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1、北航软件学院 吕云翔,第十章 统一建模语言,面向对象分析与设计方法的发展在20世纪80年代末到90年代中出现了一个高潮，统一建模语言（UML）就是这个高潮的产物。UML是由面向对象方法领域的3位著名专家Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson提出的，标志着面向对象建模方法进入了第三代。,引言,引言,UML已得到许多世界知名公司的使用和支持，并于1997年11月17日被OMG（Object Management Group）组织采纳，成为面向对象建模的标准语言。目前为止，OMG提交给国际标准化组织（ISO）的UML 1.4版已经通过审核成为国际标准（ISO
2、/IEC 19501：2005）。,引言,十几年来，UML已经迅速成长为一个事实上的工业标准。不论在计算机学术界、软件产业界还是在商业界，UML已经逐渐成为人们为各种系统建模、描述系统体系结构、商业体系结构和商业过程时使用的统一工具，并且在实践过程中人们还在不断扩展它的应用领域。,10.1 概 述,10.1.1 UML的产生和发展 10.1.2 UML的系统结构 10.1.3 UML的图 10.1.4 UML的应用领域,10.1.1 UML的产生和发展,面向对象建模语言在20世纪70年代中期开始出现，19891994年，面向对象建模语言的数量从不到10种增加到50多种。到了20世纪90年代中期
3、，出现了第二代面向对象方法，其中最著名的是Booch、OOSE（object oriented software engineering，面向对象软件工程）、OMT（object modeling technique，面向对象建模技术）等方法。,10.1.1 UML的产生和发展,Booch是面向对象方法最早的倡导者之一，他提出了OOAD（object-oriented analysis and design，面向对象分析与设计）的概念。1991年他把以前面向Ada的工作扩展到整个面向对象设计领域。他提出的Booch方法（Booch Method）比较适合于系统的设计和构造。,10.1.1 UM
4、L的产生和发展,Rumbaugh等人提出的OMT方法，采用了面向对象的概念，并引入了各种独立于语言的表示符号。这种方法用对象模型、动态模型和功能模型，共同完成对整个系统的建模，所定义的概念和符号适用于软件开发的分析、设计和实现的全过程，软件开发人员无须在开发过程的不同阶段进行概念和符号的转换。OMT是UML的前身。,10.1.1 UML的产生和发展,Jacobson于1994年提出了OOSE方法，其最大特点是面向用例（use case），并在用例的描述中引入了外部角色（actor）的概念。用例的概念是精确描述需求的重要工具，用例贯穿于整个开发过程，包括对系统的测试和验证过程。OOSE比较适合支
5、持商业工程和需求分析。,10.1.1 UML的产生和发展,面对众多的建模语言，用户很难找到一种最适合其应用特点的语言，而且不同建模语言之间存在的细微差别极大地妨碍了用户之间的交流。面向对象方法发展的客观现实，要求在精心比较不同建模语言的优缺点及总结面向对象技术应用经验的基础上，组织联合设计小组，根据应用的需要，集中各种面向对象方法的优点，克服缺点，统一建模语言。,10.1.1 UML的产生和发展,1994年10月，Booch和Rumbaugh开始致力于统一建模语言的工作，于1995年10月发布了第一个公开版本，称为“统一方法（unified method）”UM 0.8。1995年秋，OOSE
6、方法的创始人Jacobson也加入到这项工作中，于1996年6月和10月分别发布了两个新的版本，即UML 0.9和UML 0.91，并把UM改名为UML。,10.1.1 UML的产生和发展,1997年9月，UML 1.1再次被提交给OMG，并于1997年11月17日正式被OMG采纳作为基于面向对象技术的标准建模语言。此后，UML一直没有停止前进的步伐，1998年、1999年和2000年分别发布了UML 1.2、UML 1.3和UML 1.4，并在2001年经过重要修订后推出UML 2.0。,10.1 概 述,10.1.1 UML的产生和发展 10.1.2 UML的系统结构 10.1.3 UML
7、的图 10.1.4 UML的应用领域,10.1.2 UML的系统结构,UML规范为了适应正式规格化技术的需求，通过使用元模型化（metamodeling）方式来定义的。这一方式虽然缺乏正式规格化方法，但对于实现者和使用者来说却是更加直观和实用。,10.1.2 UML的系统结构,1UML的设计原则 UML元模型满足以下几条设计原则。 模块化把强内聚和松耦合的原则应用到分组构建包（package）和组织特征成为元类（metaclass）。,10.1.2 UML的系统结构, 分层化有两种分层方式被运用到UML元模型中，一是通过包结构分层将元语言核心构件与用到它们的高层构件区分开，二是使用一个四层元模
8、型架构模式来分离跨越层之间抽象的关注点。 分区化分区用来在同一层组织概念领域。,10.1.2 UML的系统结构, 可扩展UML使用两种方式来扩展：一是为特定平台（如J2EE、.NET等）和特定领域（如金融、电信，宇航等）定义一组新的方言；二是重用基础架构库的包来定义新的语言。前一种方式是定义新的方言，而后一种方式是给UML语言家族增添新成员。,10.1.2 UML的系统结构, 可重用通过重用一组细化和弹性化的元模型库来定义UML元模型，同时还定义了其他架构相关的元模型，如元对象设施（meta object facility，MOF）和公用仓库元模型（common warehouse metam
9、odel，CWM）。,10.1.2 UML的系统结构,2UML的语义 UML的语义是定义在一个4层（4个抽象级别）建模概念框架中的，这四层分别介绍如下。 （1）元元模型（meta-metamodel）层 由UML最基本的元素“事物（thing）”组成，代表要定义的所有事物。,10.1.2 UML的系统结构,（2）元模型（metamodel）层 由UML基本元素组成，包括面向对象和面向构件的概念。这一层的每个概念都是元元模型中“事物”概念的实例。 （3）模型（model）层 由UML模型组成，这一层的每个概念都是元模型层中概念的实例（通过构造型化）。这一层的模型通常称为类模型或类型模型。,10.
10、1.2 UML的系统结构,（4）用户模型（user model）层 由UML模型的例子组成，这一层中的每个概念都是模型层的一个实例（通过分类），也是元模型层概念的一个实例（通过构造型化）。这一层的模型通常称为对象模型或实例模型。,10.1.2 UML的系统结构,3UML的表示法 UML由视图（view）、图（diagram）、模型元素（model element）、通用机制（general mechanism）等几个部分组成。,10.1.2 UML的系统结构,（1）视图 为了完整地描述一个系统，往往需要描述该系统的许多方面。用视图可以表示被建模系统的各个方面，也就是说，从不同目的出发可以为系统
11、建立多个模型，这些模型都描述同一个系统，只是描述的角度不同，它们之间具有一致性。,10.1.2 UML的系统结构,（2）图 图是用来表达一个视图的内容的，通常，一个视图由多张图组成。UML共定义了9种不同的图，把它们有机地结合起来就可以描述系统的所有视图。,10.1.2 UML的系统结构,（3）模型元素 可以在图中使用的概念（如用例、类、对象、消息和关系），统称为模型元素。模型元素在图中用相应的视图元素（图形符号）表示。一个模型元素可以用在多个不同的图中，不管怎样使用，它总是具有相同的含义和相同的符号表示。,10.1.2 UML的系统结构,（4）通用机制 UML利用通用机制为图附加一些额外的信
12、息，如可以在“笔记”中书写注释，或用“标签值”说明模型元素的性质等。此外，它还提供扩展机制（如构造型、标签值、约束），使UML能够适应一种特殊方法或满足某些特殊用户的需要。,10.1 概 述,10.1.1 UML的产生和发展 10.1.2 UML的系统结构 10.1.3 UML的图 10.1.4 UML的应用领域,10.1.3 UML的图,UML主要用图来表达模型的内容，而图又由代表模型元素的图形符号组成。学会使用UML的图，是学习、使用UML的关键。本小节概括地介绍UML的图，后面各节还将结合实例更详细地讲述UML的图。,10.1.3 UML的图,1用例图（use-case diagram）
13、 用例是对系统提供的功能（即系统的具体用法）的描述。用例图从用户的角度描述系统功能，并指出各个功能的操作者。用例图定义了系统的功能需求。,10.1.3 UML的图,2静态图（static diagram） 这类图描述系统的静态结构，属于这类图的有类图（class diagram）和对象图（object diagram）。类图不仅定义系统中的类，表示类与类之间的关系（如关联、依赖、泛化、细化等关系），也表示类的内部结构（类的属性和操作）。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命期内都是有效的。,10.1.3 UML的图,对象图是类图的实例，它使用几乎与类图完全相同的图示符号。两者之间的差别在于
14、，对象图表示的是类的多个对象实例，而不是实际的类。由于对象有生命周期，因此对象图只能在系统的某个时间段内存在。一般说来，对象图没有类图重要，它主要用来帮助对类图的理解，也可用在协作图中，表示一组对象之间的动态协作关系。,10.1.3 UML的图,3行为图（behavior diagram） 这类图描述系统的动态行为和组成系统的对象间的交互关系，包括状态图（state diagram）和活动图（activity diagram）两种图形。状态图描述类的对象可能具有的所有状态，以及引起状态变化的事件，状态变化称做状态转换。通常，状态图是对类图的补充。,10.1.3 UML的图,实际使用时，并不需要
15、为每个类都画状态图，仅需要为那些有多个状态，且其行为在不同状态有所不同的类画状态图。 活动图描述为满足用例要求而进行的动作以及动作间的关系。活动图是状态图的一个变种，它是另一种描述交互的方法。,10.1.3 UML的图,4交互图（interactive diagram） 这类图描述对象间的交互关系，包括顺序图（sequence diagram）和协作图（collaboration diagram）两种图形。顺序图显示若干个对象间的动态协作关系，它强调对象之间发送消息的先后次序，描述对象之间的交互过程。,10.1.3 UML的图,协作图与顺序图类似，也描述对象间的动态协作关系。除了显示对象间发送
16、的消息之外，协作图还显示对象及它们之间的关系（称为上下文相关）。由于顺序图和协作图都描述对象间的交互关系，所以建模者可以选择其中一种表示对象间的协作关系：如果需要强调时间和顺序，最好选用顺序图；如果需要强调上下文相关，最好选择协作图。,10.1.3 UML的图,5实现图 这类图提供关于系统实现方面的信息，构件图（component diagram）和部署图（deployment diagram）属于这类图。构件图描述代码构件的物理结构及各个构件之间的依赖关系。构件可能是源代码、二进制文件或可执行文件。使用构件图有助于分析和理解构件之间的相互影响。,10.1.3 UML的图,部署图用来定义系统中软件和硬件的物理体系结构。通常，部署图中显示实际的计算机和设备（用节点表示），以及各个节点之间的连接关系，也可以显示连接的类型及构件之间的依赖关系。在节点内部显示可执行的构件和对象，以清晰地表示出哪个软件单元运行在哪个节点上。,10.1 概 述,10.1.1 UML的产生和发展 10.1.2 UML的系统结构 10.1.3 UML的图
