基于UML建模的設(shè)計與分析

1統(tǒng)一建模語言UML概述1.1UML及其優(yōu)點

什么是UML(UnifyModelingLanguage)

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UML是一種通用的、統(tǒng)一的的建模語言，是一種用圖形方式描繪面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效方法。

UML的優(yōu)點（1）UML是一種定義良好，易于表達(dá)，功能強大且普遍實用的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。（2）UML是綜合了面向?qū)ο箢I(lǐng)域的幾種優(yōu)秀方法的特點和長處而提出的，是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的建模語言，適合于面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的建模描述。（3）UML是軟件業(yè)界的第一個統(tǒng)一的建模語言，并得到工業(yè)界的廣泛支持。1目前一頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點

1.2UML的模型視圖

用UML描述的系統(tǒng)模型一般是由幾種視圖組成的。UML主要提供了9種視圖：用例圖、類圖、對象圖、組件圖、配置圖、序列圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖和活動圖，如下圖所示。2目前二頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.3

用例圖（1）用例圖定義

用例圖是從用戶使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)功能的圖形表達(dá)方法。一個用例(UseCase)是用于描述系統(tǒng)的一項功能需求或系統(tǒng)提供給用戶的一項服務(wù)。（2）用例圖舉例右邊為自動售貨機系統(tǒng)的用例圖。圖中的方框代表系統(tǒng)，橢圓代表用例(售貨、供貨和取貨款是自動售貨機系統(tǒng)的典型用例)，小人形（線條人）代表行為者，它們之間的連線表示關(guān)系。3目前三頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.4類圖（1）類圖的定義類圖是表達(dá)構(gòu)成系統(tǒng)的類及其相互聯(lián)系的圖示。類圖是面向?qū)ο笤O(shè)計的核心，建立狀態(tài)圖、協(xié)作圖和其他圖的基礎(chǔ)。（2）類圖的描繪方法（1）使用名詞/動詞分析法來尋找構(gòu)成系統(tǒng)的類，描繪這些類；（2）建立類與類之間的聯(lián)系，包括關(guān)聯(lián)、聚合/組合、泛化/特化、依賴等。4目前四頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點5目前五頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.5

對象圖(1)對象圖的定義對象圖(ObjectDiagram)表示一組對象和它們之間的聯(lián)系。對象圖實質(zhì)上是類圖的實例，也稱實例圖(InstanceDiagram)。對象圖的表示方法與類圖的表示方法大體相同。對象圖是系統(tǒng)在某個特定時刻的具體狀態(tài)。(2)對象圖舉例6目前六頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.6序列圖（1）序列圖的定義序列圖用來描述一組對象間的交互關(guān)系，它表示為完成某項操作所需的參與對象和這些對象之間傳遞消息的時間順序。（2）序列圖舉例7目前七頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.7狀態(tài)圖

（1）狀態(tài)圖（StatechartDiagram）的定義

狀態(tài)圖描述系統(tǒng)運行過程中某類對象可能出現(xiàn)的狀態(tài),以及在不同狀態(tài)間的跳轉(zhuǎn)和觸發(fā)這些跳轉(zhuǎn)的外部事件。狀態(tài)圖側(cè)重于描述對象在其生命周期中的動態(tài)行為。

（2）狀態(tài)圖的組成

UML狀態(tài)圖的圖形元素包括：初始狀態(tài)、轉(zhuǎn)移、(中間)狀態(tài)、判定、同步和終止?fàn)顟B(tài)。8目前八頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.8活動圖（1）活動圖的定義

活動圖(activitydiagram)用于描述系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程或工作流程?；顒訄D由一系列的動作狀態(tài)構(gòu)成,動作的狀態(tài)控制可以從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個與之相鄰的狀態(tài)?；顒訄D還可以表示條件判斷、分支決策、動作狀態(tài)的并行執(zhí)行、消息的規(guī)范說明等內(nèi)容。9目前九頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點（2）活動圖的組成

活動圖的基本元素包括:活動狀態(tài)、動作流、泳道、對象流，另外還包括初始狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)、判定、分叉、合并等元素。10目前十頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.9協(xié)作圖（1）協(xié)作圖的定義用來描述實現(xiàn)某些服務(wù)所涉及的對象及其相互之間的關(guān)系(包括消息通信)的圖示就稱為協(xié)作圖（Collaboration）。協(xié)作圖可用來描繪業(yè)務(wù)流程。（2）協(xié)作圖舉例11目前十一頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.10組件圖(1)組件圖的定義

組件是提供了一組接口的物理實現(xiàn)模塊,它可以是軟件開發(fā)過程中的產(chǎn)物,如源碼、二進(jìn)制碼和可執(zhí)行碼等。它們是類、接口等邏輯模型的物理實現(xiàn)。接口是為外部提供可調(diào)用函數(shù)原型的程序模塊。組件圖表示構(gòu)成系統(tǒng)的組件及其相互之間的聯(lián)系。它是描述系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)的模型。12目前十二頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點（2）組件圖的組成

組件圖由組件、接口和組件之間的聯(lián)系構(gòu)成。

a）組件由一個左邊嵌兩個小矩形的大矩形表示，大矩形中填寫組件的名字。

b）接口由一個空心圓表示。

c）組件之間的依賴是指一個組件的模型元素需要使用另一個組件的模型元素。依賴用一個虛箭線表示，箭線從客戶組件指向供應(yīng)者組件。13目前十三頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點1.11配置圖(1)配置圖定義配置圖就是用于表示構(gòu)成分布式系統(tǒng)的節(jié)點集和節(jié)點之間的聯(lián)系的圖示，它可以表示系統(tǒng)中軟件和硬件的物理架構(gòu)。14目前十四頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點15目前十五頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點2基于UML的面向?qū)ο笙到y(tǒng)開發(fā)方法

像一般的系統(tǒng)開發(fā)方法一樣，基于UML的面向?qū)ο笙到y(tǒng)開發(fā)方法也可以分為如下步驟：（1）需求分析(用例分析)

—建立用例模型來描述用戶需求；（2）系統(tǒng)分析—將用例模型轉(zhuǎn)化為由類圖和對象圖組成的分析模型；（3）系統(tǒng)設(shè)計

a)用編程語言或接近編程語言的語言來更精確地描述類圖和對象圖，以便于后面能將類圖和對象圖映射到編碼實現(xiàn)的系統(tǒng)。

b)在詳細(xì)設(shè)計階段要對每個用例進(jìn)行動態(tài)建模，包括建立序列圖、協(xié)作圖等，以描述如何通過類圖中的對象協(xié)作實現(xiàn)用例中的功能。隨著動態(tài)建模的深入，會發(fā)現(xiàn)前面建立的類往往存在缺陷或不夠完整，需要對分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。（4）系統(tǒng)實現(xiàn)—用源代碼、腳本語言、二進(jìn)制代碼、可執(zhí)行子程序或組件實現(xiàn)系統(tǒng)。16目前十六頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點3UML的應(yīng)用舉例1—圖書管理系統(tǒng)的建模

下面以一個圖書管理系統(tǒng)的建模為例,介紹使用UML進(jìn)行建模的基本過程。整個系統(tǒng)的分析以及設(shè)計過程按照軟件開發(fā)的一般流程進(jìn)行，包括如下步驟：需求分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)17目前十七頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點3.1需求分析圖書管理系統(tǒng)功能概述

圖書管理主要是借書、還書以及其他一些附帶操作（例如，超期罰款、催還圖書等）的處理。一個簡單的圖書管理系統(tǒng)應(yīng)提供如下功能：借書處理：完成讀者借書的流程處理。還書處理：完成讀者還書的流程處理。信息查詢：包括圖書信息查詢和讀者借閱情況查詢。圖書管理：包括輸入新書記錄和刪除舊書記錄。18目前十八頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點

系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程分析

與系統(tǒng)功能相對應(yīng),系統(tǒng)主要有四個流程:借書流程、還書流程、資料查詢、圖書資源管理。各流程的主要過程描述如下：借書流程：讀者借閱所需的圖書，借出后圖書的借閱標(biāo)志為false（已被借出），借書記錄中增加一個實例。還書流程：讀者歸還所借的圖書，還書后圖書的借閱標(biāo)志為true（可被外借），借書記錄中刪除一個實例。19目前十九頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點信息查詢：讀者和工作人員可以進(jìn)行圖書信息查詢，輸入圖書的編號或書名，從圖書對象列表中查找相應(yīng)的實例。圖書管理：首先由工作人員在“錄入新書資料”和“刪除舊書資料”兩個選項中選擇。若是“錄入新書資料”，則由工作人員輸入新書資料，將新書添加為圖書對象列表的新實例。若是“刪除舊書資料”，則查找需要刪除的圖書，將其從圖書對象列表中刪除。20目前二十頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點系統(tǒng)功能模塊分析

滿足上述需求的系統(tǒng)應(yīng)該相應(yīng)地包括以下幾個功能模塊：基本業(yè)務(wù)處理模塊：主要用于實現(xiàn)圖書管理員對讀者借書和還書的處理。信息查詢模塊：主要用于實現(xiàn)讀者對圖書信息和自身借閱信息的查詢。系統(tǒng)維護模塊：主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)管理員對讀者信息、圖書管理員信息、圖書信息、和數(shù)據(jù)庫的管理。21目前二十一頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點建立用例模型

根據(jù)功能需求構(gòu)造用例模型，主要任務(wù)是識別系統(tǒng)中的所有參與者，并對每個參與者找出其用例，建立用例模型。系統(tǒng)主要的參與者為“讀者”、“圖書管理員”和“系統(tǒng)管理員”。各個參與者的用例圖如下。

22目前二十二頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點（1）讀者用例圖23目前二十三頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點（2）圖書管理員用例圖24目前二十四頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點（3）系統(tǒng)管理員用例圖25目前二十五頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點詳述用例

在設(shè)別了參與者和主要用例并創(chuàng)建了用例圖之后，如果有必要，還可以按順序詳述每個用例，包括用例如何開始、結(jié)束以及如何與參與者進(jìn)行交互。26目前二十六頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點27目前二十七頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點28目前二十八頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點3.2系統(tǒng)分析在定義系統(tǒng)需求后，下一步就是確定構(gòu)成系統(tǒng)的對象類。系統(tǒng)中對象類的識別可以使用名詞/動詞分析法來進(jìn)行，即文本中的名詞和名詞短語暗示類或類的屬性，動詞和動詞短語暗示職責(zé)或者類的操作。通過用例圖的分析可知，在圖書管理系統(tǒng)中可以確定的主要對象類包括“讀者”，“圖書”、“圖書管理人員”和系統(tǒng)管理員。其中“讀者”和“圖書”通過借閱關(guān)系可以構(gòu)成一個新類“借閱記錄”。29目前二十九頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點

另外，分析用例圖可知，用例“身份驗證”和“圖書資料查詢”是對象類“讀者”和“工作人員”共同擁有的，并且用例“身份驗證”是除用例“圖書資料查詢”之外其余用例執(zhí)行的前提，因此可以將“身份驗證”與“圖書資料查詢”定義為接口類中的操作（接口類是不含屬性且操作函數(shù)沒有具體實現(xiàn)的抽象類，接口類通過一個實現(xiàn)聯(lián)系獲得其它對象類的支持，這些對象類實現(xiàn)接口類中定義的全部操作）。其余用例則抽象為與該用例交互的參與者所屬對象類的操作。30目前三十頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點因此，最后可獲得的對象類圖為：31目前三十一頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點

除了定義上述用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲管理和業(yè)務(wù)邏輯

控制的類之外，在用圖形用戶界面開發(fā)系統(tǒng)時，我們還可以定義一些相應(yīng)的用戶界面類：

(1)MainWindow類—MainWindow是圖書管理員與系統(tǒng)交互的主界面，系統(tǒng)的主界面具有菜單，當(dāng)用戶選擇不同的菜單項時，MainWindow對象調(diào)用相應(yīng)的方法完成功能操作。

(2)BorrowDialog類—BorrowDialog是進(jìn)行借書操作時需要的對話框。

(3)ReturnDialog類—ReturnDialog是進(jìn)行還書操作時需要的對話框。

(4)QueryDialog類—QueryDialog是查詢某借閱者的借閱信息或圖書庫存信息的對話框。

(5)MaintenanceWindow類—MaintenanceWindow是系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)進(jìn)行維護的主界面。它也提供菜單項.32目前三十二頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點33目前三十三頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點3.3系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的主要工作是用例實現(xiàn)—設(shè)計。即對每個用例進(jìn)行動態(tài)建模，包括建立序列圖、協(xié)作圖等，描述如何通過類對象的協(xié)作來實現(xiàn)用例中的功能。隨著動態(tài)建模的深入，會發(fā)現(xiàn)原來建立的類存在缺陷或不夠完整，需要對分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。所以，還應(yīng)該通過動態(tài)建模來修正和完善類圖。34目前三十四頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點用例動態(tài)模型設(shè)計35目前三十五頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點36目前三十六頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點類圖設(shè)計

進(jìn)一步擴充和細(xì)化分析階段定義的類，包括定義新的類來處理用戶的需求。隨著動態(tài)建模的深入，也會發(fā)現(xiàn)原來建立的類存在缺陷或不夠完整，需要對分析中得到的類圖進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。所以，還應(yīng)該通過動態(tài)建模來修正和完善類圖。37目前三十七頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點38目前三十八頁\總數(shù)四十二頁\編于十九點物理架構(gòu)設(shè)計物理架構(gòu)設(shè)計就是