1、基于UML的圖書(shū)管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計(jì)摘要：本文對(duì)面向?qū)ο蟮母拍?、UML產(chǎn)生的背景與其基本容進(jìn)行了闡述，在對(duì)圖書(shū)館圖書(shū)管理系統(tǒng)進(jìn)行功能描述和需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件工程和面向?qū)ο笮枨蠓治觯O(shè)計(jì)了基于UML的用例圖、包圖和順序圖，狀態(tài)圖等語(yǔ)言機(jī)制的圖書(shū)館圖書(shū)管理系統(tǒng)模型。關(guān)鍵詞： UML；建模語(yǔ)言；面向?qū)ο螅恍枨蠓治?；圖書(shū)管理系統(tǒng)1關(guān)于面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο笫且环N的程序設(shè)計(jì)方法，或者說(shuō)它是一種程序設(shè)計(jì)類(lèi)型，其基本思想是使用對(duì)象，類(lèi)，繼承，封裝，消息等基本概念來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。它是從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（即對(duì)象）出發(fā)來(lái)構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運(yùn)用人類(lèi)的自然思維方式，強(qiáng)調(diào)直接以問(wèn)題域（現(xiàn)實(shí)

2、世界）中的事物為中心來(lái)思考問(wèn)題，認(rèn)識(shí)問(wèn)題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特點(diǎn)，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對(duì)象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位（而不是用一些與現(xiàn)實(shí)世界中的事物相關(guān)比較遠(yuǎn)，并且沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的其它概念來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)）。這可以使系統(tǒng)直接地映射問(wèn)題域，保持問(wèn)題域中事物與其相互關(guān)系的本來(lái)面貌。它可以有不同層次的理解： （1）從世界觀的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮幕菊軐W(xué)是認(rèn)為世界是由各種各樣具有自己的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和部狀態(tài)的對(duì)象所組成的；不同對(duì)象之間的相互作用和通訊構(gòu)成了完整的現(xiàn)實(shí)世界。因此，人們應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)實(shí)世界這個(gè)本來(lái)面貌來(lái)理解世界，直接通過(guò)對(duì)象與其相互關(guān)系來(lái)反映世界。這樣建立起來(lái)的系統(tǒng)才能符合現(xiàn)實(shí)世界的本來(lái)面目。（2

3、）從方法學(xué)的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ敲嫦驅(qū)ο蟮氖澜缬^在開(kāi)發(fā)方法中的直接運(yùn)用。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該直接與現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，應(yīng)該圍繞現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)，而不是圍繞功能來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)。（3）從程序設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言必須有描述對(duì)象與其相互之間關(guān)系的語(yǔ)言成分。這些程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以歸納為以下幾類(lèi)：系統(tǒng)中一切皆為對(duì)象；對(duì)象是屬性與其操作的封裝體；對(duì)象可按其性質(zhì)劃分為類(lèi)，對(duì)象成為類(lèi)的實(shí)例；實(shí)例關(guān)系和繼承關(guān)系是對(duì)象之間的靜態(tài)關(guān)系；消息傳遞是對(duì)象之間動(dòng)態(tài)聯(lián)系的唯一形式，也是計(jì)算的唯一形式；方法是消息的序列。 面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)包括了以下核心概念：對(duì)象（object）：即指現(xiàn)實(shí)世界中

4、各種各樣的實(shí)體。它可以指具體的事物也可以指抽象的事物。類(lèi)（class）：類(lèi)是具有相似部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)體的集合（或統(tǒng)稱(chēng)、抽象）。類(lèi)的概念來(lái)自于人們認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)社會(huì)的過(guò)程。消息（Message）: 消息是指對(duì)象間相互聯(lián)系和相互作用的方式。一個(gè)消息主要由5部分組成：發(fā)送消息的對(duì)象、接收消息的對(duì)象、消息傳遞辦法、消息容（參數(shù)）、反饋。封裝：對(duì)象間的相互聯(lián)系和相互作用過(guò)程主要通過(guò)消息機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)象之間并不需要過(guò)多的了解對(duì)方部的具體狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)規(guī)律。面向?qū)ο蟮念?lèi)是封裝良好的模塊，類(lèi)定義將其說(shuō)明（用戶可見(jiàn)的外部接口）與實(shí)現(xiàn)（用戶不可見(jiàn)的部實(shí)現(xiàn)）顯式地分開(kāi)，其部實(shí)現(xiàn)按其具體定義的作用域提供保護(hù)。類(lèi)是封

5、裝的最基本單位。封裝防止了程序相互依賴(lài)性而帶來(lái)的變動(dòng)影響。在類(lèi)中定義的接收對(duì)方消息的方法稱(chēng)為類(lèi)的接口。繼承：類(lèi)之間的繼承關(guān)系是現(xiàn)實(shí)世界中遺傳關(guān)系的直接模擬，它表示類(lèi)之間的在聯(lián)系，以與對(duì)屬性和操作的共享，即子類(lèi)可以沿用父類(lèi)的某些特征。重載：重載是指類(lèi)的同名方法在給其傳遞不同的參數(shù)是可以有不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在對(duì)象間相互作用時(shí)，即使接收消息對(duì)象采用一樣的接收辦法，但消息容的詳細(xì)程度不同，接收消息對(duì)象部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也可能不同。2 關(guān)于UMLUML(Unified Modeling Language)是在Booch方法、OOSE方法和OMT方法的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。它統(tǒng)一了面向?qū)?/p>

6、象建模的基本概念、術(shù)語(yǔ)和圖示符號(hào)，描述了建模過(guò)程中所必須遵循的基本步驟，提供了一整套描述軟件系統(tǒng)模型的概念和圖形表示法，可從不同的視角為系統(tǒng)建模。 統(tǒng)模語(yǔ)言UML是一種語(yǔ)義豐富、通用、可視化的建模語(yǔ)言和事實(shí)上的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，易于理解和交流。UML提供的豐富的視圖從多個(gè)視角描述系統(tǒng)的不同側(cè)面，可以有效運(yùn)用于軟件的建模、分析與設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML的定義包括UML語(yǔ)義和UML表示法兩個(gè)部分。UML語(yǔ)義通過(guò)其元模型來(lái)嚴(yán)格地定義。UML表示法定義UML符號(hào)的表示法，為開(kāi)發(fā)者或開(kāi)發(fā)工具使用這些圖形符號(hào)和文本語(yǔ)法來(lái)建模提供標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號(hào)和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級(jí)的模型，在語(yǔ)義上它是UML元模型的實(shí)例。U

7、ML的主要容通常用用例圖、類(lèi)圖、對(duì)象圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、構(gòu)件圖、配置圖、順序圖、協(xié)作圖和包圖等l0種圖來(lái)描述，它們從不同的角度和層次為系統(tǒng)建模提供支持，完全可以描述系統(tǒng)的方方面面。與傳統(tǒng)的軟件建模方法相比, UML 有如下一些特點(diǎn): (1)UML 是一個(gè)可視化建模語(yǔ)言, 是一種圖形化的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)工具語(yǔ)言,而不是可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,但用UML描述的模型可與各種編程語(yǔ)言直接相連,把UML 模型映射成編程語(yǔ)言。在不同程序中使用同樣的UML 圖表類(lèi)型, 因?yàn)閁ML 具有任意程序的獨(dú)立性,定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序不是一個(gè)UML 的目標(biāo)。(2)UML 是一種可用于詳細(xì)描述的語(yǔ)言,其所建立的模型是精確、無(wú)歧義和

8、完整的。同時(shí)UML是一種文檔化的語(yǔ)言,對(duì)其各建模元素可進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,并能生成所建模型的文檔。標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì),定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大。它的最大用途是利用圖形來(lái)描述真實(shí)世界各個(gè)對(duì)象的符合表示,讓所有系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在構(gòu)建系統(tǒng)需求分析、對(duì)象模型化定義到對(duì)象設(shè)計(jì)的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程完全標(biāo)準(zhǔn)化。3 本課題的研究意義 一個(gè)圖書(shū)館的圖書(shū)資料庫(kù)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中總是面對(duì)大量的讀者信息、書(shū)籍信息以與兩者相互作用產(chǎn)生的借書(shū)信息、還書(shū)信息。圖書(shū)館作為一個(gè)信息資源的集散地，圖書(shū)和用戶借閱資料繁多，包含著很多的信息數(shù)據(jù)。以前對(duì)信息管理的主要方式是基于文本、表格等紙介質(zhì)的手工處理，對(duì)于圖書(shū)借閱情況(如借書(shū)

9、天數(shù)、超過(guò)限定借書(shū)時(shí)間的天數(shù))的統(tǒng)計(jì)和核實(shí)等往往采用人工檢查，對(duì)借閱者的借閱權(quán)限以與借閱天數(shù)等采用人工計(jì)算、手抄進(jìn)行，數(shù)據(jù)信息處理工作量大，容易出錯(cuò)和丟失。因此，建立一個(gè)智能化、系統(tǒng)化、信息化的圖書(shū)資料庫(kù)是十分重要的。使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖書(shū)進(jìn)行管理，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一部分。充分利用計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)讀者管理、書(shū)籍管理等自動(dòng)化控制，將會(huì)使圖書(shū)資料庫(kù)的工作強(qiáng)度大大減弱，可以實(shí)現(xiàn)圖書(shū)檢索迅速、可靠性高、存儲(chǔ)量大、壽命長(zhǎng)、成本低，能最大限度地提高圖書(shū)管理的效率，也是圖書(shū)管理信息化、正規(guī)化管理的必然趨勢(shì)。4 基于UML的圖書(shū)管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計(jì)過(guò)程圖書(shū)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用主要通過(guò)兩個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：首先是

10、基于系統(tǒng)功能的需求分析，其次是系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。4.1需求分析 需求分析是軟件工程過(guò)程的一個(gè)重要階段,其中一個(gè)主要任務(wù)是確定系統(tǒng)的功能需求,采用面向?qū)ο蠓椒?基于UML的可視化系統(tǒng)需求分析,因?yàn)橛杏脩舻姆e極參與,既可以加快設(shè)計(jì)者對(duì)于問(wèn)題的理解,又能夠在系統(tǒng)描述方面減少語(yǔ)義差異,保證分析的正確性。需求分析的目標(biāo)就是建立需求模型,即從功能需求出發(fā)建立用例模型, UML的用例視圖從用戶的需求中提取,以盒圖的方式描述待開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的功能需求。每個(gè)用例都指定了客戶的需求即他們需要系統(tǒng)干什么。用例圖為設(shè)計(jì)活動(dòng)不僅記錄需求而且還提供了一種挖掘的信息, 它記錄了需求到設(shè)計(jì)結(jié)果之間的映射關(guān)系,能夠確保設(shè)計(jì)結(jié)果

11、具有明確的根據(jù)或者說(shuō)具有可維護(hù)性,基于UML的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程是以用例驅(qū)動(dòng)的。首先我們進(jìn)行角色識(shí)別，角色識(shí)別的任務(wù)是找出所有可能與系統(tǒng)發(fā)生交互行為的外部實(shí)體、對(duì)象、系統(tǒng)。它們的行為不受系統(tǒng)控制，但是可以提供輸入給系統(tǒng)。對(duì)于一所大學(xué)的圖書(shū)管理系統(tǒng)，基本的功能是完成圖書(shū)的借閱和相關(guān)信息的管理，服務(wù)的對(duì)象有本科生，研究生，教師，與其他學(xué)校的學(xué)生，還有社會(huì)人員，這些人可歸結(jié)為一類(lèi)即讀者。而為幫助讀者順利完成借還書(shū)的可以是工作人員，可以是自動(dòng)借還書(shū)機(jī)，他們可以歸結(jié)為一類(lèi)即圖書(shū)管理人員。因此對(duì)于一個(gè)圖書(shū)管理系統(tǒng)主要有兩類(lèi)角色，讀者、圖書(shū)管理員。其次，在主要角色的基礎(chǔ)上，可以識(shí)別出與角色相應(yīng)的用例，從而得到系統(tǒng)

12、的用例模型。與讀者相關(guān)的過(guò)程包括：借書(shū)、還書(shū)、預(yù)定、圖書(shū)信息檢索、借閱查詢(如查詢本人借書(shū)記錄、還書(shū)期限、是否超期)、個(gè)人相關(guān)信息查詢與修改(如學(xué)號(hào)、性別、年級(jí)、專(zhuān)業(yè)、家庭住址、聯(lián)系、出生日期、民族、政治面貌、號(hào)等)。與圖書(shū)管理員相關(guān)的過(guò)程包括：辦理借書(shū)、辦理還書(shū)、解除預(yù)定、圖書(shū)訂購(gòu)、讀者信息管理（增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限與密碼、借閱超期罰款）、圖書(shū)信息管理（增加/刪除數(shù)目、圖書(shū)類(lèi)別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。系統(tǒng)管理（系統(tǒng)的登陸、退出、日志維護(hù)、系統(tǒng)更新）。以上分析中，與讀者，圖書(shū)管理員相關(guān)的過(guò)程構(gòu)成了本系統(tǒng)的基本用例。 4.2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 綜上所述一個(gè)圖書(shū)管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可以分

13、為三大模塊：圖書(shū)管理模塊、讀者管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。（1）圖書(shū)管理模塊包括與圖書(shū)相關(guān)的一些過(guò)程，主要有圖書(shū)的借出、圖書(shū)的歸還、預(yù)定、圖書(shū)信息檢索、圖書(shū)訂購(gòu)、圖書(shū)相關(guān)信息管理。（2）讀者管理模塊主要包括與讀者有聯(lián)系相關(guān)的過(guò)程，主要有增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限與密碼、借閱信息查詢、個(gè)人信息查詢與修該、借閱超期和丟失罰款。（3）系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)的登陸、退出、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)更新。綜上我們畫(huà)出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，如圖一所示：圖一 圖書(shū)管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)4.3 圖書(shū)管理系統(tǒng)的用例圖從以上分析中我們不難得出系統(tǒng)的基本用例圖，如圖二所示：圖二 系統(tǒng)的基本用例圖圖書(shū)管理和圖書(shū)管理是圖書(shū)管理系統(tǒng)的重要組成部分

14、，為此我們按照前文所述將圖書(shū)管理模塊和讀者模塊以與系統(tǒng)管理模塊詳細(xì)精化得出如下的用例圖，如圖三、圖四、圖五所示：圖三 圖書(shū)管理模塊的用例圖圖四 讀者管理用例圖圖五 系統(tǒng)管理模塊的用例圖4.4 圖書(shū)管理系統(tǒng)的行為圖我們?cè)龠M(jìn)行動(dòng)態(tài)建模分析。對(duì)于圖書(shū)管理系統(tǒng)借書(shū)還書(shū)是兩個(gè)重要的過(guò)程，我們先來(lái)分析一下借書(shū)、還書(shū)的一般過(guò)程，并由借書(shū)的一般過(guò)程畫(huà)出其順序圖、協(xié)作圖以與活動(dòng)圖。（1）借書(shū)的過(guò)程：讀者刷卡進(jìn)入圖書(shū)館，或者先查詢圖書(shū)與個(gè)人借閱信息，或者直接去挑選圖書(shū)，選擇好圖書(shū)后進(jìn)入借書(shū)程序，管理員先檢查讀者的借書(shū)證件，查驗(yàn)?zāi)芊窠栝啠热纾鹤C件是否無(wú)效或書(shū)籍是否已經(jīng)借滿等，即檢驗(yàn)其借書(shū)的合法性和有效性，如果是非

15、法用戶或借書(shū)數(shù)量圍外，則該讀者不能借閱圖書(shū)。如果滿足借閱要求，則再獲取所借書(shū)的標(biāo)題以進(jìn)行庫(kù)搜索，獲取書(shū)目查詢此書(shū)的數(shù)量，看是否還有此書(shū)，如果沒(méi)有則阻止其他借書(shū)者可能進(jìn)行的預(yù)訂活動(dòng)，將此書(shū)借出，根據(jù)書(shū)號(hào)將此書(shū)的借閱標(biāo)志位取反以表示此書(shū)已借出，并將此書(shū)的書(shū)目減1。并為此讀者記錄借閱日期，以與歸還日期，在歸還日期未能歸還和續(xù)借的，并為其記錄超借天數(shù)與罰款數(shù)額。（2）還書(shū)過(guò)程：在返還圖書(shū)的過(guò)程中，管理員首先獲取讀者的借閱信息和被歸還的書(shū)籍的信息，如書(shū)標(biāo)題信息，數(shù)量等，并一一審核每本書(shū)的歸還日期是否超過(guò)應(yīng)歸還日期。在完成階段，將此書(shū)的書(shū)號(hào)登記并設(shè)計(jì)標(biāo)志位為已歸還，以便讀者網(wǎng)上預(yù)訂和繼續(xù)借閱，同時(shí)將此類(lèi)圖

16、書(shū)的數(shù)量加1，如果讀者超期或丟失所借書(shū)籍，則要進(jìn)行賠償處理。 所以我們不難畫(huà)出借書(shū)一般過(guò)程的順序圖，如圖六所示：圖六 借書(shū)一般過(guò)程的順序圖有順序圖可得到協(xié)作圖，如圖七所示。仔細(xì)分析借書(shū)過(guò)程的細(xì)節(jié)，可以畫(huà)出如圖八所示的活動(dòng)圖，它表示了復(fù)雜算法的過(guò)程，尤其是過(guò)程中的判斷、并發(fā)和同步。圖七 借書(shū)一般過(guò)程的協(xié)作圖以上我們用多種語(yǔ)言機(jī)制分析了讀者的主要相關(guān)事件流，下面我們繪制圖書(shū)管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖分析圖書(shū)管理員的主要事件流。從以上分析可知，圖書(shū)管理員相關(guān)的過(guò)程包括：辦理借書(shū)、辦理還書(shū)、解除預(yù)定、圖書(shū)訂購(gòu)、讀者信息管理（增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限與密碼、借閱超期罰款）、圖書(shū)信息管理（增加/刪除數(shù)目、

17、圖書(shū)類(lèi)別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。由此我們可繪制如圖九所示的圖書(shū)管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖：圖九圖書(shū)管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖4.5 圖書(shū)管理系統(tǒng)的靜態(tài)圖定義并描述了各個(gè)類(lèi)后，我們可以根據(jù)實(shí)際情況引入包來(lái)管理類(lèi)，本圖書(shū)館管理系統(tǒng)可以劃分為四個(gè)包：用戶管理：對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理，為用戶提供信息服務(wù)接口，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。借閱管理包括借書(shū)處理，還書(shū)處理和罰款處理等。讀者管理包括對(duì)讀者圖書(shū)等信息進(jìn)行維護(hù)，主要有讀者信息的增刪，對(duì)圖書(shū)更新資料進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)服務(wù)：包括系統(tǒng)登錄檢查，安全維護(hù)等。系統(tǒng)的包圖如圖十所示：圖十 系統(tǒng)包圖4.6圖書(shū)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)模型在具體的環(huán)境中實(shí)

18、現(xiàn)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)的源代碼、可執(zhí)行程序和相應(yīng)的軟件文檔，建立一個(gè)可執(zhí)行系統(tǒng)。進(jìn)而需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和排錯(cuò)，保證系統(tǒng)符合預(yù)定的要求，獲得一個(gè)無(wú)錯(cuò)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果將確認(rèn)所完成的系統(tǒng)可以真正使用。參考文獻(xiàn)1 齊治昌.譚慶平.寧洪. 軟件工程.:高等教育2 海藩.軟件工程.:人民郵電3 董翔.基于UML的圖書(shū)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)2008年第l8卷第l2期4 吳開(kāi)華.邢養(yǎng)曉.羅德撤.數(shù)字圖書(shū)館元數(shù)據(jù)研究J.中國(guó)圖書(shū)館學(xué)報(bào)，2002，(3)5 治國(guó)構(gòu)建基于BS結(jié)構(gòu)的圖書(shū)管理系統(tǒng)J信息技術(shù)，2005(3)：72736 管斌.袁國(guó)忠 譯.用例驅(qū)動(dòng)的UML對(duì)象建模應(yīng)用-例分析.:人民郵電結(jié)束語(yǔ) 本文以一個(gè)圖書(shū)館圖書(shū)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為背景，針對(duì)圖書(shū)館對(duì)圖書(shū)資源進(jìn)行有效利用和管理的功能需求，采用統(tǒng)模語(yǔ)言(UML)對(duì)圖