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1、面向对象建模与设计实验教学大纲一、课程基本信息课程名称：面向对象建模与设计课程编码：31084025适用专业：计算机类开课学期：大三第一学期课程类型：独立设课/非独立设课课程学时：独立设课：总学时 学时；非独立设课：总学时 36 学时（其中理论课 18 学时，实验课 18 学时）课程学分：1.5先修课程：大学计算机基础并修课程：UML内容简介： 主要开设以下4个实验： 1. 用例建模（6学时）2时序图建模（6学时）3. 活动图建模（3学时）4. 对象图（类图）建模（3学时）二、实验课程的性质与任务面向对象建模与设计是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践
2、。本课程的目的就是要达到理论与实际应用相结合，使同学们能够根据现实世界事物的特性和关系，学会数据抽象、组织的方法，能把现实世界中的实际问题在计算机内部通过模型表示出来，并培养基本的、良好的分析问题、解决问题和建模设计技能。三、实验项目实验一 用例建模实验1实验类别 专业基础2实验类型 设计性3学时 64实验的目的和要求1）理解用例基本概念2）掌握详述风格用例的基本组成部分、格式3）掌握标识参与者、标识用例4）熟悉标识用例的基本步骤5）掌握使用Rose工具绘制用例图6）能够参考给定实例完成自选系统的用例建模（文档，用例图）5实验内容或原理1）用例：定义了系统是如何被参与者所使用的，它描述的是参与
3、者为了使用系统所提供的某一完整功能而与系统之间发生的交互。 2）参与者：与系统发生交互的外部实体。3）需求获取将注意力放在系统目标描述上。需求获取包括一下活动：标识参与者 标识出未来系统将支持的不同用户类型。标识场景 对未来系统的典型功能用一组带有细节的场景来描述。标识用例 从场景中抽象出用例。求精用例 细化每一个用例和描述面临错误和异常条件时系统行为。标识用例之间关系 标识出用例之间的依赖关系。标识非功能性需求 如：性能上约束、文档、资源、安全性、质量等。教师使用案例：图书馆管理系统用例建模学生参考图书馆管理系统用例建模完成自选系统用例建模详述风格用例模版：用例名范围 级别 主要参与者涉众及
4、其关注点前置条件成功保证（后置条件） 主成功场景（或基本流程、主事件流）扩展（或替代流程，备用流）6实验步骤学生填写1）先分析参与者2）标识场景（用例）3）编写用例文档4）绘制用例图（步骤）7实验中主要使用的仪器、设备计算机8实验材料无9实验安全和注意事项学生实验完毕离开实验室需关闭电脑，并把凳子摆放整齐。实验二 时序图建模1实验类别 专业基础2实验类型 设计性3学时 64实验的目的和要求1）掌握时序图的基本概念；2）能够根据事件流，准确确定对象，画出时序图；3）熟练使用软件创建时序图；4）掌握标识参与对象的方法。5实验内容或原理1）时序图 时序图是强调消息时间顺序的交互图。时序图描述了对象之
5、间传送消息的时间顺序，用来表示用例中的行为顺序。时序图将交互关系表示为一个二维图。其中，纵轴是时间轴，时间沿竖线向下延伸。横轴代表了在协作中各独立的对象。2）时序图的组成时序图包含了4个元素：对象（Object）生命线（Lifeline）消息（Message）激活（Activation）3）对象 时序图中对象的符号和对象图中对象所用的符号一样。将对象置于时序图的顶部意味着在交互开始的时候对象就已经存在了，如果对象的位置不在顶部，那么表示对象是在交互的过程中被创建的。 4）生命线生命线是一条垂直的虚线，表示时序图中的对象在一段时间内的存在。每个对象的底部中心的位置都带有生命线。生命线是一个时间线
6、，从时序图的顶部一直延伸到底部，所用的时间取决于交互持续的时间。对象与生命线结合在一起称为对象的生命线，对象的生命线包含矩形的对象图标以及图标下面的生命线。 5）消息消息定义的是对象之间某种形式的通信，它可以激发某个操作、唤起信号或导致目标对象的创建或撤销。消息是两个对象之间的单路通信，从发送方到接收方的控制信息流。消息可以用于在对象间传递参数。消息可以是信号，也可以是调用。在UML中，消息使用箭头来表示，箭头的类型表示了消息的类型。6）激活激活表示该对象被占用以完成某个任务，去激活指的则是对象处于空闲状态、在等待消息。在UML中，为了表示对象是激活的，可以将该对象的生命线拓宽成为矩形。其中的
7、矩形称为激活条或控制期，对象就是在激活条的顶部被激活的，对象在完成自己的工作后取消激活。激活条：7）对象的创建和撤销如果对象位于时序图的顶部，说明在交互开始之前该对象已经存在了。如果对象是在交互的过程中创建的，那么它应当位于图的中间部分。对象在创建消息发生之后才能存在，对象的生命线也是在创建消息之后才存在的。8）标识初始分析对象的启发式准则：l 开发者和用户必须弄清楚的术语。l 在用例中重复使用的名词。l 系统必须跟踪的现实世界中的实体。l 系统必须跟踪的现实世界中的处理。l 用例。l 数据源和数据汇。l 与用户交互的人工制品。l 应用域中的术语。6实验步骤图书馆管理系统时序图建模：1）标识每
8、个用例的参与对象（初始分析对象）2）标识对象之间的关系3）绘制时序图7实验中主要使用的仪器、设备计算机8实验材料无9实验安全和注意事项学生实验完毕离开实验室需关闭电脑，并把凳子摆放整齐。实验三 活动图建模1实验类别 专业基础2实验类型 设计性3学时 34实验的目的和要求1）掌握活动图的概念和组成；2）根据事件流，能准确地设计出活动图；3）熟练使用软件创建活动图。5实验内容或原理1）活动及活动图活动是某件事情正在进行的状态。活动在状态机中表现为一个由一系列动作组成的非原子的执行过程。活动图是一种描述系统行为的图，它用于展现参与行为的类所进行的各种活动的顺序关系。活动图与状态图都是状态机的表现形式
9、。活动图着重表现从一个活动到另一个活动的控制流，是内部处理驱动的流程。2）活动图的图形表示在UML中，活动表示成圆角矩形。如果一个活动引发下一个活动，两个活动的图标之间用带箭头的直线连接。活动图也有起点和终点，分别用一个实心的圆和一个套有一个实心圆的空心圆表示。活动图的起点活动图的终点活动图中还包括分支与合并、分叉与汇合等模型元素。它们的表示方法如下图：6实验步骤分析图书馆管理系统活动图：1）借阅者的活动图2）参考借阅者活动图绘制其他参与者活动图7实验中主要使用的仪器、设备计算机8实验材料无9实验安全和注意事项学生实验完毕离开实验室需关闭电脑，并把凳子摆放整齐。实验四 对象图（类图）建模1实验
10、类别 专业基础2实验类型 设计性3学时 34实验的目的和要求1）确定系统中相应的类，建立类的属性和操作；2）正确定义类的继承关系，分析属性和操作的可继承性；3）正确分析类之间的关系，熟练使用软件创建出完整的类图。5实验内容或原理1）类是面向对象系统组织结构的核心。对一组具有相同属性、操作、关系和语义的对象的抽象。包括名称部分（Name）、属性部分（Attribute）和操作部分（Operation）。名称： 来自系统的问题域。是一个名词，且不应该有前缀或后缀。分为简单名称和路径名称。 属性：描述了类在软件系统中代表的事物（即对象）所具备的特性。类可以有任意数目的属性，也可以没有属性。在UML中
11、，类属性的语法为：操作：对类的对象所能做的事务的抽象。一个类可以有任意数量的操作或者根本没有操作。返回类型、名称和参数一起被称为操作签名。在UML中，类操作的语法为：约束：指定了类所要满足的一个或多个规则。形式化的方法。 2）类之间的关系依赖关系：表示两个或多个模型元素之间语义上的关系。例如：客户以某种形式依赖于提供者。关联、实现和泛化都是依赖关系。 泛化关系：存在于一般元素和特殊元素间的分类关系。可以用于类、用例以及其他模型元素。描述了一种“is a kind of” 的关系。关联关系：一种结构关系。指明事物的对象之间的联系。 关联关系包括：名称（Name）角色（Role）多重性（Multi
12、plicity）聚合关系（Aggregation）组合关系（Composition）导航性（Navigation）（1） 名称使用一个动词或动词短语来命名关联。清晰而简洁地说明对象间关系。关联的名称并不是必需的。可以前缀或后缀一个指引阅读方向的方向指示符，以消除歧义。（2） 角色 关联关系中一个类对另一个类所表现出来的职责。角色的名称应该是名词或名词短语，以解释对象是如何参与关系的。 （3） 多重性 指有多少对象可以参与该关联。可以表达一个取值范围、特定值、无限定的范围或一组离散值。格式：“minimum.maximum” （均为Int型）。赋给一个端点的多重性表示该端点可以有多少个对象与另一
13、个端点的一个对象关联。 （4） 聚合关系 一种特殊类型的关联。表示整体与部分关系的关联。描述了“has a”的关系。 （5） 组合关系聚合关系中的一种特殊情况，是更强形式的聚合，又称强聚合。成员对象的生命周期取决于聚合的生命周期。聚合不仅控制着成员对象的行为，而且控制着成员对象的创建和解构。 （6） 导航性 描述一个对象通过链进行导航访问另一个对象。使用导航性可以降低类间的耦合度。 包括：单向关联和双向关联。实现关系：规格说明和其实现之间的关系。 客户必须至少支持提供者的所有操作。 泛化和实现都可以将一般描述与具体描述联系起来：泛化将同一语义层上的元素连接起来，并且通常在同一模型内。实现将不同
14、语义层内的元素连接起来，并且通常建立在不同的模型内。6实验步骤 1）设计图书馆管理系统对象模型。 （1）对象属性 （2）对象方法 2）绘制对象图 绘制的步骤7实验中主要使用的仪器、设备计算机8实验材料无9实验安全和注意事项学生实验完毕离开实验室需关闭电脑，并把凳子摆放整齐。四、实验报告基本要求本实验课要求交3分实验报告：1. 用例建模2时序图建模3. 对象图（类图）建模五、教材和实验指导手册实验教案六、其它说明学生必须认真完成每个实验，并按时上交实验报告。七、参考资料1.复杂系统的面向对象建模分析与设计范玉成 曹军威 编著 清华大学出版社 施普林格出版社2. UML面向对象建模与设计【美】Michael Blaha James Rumbaugh 著 车皓阳 杨眉 译 人民邮电出版社课程负责人：杜英国实验室负责人：李锟华学院领导：左国超11
