統(tǒng)一建模語言UML輕松入門之基本概念

2019-11-17 04:51:01

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供稿：網(wǎng)友

　　20 世紀80 年代，隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)成為研究的熱點，先后出現(xiàn)了幾十種面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法。其中，Booch、OMT 和OOSE等方法得到了廣泛的認可。然而，采用不同方法進行建模不利于開發(fā)者之間的交流。而UML則統(tǒng)一了Booch、OMT 和OOSE 的表示方法，而且對其作了進一步的發(fā)展。1997 年，UML 被國際對象組織OMG采納為面向?qū)ο蟮慕ＵZ言的國際標準，它溶入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。UML不限于支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計，還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。數(shù)年來，UML憑借其簡潔明晰的表達方式、超凡脫俗的表達能力，一路殺將出來，為業(yè)界所廣泛認同！目前，在多數(shù)大型企業(yè)的正規(guī)化開發(fā)流程中，開發(fā)人員普遍使用UML進行模型的建立。作為一名軟件開發(fā)人員，我們必須學(xué)會UML。因為UML就是那個統(tǒng)一的"文字"，統(tǒng)一的"度"、"量"、"衡"，不理解UML，作為軟件設(shè)計統(tǒng)一王國的國民，將是艱難而痛苦的。

　　作曲家會將其腦袋中的旋律譜成樂曲，建筑師會將其設(shè)計的建筑物畫成藍圖，這些樂曲、藍圖就是模型(Model)，而建構(gòu)這些模型的過程就稱為建模(Modeling)。軟件開發(fā)如同音樂譜曲及建筑設(shè)計，其過程中也必須將需求、分析、設(shè)計、實現(xiàn)、布署等各項工作流程的構(gòu)想與結(jié)果予以呈現(xiàn)，這就是軟件系統(tǒng)的建模。

　　那么為什么要建模呢？經(jīng)典答案是：建立大廈和建立狗窩的區(qū)別是建設(shè)狗窩不需要設(shè)計，要生產(chǎn)合格的軟件就要有一套關(guān)于體系結(jié)構(gòu)、過程和工具的規(guī)范。

　　OMG官方發(fā)布的UML的當(dāng)前最高版本為2.0，可以從http://www.uml.org/上下載。

　　UML由圖和元模型組成，圖是語法，元模型是語義。UML主要包括三個基本構(gòu)造塊：事物（Things）、關(guān)系（Relationships）和圖（Diagrams）。本次連載我們將對UML的這些基本組成部分及UML工具和應(yīng)用進行介紹，使讀者對UML形成初步的整體印象。在其后的幾次連載里，再以數(shù)個實例對這些內(nèi)容逐步展開。

　　1.1 UML的基本構(gòu)造塊

　　1.1.1事物

　　事物是是實體抽象化的最終結(jié)果，是模型中的基本成員，UML中包含結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物。

　　（1）結(jié)構(gòu)事物（StrUCtural things）

　　結(jié)構(gòu)事物是模型中的靜態(tài)部分，用以呈現(xiàn)概念或?qū)嶓w的表現(xiàn)元素，是軟件建模中最常見的元素，共有以下七種：

　　類（Class）：類是指具有相同屬性、方法、關(guān)系和語義的對象的集合；

　　接口（Interface）：接口是指類或組件所提供的服務(wù)（操作），描述了類或組件對外可見的動作；

　　協(xié)作（Collaboration）：協(xié)作描述合作完成某個特定任務(wù)的一組類及其關(guān)聯(lián)的集合，用于對使用情形的實現(xiàn)建模；

　　用例（Use Case）：用例定義了執(zhí)行者（在系統(tǒng)外部和系統(tǒng)交互的人）和被考慮的系統(tǒng)之間的交互來實現(xiàn)的一個業(yè)務(wù)目標；

　　活動類（Active Class）：活動類的對象有一個或多個進程或線程。活動類和類很相象，只是它的對象代表的元素的行為和其他的元素是同時存在的；

　　組件（Component）：組件是物理的、可替換的部分，包含接口的集合，例如COM+ 、java BEANS等；

　　結(jié)點（Node）：結(jié)點是系統(tǒng)在運行時存在的物理元素，代表一個可計算的資源，通常占用一些內(nèi)存和具有處理能力。

　　（2）行為事物（Behavioral things）

　　行為事物指的是UML模型中的動態(tài)部分，代表語句里的"動詞"，表示模型里隨著時空不斷變化的部分，包含兩類：

　　交互（ineraction）：交互是由一組對象之間在特定上下文中，為達到特定的目的而進行的一系列消息交換而組成的動作；

　　狀態(tài)機（state machine）：狀態(tài)機由一系列對象的狀態(tài)組成。

　　（3）分組事物（Grouping things）

　　可以把分組事物看成是一個"盒子"，模型可以在其中被分解。目前只有一種分組事物，即包（package）。結(jié)構(gòu)事物、動作事物甚至分組事物都有可能放在一個包中。包純粹是概念上的，只存在于開發(fā)階段，而組件在運行時存在。

　　（4）注釋事物（Annotational things）

　　注釋事物是UML模型的解釋部分。

　　1.1.2關(guān)系

　　關(guān)系是將事物聯(lián)系在一起的方式，UML中定義了四種關(guān)系：

　　（1）依靠（Dependencies）：兩個事物之間的語義關(guān)系，其中一個事物發(fā)生變化會影響另一個事物的語義；

　　（2）關(guān)聯(lián)（Association）：一種描述一組對象之間連接的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如聚合關(guān)系（描述了整體和部分間的結(jié)構(gòu)關(guān)系）；

　　（3）泛化（Generalization）：一種一般化-非凡化的關(guān)系；

　　（4）實現(xiàn)(Realization) ：類之間的語義關(guān)系，其中的一個類指定了由另一個類保證執(zhí)行的契約。

　　1.1.3圖

　　圖是事物集合的分類，UML中包含多種圖：

　　（1）類圖(Class Diagram)：類圖描述系統(tǒng)所包含的類、類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及類之間的關(guān)系；

　　（2）對象圖(Object Diagram)：對象圖是類圖的一個具體實例；

　　（3）包圖（Package Diagram）：包圖表明包及其之間的依靠類圖；

　　（4）組件圖(Compoment Diagram，也稱構(gòu)件圖)：組件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)以及各部件之間的依靠關(guān)系；

　　（5）部署圖(Deployment Diagram)：部署圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)；

　　（6）用例圖(Usecase Diagram)：用例圖從用戶的角度出發(fā)描述系統(tǒng)的功能、需求，展示系統(tǒng)外部的各類角色與系統(tǒng)內(nèi)部的各種用例之間的關(guān)系；

　　（7）順序圖(Sequence Diagram)：順序圖表示對象之間動態(tài)合作的關(guān)系；

　　（8）協(xié)作圖(Collaboration Diagram)：合作圖描述對象之間的協(xié)作關(guān)系；

　　（9）狀態(tài)圖(Statechart Diagram)：狀態(tài)圖描述一類對象的所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件；

　　（10）活動圖(Activity Diagram)：活動圖描述系統(tǒng)中各種活動的執(zhí)行順序。

　　上述十種圖可歸納為五類，如表1.1。

　　表1.1 UML圖分類

類型包含靜態(tài)圖類圖、對象圖、包圖行為圖狀態(tài)圖、活動圖用例圖用例圖交互圖順序圖、協(xié)作圖實現(xiàn)圖組件圖、部署圖 QQRead.com 推出數(shù)據(jù)恢復(fù)指南教程數(shù)據(jù)恢復(fù)指南教程數(shù)據(jù)恢復(fù)故障解析常用數(shù)據(jù)恢復(fù)方案硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)教程數(shù)據(jù)保護方法數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件專業(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)服務(wù)指南 1.2 UML工具與應(yīng)用

　　"工欲善其事，必先利于器"，為了有效的利用UML，我們需要首先獲得一個UML工具軟件。

　　當(dāng)前，業(yè)界使用最廣泛的UML建模工具為Rational Rose。Rational Rose中可實現(xiàn)正向（為模型產(chǎn)生相應(yīng)的代碼）、逆向（從用戶原來的軟件系統(tǒng)導(dǎo)出該系統(tǒng)的模型）和雙向工程（實現(xiàn)模型和代碼之間的循環(huán)工程），從而保證模型與代碼的高度一致。Rational Rose支持C++、Visual C++、Java、Smalltalk、Ada、Visual Basic、PowerBuilder等語言和開發(fā)工具，并能為CORBA 應(yīng)用生成接口定義語言（IDL），為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用生成數(shù)據(jù)庫描述語言（DDL）等。另外，Rational Rose為團隊開發(fā)和規(guī)范的開發(fā)過程治理提供了良好的支持。
對于小規(guī)模應(yīng)用，我們可以使用微軟公司Office套件中的Visio，其中提供了對UML各種圖的繪制支持。

　　從應(yīng)用的角度上來講，面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計一般需要完成如下工作：

　　（1）描述需求；

　　（2）根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型；

　　（3）描述系統(tǒng)的行為。

　　（1）和（2）中所建立的模型是靜態(tài)的（采用用例圖、類圖、對象圖、組件圖和部署圖等），是標準建模語言UML中的靜態(tài)建模機制；而（3）中所建立的模型則表示執(zhí)行時的序列、狀態(tài)或交互關(guān)系（以狀態(tài)圖、活動圖、順序圖和協(xié)作圖描述），是標準建模語言UML中的動態(tài)建模機制。

　　由此可以看出，標準建模語言UML的主要內(nèi)容也可以歸納為靜態(tài)建模機制和動態(tài)建模機制兩大類。

　　此外，需要說明的是，UML只是一種建模語言，它獨立于具體的建模過程。因此，利于它建模時，可遵循任何類型的建模過程。盡管如此，UML的作者們?yōu)槲覀兺扑]了RUP（Rational Unified PRocess）。RUP由Rational軟件公司首創(chuàng)，其最重要的特點有三：

　　（1）軟件開發(fā)是由用例驅(qū)動的；

　　（2）軟件開發(fā)是以體系結(jié)構(gòu)設(shè)計（Architectural Design）為中心；

　　（3）軟件開發(fā)是個迭代過程。

　　RUP包括四個階段，每個階段又分為若干次迭代，每次迭代都有一個核心工作流，如圖1.1所示。