統(tǒng)一建模語言第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.1UML簡介1UML的產(chǎn)生和成長

UML發(fā)展歷史大致可以概括為四個階段:第一階段：面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)家聯(lián)合行動。1994年10月，GradyBooch和JimRumbaugh開始致力于這一工作。第二階段：公司的聯(lián)合行動。1996年，UML的開發(fā)者得到了來自公眾的正面反應(yīng)，并倡議成立了UML成員協(xié)會，以完善、加強和促進UML的定義工作。第三階段：在OMG組織、控制下對UML規(guī)范進行的修訂和改進，產(chǎn)生了UML1.2、1.3、1.4、1.5等版本。第四階段：目前所處階段。目前所處階段是本世紀開始以來的重大修訂，推出了全新的版本2.0。第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2UML的定義及目標

UML是一種標準的圖形化建模語言，它是面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的一種標準表示。

1、它是一種可視化的建模語言。

2、它是一種建模語言規(guī)格說明，是一種表示的標準。

3、不是過程也不是方法，但允許任何一種過程和方法使用它UML主要作者提出的目標是：提供給用戶一個易于使用和表達的可視化的建模語言，使他們能夠開發(fā)和交流有意義的模型。獨立于任何開發(fā)語言。獨立于任何開發(fā)過程。簡單并且可擴展，具有擴展和專有化機制，便于擴展，無需對核心概念進行修改。提供了解建模語言的一個基本手段。支持面向?qū)ο蟮脑O(shè)計與開發(fā)中涌現(xiàn)出的高級概念，例如協(xié)作、框架、模式和構(gòu)件，強調(diào)在軟件開發(fā)中對架構(gòu)、框架、模式和構(gòu)件的重用。最佳的軟件工程實踐經(jīng)驗的集成。有利于面向?qū)ο蠊ぞ叩氖袌龀砷L。第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3UML的應(yīng)用領(lǐng)域

1．在不同類型系統(tǒng)中的應(yīng)用UML常見的應(yīng)用有：信息系統(tǒng)（InformationSystem）;技術(shù)系統(tǒng)（TechnicalSystem）;嵌入式實時系統(tǒng)（EmbeddedReal-TimeSystem）;分布式系統(tǒng)（DistributedSystem）;系統(tǒng)軟件（SystemSoftware）;商業(yè)系統(tǒng)（BusinessSystem）;在軟件開發(fā)的不同階段中的應(yīng)用,UML適用于系統(tǒng)開發(fā)過程中從需求規(guī)格描述到系統(tǒng)完成后測試的不同階段。第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.2UML語言概述1視圖（views）視圖用來表示被建模系統(tǒng)的各個方面。視圖由多個圖（Diagrams）構(gòu)成，它不是一個圖片（graph），而是在某一個抽象層上對系統(tǒng)的抽象表示。如果要為系統(tǒng)建立一個完整的模型圖，只需定義一定數(shù)量的視圖，每個視圖表示系統(tǒng)的一個特殊的方面就可以了。另外，視圖還把建模語言和系統(tǒng)開發(fā)時選擇的方法或過程連接起來。第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2圖(diagram)圖由圖片（graph）組成。圖片是模型元素的符號化。把這些符號有機地組織起來形成的圖，表示了系統(tǒng)的一個特殊部分或某個方面。一個典型的系統(tǒng)模型應(yīng)有多個各種類型的圖，圖是一個具體視圖的組成部分，在畫一個圖時就相當(dāng)于把這個圖分配給某個視圖了。依據(jù)圖本身的內(nèi)容，有些圖可能是多個視圖的一部分。UML中包含用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖、活動圖、構(gòu)件圖、部署圖共九種。使用這九種圖就可以描述世界上任何復(fù)雜的事物，這充分地顯示了UML的多樣性和靈活性。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3模型元素圖為

一些通用的模型元素符號示例在圖中使用的概念統(tǒng)稱為模型元素。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4通用機制UML語言利用通用機制為圖附加一些信息，這些信息通常無法用基本的模型元素表示，常用的通用機制有修飾（adornment）、筆記（note）和規(guī)格說明（specification）等。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）5UML建模工具

隨著UML的誕生與發(fā)展，涌現(xiàn)出了眾多的UML建模工具。如RationalRose、Microsoft的MicrosoftOfficeVisio、Jude、免費的UML工具BOUML、SparxSystems的EnterpriseArchitect(EA)、使用java編寫的開源UML產(chǎn)品ArgoUml、StartUML等等。第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.3用例建模用例建模描述一個系統(tǒng)應(yīng)該做什么，描述的是外部參與者所理解的系統(tǒng)功能。構(gòu)建用例模型是通過開發(fā)者與客戶或最終使用者對需求規(guī)格說明達成的共識，明確系統(tǒng)的基本功能，為后階段的工作打下基礎(chǔ)。用例模型的基本組成部件是用例、參與者和系統(tǒng)。用例用于描述系統(tǒng)的功能，也就是從外部用戶的角度，觀察系統(tǒng)應(yīng)支持哪些功能，幫助分析人員理解系統(tǒng)的行為，它是對系統(tǒng)功能的宏觀描述。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）1用例圖用例模型可以由若干個用例圖組成，用例圖中包含系統(tǒng)、參與者和用例等三種模型元素。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2參與者（actor）1)參與者是與系統(tǒng)交互的人或事2)尋找參與者通過回答下列的一些問題確定參與者：（1）使用系統(tǒng)主要功能的人是誰？（即主要參與者）（2）需要借助于系統(tǒng)完成日常工作的人。（3）維護、管理系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常工作的人（次要參與者）。（4）系統(tǒng)要控制哪些硬件設(shè)備？（5）系統(tǒng)需要與哪些其它系統(tǒng)交互？（6）對系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果感興趣的人或事是哪些？第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3用例用例代表的是參與者感受到的一個完整的功能。UML中的用例是動作步驟的集合。系統(tǒng)中的每種可執(zhí)行情況就是一個動作，每個動作由許多具體步驟實現(xiàn)。1)用例的特征（1）用例總由參與者初始化，即：參與者必須直接或間接地指示系統(tǒng)執(zhí)行用例。（2）用例為參與者提供值。用例必須為參與者提供實在的值，這個值能被參與者識別。（3）用例是一個完整的描述。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2．尋找用例對于已識別的參與者，通過詢問下列問題就可發(fā)現(xiàn)用例：（1）參與者需要系統(tǒng)提供哪種功能？參與者需要做什么？（2）參與者需要讀取、產(chǎn)生、刪除、修改或存儲系統(tǒng)中的某種信息嗎？（3）系統(tǒng)中發(fā)生的事件需要通知參與者嗎？或者參與者需要通知系統(tǒng)某件事嗎？這些事件（功能）能干些什么？（4）如果用系統(tǒng)的新功能處理參與者的日常工作，是簡單化了還是提高了工作效率?第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3)用例的描述應(yīng)包括下面幾個方面：（1）用例的目標：用例的最終任務(wù)是什么？想達到什么樣的目標？（2）用例是怎樣被啟動（initiate）的：哪個參與者在怎樣的情況下啟動執(zhí)行用例？比如張三買了車，是所以要投保的原因。（3）參與者和用例之間的消息流：參與者和用例之間的哪些消息是用來通知對方的？哪些是修改或檢索信息的？哪些是幫助用例做決定的？系統(tǒng)和參與者之間的主消息流描述了什么問題?系統(tǒng)使用或修改了哪些實體?（4）用例的多種執(zhí)行方案：在不同的條件或特殊情況下,用例能依當(dāng)時條件選擇一種合適的執(zhí)行方案。（5）如何通過給參與者一個值來結(jié)束用例。第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4)用例之間的關(guān)系用例之間有擴展（extend）、使用（use）、組合三種關(guān)系。擴展和使用是繼承關(guān)系的另一種體現(xiàn)形式。組合則是把相關(guān)的用例打成包（package），當(dāng)作一個整體看待。第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.4類與對象建模1類和對象

在面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)中，我們采用分類的方法將客觀世界的實體映射為對象，并歸納成一個個類。、對象和他們之間的關(guān)聯(lián)是面向?qū)ο蠹夹g(shù)中最基本的元素。在UML中，類和對象模型分別由類圖和對象圖表示。

第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2類圖和對象圖類圖是類圖屬于一種靜態(tài)模型，是用類和它們之間的關(guān)系描述系統(tǒng)的一種圖示。對象圖是類圖的一個實例。表示在某一時刻類的具體實例和這些實例之間的具體連接關(guān)系。

第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3關(guān)系

類圖由類和它們之間的關(guān)系組成，類與類之間的關(guān)系有關(guān)聯(lián)（association）、依賴（dependency）、泛化（generalization）1)關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)表示兩個類之間存在某種語義上的聯(lián)系，用于描述類與類之間的連接。根據(jù)不同的含義關(guān)聯(lián)可分為普通關(guān)聯(lián)、遞歸關(guān)聯(lián)、限定關(guān)聯(lián)、或關(guān)聯(lián)、有序關(guān)聯(lián)、三元關(guān)聯(lián)和聚合等七種。第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2)聚合（aggregation）（一般聚合、共享聚合、組合—復(fù)合聚合）聚合是一種特殊形式的關(guān)聯(lián)。聚合表示類與類之間的整體與部分的關(guān)系。3)泛化（generalization）泛化表示的是一般描述和具體描述之間的關(guān)系，具體描述建立在一般描述的基礎(chǔ)上，并對其進行了擴展。具體描述與一般描述完全一致，具有其所有特性、成員和關(guān)系。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4)依賴（Dependency）依賴是兩個模型元素間的語義連接，一個是獨立的模型元素，一個是依賴的模型元素。5)細化(refinement)細化是UML中的術(shù)語,表示對事物更詳細一層的描述。兩個元素A、B描述同一件事物,它們的區(qū)別是抽象層次不同,若元素B是在元素A的基礎(chǔ)上的更詳細的描述,則稱元素B細化了元素A,或稱元素A細化成元素B。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4約束和派生（規(guī)則）UML中的規(guī)則稱為約束和派生。約束用于限制一個模型，我們已經(jīng)討論過的約束有或關(guān)聯(lián)、有序關(guān)聯(lián)和繼承約束。派生用于描述某種事物的產(chǎn)生規(guī)則，比如說一個人的年齡可以由該人的生日和當(dāng)前日期派生出來。一般說來，約束和派生能應(yīng)用于任何模型元素，但最常用于屬性、關(guān)聯(lián)、繼承、角色和時間第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）5包對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，通常都是把它分為若干個較小的系統(tǒng)（子系統(tǒng)）。解決這個問題的一個思路是將許多類集合成一個更高層次的單位,形成一個高內(nèi)聚、低耦合的類的集合。這個思路被松散地應(yīng)用到許多對象技術(shù)中。

第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）6如何確定類 1)尋找類在進行構(gòu)造類圖描述系統(tǒng)的工作時，首先要定義類，也就是將系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)抽象成類的屬性，將處理數(shù)據(jù)的方法抽象為操作。2)類名類的名字用黑體字書寫在長方形的最上面，給類命名時最好能夠反映類所代表的問題域中的概念。3)定義屬性類的屬性放在類名字的下方，用來描述該類的對象所具有的特征。4)定義操作存取、或改變屬性值、或執(zhí)行某個動作都是操作。操作通常又稱為函數(shù)。第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.5動態(tài)建模1消息（massage）在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中,對象間的交互是通過對象間消息的傳遞來完成的。第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2狀態(tài)圖(StateDiagram)狀態(tài)圖(StateDiagram)用來描述一個特定對象的所有可能狀態(tài)及其引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件。大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)都用狀態(tài)圖表示單個對象在其生命周期中的行為。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）3順序圖((SequenceDiagram)順序圖用來描述對象之間動態(tài)的交互關(guān)系,著重體現(xiàn)對象間消息傳遞的時間順序。順序圖存在兩個軸:水平軸表示不同的對象,垂直軸表示時間。順序圖中的對象用一個帶有垂直虛線的矩形框表示,并標有對象名和類名。垂直虛線是對象的生命線,用于表示在某段時間內(nèi)對象是存在的。對象間的通信通過在對象的生命線間畫消息來表示。消息的箭頭指明消息的類型。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4協(xié)作圖（CollaborationDiagram）協(xié)作圖主要描述相互合作的對象間的交互關(guān)系和鏈接關(guān)系(一條鏈接是一個關(guān)聯(lián)的實例化)。順序圖和協(xié)作圖都用來描述對象間的交互，但是側(cè)重點不一樣。順序圖強調(diào)的是時間，而協(xié)作圖強調(diào)的是空間鏈接，顯示真正的對象以及對象間是如何聯(lián)系在一起的，可以只顯示對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同順序圖一樣，協(xié)作圖也可以說明操作的執(zhí)行，用例的執(zhí)行或系統(tǒng)中的一次簡單的交互情節(jié)。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）5活動圖（ActivityDiagram）活動圖使用狀態(tài)圖的符號，與狀態(tài)圖有相同的開始點和結(jié)束點?；顒訄D中的狀態(tài)稱為動作狀態(tài)，用圓角矩形表示，動作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移用箭頭表示。轉(zhuǎn)移上可以附加監(jiān)護條件、發(fā)送子句和動作表達式。第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）11.6物理體系結(jié)構(gòu)建模UML中體系結(jié)構(gòu)的定義為：體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)?？梢赃f歸地將體系結(jié)構(gòu)分解成通過接口交互的部分，連接各個部分的關(guān)系，組裝各個部分的約束。體系結(jié)構(gòu)可以分解成邏輯和物理體系結(jié)構(gòu)。邏輯體系結(jié)構(gòu)主要指定系統(tǒng)的功能特點，通過系統(tǒng)的功能需求來描述；物理體系結(jié)構(gòu)則描述系統(tǒng)的非功能部分：如可靠性、兼容性、資源使用和系統(tǒng)分布。第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）1邏輯體系結(jié)構(gòu)邏輯體系結(jié)構(gòu)處理系統(tǒng)的功能，將功能分配到系統(tǒng)的各個部分，詳細說明它們是如何工作的。邏輯體系結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用邏輯，但不是將邏輯物理上分布到不同的進程、程序或計算機。邏輯體系結(jié)構(gòu)有助于更清楚地了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使得更容易管理和協(xié)調(diào)工作。第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）2物理體系結(jié)構(gòu)物理體系結(jié)構(gòu)詳細描述系統(tǒng)的軟件、硬件。它描述硬件結(jié)構(gòu)，包括不同的節(jié)點以及節(jié)點間如何連接。物理體系結(jié)構(gòu)還說明實現(xiàn)邏輯體系結(jié)構(gòu)中定義的概念的代碼模塊的物理結(jié)構(gòu)和相關(guān)性，軟件運行時，進程、程序和其它構(gòu)件的分布。第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）構(gòu)件圖描述軟件構(gòu)件及構(gòu)件之間的關(guān)系，顯示代碼的結(jié)構(gòu)。構(gòu)件是邏輯體系結(jié)構(gòu)中定義的概念和功能在物理體系結(jié)構(gòu)中的實現(xiàn)。典型情況下構(gòu)件是開發(fā)環(huán)境中的實現(xiàn)文件。3構(gòu)件圖

構(gòu)件圖描述軟件構(gòu)件及構(gòu)件之間的關(guān)系，顯示代碼的結(jié)構(gòu)。構(gòu)件是邏輯體系結(jié)構(gòu)中定義的概念和功能在物理體系結(jié)構(gòu)中的實現(xiàn)。典型情況下構(gòu)件是開發(fā)環(huán)境中的實現(xiàn)文件。

第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期二計算機科學(xué)與工程學(xué)院SoftwareEngineer）4部署圖部署圖描述處理器、設(shè)備、軟件構(gòu)件在運行時的體系結(jié)構(gòu)。它是系統(tǒng)拓樸的最終的物理描述，即描述硬件單元和運行在硬件