項(xiàng)目七認(rèn)識(shí)UML任務(wù)一了解UML的發(fā)展任務(wù)二認(rèn)識(shí)UML的結(jié)構(gòu)任務(wù)三認(rèn)識(shí)UML的視圖

任務(wù)一了解UML的發(fā)展一、UML的發(fā)展歷程1．什么是UMLUML即統(tǒng)一建模語言又稱標(biāo)準(zhǔn)建模語言，是始于1997年的一個(gè)OMG標(biāo)準(zhǔn)，它是一個(gè)支持模型化和軟件系統(tǒng)開發(fā)的圖形化語言，為軟件開發(fā)的所有階段提供模型化和可視化支持，包括由需求分析到規(guī)格，再到構(gòu)造和配置。面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)(OOAD)方法的發(fā)展在20世紀(jì)80年代末至90年代中期出現(xiàn)了一個(gè)高潮，UML是這個(gè)高潮的產(chǎn)物。它不僅統(tǒng)一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法，而且對(duì)其作了進(jìn)一步的發(fā)展，并最終統(tǒng)一為大眾所接受的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。

2．什么是模型

模型是一個(gè)系統(tǒng)、完整的抽象。人們對(duì)某個(gè)領(lǐng)域特定問題的求解及解決方案，對(duì)它們的理解和認(rèn)識(shí)都蘊(yùn)含在模型中。

通常，開發(fā)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是為了解決某個(gè)領(lǐng)域的特定問題，問題的求解過程，就是從領(lǐng)域問題到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的映射(見圖7-1)。

圖7-1解決問題域過程

3．UML的發(fā)展過程

20世紀(jì)90年代中期，面向?qū)ο蠓椒ㄒ呀?jīng)成為軟件分析和設(shè)計(jì)方法的主流。1994年10月，Booch和Rumbargh(見圖7-2)開始著手建立統(tǒng)一建模語言的工作。

圖7-2UML的創(chuàng)始人

自此UML已基本上完成了標(biāo)準(zhǔn)化的工作。1997年11月，OMG(對(duì)象管理組織)采納UML1.1作為面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語言，UML成為可視化建模語言事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已穩(wěn)占面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場85%的份額。圖7-3所示為UML的發(fā)展史。

圖7-3UML的發(fā)展史

二、UML的特點(diǎn)及應(yīng)用

1．UML的特點(diǎn)

(1)UML統(tǒng)一了各種方法對(duì)不同類型的系統(tǒng)、不同開發(fā)階段以及不同內(nèi)部概念的不同觀點(diǎn)，從而有效地消除了各種建模語言之間不必要的差異。

(2)UML建模能力比其他面向?qū)ο蠼７椒ǜ鼜?qiáng)。

(3)?UML是一種建模語言，而不是一個(gè)開發(fā)過程。

2．UML的應(yīng)用

UML的主要目標(biāo)是以面向?qū)ο髨D的方式來描述任何類型的系統(tǒng)。UML最常用于建立軟件系統(tǒng)的模型，也可描述非軟件領(lǐng)域的系統(tǒng)，如機(jī)械系統(tǒng)、企業(yè)機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)過程、信息系統(tǒng)、實(shí)時(shí)的工業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)過程等。

UML的應(yīng)用貫穿在系統(tǒng)開發(fā)的五個(gè)階段。

1)需求分析

2)系統(tǒng)分析

3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4)實(shí)現(xiàn)

5)測試

任務(wù)二認(rèn)識(shí)UML的結(jié)構(gòu)

一、UML的定義UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個(gè)部分。

1．UML語義UNL語義描述基于UML的精確元模型(Meta-model)定義。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說明，使開發(fā)者能在語義上取得一致，消除了因人而異的表達(dá)方法所造成的影響。

2．UML表示法

UML表示法是定義UML符號(hào)的表示法，為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號(hào)和文本語法進(jìn)行系統(tǒng)建模提供了標(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，在語義上它是UML元模型的實(shí)例。

二、UML的構(gòu)成

作為建模語言，UML由以下幾部分構(gòu)成(見圖7-4)：

(1)基本語言構(gòu)成：語言的構(gòu)成成分，包括要素、關(guān)系、圖。

(2)語義規(guī)則：語言的語法和語義規(guī)則。

(3)公共機(jī)制：規(guī)范說明、語言擴(kuò)展等。

圖7-4UML的構(gòu)成

1．UML的要素

1)結(jié)構(gòu)事物

結(jié)構(gòu)事物是模型中的靜態(tài)部分，用以呈現(xiàn)概念或?qū)嶓w的表現(xiàn)元素，是軟件建模中最常見的元素，共有七種：

(1)類(Class)：具有相同屬性、方法、關(guān)系和語義的對(duì)象的集合(見圖7-5)。圖7-5類

(2)接口(Interface)：類或組件所提供的服務(wù)(操作)，描述了類或組件對(duì)外可見的活動(dòng)(見圖7-6)。圖7-6接口

(3)協(xié)作(Collaboration)：描述合作完成某個(gè)特定任務(wù)的一組類及其關(guān)聯(lián)的集合，用于對(duì)使用情形的實(shí)現(xiàn)建模(見圖7-7)。圖7-7協(xié)作

(4)用例(UseCase)：定義了參與者(在系統(tǒng)外部與系統(tǒng)交互的人或系統(tǒng))和被考慮的系統(tǒng)之間的交互來實(shí)現(xiàn)的一個(gè)業(yè)務(wù)目標(biāo)(見圖7-8)。圖7-8用例

(5)活動(dòng)類(ActiveClass)：其對(duì)象有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程或線程?；顒?dòng)類和類很相像，只是它的對(duì)象代表的元素的行為和其他的元素是同時(shí)存在的(見圖7-9)。圖7-9活動(dòng)類

(6)組件(Component)：它是物理的、可替換的部分，包含接口的集合(見圖7-10)，例如COM+、JavaBean等。圖7-10組件

(7)結(jié)點(diǎn)(Node)：它是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)存在的物理元素，代表一個(gè)可計(jì)算的資源，通常占用一些內(nèi)存并具有處理能力(見圖7-11)。圖7-11結(jié)點(diǎn)

2)行為事物

行為事物指的是UML模型中的動(dòng)態(tài)部分，代表語句里的“動(dòng)詞”，表示模型里隨著時(shí)空不斷變化的部分，包含以下兩類：

(1)消息：一組對(duì)象之間為完成某一項(xiàng)任務(wù)而進(jìn)行的一系列消息交換的行為說明(見圖7-12)。圖7-12消息

(2)狀態(tài)：一個(gè)對(duì)象或一個(gè)交互在生命期內(nèi)響應(yīng)事件所經(jīng)歷的狀態(tài)序列(見圖7-13)。圖7-13狀態(tài)

3)分組事物

可以把分組事物看成是一個(gè)“盒子”，模型可以在其中被分解。目前只有一種分組事物，即包(Package)(見圖7-14)。結(jié)構(gòu)事物、行為事物甚至分組事物都有可能放在一個(gè)包中。包純粹是概念上的，只存在于開發(fā)階段。圖7-14包

4)注釋事物

注釋事物是UML模型的解釋部分(見圖7-15)。圖7-15注釋

2．UML的關(guān)系

UML模型是由各種事物及這些事物之間的各種關(guān)系構(gòu)成的。關(guān)系指支配、協(xié)調(diào)各種模型元素存在并相互使用的規(guī)則。UML中主要包含四種關(guān)系，分別是關(guān)聯(lián)、泛化、實(shí)現(xiàn)和依賴。

1)關(guān)聯(lián)關(guān)系

只要兩個(gè)類之間存在某種關(guān)系，就認(rèn)為兩個(gè)類之間存在關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)是人們賦予事物之間的聯(lián)系，即只要認(rèn)為兩個(gè)事物之間有某種聯(lián)系，就認(rèn)為事物之間存在關(guān)聯(lián)。在UML中，使用一條實(shí)線來表示關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖7-16所示。

圖7-16關(guān)聯(lián)關(guān)系

在關(guān)聯(lián)關(guān)系中，有兩種比較特殊的關(guān)系，它們是聚合關(guān)系和組合關(guān)系。

(1)聚合關(guān)系。聚合(Aggregation)是一種特殊形式的關(guān)聯(lián)，表示類之間的關(guān)系是整體與部分的關(guān)系。聚合關(guān)系是一種松散的對(duì)象間關(guān)系，如計(jì)算機(jī)與它的外圍設(shè)備就是聚合關(guān)系。一臺(tái)計(jì)算機(jī)和它的外設(shè)之間只是很松散地結(jié)合在一起，這些外設(shè)既可有可無，又可以與其他計(jì)算機(jī)共享，即部分可以離開整體而存在。

聚合關(guān)系的表示方法如圖7-17(a)所示。其中菱形端表示事物的整體，另一端表示事物的部分。如計(jì)算機(jī)就是整體，外設(shè)就是部分。

(2)組合關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)“部分”類的存在是完全依賴于“整體”類的，那么就應(yīng)使用“組合”關(guān)系來描述。組合關(guān)系是一種非常強(qiáng)的對(duì)象間關(guān)系，就像樹和樹葉之間的關(guān)系一樣。樹和它的葉子緊密聯(lián)系在一起，葉子完全依賴樹，它們不能被其他的樹所分享，并且當(dāng)樹死去時(shí)，葉子也會(huì)隨之死去——這就是組合。在組合關(guān)系中，部分依賴于整體而存在。組合是一種較強(qiáng)的聚合關(guān)系，它的表示方法如圖7-17(b)所示。

圖7-17表示聚合關(guān)系和組合關(guān)系的UML符號(hào)

2)泛化關(guān)系

泛化關(guān)系描述了從特殊事物到一般事物之間的關(guān)系，也就是子類到父類之間的關(guān)系，或者子接口到父接口的關(guān)系。表示泛化關(guān)系的符號(hào)是從子類指向父類的帶空心箭頭的實(shí)線，如圖7-18所示。從父類到子類的關(guān)系則是特化關(guān)系。圖7-18表示泛化關(guān)系的UML符號(hào)

3)實(shí)現(xiàn)關(guān)系

實(shí)現(xiàn)關(guān)系是用來規(guī)定接口與實(shí)現(xiàn)接口的類之間的關(guān)系。接口是操作的集合，這些操作聲明了類或組件所提供的服務(wù)。表示實(shí)現(xiàn)關(guān)系的符號(hào)是從類指向接口的帶空心箭頭的虛線，如圖7-19所示。圖7-19表示實(shí)現(xiàn)關(guān)系的UML符號(hào)

4)依賴關(guān)系

假設(shè)有兩個(gè)元素X、Y，如果元素X的值發(fā)生變化，就會(huì)引起元素Y的值發(fā)生變化，則稱元素Y依賴(Dependency)于元素X。表示依賴關(guān)系的UML符號(hào)如圖7-20所示。圖7-20表示依賴關(guān)系的UML符號(hào)

3．UML的圖

元素符號(hào)代表了簡單事物，簡單事物通過一定關(guān)系組合成復(fù)雜事物，圖就是用來表示復(fù)雜事物的。每個(gè)圖是由代表簡單事物的元素符號(hào)和代表事物關(guān)系的關(guān)系符號(hào)構(gòu)成的。

UML中的圖可分為兩大類：從使用的角度來看，可以將UML的九種圖分為結(jié)構(gòu)圖(也稱為靜態(tài)模型)和行為圖(也稱為動(dòng)態(tài)模型)兩大類，如圖7-21所示。

圖7-21UML圖的組成

1)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)圖描繪系統(tǒng)中事物的組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系，它又分為以下五種：

(1)類圖(ClassDiagram)：它展現(xiàn)了一組對(duì)象、接口、協(xié)作和它們之間的關(guān)系，描述的是一種靜態(tài)關(guān)系，在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期都是有效的，是面向?qū)ο笙到y(tǒng)的建模中最常見的圖。

類用來表示系統(tǒng)中需要處理的事物。類與類之間有很多連接方式，比如關(guān)聯(lián)、依賴、泛化或打包。類與類之間的這些關(guān)系都體現(xiàn)在類圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中，可通過類的屬性和操作反映出來。在系統(tǒng)的生命周期中，類圖所描述的靜態(tài)結(jié)構(gòu)在任何情況下都是有效的。一個(gè)典型的系統(tǒng)中通常有若干個(gè)類圖。一個(gè)類圖不一定包含系統(tǒng)中的所有類，一個(gè)類還可以加到幾個(gè)類圖中。訂貨系統(tǒng)的類圖如圖7-22所示。

圖7-22訂貨系統(tǒng)的類圖

(2)組件圖(ComponentDiagram)：它展現(xiàn)了一組組件的物理結(jié)構(gòu)和組件之間的依賴關(guān)系。組件圖有助于分析和理解組件之間的相互影響程度。組件圖如圖7-23所示。

圖7-23組件圖

(3)對(duì)象圖(ObjectDiagram)：它展現(xiàn)了一組對(duì)象以及它們之間的關(guān)系。對(duì)象圖是類圖的實(shí)例，幾乎使用與類圖完全相同的標(biāo)示。對(duì)象圖如圖7-24所示。圖7-24對(duì)象圖

(4)部署圖(DeploymentDiagram)：它展現(xiàn)了運(yùn)行處理結(jié)點(diǎn)以及其中的組件的配置。部署圖給出了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和靜態(tài)實(shí)施視圖。它與組件圖相關(guān)，通常一個(gè)結(jié)點(diǎn)包含一個(gè)或多個(gè)組件。部署圖如圖7-25所示。圖7-25部署圖

(5)包圖：它用于描繪包之間的依賴關(guān)系。包圖如圖7-26所示。圖7-26包圖

2)行為圖

行為圖描繪系統(tǒng)中事物間的交互行為，它又分為以下五種：

(1)用例圖：它用于顯示若干角色以及這些角色與系統(tǒng)提供的用例之間的連接關(guān)系。用例描述了系統(tǒng)的工作方式，以及系統(tǒng)能提供的服務(wù)。用例圖描述了系統(tǒng)外部參與者如何使用系統(tǒng)提供的服務(wù)，也就是站在系統(tǒng)外部察看系統(tǒng)功能，它并不描述系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)該功能的具體操作方式。用例圖是定義系統(tǒng)的功能需求。用例圖如圖7-27所示。

圖7-27用例圖

(2)活動(dòng)圖：它用于顯示系統(tǒng)內(nèi)部的活動(dòng)控制流程。通常需要使用活動(dòng)圖描述不同的業(yè)務(wù)過程?；顒?dòng)圖由各種動(dòng)作狀態(tài)構(gòu)成，每個(gè)動(dòng)作狀態(tài)包含可執(zhí)行動(dòng)作的規(guī)范說明。一旦某個(gè)動(dòng)作執(zhí)行完畢，該動(dòng)作的狀態(tài)就會(huì)隨著改變。這樣，動(dòng)作狀態(tài)的控制就從一個(gè)狀態(tài)流向另一個(gè)與之相連的狀態(tài)?；顒?dòng)圖如圖7-28所示。

圖7-28活動(dòng)圖

(3)狀態(tài)圖：它用于顯示對(duì)象從一種狀態(tài)遷移到其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。狀態(tài)圖是一個(gè)動(dòng)態(tài)視圖，對(duì)事件驅(qū)動(dòng)的行為建模尤其重要，例如可以利用狀態(tài)圖描述一個(gè)電話路由系統(tǒng)中交換機(jī)的狀態(tài)，不同的事件可以令交換機(jī)轉(zhuǎn)移至不同的狀態(tài)，用狀態(tài)圖對(duì)交換機(jī)建模有助于理解交換機(jī)的動(dòng)態(tài)行為。在UML2.0中，狀態(tài)圖被稱為狀態(tài)機(jī)圖(StateMachineDiagram)。狀態(tài)圖如圖7-29所示。

圖7-29狀態(tài)圖

(4)時(shí)序圖：它用于來反映若干個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作關(guān)系，也就是隨著時(shí)間的流逝，對(duì)象之間是如何交互的。它強(qiáng)調(diào)一個(gè)系統(tǒng)中間相互作用時(shí)消息的時(shí)間順序。時(shí)序圖由若干個(gè)對(duì)象組成，每個(gè)對(duì)象用一個(gè)垂直的虛線表示，每個(gè)對(duì)象的正下方有一個(gè)矩形條，它與垂直的虛線相疊，矩形條表示該對(duì)象隨著時(shí)間流逝的過程，對(duì)象之間傳遞的消息用消息箭頭表示，它們位于表示對(duì)象的垂直虛線之間。時(shí)序圖如圖7-30所示。

圖7-30時(shí)序圖

(5)協(xié)作圖：它和時(shí)序圖的作用一樣，反映的也是動(dòng)態(tài)協(xié)作。由于協(xié)作圖和時(shí)序圖都反映對(duì)象之間的交互，所以建模者可以任意選擇一種反映對(duì)象間的協(xié)作。如果強(qiáng)調(diào)時(shí)間和序列，最好選擇時(shí)序圖；如果強(qiáng)調(diào)上下文相關(guān)，最好選擇協(xié)作圖。協(xié)作圖與對(duì)象圖畫法一樣，圖中有若干個(gè)對(duì)象及它們之間的關(guān)系，對(duì)象之間流動(dòng)的消息用箭頭表示，箭頭中間用標(biāo)簽標(biāo)識(shí)消息被發(fā)送的序號(hào)、條件、迭代方式、返回值等。協(xié)作圖如圖7-31所示。

圖7-31協(xié)作圖

三、UML語義規(guī)則

UML語義規(guī)則指語言的語法和語義規(guī)則。在UML中，代表事物的元素符號(hào)在使用時(shí)應(yīng)遵守一系列規(guī)則，每個(gè)元素必須遵守的三種語義規(guī)則如下所述。

(1)名稱：每個(gè)元素應(yīng)該有一個(gè)名字，即事物、關(guān)系和圖都應(yīng)該有一個(gè)名字。和任何語言一樣，名字即一個(gè)標(biāo)識(shí)符。例如：student為一個(gè)類的名字。

(2)范圍：每個(gè)元素起作用的范圍，相當(dāng)于程序設(shè)計(jì)語言中變量的“作用域”。例如：屬性name:string。

(3)可見性：我們知道，UML元素可能屬于一個(gè)類或包，因此所有元素都具有可見屬性。

四、UML的公共機(jī)制

1．規(guī)格描述

如果把模型元素當(dāng)成一個(gè)對(duì)象來看待，那么模型元素本身也應(yīng)該具有很多的屬性，這些屬性用于維護(hù)屬于該模型元素的數(shù)據(jù)值。如圖7-32所示，在左邊的方框中有三個(gè)用圖形符號(hào)表示的用例，分別是存款、取款和轉(zhuǎn)賬；在右邊的方框中，分別對(duì)每個(gè)圖形符號(hào)表示的用例進(jìn)行了詳細(xì)的文字描述，即規(guī)格描述。

圖7-32圖形符號(hào)與對(duì)應(yīng)的規(guī)格描述

2．修飾

在UML中，每個(gè)元素符號(hào)對(duì)事物的主要屬性提供了可視化表示，若想將事物的細(xì)節(jié)表示出來，必須對(duì)元素符號(hào)加以修飾。例如，用斜體字表示抽象類，用?+、-?符號(hào)表示元素的訪問級(jí)別，這些都是通過修飾符號(hào)來表示事物的細(xì)節(jié)。所謂修飾就是增加元素符號(hào)的內(nèi)涵，為被修飾的元素提供更多的信息。例如：矩形框表示一個(gè)類，有類名、屬性、操作等。同時(shí)也可增加“可視性”等修飾，如圖7-33所示。

圖7-33修飾

3．通用劃分

UML通用劃分即對(duì)UML元素進(jìn)行分組，包括兩組：類與對(duì)象、接口與實(shí)現(xiàn)。

(1)類與對(duì)象：類是對(duì)對(duì)象共同特征的描述，是對(duì)象的模板，而對(duì)象則是類的實(shí)例。

(2)接口與實(shí)現(xiàn)：接口是一種聲明、一個(gè)合同、一組方法的集合，而實(shí)現(xiàn)則是完成一個(gè)合同、實(shí)現(xiàn)接口中的聲明。

在UML中，用例就是一種對(duì)功能的聲明和定義，是對(duì)事物功能的抽象描述，協(xié)作則是實(shí)現(xiàn)用例聲明的功能，操作名是聲明服務(wù)的，而方法體則是實(shí)現(xiàn)服務(wù)的。因此，用例與協(xié)作、操作名與方法體之間就是接口與實(shí)現(xiàn)的關(guān)系。

4．?dāng)U展機(jī)制

1)構(gòu)造型

構(gòu)造型就是指分析師自己定義一種新的UML元素符號(hào)，給這種新的元素符號(hào)賦予特別的含義，例如分析師可以定義一個(gè)元素符號(hào)“<<Interrupt>>”，用該元素符號(hào)代表“中斷”。

表示同一構(gòu)造型元素符號(hào)的方法有三種，圖7-34所示就是用三種不同方式來表示設(shè)備“中斷”這種構(gòu)造型，其中假設(shè)Equipment(設(shè)備)是類名稱。

圖7-34構(gòu)造型的三種表示方法

2)標(biāo)記值

標(biāo)記值是用來為事物(元素符號(hào))添加新特征的，其表示方法是用格式如“{標(biāo)記信息}”的字符串表示。標(biāo)記信息通常是一個(gè)字符串，它由名稱、分隔符和值3個(gè)部分組成。例如，標(biāo)記信息：{name

=“李小平”}。在這個(gè)標(biāo)記信息中，名稱是name；分隔符是=；標(biāo)記值是“李小平”。其中，名稱表示了事物的屬性，標(biāo)記值表示了事物的屬性值。

3)約束

約束是用來標(biāo)識(shí)元素之間約束條件，增加新的語義或改變已存在規(guī)則的一種機(jī)制(通過文本和OCL兩種方法表示約束)。約束的表示方法和標(biāo)記值的表示方法類似，都是使用花括號(hào)括起來的字符串來表示，不過不能夠把它放在元素中，而是要放在相關(guān)的元素附近。

任務(wù)三認(rèn)識(shí)UML的視圖

一、UML視圖的作用UML中的視圖包括用例視圖(UseCaseView)、邏輯視圖(LogicalView)、組件視圖(ComponetView)、并發(fā)視圖(ConcurrentView)、部署視圖(DeploymentView)等，這5個(gè)視圖被稱作“4+1”視圖，如圖7-35所示。

圖7-35UML的視圖

二、UML的各種視圖

1．用例視圖

用例視圖用于描述系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能集。用例視圖是從系統(tǒng)的外部用戶角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的抽象表示。用例視圖所描述的系統(tǒng)功能依靠于外部用戶或由另一個(gè)系統(tǒng)觸發(fā)激活，為用戶或另一個(gè)系統(tǒng)提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶或另一個(gè)系統(tǒng)與系統(tǒng)的交互。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)是提供用例視圖中描述的功能。用例視圖中可以包含若干個(gè)用例，用例用來表示系統(tǒng)能夠提供的功能(系統(tǒng)