用UML建模分析与设计软件系统

《实用软件工程入门》

4 统一建模语言 —— UML

4.1 UML的基本概念

1997年11月国际对象管理组织（Object Manager Group，OMG）通过了UML 1.0版，这标志着一种建立在先进的面向对象技术基础上的建模语言标准诞生了。

4.1.1 UML概念

统一建模语言UML（Unified Modeling Language）是一种支持面向对象技术的建模语言，能够清晰地描述系统中的对象及其相互关系。

UML结合了当时三种流行的面向对象的建模方法：（1）Grady Booch的“Booch方法”；（2）James Rumbuagh的对象建模技术（OMT）；（3）Ivar Jacobson的面向对象软件工程方法（OOSE）。

如今，UML已经是许多软件公司用于软件开发的主要工具之一，成为了现代国际软件业的标准。

4.1.2 建模的目标和本质

由于客观世界的复杂性，导致了用户不能准确地理解和描述一个将要开发的系统。通过建模可以使用户和开发者更好地理解系统本身。

UML系统建模的本质就是要为用户以及项目小组成员之间搭建一个交流的平台，如果没有这样一个平台，那么每个开发小组的成员只能按照自己的理解来构建这个系统。也就是说，通过系统建模可以有效避免个人理解的偏差对整个系统的影响。

一般的系统建模至少完成以下4个目标：

（1） 帮助项目开发小组把系统的抽象结构可视化；

（2） 帮助说明系统的结构和行为；

（3） 提供一个指导建立系统的模版；

（4） 记录项目开发小组的决策文档。

总之，UML不仅提供了用户和开发者都能理解的语言，更重要的是它可以提供一种与软件实现方法相一致的表示方法，即面向对象技术的表示法。

4.1.3 UML在软件开发中的作用

从严格意义上讲，UML并不是一个系统开发的方法，而是一种表示方法。它可以用来确定、显示和记录软件系统及其开发过程，而且通过UML建立的模型是十分精确和完整的。

软件工程中ＵＭＬ建模的技术与分析　原虹赖媛媛　沈阳医学院辽宁沈阳１１００３４　【摘要】文章通过对ＵＭＬ应用其图形化的特征分析，介绍两种开发应用的建模工具，最后指出应用学习ＵＭＬ的难点，使用ＵＭＬ应该注意的地方　可以起到很好的借鉴作用。　【关键词】ＵＭＬ软件工程系统建模　中图分类号：ＴＰ３ｌ１．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００９．４０６７ｆ２０１３）０７．８１．０１　ＵＭＬ由元模型和图组成，在这里图指的是语法，元模型指的是语义。　ＵＭＬ的三个基本构造块是图、事物和关系。ＵＭＬ在系统模型设计与分析　中具有很大的优势，这些优点主要体现在：ＵＭＬ在系统模型可完全独立于　整个过程。ＵＭＬ在系统模型是系统建模语言，可以完全独立在所有的开发　过程之外。ＵＭＬ在系统模型是面向对象的。ＵＭＬ在系统模型支持面向对　象技术的主要概念，而且有许多模型元素的表示方法和图形，能够用通俗　地表达面向对象之所有概念。　１．ＵＭＬ的开发过程　关于ＵＭＬ的开发过程主要是指，系统分析、需求获得、系统设计、测　试和实现这五个阶段。需求获得的目的就是为了能够尽大可能准确地、　完整地捕捉到系统的其他要求和功能需求，需求获得的工作主要用来识别　用例。用例图则是为了表述系统参与者的希望系统所提供的所有功能，通　过用例图来确定参与者、系统边界、确定参与者与用例和确定用例之间　所建立的用例图。系统分析就是为了更好地找出系统责任所需的类与对　象描述问题域，从而更进一步地定义出这些对象的操作和属性，还有就是　它们之间的动态和静态关系，他的作用就为了识别对象、确定类的操作和　发生、为对象分类、确定类之间的所有关系、确定对象状态变化、确定　对象之间的交互等。系统设计指的是在有考虑技术限制和问题的条件之　下，进一步地细化和扩展系统的分析阶段而建立的所有模型，其中主要包　括详细设计和总体设计两大阶段。值得一提的是，总体设计需定义包、基　本的通信规则和包间的相关性，详细设计所描述的是数据库和用户接口包　中的类，不断地细化和扩展各项业务对象类的，开发中可以不断地通过动　态图类、状态图、创建新的类图以及对象　实现的角度进行逐渐细化。　２．ＵＭＬ中的主要图　图是事物集合的分类，ＵＭＬ中包含多种图：部署图：部署图定义系　统中软硬件的物理体系结构；顺序图：顺序图表示对象之间动态合作的　关系；活动图：活动图描述系统中各种活动的执行顺序。组件图：组件　图描述代码部件的物理结构以及各部件之间的依赖关系；类图；类图描　述系统所包含的类、类的内部结构及类之间的关系；包图：包图表明包　及其之间的依赖类图；状态图：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；协作图：合作图描述对象之间的协作　关系；对象图：对象图是类图的一个具体实例；例图从用户的角度出发　描述系统的功能、需求。　２．１ＵＭＬ建模工具　自从１９９７年正式发布ＵＭＬ以后，大量商用ＵＭＬ建模ＣＡＳＥＩ具都出　现了。这也就提供了许多的选择，同时也要求在选择正确的ＵＭＬ建模工　具以更好地适应软件应用程序开发需求、比如队以及Ｒｏｓｅ。它们在ＵＭＬ　建模能力上有相似的功能。两者都可以很好的支持九种图中的八种。但　是ＥＡ在用户友好性的灵活．１生中比Ｒｏｓｅ更具有一些优势，尤其是在序列　图方面。在双向工程中，Ｒｏｓｅ比ＥＡ支持更多的语言，除ｃ＃和ＶＢ．ＮＥＴ　外（事实上，Ｒａｔｉｏｎａｌ开发了另外的工具Ｒａｔｉｏｎａｌ　ＸＤＥ　ｆｏｒ．ＮＥＴ就是针对　ＮＥＴ环境的）。在项目生命周期的支持方面，ＥＡ相对于Ｒｏｓｅ来说，是更　好的选择。特别是需要工具上没有或第三方工具不支持的一些其他的特　定功能时，选择Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｒｏｓｅ会是更好的决定。　３．软件ＵＭＬ建模　对ＨＡＲＴ设备组态软件进行ＵＭＬ建模，首先是系统分析，即通过用　例分析描述用户的需求，然后进行静态模型设计和动态模型设计。　３．１静态模型设计　基于面向对象的开发思想，其主要任务是从系统中抽象出一个个类，　并分析它们之间的关系。在完成用例图分析软件需求后，就可以对软件内　部相关的类加以识别和确定，建立软件内部的静态模型。ＵＭＬ通过类图　表示类与类之间是如何相互关联的。ＨＡＲＴ组态软件通过分析执行设备　的ＤＤ文件来实现仪表的各个功能。ＨＡＲＴ协议ＤＤＬ一共定义了八种基　本语言结构：变量描述设备所包含的数据、命令描述实现主机和现场设备　通信的ＨＡＲＴ命令、菜单和编辑显示描述手持终端怎样向用户表达数据、　方法描述在主机和现场设备之间必然发生的一些复杂的交互作用的执　行、关系描述变量之间的关系、数组和集合则描述一些数据的逻辑组合。　ＨＡＲＴ组态软件把每种语言结构定义为一个类，如ＣＤＤＶａｒｉａｂｌｅ、　ＣＤＤＣｏｍｍ　ａｎｄ、ＣＤＤＭ　ｅｎｕ等。为了支持动态创建及序列化，每个类都派　生于ＣＯｂｊｅｃｔ类。　３．２动态建模设计　ＵＭＬ动态模型用序列图、协作图等表示，在执行软件各种功能时，这　些图能够从不同的角度描述对象之间相互传递消息的动态关系。ＨＡＲＴ　组态软件的系统配置、连接设备、下载数据、运行方法等操作都采用序　列图描述对象之间的动态关系。以连接设备为例，当操作人员选择连接设　备时，主框架从文档中取得命令数据，通信模块发送命令给现场设备；当　通信模块接收到现场设备的响应时，其将命令响应数据以消息的形式发　送给主框架，然后由文档对数据进行处理；当处理完成后，打开对应的设　备描述库，显示当前设备菜单及菜单项数据。序列图以时间顺序为基准，　说明了连接设备时系统内部各对象的交互情况。　４．软件实现　对ＨＡＲＴ设备组态软件系统进行ＵＭＬ建模，分析、设计阶段采用　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｒｏｓｅ可视化建模工具作为ＵＭＬ应用的支持，以简单、直观的方　式描述系统。ＨＡＲＴ组态软件运行在ＷｉｎＣＥ系统平台上，考虑ＥＶＣ具有　丰富的ＭＦＣ库，编码阶段以ＥＶＣ作为开发工具，并经过迭代式增量开发　过程，最终实现ＨＡＲＴ设备组态软件ＨＤＣ６１３。与标准Ｗｉｎｄｏｗ　Ｓ应用程序　的用户友好界面风格相同，上部是一个树状窗口显示菜单树，下部是列表　窗口显示各项数据，用户可通过手持操作完成ＨＡＲＴ设备的组态工作。　结束语　在ＨＡＲＴ设备组态软件ＵＭＬ建模过程中，首先建立用例图描述系　统需求，采用面向对象技术，以类图描述软件静态模型，然后对用例图进　行细化，以序列图描述软件的动态模型。直观的ＨＡＲＴ组态软件模型提　高了软件的开发效率，保证了软件质量，使软件的维护性得到大大提高，　最终实现了ＨＡＲＴ组态软件ＨＤＣ６１３。应用文献中的方法所建立的ＨＡＲＴ　设备描述库，实现了１７０多个设备的组态，具有互操作性、扩充ＨＡＲＴ所　注册设备的能力，在实际应用中取得了良好的社会效益和经济效益。　参考文献　［１］阻宪惠，现场总线技术及其应用【Ｍ］，清华大学出版社，２０１１．　［２］严悍，基于ｕＭ　Ｌ的系统分析与设计框架【Ｊ］，计算机工程与设　计，２０１　２．　２０１３・０７　中国电子商务●　

软考程序类专题之面向对象技术和方法、UML分析与设计

重点：

① 类、对象、继承、多态和封装的概念、含义。

② 程序设计语言的OOP机制。

③ OOA、OOD、OOP的含义与应用。

④ UML的应用。

难点：

① 类、对象、继承、多态和封装的概念、含义。

② 程序设计语言的OOP机制。

③ OOA、OOD、OOP的含义与应用。

④ UML的应用。

亮点/应用/重要性：

本部分内容是下午考试的重头戏，要求应试者能够完成从过程化思维到面向对象化思维的转变，能够识别对象、判定对象之间的联系，而UML是面向对象分析的重要技术手段。

主要内容：

① 面向对象的基本概念：对象、类、消息和消息传递、继承、多态和动态绑定。

② 面向对象程序设计范型的概念，面向对象程序设计的特点，程序设计语言的OOP机制，类库的概念及其作用。

③ 面向对象分析与设计和面向对象的测试的基本概念。

④ 主流的面向对象分析与设计方法和UML基础知识。

⑤ 应用系统、应用系统族的基本概念，构件、构件系统的基本概念。

1. 程序设计语言中的OOP机制

A. 类

类具有实例化功能，包括实例生成和实例消除。类及其实例具有下面的特征：

（1）同一个类的不同实例具有相同的数据结构，承受的是同一方法集合所定义的操作，因而具有规律相同的行为；

（2）同一个类的不同实例可以持有不同的值，因而可以具有不同的状态；

（3）实例的初始状态（初值）可以在实例化时确定。

B. 继承和类层次结构

在一个面向系统中，子类与父类之间的继承关系构成了这个系统的类层次结构，可以用树（对应于单继承）或格（对应于多继承）这样的图来描述。

C. 对象、消息传递和方法

对象是类的实例。对象与一般数据类型存在本质区别：对象之间通过消息传递方式等待通信。

消息传递原是一种与通信有关的概念，OOP使得对象具有交互能力的主要模型就是消息传递模型。对象被看成用传递消息的方式互相联系的通信实体，它们既可以接收、也可以拒绝外界发来的消息。对于一个对象而言，任何外部的代码都不能以任何不可预知或事先不允许的方式与这个对象进行交互。

UML系统分析与设计教程

实验报告

姓名 杨 帅

班级 嵌入式软件09-2

学号 540913090246一 实验目的

1．熟悉实践环境Rational Rose

2.通过在Rational Rose环境下，实际学习软件统一建模语言，对软件建模技术有一个初步的了解及认识。

3.通过各个实验，学习掌握对一般面向对象系统建模的方法与技术。

二 实验工具

1. 计算机一台

2. 工具软件Rational Rose

三．实验内容

实验一 用例图

实验分成两部分，第 1 部分熟悉 Rational Rose 建模环境；第 2 部分根据课堂所讲的案例——图书管理系统的要求，完成对该系统的需求建模，得到用例模型后，应针对指定用例进行业务分析，说明其具体的业务流程，现系统分析部指派您完成该项任务。要求：绘制图书管理系统的用例图，并对其中主要功能的用例书写用例规格。

实验二 类对象模型的建立

实验分成两部分：第 1部通过实验 1 完成的用例图我们可以初步了解系统的业务功能，现在需要对实验 1 的需求进一步分析，从中识别出系统的概念类，对系统进行分析阶段的静态建模；第 2 部分要求在第 1 部分系统分析的基础上，精化、完善分析阶段的类图，使之成为计算机系统可实现的模型。 因此，指派你运用可课堂所学的有关如何抽象出类的知识，完成如下任务：

1． 寻找和抽象出图书管理功能中的类。

2． 识别类间的关系。

3． 精化、完善类图，使之成为计算机系统可实现的模型，为正向工程做准备。

实验三 顺序图、协作图

通过对课堂学习和前面的实验，使我们完成了图书馆的管理系统的需求分析，并从业务对象中抽象出了类。现在需要对前面所给出的用例进行实现，而用例的实现主要由顺序图来描述系统的动态特性，协作图与顺序图是同构的，Rose 可自动转换。现指派你运用课堂所学

的相关知识，完成如下任务：

1．对图书管理功能中的借书用例、还书用例进行动态建模。