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1、21:05:22,第10章 统一建模语言UML,21:05:22,统一建模语言UML是软件开发过程中的面向对象建模语言和建模工具，也是面向对象建模所必需的描述手段和处理方法。软件开发者通过UML学习，能够有效地培养面向对象建模语言应用能力，编制高效可靠的程序，为面向对象分析和设计能力奠定基础。 本章简要介绍统一建模语言UML基本知识，并从面向对象技术的角度分析了UML建模和建模工具，从软件生命周期的角度详细讲述了UML视图建模。并通过一个应用实例汽车租赁系统，给出软件系统分析设计中使用UML建模的全过程，主要包括需求分析、系统设计和系统模型等。,21:05:22,本章内容提要: UML基本知识
2、 面向对象分析技术与UML UML建模工具 UML视图建模 应用实例-汽车租赁系统,21:05:22,10.1 UML基本知识,UML发展历史,UML基本概念,UML特点,21:05:22,UML（unified modeling language）称为统一建模语言或标准建模语言。1997年依据OMG标准创建了UML，它是支持模型化和软件系统开发的图形化语言，对软件工程生命周期五个阶段（软件系统需求分析、系统分析与设计、系统实现、系统测试和系统维护）提供了模型化和可视化支持。 面向对象统一建模语言诞生于20世纪70年代中期，19891994年其数量从不到十种增加到了五十多种。在众多的建模语言中
3、，语言的创造者努力推崇自己的产品，并在实践中不断完善。由于使用者（用户）并不了解不同建模语言的优缺点及相互之间的差异，因而很难选择合适的建模语言，于是爆发了一场“方法大战”。,21:05:22,目前较流行的方法有Booch，Rumbaugh（OMT），Jacobson（OOSE），Coad-Yourdon等。其中Booch擅长设计，OMT擅长分析，OOSE则擅长业务建模。Rumbaugh于1994年离开GE后，加入Booch所在的Rational公司，并研究一种统一的方法。一年之后，Unified Method 0.8诞生，同年Rational收购了Jacobson所在的Objectory A
4、B公司。经过三年的努力，UML 0.9和UML 0.91于1996年相继面世。 为建立UML标准，UML创始人Booch等邀请计算机软件工程界的著名人士，以及著名的企业如IBM、HP、DEC、Microsoft、Oracle等开展UML评估并提出修改意见。1997年1月Rational公司向OMG递交了UML 1.0标准文本，同年11月OMG宣布接受UML，并认定为标准的建模语言。随后OMG相继发布了UML 1.1、UML 1.2、UML 1.3、UML 1.4等标准，2001年OMG发布了UML 2.0标准。 目前，UML仍处在不断发展和完善阶段。,21:05:22,10.1 UML基本知识
5、,UML发展历史,UML基本概念,UML特点,21:05:23,标准的统一建模语言UML内容，主要包括以下五类。 第一类是用例图。它从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 第二类是静态图（static diagram）。它包括类图、对象图和包图。类图描述系统中类的静态结构，它不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，还包括类的内部结构（类的属性和操作）。类图在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，它使用与类图完全相同的标识。其不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段
6、存在。包图由包和包之间的关系组成，它用于描述系统的分层结构。,1）UML内容分类,21:05:23,第三类是行为图（behavior diagram）。它描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系，包括状态图和活动图。状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实际运用中并不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。 第四类是交互图（interactive diagram）。它描述对象间的交互关系，包括时序图和协作图。时序图
7、强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互。协作图描述对象间的协作关系。协作图与时序图相似，它们显示对象间的动态合作关系。协作图除显示信息交换外，还显示对象以及它们之间的关系。在应用中，如果强调时间和顺序，则使用时序图；如果强调上下级关系，则选择协作图。,1）UML内容分类,21:05:23,第五类是实现图（implementation diagram）。它包括组件图和配置图。组件图描述代码组件的物理结构及各组件之间的依赖关系，其中，一个组件可能是一个资源代码组件、一个二进制组件或一个可执行部件。组件图包含逻辑类或实现类的有关信息，有助于分析和理解组件之间的相互影响程度。配置图定义系统
8、中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备（用结点表示）以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在结点内部，放置可执行部件和对象，以显示结点跟可执行软件单元的对应关系。,1）UML内容分类,21:05:23,从应用的角度看，采用面向对象技术设计系统时，UML建模机制通过三步完成。 第一步是描述系统需求。 第二步根据系统需求建立系统的静态模型及系统设计的结构。 第三步是描述系统的行为。 其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，它包括用例图、类图、对象图、组件图和配置图等五种图形，而第三步中所建立的模型可以执行，或表示执行时的时序状态或交互关系，它包括状态图、
9、活动图、时序图和协作图等四种图形。因此，UML建模语言的主要内容可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。,2）UML建模机制,21:05:23,10.1 UML基本知识,UML发展历史,UML基本概念,UML特点,21:05:23,（1）UML统一了Booch、OMT和OOSE等方法中的基本概念。 （2）UML吸取了面向对象技术领域中其他流派的优点，包括非面向对象（OO）方法，还融入了面向对象领域中其他学者的思想，换句话讲，UML思想并不是UML的开发者们发明的，而是开发者们依据最优秀的OO方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。 （3）UML在演变过程中还提出了一些新的概念。例如，
10、在UML标准中新加了模板、职责、扩展机制、线程、过程、分布式、并发、模式、合作、活动图等新概念，并能清晰地区分类型、类和实例、细化、接口和组件等概念。,UML的主要特点可以归纳为以下三点。,21:05:23,10.2 面向对象分析技术与UML,面向对象分析技术,采用UML进行面向对象分析,21:05:23,面向对象分析与设计（OOA & D）是继传统的过程化程序设计之后，软件技术的又一重大变革。它最基本的原则就是抽象，即把一类具有相同属性和行为的实体抽象成为一个类（class），再通过把类实例化成对象（object）来映射现实世界中的某一个具体实体。对象通过操作（operation）来对外提供
11、相应的服务，在对象模型中，只需要描述对象所实现的功能和封装操作实现的细节。 UML的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领域。UML最常用的是建立软件系统的模型，也可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。 总之，UML是一个通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。,21:05:23,10.2 面向对象分析技术与UML,面向对象分析技术,采用UML进行面向对象分析,21:05:23,采用UML进行面向对象分析主要包括构建用例模型和构建分析模型两种方法。 1）构
12、建用例模型 UML是可视化的建模语言，它采用图形符号表示系统中的对象和关系。在实际开发系统时，首先要描述系统需求，然后根据需求建立系统的用例模型。而系统的用例模型是需求分析阶段的最终产品，它包括一个完整的用例图以及对每一个用例的详细描述，从用例模型中，可以得到系统的一个总体概貌。,21:05:23,2）构建分析模型 从实际应用的角度出发，采用面向对象技术不仅能分析系统，而且能建立系统的分析模型；但分析模型是建立在用例模型的基础上的，因此，在获得每一次迭代中的每一个用例过程中，还需要完成发现候选对象、描述对象间的交互和描述类任务。,21:05:23,（1）发现候选对象。识别并发现构成系统的对象是
13、分析过程中重要的任务之一。而在分析过程中，分析模型中常用的三种对象类型如下。 实体对象（entity object）。一般来说，这种对象比较容易发现，它用来描述问题的关键部分的名词。识别方法：列出所有的数据、行为以及听来很重要的名词，然后将数据和行为分配到不同类型的实体对象中。 边界对象（boundary object）。它用来描述系统将如何同参与者交互。识别方法：观察用例图中参与者与用例之间的关系，通常，在分析模型中，每一对参与者/用例都构成了一个边界对象。 控制对象（control object）。在用例的边界对象和实体对象交互过程中，控制对象可以充当它们的中介。在边界对象访问实体对象时，
14、控制对象将一系列复杂的请求封装成通用的工作流，这样访问就会变得简单。识别方法：在分析模型中，每一个用例都应该有一种控制对象。,21:05:23,（2）描述对象间的交互。当识别了实体类、边界类和控制类之后，需要确定这些相关联的对象是如何交互来实现用例的，同时在这个过程中会产生对象的交互图（interaction diagram），以及对象之间的交互行为图。 对象间的交互图是描述每一个对象如何通过合作来完成事件流的。而对象间的合作过程通过以下三步完成。 第一步，将已经识别的参与对象加到时序图中，可以按照一个简单的模式来安排对象actor、boundary、control、entity，即每一个用例
15、是由一个参与者触发的，在参与者和用例之间有一个边界对象。同样地，在边界对象和实体对象之间会有一个控制对象作为联系中介。 第二步，从参与者开始分析，寻找交互行为。对象通过调用方法来交互，这种交互被称为“消息”。一个对象向另一个对象发出消息，调用方法的实现是在接受方的对象中，而每一个消息都是按照它调用的方法来命名的。 第三步，验证消息序列。从最后一个序列开始反着进行，不断地询问每一个对象是否拥有信息。,21:05:23,（3）描述类。分析模型中还包括一种描述类的图，它是用来描述对象交互时要用到的类的方法及类的关系。,21:05:23,10.3 UML建模工具,目前，常见的UML建模工具主要包括Ra
16、tional Rose、Visio、Enterprise Architect和PowerDesigner四种。,21:05:23,Rational Rose 是一种基于 UML 的建模工具。在面向对象应用程序开发领域中，Rational Rose是影响其发展的一个重要因素。它自推出以来就受到了业界的瞩目，并一直引领着可视化建模工具的发展。越来越多的软件公司和开发团队开始或者已经采用Rational Rose进行大型项目开发的分析、建模与设计等。 Rational Rose的特点是：由于Rational Rose支持使用多种构件和多种语言的复杂系统建模，它非常方便用户的使用；利用双向工程技术可以实现迭代式开发；团队管理特性支持大型、复杂的项目。同时，Rational Rose与微软Visual Studio系列工具中GUI的完美结合所带来的方便性，使得它成为绝大多数开发人员首选建模的工
