软件工程 第7章 统一建模语言.ppt

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1、第七章 统一建模语言UML【本章引言】面向对象技术在当今的软件开发过程中有了深入的研究和广泛的应用。面向对象技术使用的各种软件设计工具、规范等在面向对象技术发展的过程中经历了较大的发展。UML就是这个发展过程中最重要的成果。UML统一了面向对象技术的众多表示方法，最终统一为大众所接受的标准建模语言。【本章重点】nUML的概念和主要内容；n用例图、类图、对象图和包；n状态图、交互图和活动图。【学习目标】n掌握UML的概念和主要内容；n掌握UML构造块、规则和公共机制；n掌握UML的建模机制；n了解UML的发展；n了解UML的应用领域n了解各种图的应用。【教学内容】n7.1 UML概述n7.2 U

2、ML的概念模型n7.3 UML的静态建模机制n7.4 UML的动态建模机制n7.5 UML的物理架构建模n7.6 小结小结 n7.7 习题习题7.1.1 UML概念概念nUML(Unified Modeling Language)，统一建模语言，是一种绘制软件蓝图的标准语言，用于对软件系统制品(包括程序、数据及文档等)进行可视化、详细说明、构建并归档处理。nUML具有如下含义：n1.UML是一种语言 语言提供用于交流的词汇及词语组合的规则。建模语言是这样一种语言，它的词汇和规则集中于系统的概念表达和物理表达上。像UML这种建模语言是绘制软件蓝图的标准语言。UML的词汇和规则说明了如何建立模型和

3、阅读建好的模型，但没有说明建立什么模型和什么时候建立模型，这些是软件开发过程的工作范畴。n2.UML是一种可视化语言 有些事物使用文本建模比较好，而有些事物使用图形建模则更好一些。编程语言使用文本来建模，UML是图形化语言，它的建模体系要远远优于文本建模。UML表面看起来是一些图形符号，实际上在每个图形符号的后面是定义明确的语义。一名开发人员使用UML建立一个模型，另一名开发人员能够明确地解释这个模型，而不会出现歧义的理解。n3.UML是一种明确性语言UML建立的模型是精确的、无歧义的和完整的模型。UML还可以对软件系统所有重要的分析、设计、实现和部署软件系统制定规格说明书。n4.UML是一种

4、构建的语言 UML不是编程语言，但它的模型与多种编程语言有直接的联系。可以将UML的模型映射成如Java、C#、C+或Visual Basic的某一种编程语言，甚至映射成关系数据库的表。n5.UML是一种文档化语言好的软件公司除了源程序外还应制作各种软件制品，这些软件制品包括：n系统需求n系统架构n系统设计n源代码n项目计划n系统测试n原型n软件发布UML给出系统架构和所有详细情况的文档。UML提供表达需求和测试的语言，UML也提供项目计划和发布管理活动的建模语言。nUML不是一种建模方法，只是一种建模语言。一般的方法均应该由建模语言和建模过程两部分组成，其中建模语言提供了该方法中用于表示设计

5、的符号，而建模过程则描述了进行设计所需要遵循的步骤。UML统一了面向对象建模的基本概念、术语和图形符号，为使用者建立了易于沟通的共同语言。使用者可以根据所开发软件的类型、环境和条件，选用不同的建模过程。7.1.2 UML的演变 n面向对象技术出现以后，各种建模技术应运而生。UML语言是在总结和归纳了很多面向对象技术和方法基础之上建立起来的。面向对象最早的发起者和倡导者Grady Booch于1993年提出面向对象技术Booch 1993奠定了UML语言发展的基础。Booch 1993适用于软件系统的设计和构建。UML语言的另一个来源是Jim Rumbaugh等人提出的面向对象的建模技术(Obj

6、ect-oriented Modeling Techniques，OMT)。OMT技术采用对象模型、动态模型、功能模型和用例模型一起实现对整个软件系统的建模，所定义的概念和方法可以用于整个软件开发生命周期的分析、设计和实现全过程。1994年另一位面向对象技术专家Ivar Jacobson提出了面向对象软件工程(Object-Oriented Software Engineering，OOSE)的方法，该方法最大的特点是用例，在用例的描述中引入了参与者的概念。n1994年10月，Grady Booch和Jim Rumbaugh将两人各自的技术统一起来，并于1995年10月发布了被称为统一方法(U

7、nified Method)的UM0.8。1995年秋，OOSE的创始人Ivar Jacobson加盟到这一团队中。经过3人的共同努力，在1996年6月发布了UML 0.9版本，在1996年10月发布了UML 0.91新版本，并将UM重新命名为UML(Unified Modeling Language)。后来，很多大公司参与到了这些工作中，这些大公司包括DEC、HP、IBM、Microsoft、Oracle、Rational Software、TI和Unisys等。1997年1月正式公布了UML 1.0，1997年11月17日，OMG(Object Management Group)接纳UML

8、 1.1为基于面向对象技术的标准建模语言。2001年，发布UML 1.4版，2005年7月，发布UML 2.0版。UML的出现统一了面向对象的建模语言，标志着面向对象技术和方法的成熟。7.1.3 UML的主要内容 nUML的定义包括UML语义和UML表示法两部分。UML语义通过其元模型进行严格定义，元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致且通用的定义性说明。UML表示法定义了UML的表示符号，为建模人员和建模支持工具的开发人员提供了标准的图形符号和正文语法。nUML提供了5类图形。n1.用例图(Use Case Diagram)：它从用户的角度描述系统的功能，并且明确指出各功能的

9、操作者。n2.静态图(Static Diagram)：包含类图(Class Diagram)、对象图(Object Diagram)及包图(Package Diagram)。类图用于定义系统中的类，描述系统中类的静态结构。包括类的内部结构(类的属性和操作)及类之间的联系(如关联、依赖和聚合等)。类图描述了系统中类的静态结构，在系统的整个生命周期中都有效。对象图所使用的符号与类图几乎完全相同，不同点在于对象只是类的实例，而不是实际的类。一个对象图是某一类图的实例。对象有生命周期，对象图只会在系统某一时间段内存在。包图由包或类组成，主要包与类、包与包之间的关系。包图用于描述系统的层次结构，而不是一

10、种独立的模型图。n3.行为图(Behavior Diagram)：描述系统的动态模型和组成对象之间的约束关系。行为图包括状态图(Statechart Diagram)和活动图(Activity Diagram)。状态图描述一类对象的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。实际上，并不需要对所有的类图绘制状态图，而只需要对那些有多个状态并且其行为受外界环境的影响而发生变化的类绘制状态图。另一种行为图是活动图，它描述为满足用例要求而要进行的活动和活动之间的约束关系。使用活动图能够很方便地表示并行活动。n4.交互图(Interaction Diagram)：描述对象之间

11、的交互关系。包括时序图(Sequence Diagram)和合作图(Collaboration Diagram)。时序图描述对象之间的动态交互关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时也显示了对象之间的交互过程。合作图着重描述对象之间的协作关系。合作图与时序图相似，显示对象之间的动态合作关系。除了显示信息交换之外，合作图还显示对象以及他们之间的关系。如果强调时间和顺序，应该使用时序图；如果强调互相之间的通信关系，则应该使用合作图。n5.实现图(Implementation Diagram)：包括部件图(Component Diagram)和配置图(Deployment Diagram)。部件图描

12、述代码部件的物理结构以及各部件之间的依赖关系。一个部件可能是一个源代码部件、一个二进制部件或一个可执行程序部件。它包含逻辑类或者实现类的有关信息。部件图有助于分析和理解部件之间相互影响的程度。配置图定义系统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(用节点表示)以及它们之间的连接关系，也可以显示连接的类型和部件之间的依赖性。在节点内部，放置可执行部件和对象，用于显示节点和可执行软件单元之间的对应关系。7.1.4 UML的应用的应用nUML主要用于软件系统，在如下领域得到了广泛应用：n企业信息系统n银行和金融系统n通信n运输n国防/航空n零售n医疗电子n科学研究n分布式Web服务nUM

13、L并不局限于软件建模。它还可以用于其它非软件系统的建模，如法律系统的工作流，医疗保健系统的架构和硬件系统的设计等。nUML可以用于软件开发过程中从需求规格描述、系统设计方案确立、系统实现，一直到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段，可以使用UML中的用例来获取用户需求。通过用例建模，描述与系统关联的参与者及其对系统的功能需求。使用UML类图描述类与类之间的关系，找出问题域中的如类、对象等主要概念和运行机制。为实现用例，类之间要进行协作，这可以用UML动态模型进行描述。在系统分析阶段，要对把现实世界要处理的问题抽象出问题域中的对象，使用UML建模。在系统设计阶段，要考虑定义软件系统中技术细节

14、的类(如数据库、通信、处理用户接口和并行性等问题的类)，为系统实现阶段提供更详细的规格说明。n系统实现阶段的任务是使用面向对象编程语言将来自系统设计阶段的类转换成实际的程序代码。在使用UML建立系统分析和系统设计模型时，要尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。在系统分析及系统设计阶段，模型只是理解和分析系统结构的工具，过早考虑采用某种特定编程语言不利于建立简单正确的模型。nUML模型还可以作为测试阶段的依据。软件测试的步骤有单元测试、集成测试、确认测试及系统测试。不同的测试阶段采用不同的UML图作为测试依据：单元测试采用类图和类规格说明；集成测试采用部件图和合作图；确认测试验证系统测试的

15、结果是否满足在系统分析阶段确定的需求；系统测试由用例图来验证系统的行为。n总而言之，统一建模语言UML适用于采用面向对象技术的任何类型的系统，并且适用于系统开发的各个不同阶段，从需求规格描述一直到系统测试及维护。7.2 UML的概念模型的概念模型n为理解UML，需要建立UML的概念模型，这要求学习三个要素：UML的基本构造块、决定这些构造块之间联系的规则和一些贯穿UML全部的公共机制。一旦掌握了这些概念，就能够阅读并建立基本的UML模型。获得应用UML更多的经验后，就能建立这些概念模型，使用UML的更高级的功能。7.2.1 UML的构造块的构造块nUML包括三种构造块：事物、关系和图。n事物是

16、模型中最主要元素的抽象；关系将这些事物结合起来；图将相关事物集合进行分组。n1.UML中的事物nUML中有四种事物：结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。n这些事物是UML中的基本的面向对象构造块。用它们能够建立形式完美的模型。（1）结构事物(Structural Things)n结构事物是UML模型中的名词部分，它们大部分为模型中的静态部分，描述概念或物理元素。总共有七种结构事物。n1)类(class)类是一组拥有相同的属性、操作、关系和语义的对象的描述。一个类实现一个或多个接口。在图形方面，类使用矩形表示，通常包含类的名字、属性和操作。如图7-1所示。图图7-1 7-1 类类 n2)接口

17、(interface)接口是描述一个类或组件的服务的操作的集合。接口描述元素的外部可见行为。一个接口可以表现一个类或组件的全部行为或部分行为。接口定义一系列操作的规格说明，而不是操作实现。接口很少单独存在，通常是依附于实现此接口的类或组件。在图形表示上，接口被画成带有名称的圆圈，如图7-2所示。图图7-2 7-2 接口接口 n3)协作(collaboration)协作定义了一个交互，它是一组为提供某种协作行为而一起工作的多种角色和其它元素共同组成的一个群体，而这些协作行为大于所有元素各自行为的总和。协作有结构方面和行为方面两种方式。一个类可能参与几个不同的协作。这些协作表述了组成系统模式的实现

18、。图形表示上，协作被画成通常包含名字的虚线椭圆，如图7-3所示。图图7-3 7-3 协作协作 n4)用例(use case)用例是一系列系统执行的行为的描述，这些行为会产生对对某一特定角色可观测结果的值。用例用于构建模型中的结构事物，用例是通过协作来实现的。在图形表示上，用例被画成实线椭圆，通常椭圆内仅包含用例名称，如图7-4所示。图图7-4 7-4 用例用例n5)主动类(active class)主动类是一种类，这种类的对象拥有一个或多个能够触发控制行为的进程或线程。主动类的对象表现的元素的行为与其它元素是并发的，除此以外，主动类和类是相同的。在图形表示上，主动类的画法与类相似，通常包含名称

19、、属性和操作，只是边框使用粗线条，如图7-5所示。图图7-5 7-5 主动类主动类n6)组件(component)组件是系统中物理的、可替换的部件，它提供一系列接口的实现。在系统中，可能会遇到不同种类的部署组件，如COM+组件或Java Beans，还有开发过程的制品如源代码文件的组件。图形表示上，组件被画成带有小方框的矩形，通常仅包含组件的名称，如图7-6所示。图图7-6 7-6 组件组件n7)节点(node)节点是一个在运行时存在的物理元素，它代表一个可计算的资源，通常拥有存储能力和处理能力。一系列组件可以存在于一个节点上并且也可以从一个节点迁移到另一个节点上。图形表示上，一个节点被画成一

20、个立方体，通常包含它的名称，如图7-7所示。图图7-7 7-7 节点节点n类、接口、协作、用例、主动类、组件和节点这七个元素是在UML模型中包含的最基本的机构化事物。还有这七种基本元素的变体，如参与者、信号、实用工具(多种类)、进程和线程(两种主动类)、应用程序、文档、文件、库、页面和表(多种组件)。（2）行为事物(Behavioral Things)n行为事物是UML模型中的动态部分。它们是模型的动词，描述了跨越时间和空间的行为。总共有两种主要的行为事物。n1)交互(interaction)交互是由一组对象之间在特定的环境下，为实现特定的目标而进行的一系列消息交换而组成的行为。一组对象或单个

21、操作的行为可以由一个交互来描述。交互包括几个其它的元素：消息，动作序列(由消息触发的行为)和链接(对象之间的连接)。在图形表示上，消息被画成带有箭头的直线，通常包含操作的名称，如7-8所示。图图7-8 7-8 消息消息n2)状态机(state machine)状态机描述了一个对象或交互在生命周期内响应事件所经历的状态序列。单个类或一组类之间的协作的行为可以由状态机详细说明。状态机包括其它的几个元素：状态、转换(状态之间的迁移)、事件(触发转换的事物)和活动(对迁移的响应)。在图形表示上，状态被画成一个圆角矩形，通常包含它的名称和子状态，如图7-9所示。图图7-9 7-9 状态状态n交互和状态机

22、这两个元素是UML模型中包含的基本行为事物。语义上，这些元素通常与各种结构化事物有联系，这些结构化事物主要有类、协作和对象。（3）分组事物(Grouping Things)n分组事物是UML模型的有机组成部分。可以把这些分组事物看作是一个一个的“盒子”，模型被分解后，就放在这些“盒子”中。大体上，只有一种主要的分组事物，称为包。n包(package)是一种将元素进行分组的通用机制。结构事物、行为事物，甚至其它的分组事物都可以放置在一个包内。不同于组件(在运行时存在)，包是纯粹的概念，只存在于开发阶段。图形表示上，包被画成左上角带有一个小方块的大矩形，通常包含包的名称，有时也含有包的内容，如图7

23、-10所示。n包是建立模型的基本分组事物，包也有变体，如框架、模型和子系统。图图7-10 7-10 包包n注释事物(Annotational Things)n注释事物是UML模型的解释部分，它们用来描述、说明和标注模型中的元素。有一种主要的注释事物，称为注解。注解(note)只是一种简单的符号，用于附加在一个元素或一组元素之上，作为约束或解释。在图形表示上，注解被画成右上角是折角的矩形，通常有文字或图形解释，如图7-11所示。图图7-11 7-11 注解注解n2.UML中的关系n在UML中有四种关系：依赖、关联、泛化和实现。这些关系是UML中基本的关联构造块，可以用它们创建完美的模型。（1）依

24、赖(Dependency)n依赖描述两个事物之间的语义关系，它表示一个事物(独立事物，被依赖事物)的变化会影响另一个事物(依赖事物)的语义。在图形表示上，依赖关系被画成带有箭头的虚线，箭头指向被依赖的事物，如图7-12所示。图图7-12 7-12 依赖依赖 （2）关联(Association)n关联是描述对象之间的一系列连接的结构化关系。在图形表示上，关联关系被画成一条实线，通常还包含角色名称和重数等，如图7-13所示。图图7-13 7-13 关联关联（3）泛化(Generalization)n泛化是一般事物(父类或超类)与该事物的特殊类(子类)之间的关系。子类享有父类的结构和行为。在图形表示

25、上，泛化关系被画成带有空心箭头的实线，箭头指向父类，如图 7-14所示。图图7-14 7-14 泛化泛化n实现(Realization)n实现关系也是UML元素之间的一种语义关系，它描述了一组操作的规约和一组对操作的具体实现之间的语义关系。在系统开发中通常在两个地方需要使用实现关系，一种是用在接口和实现接口的类或构件之间，另一种是用在用例和实现用例的协作之间。在图形表示上，实现关系被画成一条带有空心箭头的虚线，如图7-15所示。图图7-15 7-15 实现实现7.2.2 UML的规则的规则n象任何一种语言一样，UML也有一套自己的规则。UML是一种由符号和一套指示如何使用这些符号的规则组成的建

26、模语言。这里的规则包含语法规则、语义规则和实用规则。这些规则为建模人员指示了如何将UML的各种符号放置在一起描述一个结构良好的模型。n语法规则描述了UML符号的样式以及在UML语言中各种符号是如何组合的。语法可以被看作是自然语言中的单词，对使用者来说，重要的是要知道如何正确地拼写它们以及如何将不同的单词组合在一起形成一条完整的语句。nUML的语义规则描述每一个符号的意义，单个符号应该如何解释和如何在其它符号的语境内进行解释。语义规则可以被看成是自然语言中单词的含义，UML从以下几个方面描述符号的语义规则：n命名：为模型元素起一个名称。n范围：给出一个模型元素特定含义的语境。n可见性：如何让其它

27、模型元素使用或看见本模型元素。n完整性：各模型如何正确、一致地相互联系。n执行：运行或模拟动态模型的含义是什么。n实用规则定义符号的意图，通过这些符号使模型达到所要表达的目的，并且易于被人们所理解。7.2.3 UML的公共机制的公共机制nUML提供了一些通用的公共机制，使用这些通用的公共机制(通用机制)能够使UML在各种图中添加适当的描述信息，从而完善UML的语义表达。通常，使用模型元素的基本功能不能全面地表达所要描述的实际信息，这些通用机制可以有效地帮助表达、进行有效的UML建模。UML提供的这些通用机制贯穿于整个建模过程的方方面面。常用的通用公共机制有以下四种：（1）规格说明(Specif

28、ication)nUML中图形表示法的每个部分的后面都有一个规格说明。UML图形表示法用来对系统进行可视化，而UML的规格说明则用来描述系统的细节，这种规格说明提供了对模型元素的语法和语义的文字描述。一般来说，在一个类的图形符号背后就有一个规格说明，用一些文本来描述，非正式地逐条列出该类的职责和功能，从而提供了对该类所拥有的属性、操作和行为的全面描述。正常情况下，这种类型的规格说明通常不在UML图中直接地显示出来，而是通过特定的操作才能获得。（2）修饰(Adornment)nUML中的大多数模型元素都有惟一的和直接的图形表示符号，这些图形符号对元素的最重要的方面提供了可视化表示。在模型元素的规

29、格说明中，还可以包含关于该模型元素的其它一些细节，如类的属性和操作的可见性。UML也可以把很多这样的细节表示为图形或文字修饰，加到UML图中的模型元素上。修饰为模型元素增加了一定的语义，如当一个元素表示一种类时，它的名称用粗体字型显示；当同一个元素表示该类的实例时，该元素的名称将带有一条下划线。利用这种修饰，可以方便地区分实例和类。UML中其它的修饰有对各种关系的规格说明。在UML图中，修饰紧邻着它为之添加信息的模型元素，并且所有修饰的描述是与该修饰所影响的元素的描述结合在一起的。（3）通用划分(Common Division)在面向对象系统建模中，有两种划分方法：1）类和对象的划分。类是抽象

30、表示，对象是这种抽象的实例，在UML中对类和对象分别建立模型。UML中的几乎每一个构造块都存在像类和对象这样的划分方法。如用力和用例实例，构件和构件实例，节点和节点实例等。2）接口和实现的分离。接口声明了一个契约，而实现则表示了对该契约的具体实施，它负责如实地实现接口的完整语义。UML的每个构造块几乎都存在像接口/实现这样的划分方法。例如：用例和实现它们的协作，操作和实现它们的方法。（4）扩展机制(Extensibility Mechanism)nUML提供了几种扩展机制，允许建模者在不用改变基本建模语言的情况下做一些通用扩展。这些扩展机制已经被事先设计好，以便在不需要理解全部语义的情况下就可

31、以存储和使用。这样，在建模过程中扩展可以作为字符串存储和使用。对不支持扩展机制的工具来说，扩展只是一个字符串，它可以作为模型的一部分被导入、存储，还可以被传递到其它工具。扩展机制本身是违反UML标准形式的，并且使用它们会导致相互影响。在使用扩展机制之前，建模者应该考虑现有机制是否能够合理充分工作，如果可以则尽量不使用，否则可能得不偿失。n扩展机制包括：n1)构造型(Stereotype)构造型扩展了UML的词汇，它允许创造新的构造块。构造型是在一个已定义的模型元素的基础上构造的一种新的模型元素。构造型的信息内容和形式与已存在的基本模型元素相同，但含义和使用不同。n2)标记值(Tagged va

32、lue)标记值扩展了UML构造块的特性，允许创建详述元素的新信息。标记值是一对字符串，包括一个标记字符串和一个值字符串，建模时用它来存储有关元素的一些信息。标记值可以与任何独立元素相关。其中，标记是建模者想要记录的一些特性的名字，而值是给定元素特性的值。标记值可以用来存储元素的任意信息，对于存储项目管理信息尤其有用。如元素的创建日期、开发状态、截止日期和测试状态。如标记可以是version，值是版本号3.2。标记值用字符串表示，字符串有标记名、等号和值三部分。n3)约束(Constraint)约束扩展了UML构造块的语义，它允许增加新的规则或修改现有的规则。约束是用文字表达式表示的语义限制。每

33、个表达式有一种隐含的解释语言，这种语言可以是正式的数学符号；或是一种基于计算机的约束语言；或是一种编程语言；或是伪代码或非正式的自然语言。如果这种语言是非正式的，那么它的解释也是非正式的，并且要由人来解释。即使约束由一种正式语言来表示，也不意味着它自动成为有效约束。在UML中约束用大括号内的字符串表达式表示，它可以附加在表元素、依赖关系或注释上。7.3 UML的静态建模机制的静态建模机制n对一个系统建立模型首先必须定义所涉及的范围，即确定有关应用、内部特性及其相互关系的概念。这些概念描述的是系统的静态特性，是人们认识系统动态特性的基础。UML的静态建模机制包括用例图、类图、对象图、包、组件图和

34、配置图。其中，用例图主要用来描述系统的功能；类和对象图主要用来定义和描述类和对象以及它们的属性和操作；包则主要用来管理那些具有紧密关联的UML模型元素。7.3.1 用例模型用例模型n用例(Use Case)模型主要在软件系统开发的初期对系统进行需求分析时使用，目的是使开发者明确系统要完成的功能有哪些。用例描述系统应该做什么，能够实现什么功能，而不必说明如何实现。n用例模型由一组用例图组成，其基本组成部件是用例、角色和系统。用例图如图7-16所示。图图7-16 7-16 用例图用例图n用例图是从外部用户角度观察到的系统功能模型图，用来显示一组用例、参与者及它们之间的关系。这里外部用户称为参与者(

35、actor)。在UML中用一个带有名字的小人图标来表示，参与者不是系统的一部分。用例(use case)是外部可见的一个系统功能单元，可以描述为参与者与系统之间的一次交互行为，在图中用椭圆表示。一个用例表示系统中一部分行为，是对一组动作序列的描述，系统执行该动作序列为参与者产生一个合理的结果。用例模型的用途是列出系统中的用例和参与者，并显示哪个参与者参与了哪个用例的执行。图7-16中的LoanOfficer(放贷员)是参与者，Processloan(处理贷款)是用例。n参与者是与系统、子系统或者类发生交互作用的理性化概念，可以是人、一个计算机子系统、硬件设备或或时间等角色。参与者是用例图的一个

36、重要组成部分，它常常是发现新的用例的基础，同时也是系统分析员与用户交流的起点。每个参与者可以参与一个或多个用例。通过交换信息与用例发生交互作用，而参与者的内部实现与用例没有关系。参与者可以通过泛化关系来定义，在这种泛化关系中，一个参与者的抽象描述可以被一个或多个具体的参与者所共享。n用例的功能是定义系统的操作行为，而不用显示系统内部的结构。在系统模型中，每个用例的执行独立于其它用例，尽管在具体执行一个用例功能时，由于用例之间共享对象的原因可能会造成本用例与其它用例之间有某种隐含的依赖关系。n用例模型的主要作用是：n确定系统应具备哪些功能，这些功能是否满足系统的需求。n为系统的功能提供清晰一致的

37、描述，以便为后续的开发工作打下良好的交流基础，具有方便开发人员传递需求的功能。n为系统验证工作打下基础。通过验证最终实现的系统能够执行的功能是否与最初需求的功能相一致，保证系统的实用性。n图7-17是一个学生选课的用例图。图图7-17 7-17 学生选课用例图学生选课用例图7.3.2 类和对象模型类和对象模型n在面向对象建模技术中，要研究的客观世界的实体被映射为对象，将有相同属性和行为的对象归纳为一系列的类。类模型和对象模型描述了相同的结构。在UML中，类和对象模型分别由类图和对象图表示。n1.类图n类是对具有相同特征的对象的描述，而对象是类的实例。对象通常用来描述客观世界中某个具体的实例。在

38、建模时，类代表了问题域中软件系统中的概念。当建立一个系统模型时，应该使用该系统问题域内的概念，这样建立的模型更容易被客户所理解，也便于各方人员相互交流。n在UML中，类画成一个矩形，该矩形分成三个部分：类名称、属性和操作，如图7-18所示。图图7-18 7-18 类图类图n(1)名称(Name)n每个类都必须有一个名称，用来区分其它的类，类名由一个字符串表示。给类命名时最好能够反映类所代表的问题域中的概念。有时会在类的名称前加路径名，路径名是在类名称前加包含类的包名为前缀。n(2)属性(Attribute)n属性用以描述该类对象具有的共同特制。描述类的特征的属性可能很多，在系统建模时，应该只抽

39、取那些系统中需要使用的特征作为类的属性。也就是说，只关心那些“有用”的特征，通过这些特征就可以识别该类的对象。nUML规定的类属性的语法为：n可见性 属性名：类型=默认值约束特性n每个属性都具有一个类型，属性的类型反映了属性的种类。常见的属性类型有：整型、浮点型、字符串和布尔型等基本类型。也可以是用户自定义的类型，一般由所涉及的编程语言确定。n不同的属性有不同的可见性(Visibility)。利用可见性可以控制外部事物对类中属性的操作方式。属性的可见性有三种：1）公有(Public)属性：能够被系统中其它任何操作查看和使用，也可以被修改。在UML中用“+”表示。2）私有(Private)属性：

40、仅在类内部可见，只有类内部的操作才可以访问该属性，并且该属性也不能被其子类使用。在UML中用“-”表示。3）保护(Protected)属性：供类中的操作访问，并且该属性也可以被其子类使用。在UML中用“#”表示。n图7-19是带有类作用域和约束特性属性的类。图图7-19 7-19 销售订单类图销售订单类图（3）操作(Operation)n 类的操作也称为功能，用于对属性的状态和值的修改、查询或执行某些动作。一个类的操作描述了该类能够做什么，也就是该类提供了哪些服务，对应面向对象编程中的方法。操作被约束在类的内部，只能作用到该类的对象上。n一个类可以有多个操作，每个操作有操作名、参数表、返回值类

41、型等几部分构成。UML规定的操作的标准语法格式为：n可见性 操作名(参数表)：返回值类型约束特性n参数表是由逗号分隔的形参列表。参数的类别有三种取值：in(输入参数)、out(输出参数)和inout(既是输入又是输出参数)。操作的参数也可以带有缺省值，如果调用该操作时没有为操作种的参数提供实际参数，那么系统就自动将参数定义中的缺省值赋给该参数。缺省值示例如图7-20所示。图图7-20 7-20 参数的缺省值示例参数的缺省值示例n2.对象图n对象与类具有相同的表示形式。类图描述类与类之间的关系，对象图则表示在某一时刻这些类的具体实例和这些实例之间的具体连接关系。对象是类的实例，UML对象图中的概

42、念与类图中的概念完全一致。对象图可以看作是类图的一个实例；对象之间的链(Link)是类与类之间关联的实例。n对象图的画法与类图相同，如图7-21所示。图图7-21 7-21 对象图对象图7.3.3 包包n包是一种分组机制，把各种各样的模型元素通过内在的语义连在一起成为一个整体，被称作包。构成包的模型元素称为包的内容。包经常被用于对模型的组织管理，因此有时又将包称为子系统。包拥有自己的模型元素，与包之间不能共用一个相同的模型元素。包的实例没有任何语义，在模型执行期间才有意义。n在图形表示上，包的画法类似书签卡片的形状，小矩形(标签)位于大矩形的左上角。如果包的内容没有被图示出来，则包的名字可以写

43、在大矩形内，否则包的名字写在小矩形内，如图7-22所示。图图7-22 7-22 包的示例包的示例n包能够引用来自其它包的模型元素，一个包从另一个包中引用模型元素时，两个包之间就建立了关系。与包之间允许建立的关系有依赖、泛化和精化，如图7-23所示。图图7-23 7-23 包之间的关系包之间的关系不仅是类，任何模型元素都运用包的机制。如果没有任何启发性原则来指不仅是类，任何模型元素都运用包的机制。如果没有任何启发性原则来指导类的分组，分组方法就是任意的。在导类的分组，分组方法就是任意的。在UMLUML中，最有用的和强调最多的启中，最有用的和强调最多的启发性原则就是依赖。包图主要显示类的包以及这些

44、包之间的依赖关系。有发性原则就是依赖。包图主要显示类的包以及这些包之间的依赖关系。有时还显示包和包之间的继承关系和组成关系。时还显示包和包之间的继承关系和组成关系。7.4 UML的动态建模机制 nUML不仅可以描述系统的静态结构，同时也可以利用图形工具来描述系统的动态行为。如使用状态图、时序图、协作图和活动图等，描述系统中对象在执行期间不同时间点是如何动态交互的。n用于描述系统动态行为的四种图(状态图、时序图、协作图和活动图)均可用于系统的动态建模，但它们各自的目的和侧重点不同，在实际应用中可以灵活运用。状态图侧重于一个对象的生命周期内的状态及状态变化，以及引起状态变化的事件和对象在状态中的动

45、作等。时序图和协作图强调对象间的合作关系，通过对象间的消息传递以完成系统的用例。活动图用于描述多个对象在交互时采取的活动，它关注对象如何进行活动完成一个事务。7.4.1 消息消息n在面向对象(OO)技术中，是通过传递消息来实现对象间的交互的。消息(Message)是对象之间为完成一定的活动所传递的信息。通常情况下，当一个对象调用另一个对象中的操作时，消息是通过一个简单的操作调用来实现；当操作执行完成时，控制和执行结果返回给调用者。消息也可能是通过一些通信机制在网络上或一台计算机内部发送的真正的报文。UML的所有动态模型都是采用消息机制来进行对象的交互的。n消息由三部分组成，分别是发送者、接收者

46、和活动。发送者是发出消息的类元角色，接收者是接收到消息的类元角色，接收消息的一方也被认为是事件的实例，接收者有两种不同的调用处理方式可以选用，通常由接收者的模型决定，一种方式是操作作为方法实现，当信号到来时将被激活，过程执行完后，调用者收回控制权，并可以收回返回值，另一种方式是主动对象，操作调用可能导致调用事件，它触发一个状态机转换。活动为调用、信号、发送者的局部操作或原始活动，如创建或销毁等。n在UML中，用带箭头的线段将消息的发送者和接收者联系起来，箭头的类型表示消息的类型，如图7-24所示。图图7-24 7-24 消息类型消息类型nUML定义的消息类型有四种：n1)简单消息(Simple

47、 Message)：表示简单的控制流。用于描述控制如何在对象间进行传递，而不考虑通信的细节。n2)同步消息(Synchronous Message)：表示嵌套的控制流。操作的调用是一种典型的同步消息。调用者发出消息后必须等待消息返回，只有当处理消息的操作执行完毕后，调用者才可继续执行自己的操作。n3)异步消息(Asynchronous Message)：表示异步控制流。当调用者发出消息后不用等待消息的返回即可继续执行自己的操作。异步消息主要用于描述实时系统中的并发行为。n4)同步且立即返回消息：这是同步消息和简单消息的叠加，表明当操作调用一旦完成就立即返回。7.4.2 状态图状态图n状态图(S

48、tate Diagram)用来描述一个特定对象的所有可能状态及引起其状态转变的事件。大多数面向对象技术都用状态图表示单个对象在其生命周期中的行为。一个状态图包括一系列的状态以及状态之间的转移。n1状态和转移n状态是一种存在状况，它具有一定的时间稳定性。即在一段有限时间内保持对象(或系统)的外在情况和内在特性的相对稳定。一个对象在它的生命期内通常有多个状态存在，随着时间的推移和外部事件的触发，对象的状态将发生变化。n对象都具有状态，状态是对象执行了一系列活动的结果，它通常由其属性值和与其它对象的链接来确定。例如销售订单(对象)审核(状态)，产品(对象)出库(状态)等。当某个事件发生后，对象的状态

49、将发生变化，从一个状态转为另一个状态。如产品未出库前，在仓库中的状态是“在库”，填写出库单，状态转为“待出库”，产品运出仓库后，状态转为“出库”。状态图中定义的状态有：初态、中间状态与终态。其中，初态是状态图的起始点，而终态则是状态图的终点。一个状态图只能有一个初态，但终态则可能有多个。产品出库的状态图，如图7-25所示。图图7-25 7-25 产品出库状态图产品出库状态图n一个状态一般包含三个部分：状态名称、状态变量和活动。如图7-26所示。图图7-26 7-26 状态的三个组成部分状态的三个组成部分n其中，状态变量是指对象处在该状态下需要访问或更新的与该状态下可能采取的动作和可能发生的状态

50、专业紧密相关的变量。这个变量可以是对象的一个属性(或属性组合)，也可以是临时变量。可以使用三个标准事件entry、exit和do分别说明在进入状态、退出状态和状态中的活动。活动部分的表示格式为：n事件名 参数表 /动作表达式n一个对象从一个状态变成另一个状态称为状态转移，在状态图中用带有箭头的连线表示，一端连接源状态，箭头指向目标状态。转移还可以标注与此转移相关的选项，如事件、监护条件和动作等，如图7-27所示。需要注意的是，如果转移上没有标注触发转换的事件，则表示此转移自动进行。图图7-27 7-27 状态转移状态转移n转移是两个状态之间的关系，一个转移由五部分组成：n1)源状态(Sourc