软件建模与设计之UML概念

╰+攻爆jí腚メ 2023-10-12 14:36 51阅读 0赞

1.UML事物  
UML有3种基本的构造块，分别是事物（元素）、关系和图。事物是UML中重要的组成部分。关系把事物紧密联系在一起。图是很多相关的事物的组。  
UML中的事物也称为建模元素，包括结构事物、动作事物、分组事物和注释事物。这些事物是UML模型中最基本的面向对象的构造块。  
（1）结构事物。结构事物在模型中属于最静态的部分，代表概念上或物理上的元素。总共有7种结构事物：  
● 第一种是类，类是描述具有相同属性、方法、关系和语义的对象的集合。一个类实现一个或多个接口。  
● 第二种是接口，接口是指类或组件提供特定服务的一组操作的集合。因此，一个接口描述了类或组件的对外的可见动作。一个接口可以实现类或组件的全部动作，也可以只实现一部分。  
● 第三种是协作，协作定义了交互的操作，使一些角色和其他元素一起工作，提供一些合作的动作，这些动作比元素的总和要大。因此，协作具有结构化、动作化、维的特性。一个给定的类可能是几个协作的组成部分。这些协作代表构成系统的模式的实现。  
● 第四种是用例，用例用于描述一系列的动作，这些动作是系统对一个特定角色执行，产生值得注意的结果的值。在模型中用例通常用来组织动作事物。用例是通过协作来实现的。  
● 第五种是活动类，活动类的对象有一个或多个进程或线程。活动类和类很相像，只是它的对象代表的元素行为和其他的元素是同时存在的。  
● 第六种是构件，构件是物理上或可替换的系统部分，它实现了一个接口集合。在一个系统中，可能会遇到不同种类的构件，例如DCOM或EJB。  
● 第七种是节点，节点是一个物理元素，它在运行时存在，代表一个可计算的资源，通常占用一些内存和具有处理能力。一个组件集合一般来说位于一个节点，但有可能从一个节点转到另一个节点。  
（2）动作事物：动作事物是UML 模型中的动态部分。它们是模型的动词，代表时间和空间上的动作。总共有两种主要的动作事物。  
● 第一种是交互（内部活动），交互是一组对象在特定上下文中，为达到特定的目的而进行的一系列消息交换而组成的动作。交互中组成动作的对象的每个操作都要详细列出，包括消息、动作次序（消息产生的动作）、连接（对象之间的连接）。  
● 第二种是状态机，状态机由一系列对象的状态组成。  
内部活动和状态机是UML 模型中最基本的两个动态事物元素，它们通常和其他的结构元素、主要的类、对象连接在一起。  
（3）分组事物。分组事物是UML 模型中组织的部分，可以把它们看成一个盒子，模型可以在其中被分解。只有一种分组事物，称为包。包是一种将有组织的元素分组的机制。结构事物、动作事物甚至其他的分组事物都有可能放在一个包中。与组件（存在于运行时）不同的是，包纯粹是一种概念上的东西，只存在于开发阶段。  
（4）注释事物。注释事物是UML模型的解释部分。  
2.UML图  
统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是一个通用的可视化建模语言，用于对软件进行描述、可视化处理、构造和建立软件系统制品的文档。它记录了对必须构造的系统的决定和理解，可用于对系统的理解、设计、浏览、配置、维护和信息控制。UML 适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域以及各种开发工具，UML 是一种总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模方法。UML包括概念的语义、表示法和说明，提供了静态、动态、系统环境及组织结构的模型。它可被交互的可视化建模工具所支持，这些工具提供了代码生成器和报表生成器。UML标准并没有定义一种标准的开发过程，但它适用于迭代式的开发过程。它是为支持大部分现存的面向对象开发过程而设计的。  
UML2.0包含下列13种图形。  
（1）类图：描述了一组类、接口、协作和它们之间的关系。类图是面向对象系统建模中最常见的图，给出了系统的静态设计视图。包含主动类的类图给出系统的静态进程视图。  
（2）对象图（了解）：描述了一组对象和它们之间的关系。和类图一样，对象图给出了系统的静态设计视图或静态进程视图，但它们是从真实案例或原型案例的角度建立的。  
（3）构件图（了解）（组件图）：描述了一个封装的类和它的接口、端口，以及由内嵌的构件和连接件构成的内部结构。构件图用于表示系统的静态设计实现视图。对于由小的部件构建大的系统来说，构件图是很重要的。构件图是类图的变体。  
（4）组合结构图：描述了结构化类（例如，构件或类）的内部结构，包括结构化类与系统其余部分的交互点。组合结构图显示联合执行包含结构化类的行为的部件配置，用于画出结构化类的内部内容。  
（5）用例图（重点）：描述了一组用例、参与者（可能使用用例的人或外部系统）及它们之间的关系。用例图给出了系统的静态用例视图，这些图在对系统的行为进行组织和建模上是非常重要的。用例通常用普通的文本来描述，也可以用活动图来描述。  
（6）顺序图（序列图）和通信图：两者都是交互图。交互图展现了一种交互，它由一组对象或角色以及它们之间可能发送的消息构成。交互图专注于系统的动态视图。顺序图是强调消息的时间次序的交互图；通信图也是一种交互图（在UML 1.x中，被称为协作图），它强调收发消息的对象或角色的结构组织。顺序图和通信图表达了类似的基本概念，但每种图强调概念的不同视图，顺序图强调时序，通信图强调消息流经的数据结构。  
（7）状态图（重点）：描述了一个状态机，它由状态、转移、事件和活动组成。状态图展现了对象的动态视图，它对于接口、类或协作的行为建模尤为重要，而且它强调事件导致的对象行为，这非常有助于对反应式系统建模。状态图通常是对类描述的扩充，它说明该类的对象所有可能的状态，以及哪些事件将导致状态的改变。状态图可以嵌套，即一个状态可以用一张子状态图来描述，也可以用若干张并发执行的子状态图来描述。如果一个状态由n张并发执行的子状态图组成，那么，该状态由n张子状态图中各取一个子状态组合而成。  
（8）活动图：将进程或其他结构展示为计算内部一步步的控制流和数据流。活动图专注于系统的动态视图。它对于系统的功能建模特别重要，并强调对象间的控制流程。  
（9）部署图（了解）：描述了对运行时的处理结点和在其中生存的构件的配置。部署图给出了体系结构的静态部署视图。通常一个结点包含一个或多个制品。制品图展现了计算机中一个系统的物理结构。制品包括文件、数据库和类似的物理比特集合。制品常与部署图一起使用。制品也展现了它们实现的类和构件。  
（10）包图（重点）：描述了由模型本身分解而成的组织单元和它们的依赖关系。  
（11）定时图：是一种交互图，它展现了消息跨越不同对象或角色的实际时间，而不仅仅是关心消息的相对顺序。  
序列图、交互图。。。了解概念，关系，是静态的还是动态的  
（12）交互概览图：是活动图和顺序图的混合物。  
从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，第一步是描述需求；第二步是根据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。其中，第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图（包含包）、对象图、构件图和配置图5个图形，是UML的静态建模机制。第三步中所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和协作图4个图形，是UML的动态建模机制。因此，UML的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。  
3.UML关系  
用UML建立业务模型时，可以把业务人员看作是系统中的角色或者类。在建立抽象模型时，很少有类会单独存在，大多数都将会以某种方式彼此通讯，因此还需要描述这些类之间的关系。关系是事物间的连接，在UML中，有几个很重要的关系。  
（1）依赖关系。有两个元素A、B，如果元素A的变化会引起元素B的变化，则称元素B依赖于元素A。在类中，依赖关系有多种表现形式，例如，一个类向另一个类发消息；一个类是另一个类的成员；一个类是另一个类的某个操作参数等。  
（2）泛化关系。描述了一般事物与该事物中的特殊种类之间的关系，也就是父类与子类之间的关系。继承关系是泛化关系的反关系，也就是说子类是从父类中继承的，而父类则是子类的泛化。在UML中，对泛化关系有3个要求。  
● 子类应与父类完全一致，父类所具有的关联、属性和操作，子元素都应具有；  
● 子类中除了与父类一致的信息外，还包括额外的信息。  
● 可以使用子父类实例的地方，也可以使用子类实例。  
（3）关联关系。关联表示两个类的实例之间存在的某种语义上的联系。例如，一个老师为某所学校工作，一所学校有多间教室。我们就认为老师和学校、学校和教室之间存在着关联关系。关联关系为类之间的通讯提供了一种方式，它是所有关系中最通用、语义最弱的。关联关系通常可以再细分成以下两种：  
● 聚集关系。聚集关系（聚合关系）是关联关系的特例，表示一种整体和部分的关系，其中整体和部分的生命周期不相同。例如，电话机和话筒的关系，电脑和显示器的关系等都是聚集关系的例子。  
● 组合关系。组合关系也是表示一种整体和部分的关系，其中整体和部分的生命周期相同。例如，公司与部门之间的关系就是组合关系的例子。  
（4）实现。类之间的语义关系，其中的一个类指定了由另一个类保证执行的契约。  
在UML中，活动图用来表示系统中各种活动的次序，它的应用非常广泛，既可用来描述用例的工作流程，也可以用来描述类中某个方法的操作行为。活动图是由状态图变化而来的，它们各自用于不同  
4.UML用例关系  
用例是在系统中执行的一系列动作，这些动作将生成特定参与者可见的价值结果。它确定了一个和系统参与者进行交互、并可由系统执行的动作序列。用例模型描述的是外部执行者（actor）所理解的系统功能。用例模型用于需求分析阶段，它的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果，表明了开发者和用户对需求规格达成的共识。两个用例之间的关系可以概括为两种情况。一种是用于重用的包含关系，用include表示（在UML 1.x版本中用use表示）；另一种是用于分离出不同行为的扩展，用extend表示（在UML 1.x版本中用extends表示）。  
（1）包含关系。当可以从两个或两个以上的原始用例中提取公共行为，或者发现能够使用一个构件来实现某一个用例的部分功能很重要时，我们应该使用包含关系来表示它们。  
（2）扩展关系。如果一个用例明显地混合了两种或两种以上的不同场景，即根据情况可能发生多种事情。将这个用例分为一个主用例和一个或多个辅用例描述可能更加清晰。  
（3）泛化关系。用例可以被特别列举为一个或多个子用例，这被称作用例泛化。当父用例能够被使用时，任何子用例也可以被使用。例如，我们购买飞机票，既可以是电话订票，也可以是网上订票，则订票用例就是电话订票和网上订票的抽象。  
5.UML基本元素  
在UML的通用机制中，包用于把元素组织成组；构件是系统中遵从一组接口规范且付诸实现的物理的、可替换的软件模块。  
在面向对象分析过程中，用概念模型来详细描述系统的问题域，用类图来表示概念模型。问题域是指一个包含现实世界事物与概念的领域，这些事物和概念与所设计的系统要解决的问题有关。而建立概念模型，又称为问题域建模、域建模，也就是找到代表那些事物与概念的对象。  
UML系统动态建模 搞清概念  
（1）用例图描述了一组用例和参与者以及它们之间的关系，对于系统行为的组织和建模特别重要。  
（2）交互图是顺序图和协作图的统称。顺序图强调消息的时间次序；协作图强调收发消息的对象的结构组织。这种是同构的，这意味着可以把一种图转换为另一种图而没有信息损失。  
顺序图和协作图统称为交互图，是表示各组对象如何依某种行为进行协作的模型。强调对象交互行为时间顺序时使用顺序图，强调对象协作关系时使用协作图，它们之间没有什么本质不同，只是排版不尽相同而已。  
（3）状态图显示了一个由状态、转换、事件和活动组成的状态机，它强调一个对象按事件次序发生的行为。  
（4）活动图显示了系统中从活动到活动的流，它强调对象之间的控制流，对系统的功能建模是非常重要的。  
6.UML采用4+1视图来描述软件和软件开发过程。  
（1）逻辑视图：以问题域的语汇组成的类和对象集合。  
（2）进程视图：可执行线程和进程作为活动类的建模，它是逻辑视图的一次执行实例，描绘了所设计的并发与同步结构。  
（3）实现视图：对组成基于系统的物理代码的文件和组件进行建模。  
（4）部署视图：把构件部署到一组物理的、可计算的节点上，表示软件到硬件的映射及分布结构。  
（5）用例视图：最基本的需求分析模型。