，它還提供擴(kuò)展機(jī)制，使UML語言能夠適應(yīng)一個(gè)特殊的方法（或過程）、或擴(kuò)充至一個(gè)組織或用戶。2.2UML的基本元素

事物是UML模型中面向?qū)ο蟮幕驹睾湍K，它們在模型中屬于靜態(tài)部分。事物是模型中最具有代表性的成分的抽象。在UML中定義了4種基本的面向?qū)ο蟮氖挛铮航Y(jié)構(gòu)、行為、分組和注釋。2.2.1結(jié)構(gòu)一、類(Class)UML中的類完全對應(yīng)于面向?qū)ο蠓治鲋械念?，它具有自己的屬性和操作。一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)接口。類的可視化如圖2-1所示。二、接口(Interface)接口由一組對操作的定義組成，但它不包括對操作的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。接口用于描述一個(gè)類或構(gòu)件的一個(gè)服務(wù)的操作集。接口描述了元素的外部可見的操作。接口很少單獨(dú)存在，往往依賴于實(shí)現(xiàn)接口的類或構(gòu)件。接口的圖形表示如圖2-2所示。三、協(xié)作(Collaboration)協(xié)作是對一個(gè)交互過程的定義，它是由一組共同工作以提供協(xié)作行為的角色和其他元素構(gòu)成的一個(gè)整體。協(xié)作行為大于所有元素行為的總和。一個(gè)類可以參與到多個(gè)協(xié)作中，協(xié)作表現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成模式的實(shí)現(xiàn)。協(xié)作的符號如圖2-3所示。四、用例(UseCase)用例用于表示系統(tǒng)所提供的服務(wù)，它定義了系統(tǒng)是如何被參與者所使用的，它描述的是參與者為了使用系統(tǒng)所提供的某一完整功能而與系統(tǒng)發(fā)生的一段對話。用例的符號如圖2-4所示。五、主動類(ActiveClass)

主動類能夠有自動的啟動控制活動，每個(gè)主動類的對象都由它自己的事件驅(qū)動控制線程，控制線程與其他主動類對象并行執(zhí)行。被主動對象所調(diào)用的對象是被動對象。它們只在被調(diào)用時(shí)接受控制，而當(dāng)它們返回時(shí)將放棄控制。被動對象被動地等待其他對象向它發(fā)送請求，這些對象所描述的元素行為與其他元素的行為并發(fā)。主動類的可視化表示和一般類的表示很相似，特殊的地方在于其外框?yàn)榇志€。六、構(gòu)件(Component))構(gòu)件是系統(tǒng)中物理的、可替代的部件，它遵循且提供一組接口的實(shí)現(xiàn)。七、節(jié)點(diǎn)(Node)節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)切實(shí)存在的物理對象，表示某種可計(jì)算資源。這些資源往往具有一定的存儲能力和處理能力。一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以代表一臺物理機(jī)器，或代表一個(gè)虛擬機(jī)器節(jié)點(diǎn)。2.2.2行為行為是指UML模型的相關(guān)動態(tài)行為，是UML模型的動態(tài)部分。行為在模型中通常用動詞來表示，如“注冊”、“銷毀”等?？砂研袨閯澐譃閮深?，分別是交互和狀態(tài)機(jī)。一、交互(Interaction)交互是指一組對象為共同完成一定任務(wù)而進(jìn)行的一系列消息交換而組成的動作以及消息交換過程中形成的消息機(jī)制。交互的可視化表示主要是通過消息來表示。消息的表示方法如圖2-7.二、狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)是一個(gè)類的對象所有可能的生命歷程的模型，因此狀態(tài)機(jī)可用于描述一個(gè)對象或一個(gè)交互在其生命周期內(nèi)響應(yīng)時(shí)間所經(jīng)歷的狀態(tài)序列。當(dāng)對象探測到一個(gè)外部事件后，它依照當(dāng)前的狀態(tài)做出反應(yīng)，這種反應(yīng)包括執(zhí)行一個(gè)相關(guān)動作或轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的狀態(tài)中去。

狀態(tài)機(jī)的可視化表示如圖2-8所示。2.2.3分組UML通過包這種分組來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)模型的組織。包在概念上是一種對UML模型中各個(gè)組成部分進(jìn)行分組的機(jī)制，它只存在于系統(tǒng)的開發(fā)階段。在包中可以包含結(jié)構(gòu)、行為和分組。包的表示方法如圖2-9所示。2.2.4注釋

注釋是UML模型的解釋部分，用于進(jìn)一步說明UML模型中的其他任何組成部分?？梢杂米⑨寔砻枋瞿Ｐ椭械娜魏卧?。注釋是依附于某個(gè)元素或一組建模元素之上，對這個(gè)或這一組建模元素進(jìn)行約束或解釋的簡單注釋符號。注釋的一般形式是簡單的文本說明。注釋的符號表示如圖2-10所示，在方框內(nèi)填寫需要注釋的內(nèi)容。2.3UML中的關(guān)系

UML模型是由各種事物以及這些事物之間的各種關(guān)系構(gòu)成的。關(guān)系是指支配、協(xié)調(diào)各種模型元素存在并相互使用的規(guī)則。

UML中主要包含4種關(guān)系：依賴、關(guān)聯(lián)、泛化和實(shí)現(xiàn)。一、依賴關(guān)系依賴關(guān)系指的是兩個(gè)事物之間的一種語義關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)事物（獨(dú)立事物）發(fā)生變化時(shí)就會影響另一個(gè)事物（依賴事物）的語義。見圖2-11。二、關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系是指事物之間的一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，在系統(tǒng)開發(fā)中經(jīng)常使用，系統(tǒng)元素之間的關(guān)系如果不能明顯地由其他三類關(guān)系來表示，都可以被抽象為關(guān)聯(lián)關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系可以是聚集、組成，也可以是沒有方向的普通關(guān)聯(lián)關(guān)系。聚集是一種特殊類型的關(guān)聯(lián)，它描述了整體和部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系；組成也是一種關(guān)聯(lián)關(guān)系，描述了整體和部分間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，只是部分是不能離開整體而獨(dú)立存在的。見圖2-12三、泛化關(guān)系泛化關(guān)系是指事物之間的一種特殊/一般關(guān)系，特殊元素（子元素）的對象可替代一般元素（父元素）的對象，也就是在面向?qū)ο笾刑峒暗睦^承。子元素具有父元素的全部結(jié)構(gòu)和行為，并允許在此基礎(chǔ)上再擁有自身特定的結(jié)構(gòu)和行為。見圖2-13。四、實(shí)現(xiàn)關(guān)系實(shí)現(xiàn)關(guān)系也是UML元素之間的一種語義關(guān)系，它描述了一組操作的規(guī)約和一組對操作的具體實(shí)現(xiàn)之間的語義關(guān)系。在系統(tǒng)開發(fā)中，通常在兩個(gè)地方需要使用實(shí)現(xiàn)關(guān)系，一種是用在接口和實(shí)現(xiàn)接口的類或構(gòu)件之間；另一種是在用例和實(shí)現(xiàn)用例的協(xié)作之間。見圖2-14。思考練習(xí)題

假設(shè)你正在設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示公司全體成員的制表系統(tǒng)，公司的員工可填寫這個(gè)系統(tǒng)中的表格。在你的設(shè)計(jì)中，有一個(gè)系統(tǒng)類和一個(gè)Form(表格)類。在系統(tǒng)類的眾多操作中有一個(gè)displayForm類，系統(tǒng)所要顯示的表格取決于用戶選擇的表格。這個(gè)設(shè)計(jì)的UML表示法是屬于哪種關(guān)系？學(xué)生可以參加多個(gè)學(xué)生社團(tuán)組織？旅客列車由火車頭和若干車廂組成，車廂分為軟席、硬席、軟席臥鋪和硬席臥鋪四種？汽車類含客車與貨車兩個(gè)子類？冷藏車既繼承貨車的特性“載貨”，又繼承冷藏設(shè)備的特性“冷藏”？2.4UML中的視圖和圖UML是用模型來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或靜態(tài)特征以及行為或動態(tài)特征的。它從不同的視角為系統(tǒng)的架構(gòu)建模形成系統(tǒng)的不同視圖(View)。它是表達(dá)系統(tǒng)某一方面特征的UML建模構(gòu)件的子集。在每一類視圖中使用一種或兩種特定的圖來可視化地表示視圖中的各種概念。即視圖是由一個(gè)或多個(gè)圖組成的對系統(tǒng)某個(gè)角度的抽象。2.4.1視圖視圖模型按照邏輯觀點(diǎn)對用領(lǐng)域中的概念建模，可以劃分成三種視圖域，分別是結(jié)構(gòu)分類、動態(tài)行為和模型管理。一、結(jié)構(gòu)分類描述了系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)成員及其相互關(guān)系。類元包括類、用例、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)。類元視圖包括靜態(tài)視圖、用例視圖、實(shí)現(xiàn)視圖以及部署視圖。二、動態(tài)行為描述了系統(tǒng)隨時(shí)間變化的行為。行為用從靜態(tài)視圖中抽取的瞬間值的變化來描述。動態(tài)行為視圖包括狀態(tài)機(jī)視圖、活動視圖和交互視圖。三、模型管理說明了模型的分層組織結(jié)構(gòu)。包是模型的基本組織單元。模型管理視圖跨越了其他視圖并根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)和配置組織這些視圖。

在UML中主要包括的視圖為靜態(tài)視圖、用例視圖、交互視圖、實(shí)現(xiàn)視圖、狀態(tài)機(jī)視圖、活動視圖、部署視圖和模型管理視圖。一、靜態(tài)視圖靜態(tài)視圖在UML中的作用：靜態(tài)視圖是UML的基礎(chǔ)靜態(tài)視圖構(gòu)造了概念對象的基本結(jié)構(gòu)靜態(tài)視圖是建立其他動態(tài)視圖的基礎(chǔ)二、用例視圖用例視圖描述了系統(tǒng)參與者與系統(tǒng)進(jìn)行交互的功能，是參與者所能觀察和使用到的系統(tǒng)功能的模型圖。用例模型的作用是標(biāo)識出系統(tǒng)中用例和參與者之間的聯(lián)系，并確定什么樣的參與者執(zhí)行了哪個(gè)用例。用例使用系統(tǒng)與一個(gè)或多個(gè)參與者之間的一系列消息來描述系統(tǒng)的交互作用。三、交互視圖交互視圖描述了執(zhí)行系統(tǒng)功能的各個(gè)角色之間相互傳遞消息的順序關(guān)系，是描述系統(tǒng)中各種角色或功能交互的模型。通過不同對象間的相互作用來描述系統(tǒng)的行為是通過兩種方式進(jìn)行的：以獨(dú)立的對象為中心進(jìn)行描述以相互作用的一組對象為中心進(jìn)行描述四、狀態(tài)機(jī)視圖狀態(tài)機(jī)視圖是通過對象的各種狀態(tài)來建立模型以描述對象隨時(shí)間變化的動態(tài)行為。狀態(tài)機(jī)是通過不同對象間的相互作用來描述系統(tǒng)行為的，不同的是它以獨(dú)立的對象為中心進(jìn)行描述。五、活動視圖活動視圖是一種特殊形式的狀態(tài)機(jī)視圖，用來描述執(zhí)行算法的工作流程中涉及的活動。通?；顒右晥D用于對計(jì)算流程和工作流程建模?；顒右晥D使用活動圖來體現(xiàn)?；顒訄D中包含了描述對象活動或動作的狀態(tài)以及對這些狀態(tài)的控制。活動圖包含對象活動的狀態(tài)?；顒拥臓顟B(tài)表示命令執(zhí)行過程中或工作流程中活動的運(yùn)行。六、物理視圖物理視圖是對應(yīng)有自身的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)建模，如系統(tǒng)的構(gòu)件組織情況以及運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的配置等。包含了兩種視圖，分別是實(shí)現(xiàn)視圖和部署視圖。實(shí)現(xiàn)視圖將系統(tǒng)中可重用的塊包裝成為具有可代替性的物理單元，這些單元被稱為構(gòu)件。實(shí)現(xiàn)視圖用構(gòu)件及構(gòu)件間的接口和依賴關(guān)系來表示設(shè)計(jì)元素（如類）的具體實(shí)現(xiàn)。部署視圖表示運(yùn)行時(shí)的計(jì)算資源的物理布置。這些運(yùn)行資源被稱為節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)行時(shí)，節(jié)點(diǎn)包含構(gòu)件和對象。實(shí)現(xiàn)視圖使用構(gòu)件圖進(jìn)行表示，部署視圖使用部署圖表示。七、模型管理視圖模型管理視圖是對模型自身組織進(jìn)行的建模，是由自身的一系列模型元素（如類、狀態(tài)機(jī)和用例）構(gòu)成的包所組成的模型。模型是一種特殊的包，整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)模型實(shí)際上可看成是系統(tǒng)最大的包，它代表了系統(tǒng)的一個(gè)部分，它有清晰的接口。這個(gè)接口可作為一個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)。模型管理由包及包之間的依賴組成，模型管理信息通常在類圖中表達(dá)。2.4.2圖UML作為一種可視化的建模語言，其主要表現(xiàn)形式就是將模型進(jìn)行圖形化表示。最常用的UML圖包括用例圖、類圖、序列圖、狀態(tài)圖、活動圖、構(gòu)件圖和部署圖。一、用例圖用例圖描述了系統(tǒng)提供的一個(gè)功能單元。用例圖的主要目的是幫助開發(fā)團(tuán)隊(duì)以一種可視化的方式理解系統(tǒng)的功能需求，包括基于基本流程的“角色”關(guān)系，以及系統(tǒng)內(nèi)用例之間的關(guān)系。使用用例圖可表示出用例的組織關(guān)系。在用例圖中畫出某個(gè)用例方式是在用例圖中繪制一個(gè)橢圓，然后將用例的名稱放在橢圓的中心或橢圓下面的中心未知。在用例圖上繪制一個(gè)角色的方式是繪制一個(gè)人形的符號。如圖2-15：二、類圖類圖顯示了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，表示了不同的實(shí)體是如何彼此相關(guān)聯(lián)的。類圖還可用于表示實(shí)現(xiàn)類，實(shí)現(xiàn)類就是程序員處理的實(shí)體。繪制類圖時(shí)使用包含3個(gè)部分的矩形來描述。最上面的矩形部分顯示類的名稱，中間矩形部分顯示了類的各種屬性，下面的矩形部分顯示了類的操作或方法。在類圖中，需要注意的是對類與類之間關(guān)系的描述。類與類之間的關(guān)系通常有依賴、泛化和關(guān)聯(lián)這3種關(guān)系。如果把接口也看成是一種類，那么還有實(shí)現(xiàn)關(guān)系，即類對接口的實(shí)現(xiàn)。如圖2-16所示：三、序列圖（順序圖）序列圖顯示了一個(gè)具體用例或者用例的一部分的詳細(xì)流程。序列圖不僅可以顯示流程中不同對象之間的調(diào)用關(guān)系，還可以很詳細(xì)地顯示對不同對象的不同調(diào)用。序列圖有兩個(gè)維度：垂直維度（也稱為時(shí)間維度，以發(fā)生的時(shí)間順序顯示或調(diào)用的序列）；水平維度（顯示消息被發(fā)送到的對象實(shí)例）序列圖的繪制：橫跨圖頂部的每個(gè)框表示每個(gè)類的實(shí)例或?qū)ο?，在框中，類?shí)例名稱和類名稱之間使用冒號分隔開來。如圖2-17.若每個(gè)類實(shí)例向另一個(gè)類實(shí)例發(fā)送一條消息，則繪制一條具有指向接收類實(shí)例的開箭頭的連線，并把消息或方法的名稱放在連線上面，消息也分為不同的種類，即同步消息、異步消息、返回消息和簡單消息等。四、狀態(tài)圖狀態(tài)圖表示某個(gè)類所處的不同狀態(tài)以及該類在這些狀態(tài)中的轉(zhuǎn)換過程。狀態(tài)圖包括5個(gè)基本的元素：初始起點(diǎn)使用一個(gè)實(shí)心圓來繪制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換使用具有開箭頭的線段來繪制狀態(tài)使用圓角矩形來繪制判斷點(diǎn)使用空心圓來繪制；使用判斷點(diǎn)可以根據(jù)不同的條件進(jìn)入不同的狀態(tài)。一個(gè)或多個(gè)終止點(diǎn)使用內(nèi)部包含實(shí)心圓的圓來繪制。五、活動圖活動圖是用來表示兩個(gè)或更多對象之間在處理某個(gè)活動時(shí)的過程控制流程?；顒訄D更適合對較高級別的過程建模，活動圖的符號集與狀態(tài)圖中使用的符號集非常類似，但也有差別。活動圖的初始活動也是由一個(gè)實(shí)心圓開始的；結(jié)束圖是由一個(gè)內(nèi)部包含實(shí)心圓的圓來表示；活動圖是通過圓角矩形來表示的；活動可通過活動的轉(zhuǎn)換線段連接到其他活動中，或者連接到判斷點(diǎn)，根據(jù)判斷點(diǎn)的不同條件執(zhí)行不同的動作。在活動圖中，出現(xiàn)了“泳道”的概念，使用泳道來表示實(shí)際執(zhí)行活動的對象。六、構(gòu)件圖構(gòu)件圖提供系統(tǒng)的物理視圖，它是根據(jù)系統(tǒng)的代碼構(gòu)件顯示系統(tǒng)代碼的整個(gè)物理結(jié)構(gòu)。其中構(gòu)件可以是源代碼組件、二進(jìn)制組件或可執(zhí)行組件。一般來說，構(gòu)件圖最經(jīng)常用于實(shí)際的編程工作中，構(gòu)件圖為系統(tǒng)架構(gòu)提供了一個(gè)為解決方案進(jìn)行建模的自然形式，如圖2-20所示。七、部署圖部署圖用于表示該軟件系統(tǒng)如何部署到硬件環(huán)境中，它是顯示在系統(tǒng)中的不同的構(gòu)件在何處物理運(yùn)行以及如何進(jìn)行彼此的通信。部署圖對系統(tǒng)的物理運(yùn)行情況進(jìn)行了建模，因此系統(tǒng)的生產(chǎn)人員能夠很好地利用這種圖來部署實(shí)際的系統(tǒng)。在部署圖中顯示的節(jié)點(diǎn)內(nèi)，包含了如何在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部分配可執(zhí)行的構(gòu)建和對象，以顯示這些軟件單元在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行情況，并且部署圖還可以顯示各個(gè)構(gòu)件之間的依賴關(guān)系。系統(tǒng)的部署圖從系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)顯示了屬于該節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件，然后使用構(gòu)件圖顯示該構(gòu)件中包含的類，接著使用交互圖顯示該類的對象參與的交互，最終到達(dá)某個(gè)用例。2.5UML的公共機(jī)制在UML中，規(guī)格說明、修飾、通用劃分和擴(kuò)展機(jī)制這4種公共機(jī)制貫穿于整個(gè)統(tǒng)一建模語言。2.5.1UML的規(guī)格描述模型元素實(shí)例需要附加的相關(guān)規(guī)格說明來添加模型元素的特性，實(shí)現(xiàn)的方法是在某個(gè)模型元素上雙擊，然后在彈出的關(guān)于該元素的規(guī)格說明窗口對話框，在這個(gè)窗口內(nèi)顯示了該元素的所有特性。2.5.2UML的修飾在UML的圖形表示中，每一個(gè)模型元素都有一個(gè)基本符號，這個(gè)基本符號可視化地表達(dá)了模型元素最重要的信息。用戶也可把各種修飾細(xì)節(jié)加到這個(gè)符號上以擴(kuò)展其含義。例如，在用例圖中可以使用如圖2-13所示的圓來表達(dá)業(yè)務(wù)實(shí)體，該表示方法相對于參與者的表示發(fā)生了顏色和圖形的明顯變化。還有一種“注解”修飾符，是一種非常重要的并且能夠單獨(dú)存在的修飾符，可以將它附在模型元素或元素集上用來表示約束或注解信息。如圖2-24所示。2.5.3UML的通用劃分通用劃分是一種保證不同抽象概念層次的機(jī)制。一般采用兩種方式進(jìn)行通用劃分：（1）對類和對象的劃分是指類是一個(gè)抽象而對象是這種抽象的一個(gè)實(shí)例化（2）對接口和實(shí)現(xiàn)的分離是指接口聲明了一個(gè)操作接口，但卻不實(shí)現(xiàn)其內(nèi)容，而實(shí)現(xiàn)則表示對該操作接口的具體實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)如實(shí)地實(shí)現(xiàn)接口地完整語義。2.5.4UML的擴(kuò)展機(jī)制

為了在細(xì)節(jié)方面對模型進(jìn)行準(zhǔn)確的表達(dá)，UML設(shè)計(jì)了一種簡單的、通用的擴(kuò)展機(jī)制，用戶可以使用擴(kuò)展機(jī)制對UML進(jìn)行擴(kuò)展和調(diào)整，以便使其與一個(gè)特定的方法、組織或用戶相一致。

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