【学习课件】第2章UML系统建模与分析设计-统一建模语言UML
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第2章 统一建模语言UML
UML 2.0
1997年对象管理组织（Object Management Group
，OMG）采纳UML作为其标准建模语言，并通过严 格有序的OMG过程对其进行修订和维护。 1999，UML 1.3，相对稳定成熟阶段 2001-05， UML 1.4 2003年6月宣告完成了UML 2.0 ： Infrastructure（底层结构） Superstructure（上层结构） OCL（对象约束语言） Diagram Interchange（图形交换）
关联类
关联类用来记录与关联（关系）有关的信息，提
供与关联有关的操作。
+Employee +Employer
Person
* 1
Company
Employment +Contract
（2）包图
包图在UML中可以看作是类图的一部分。
包用来对一组元素进行划分，是对复杂模型的一
种分而治之的层次划分。 常用来描述一个复杂系统逻辑上的子系统划分。 包图主要由包和包之间的关系组成。 包的划分应遵循高内聚、低耦合的原则，一个包 中可以包含多个类和子包。 包图的图元： 包、依赖关系、导入关系、合并关系
UML 2.0的建模机制
类图 (Class Diagram) 包图 (Package Diagram) 对象图 (Object Diagram) 结构建模 (Structure) 构件图 (Component Diagram)
组合结构图 (Composite Structure Diagram)
UML 2.0 建模机制
* 1
OrderItem
Order
泛化（继承）关系
Person
—UML系统建模与分析设计幻灯片
2021/5/15
UML系统建模与分析设计
19பைடு நூலகம்
２．软件开发 〔1〕概要设计 建立系统总体构造和各模块之间的关系； 定义各个功能摸块的接口； 设计全局数据库或数据构造； 规定设计约束； 制定组装测试方案。 〔2〕详细设计 对概要设计进展细化； 建立文档资料。
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UML系统建模与分析设计
； 必须是首次开发的新系统并且淘汰全部老系统时。
2. 渐增模型〔incremental model〕
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UML系统建模与分析设计
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慎重考虑使用渐增模型的情况： 不能充分理解客户需求或客户需求有可能迅速发生
变化； 事先拟采用的技术迅速发生变化； 客户突然提出一些新的功能需求； 长时期内仅有有限的资源保证〔开发人员和资金〕
〔5〕按使用的频度划分 一次性使用软件。 使用频度较高的软件。
〔6〕按软件失效的影响程度划分 一般性软件。 关键性软件。
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UML系统建模与分析设计
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1.2 软件的开展与软件工程
软件工程的指导性原那么： 变动的软件需求。 稳妥的设计方法。 高效的软件开发支持技术。 有效的过程管理。
软件工程具有里程碑意义的进展：
4
2．软件的分类
〔1〕按软件的功能划分
系统软件。
支撑软件。
应用软件。
〔2〕按软件的规模划分
微型软件。
小型软件。
中型软件。
大型甚至超大型软件。
〔3〕按软件工作方式划分
实时处理软件。
分时软件。
交互式软件。
批处理软件。
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UML系统建模与分析设计
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〔4〕按软件效劳对象的范围划分 工程软件。 产品软件。
2统一建模语言UML
出现的方式
多态性
(section 2.3.2)
capturing use of single action word to represent different things,
depending on context根据上下文，捕获单一行为词表示的不同内 容
Adapted from Software Design: From Programming to Architecture by Eric J. Braude (Wiley 2003), with permission.
图
2.1面向对象开发方法
面向对象的目标： 为实现现实世界和设计中的结构单元间提供直接映射。 基本概念： 类，对象，聚集，消息，客户 面向对象方法的优势： 面向对象的特点：继承，多态，接口，封装 简化开发过程 支持软件复用 改善软件结构
面和向对象以前
Real world concepts
第二章 统一建模语言UML
主要内容
面向对象的设计开发方法 面向对象的目标 面向对象的概念 面向对象的特点 面向对象方法的优势
UML概述
UML的产生发展 UML的基本组成
UML建机制
UML静态建模 类图，对象图，包图，构件图，组合结构图，部署图 UML动态建模 活动图，顺序图，通信图，交互图，时序图，状态图，用例
继承
相对于结构化编程中 的模块重用，面向对 象中的继承体系显得 更灵活，对代码的控 制手段更多，从而推 动了代码复用的程度， 但却加大了学习掌握 的难度。
电子邮件创建示例的需求 Page 1 of 4
1. 概要: Produces e-mail text for various types of customers.给不同类型的用户撰写 电子邮件
《统一建模语言(UML)》第2章 UML概述
用例图（use case diagram） 顺序图（sequence diagram） 协作图（collaboration diagram） 类图（class diagram） 对象图（object diagram） 活动图（activity diagram） 状态图（state chart diagram） 构件图（component diagram） 部署图（deployment diagram）
标记值（tagged
value）{ } 模型元素附加的命名信息，任何元素都可使用。 有时候和注解起到相同作用。
2.4.2 通用机制
扩展机制（extensibility mechanism）
约束（constraint）{
} 语义文字描述的语义限制
2.5 UML的体系结构
4+1视图模型
理解UML的特点
UML是一种语言
遵循特定的规则 允许创建各种模型 并不告诉设计者需要创建哪些模型，自己不断总结探索 并不提供开发过程，即：什么时候该创建什么图，这个模型怎么 用，UML并不给出指导，由Unified Process给出， Unified Process不是本课程重点。 软件工程三要素：方法（UML）、工具（rose）、过程 （Unified Process） UML是图形化语言 图形便于交流（一幅图抵上千文字）
谢谢观看
仅描述 一个 对象
构件图（component diagram）
部署图（deployment diagram）
2.4.2 通用机制
规范说明（specification）
元素语义的文本描述，用来描述细节，图则是可视化描述
统一建模语言UMLPPT课件
依赖
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关联
构件
泛化 聚集
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3.1.3 UML 图
UML 9种图
1. 用例图
用例图描述了系统提供的一个功能单元。用例图的主要目的是帮 助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求，包括 基于基本流程的“角色”（actors，也就是与系统交互的其 他实体）关系，以及系统内用例之间的关系。用例图一般表 示出用例的组织关系--要么是整个系统的全部用例，要么是 完成具有功能（例如，所有安全管理相关的用例）的一组用 例。要在用例图上显示某个用例，可绘制一个椭圆，然后将 用例的名称放在椭圆的中心或椭圆下面的中间位置。要在用 例图上绘制一个角色（表示一个系统用户），可绘制一个人 形符号。角色和用例之间的关系使用简单的线段来描述，如 下图所示
可见性 属性名 类型 = 缺省值 {约束特性}
不同属性具有不同可见性常用的可见性有 PublicPrivate和Protected三种,在UML中分别表示 为“+”“-”和“#”。操作名、返回类型和参数 表组成操作界面UML规定操作的语法为:
可见性 操作名 (参数表) : 返回类型 {约束特性}
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对象名有下列三种表示格式1对象名类名2 类名 3对象名 。
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4. 状态图
状态图表示某个类所处的不同状态和该类的状态转换信,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。状态 图的符号集包括5个基本元素：初始起点，它使用实心 圆来绘制；状态之间的转换，它使用具有开箭头的线段 来绘制；状态，它使用圆角矩形来绘制；判断点，它使 用空心圆来绘制；以及一个或者多个终止点，它们使用 内部包含实心圆的圆来绘制。要绘制状态图，首先绘制 起点和一条指向该类的初始状态的转换线段。状态本身 可以在图上的任意位置绘制，然后只需使用状态转换线 条将它们连接起来。
UML统一建模语言
一个对象的实例图解
2. 封装
封装是面向对象方法的一个重要原则。 封装有两个含义： ① 结合性 ② 信息隐蔽性 目的：将对象的使用者与设计者分开，使用 者不必知道行为实际的细节，只需用设计 者提供的消息来访问对象
输入 输出
过程1
过程2 过程3 传统方法数据与过程是分离的 消息 消息 数据实体
一般/特殊结构
一般/特殊结构均形成层次或网络
层 次 结 构 图
整体/部分结构
实例连接
实例连接用于表达对象之间的静态联系
教师为学生 授课：
教师
教学 0,m 0,n
学生
教师为学生 指导论文：
教师
指导论文 0,m 1
学生
消息连接
定义：两个对象之间存在的由于通信需要 而形成的关系。 表示方法：使用箭头从发送消息的对象指 向接收消息的对象。
Rational ClearQuest
变更请求管理 (Change Request Management) 功能增强、缺陷报告、文档修改 提交、评估、决策、实现、验证、完成。
Rational PureCoverage
辅助测试工具。分析测试用例对代码覆盖 范围的分析。
Rational Purify
继承的描述
在建造系统模型时，可以根据所涉及到 的事物的共性抽象出一些基本类，在 此基础上在根据事物的个性抽象出新的类 新类即继承父类的全部属性和操作， 又具有独立的属性和操作。 父类和子类的关系为一般与特殊的关系
单重继承和多重继承的描述
6. 多态性
定义：同一操作作用于不同的对象，可以有不 同的解释，产生不同的执行结果。 多态性分为两种： ① 编译时的多态性。 ② 运行时的多态性。
课件—UML系统建模与分析设计(2)
分析、抽取
领域问题
提取
概念模型
系统需求
分析、设计
软件建模：modeling 用于表达现实的简化视图，以便于面 向对象软件系统的设计与实现。 出发点： （1）整个系统太复杂，难以一下子抓住，通过模型简洁 的描述系统 （2）交流（项目组成员之间，与客户） （3）系统体系结构归档。
统一建模语言UML 本章目的：
草图与蓝图 蓝图一般是指采用CASE工具绘制的、正式的、规范 的UML模型。草图则通常是指手工绘制的、规范度较低 的在纸张的UML模型。 大胆地绘制草图，尽可能基于草图进行讨论。对于局 部的、重要性不高的、共享范围较小的UML模型，直接 将草图扫描到电脑存档即可； 对于全局的、重要性高的、高度共享的，在草图的基 础上用CASE工具绘制成为正式的蓝图，并将其纳入统一 的模型管理中.
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UML系统建模与分析设计
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5．配置视图 作用：描述系统的物理设备配臵，如计 算机、硬件设备以及它们相互间的连接 ； 适用对象：开发者、系统集成者和测试 者； 描述使用的图：配臵图 ； 重要性：描述硬件设备的连接和哪个程 序或对象驻留在哪台计算机上执行 。
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独立于过程
可视化
UML通过它的元模型和表示法，把那些通过文字或其 他表达方法很难表达清楚的、隐晦的潜台词用简单直 观的图形表达和暴露出来，准确而直观地描述其复杂 的含义。 例如：造一辆车身是红色金属漆的小轿车，装备四个 普利司通牌子的轮胎，它是一辆四门车，车门是加厚 的，并且前后门玻璃上贴黑色的膜。前后挡风玻璃里 都装有电热丝，后视镜是电动可调的。
对象图
描述一组对象之间的关系，是具有具体属性值和行为的一 个具体事物，其是类图中所建事物实例的静态快照，其与 类图的主要区别是一个是抽象的,而对象图是具体的。
领域问题
提取
概念模型
系统需求
分析、设计
软件建模：modeling 用于表达现实的简化视图，以便于面 向对象软件系统的设计与实现。 出发点： （1）整个系统太复杂，难以一下子抓住，通过模型简洁 的描述系统 （2）交流（项目组成员之间，与客户） （3）系统体系结构归档。
统一建模语言UML 本章目的：
草图与蓝图 蓝图一般是指采用CASE工具绘制的、正式的、规范 的UML模型。草图则通常是指手工绘制的、规范度较低 的在纸张的UML模型。 大胆地绘制草图，尽可能基于草图进行讨论。对于局 部的、重要性不高的、共享范围较小的UML模型，直接 将草图扫描到电脑存档即可； 对于全局的、重要性高的、高度共享的，在草图的基 础上用CASE工具绘制成为正式的蓝图，并将其纳入统一 的模型管理中.
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UML系统建模与分析设计
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5．配置视图 作用：描述系统的物理设备配臵，如计 算机、硬件设备以及它们相互间的连接 ； 适用对象：开发者、系统集成者和测试 者； 描述使用的图：配臵图 ； 重要性：描述硬件设备的连接和哪个程 序或对象驻留在哪台计算机上执行 。
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独立于过程
可视化
UML通过它的元模型和表示法，把那些通过文字或其 他表达方法很难表达清楚的、隐晦的潜台词用简单直 观的图形表达和暴露出来，准确而直观地描述其复杂 的含义。 例如：造一辆车身是红色金属漆的小轿车，装备四个 普利司通牌子的轮胎，它是一辆四门车，车门是加厚 的，并且前后门玻璃上贴黑色的膜。前后挡风玻璃里 都装有电热丝，后视镜是电动可调的。
对象图
描述一组对象之间的关系，是具有具体属性值和行为的一 个具体事物，其是类图中所建事物实例的静态快照，其与 类图的主要区别是一个是抽象的,而对象图是具体的。
统一建模语言UML
活动图
活动图描述为了完成某一个目标需要做的活动 以及这些活动的执行顺序。
活动图中的基本元素：
参考ppt UML-4
掌握如何对用例场景进行建模
状态图
显示一个状态机，用于对模型元素的动态行为 进行建模，即对系统行为中受事件驱动的方面 进行建模。
通常使用状态图来说明单个业务实体对象、或 分析类对象、或设计类对象在它的整个生命周 期内可能的状态，以及导致状态转换的事件和 状态转换引起的操作。
仅描述单个对象在其生命周期内状态的改变， 不用于描述对象间的交互。
状态图中的基本元素： 来自考ppt UML-4状态图示例
示例对电话工作的行为建模。
拨号 idle
dialing
拨号失败
拒接来电
来电
暂无人接听继续响铃
完成通话挂机
电话接通
ringing
摘机
talking
时序图
是交互图的一种，用于描述按时间顺序排列的 对象之间的交互模式。
统一
UML用一种统一的语言来覆盖整个软件过程 （需求、分析、设计……），让不同的开发团 队能顺畅沟通。
可视化
UML通过它的元模型和表示法，把文字等方式 很难表达清楚的，隐晦的潜台词用简单直观的 图形表达，准确直观的描述复杂的含义。
UML提供了相关元素来建立模型：
参与者
模型信息来源提供者，也是第一驱动者。 是整个建模过程的核心。 代表了现实世界中的“人”。
因此，这件事情是由很多不同的情况的集合构 成的，
在UML中称之为用例场景。 一个用例场景就是一个用例的实例。
用例的构成
用例的特征
1. 用例是相对独立的。 2. 用例的执行结果对参与者来说是可观测的和
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UML的标准化
➢ 1997年11月14日，UML1.1版本被OMG（对象管理组织） 采纳为标准，并陆续修订颁布了1.3、1.4和1.5等版本。
➢ 2000年-2003年，UML2.0版本问世。 ➢ 2005年，UML2.0标准版本被OMG采纳。
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Booch
➢ 例如：造一辆车身是红色金属漆的小轿车，装备 四个普利司通牌子的轮胎，它是一辆四门车，车 门时加厚的，并且前后门玻璃上贴黑色的膜。前 后挡风玻璃里都装有电热丝，后视镜是电动可调 的。
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UML模型系统体系结构 UML构 成
UML
模型元素
通用机制
视图
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视图
进 程 视 图
构配 件置 视视 图图
用 例 图
类 图
对时协状活构 象序作态动件 图图图图图图
配 置 图
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UML
模型元素
通用机制
视图
修 注 规格 通用 扩展 饰 解 说明 划分 机制
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2.1.3 软件系统体系结构的描述
1．用例视图
❖ 描述系统的功能需求，找出用例和执行者； ❖ 客户、分析者、设计者、开发者和测试者； ❖ 描述用图：用例图和活动图； ❖ 重要性：系统的中心，它决定了其他视图的 开发，用于确认和最终验证系统。
➢ 2.1.1 UML的诞生与发展 ➢ 2.1.2 UML的主要特点 ➢ 2.1.3 软件系统体系结构的描述 ➢ 2.1.4 UML模型元素
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2.1.1 UML的诞生与发展
➢ 20世纪70年代出现了面向对象的程序设计语言。 ➢ 20世纪80年代，出现了面向对象的建模语言。 ➢ 在1989年到1994年期间,面向对象的方法从不到十种增加
.
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3．构件视图
❖ 描述系统代码构件组织和实现模块，及 它们之间的依赖关系 ；
❖ 设计者、开发者 ； ❖ 构件图 ； ❖ 描述系统如何划分软件构件，如何进行
编程 。
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4．进程视图
❖ 描述系统的并发性，并处理这些线程间 的通信和同步 ；
❖ 开发者和系统集成者 ； ❖ 状态图、顺序图、合作图、活动图、构
Rumb. augh Jacobson
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UML 的形成过程
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2.1.2 UML的主要特点
➢ 统一的标准
➢ UML是被OMG接受为标准，越来越多的开发人员使 用UML进行软件开发，越来越多的厂商支持UML。
➢ 面向对象
➢ 是支持OO软件开发的建模语言。
➢ 可视化、表达能力强(概念明确)
件图和配置图 ； ❖ 将系统分割成并发执行的控制线程及处
理这些线程的通信和同步 。
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5．配置视图
❖ 描述系统的物理设备配置； ❖ 开发者、系统集成者和测试者 ； ❖ 配置图 ； ❖ 描述硬件设备的连接和哪个程序或对象
驻留在哪台计算机上执行 。
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逻辑视图
类
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接 口
协 作
主 动 类
组 件
节 点
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❖ 1 构件事物： UML模型的静态部分，描述概念或物理元素
❖ 它包括以下几种：
※ 类：具有相同属性相同操作 相同关系相同语义的对象的描述
※ 接口：描述元素的外部可见行为，即服务集合的定义说明
※ 协作：描述了一组事物间的相互作用的集合
※ 用例：代表一个系统或系统的一部分行为，是一组动作序列的 集合
第二章 统一建模语言UML
本章目的：
掌握UML特点和基本图标元素的表示符 掌握UML软件系统体系结构的五种视图和
九种基本图 了解UML的用例模型、静态模型、动态模
型的简单建模方法 了解UML的系统体系结构模型 掌握UML与软件开发统一过程
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2.1 UML模型系统体系结构
※ 构件：系统中物理存在，可替换的部件
※ 节点：运行时存在的物理元素
❖
另外，参与者、信号应用、文档库、页表等都是上述基本事
物的变体
❖ 2 行为事物：UML模型图的动态部分，描述跨越空间和时间的行 为
※ 交互：实现某功能的一组构件事物之间的消息的集合，涉及消 息、动作序列、链接
※ 状态机：描述事物或交互在生命周期内响应事件所经历的状态 序列
构件视图
Use case 视图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ进程视图
部署视图
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2.1.4 UML模型元素
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UML
模型元素
事物
结构 行为 分组 辅助 事物 事物 事物 事物
交状 互态 包 机机
注 释
通用机制 关系
视图
关联 依赖 泛化 实现 聚合 关系 关系 关系 关系 关系
用 例
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2．逻辑视图
❖ 描述如何实现系统内部的功能 ； ❖ 分析者、设计者、开发者 ； ❖ 类图和对象图、状态图、顺序图、合作图 和活动图 ； ❖ 重要性：描述了系统的静态结构和因发送 消息而出现的动态协作关系 。
静态结构:类图、对象图 动态行为：状态图、活动图、时序图、协作图
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❖ 3 分组事物： UML模型图的组织部分，描述事物的组织结构
到了五十多种 ；一些方法脱颖而出，包括Booch方法、 OMT和OOSE等方法； ➢ 其他的方法还有Fusion方法、Shlaer-Mellor 方法和 Coad-Yourdon方法 ➢ 经过Booch、Rumbaugh和Jacobson三人的共同努力,于 1996年发布了UML(Unified Modeling Language)。
➢ 建模表示法简洁，图形结构清晰，可视化、表示能力 强大，容易掌握和使用。
➢ 独立于过程
➢ UML不依赖于特定的软件开发过程。
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可视化
➢ UML通过它的元模型和表示法，把那些通过文字 或其他表达方法很难表达清楚的、隐晦的潜台词 用简单直观的图形表达和暴露出来，准确而直观 地描述其复杂的含义。
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UML
模型元素
事物
结构 行为 分组 辅助 事物 事物 事物 事物
交状 互态 包 机机
注 释
通用机制 关系
视图
关联 依赖 泛化 实现 聚合 关系 关系 关系 关系 关系
用 例
类
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接 口
协 作
主 动 类
组 件
节 点
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模型元素
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通用机制
用
逻
例
辑
视
视
图
图