可视化建模与统一建模语言
the unified modeling language
the unified modeling language1. 引言1.1 概述统一建模语言（Unified Modeling Language，简称UML）是一种用于软件系统建模的标准化工具。
它提供了一种通用的图形化表示方法，帮助软件工程师和系统分析师更好地理解、设计和沟通软件系统的不同方面。
1.2 文章结构本文旨在对统一建模语言进行全面介绍，并探讨其在软件开发中的应用价值和挑战。
文章共包括以下几个部分：- 引言：介绍文章的背景和目的。
- 统一建模语言的概念与历史发展：阐述统一建模语言的定义、特点以及其起源和演变过程。
- UML基本概念与符号说明：解释UML中常用的类图、对象图和时序图等基本概念及其符号含义。
- UML各种图表的使用场景与实例分析：探讨使用UML绘制用例图、顺序图和类图等不同类型图表时所适合的场景，并通过实例分析说明其应用方法。
- 结论：总结UML及其应用价值，强调在软件开发中其作用和优势，并展望未来UML可能面临的挑战和发展方向。
1.3 目的本文的目的是介绍统一建模语言（UML）及其在软件工程中的应用。
通过深入研究和分析UML的概念、历史发展以及各种图表的使用场景，旨在帮助读者更好地理解UML，并认识到它对于软件开发过程中设计、沟通和协作的重要性。
此外，本文还会探讨UML未来可能面临的挑战和发展方向，为读者提供对未来软件工程趋势与发展做出合适决策的依据。
2. 统一建模语言的概念与历史发展2.1 UML的定义和特点统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是一种用于软件系统分析与设计的标准化建模语言。
它提供了一套图形化的符号和规则，用于描述、设计、构建和文档化软件系统的结构、行为和交互关系。
UML具有易理解、表达力强、可重用性高以及广泛适用于不同领域项目等特点。
2.2 UML的起源和演变UML最早源于布奇（Grady Booch）、雅各逊（James Rumbaugh）和松本兴良（Ivar Jacobson）三位软件工程师在1994年联合发布的Object Management Group（OMG）首版UML，然后经过多次修订和扩展，目前最新版本是UML 2.5。
UML主要功能及特点
UML主要功能及特点1 UML概述2 UML主要功能3 UML特点4 UML优缺点分析1UML概述UML(Unified Modeling Language，统一建模语言)承袭面向对象分析与设计(OOAD Object Oriented Analysis and Design)的方法，是一种用来描述系统蓝图的标准模式语言。
它是由三位面向对象方法领域著名的方法学家Booch、Rumbaugh 和Jacobson提出，结合了他们以及其它众多优秀方法和思想，得到了世界知名公司如Microsoft,HP,IBM,Rational 等的使用和支持，并于1997 年11 月被OMG(Object Management Group)组织采纳作为基于对象技术的标准建模语言。
它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，不仅支持面向对象的分析和设计，还支持从需求开始的软件开发过程，是近十年来最具有划时代意义的软件技术之一。
它是一种可以应用于任何软件开发过程的标记法和语义语言)。
作为对软件解决方案的业务领域进行描述的事实上的标准，UML 是第一种获得大多数从业者、软件厂商和学术界一致认同的表示法。
UML 是一种通用的可视化建模语言，用于对软件描述、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，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。
UML 描述了一个系统的静态结构和动态行为。
uml建模方法
uml建模方法
一、使用UML建模方法
1、UML基本方法
UML即统一建模语言，它是目前软件建模最流行的方法，是一种表达、理解、可视化、记录和展示系统的方法。
它在系统分析设计的过程中提供统一的视图，能帮助分析人员清楚的了解系统，从而更好的优化系统。
UML建模方法主要有以下几个：
1）类图结构：用来构建和描述不同对象之间关系的图形，它是面向对象分析的核心，是理解系统架构的窗口；
2）状态图：用来描述系统行为与状态的变化，它能够把一个激动的业务流程分解细节，为系统构思提供依据；
3）活动图：用来描述从一个状态到另一个状态的行为过程，可以降低复杂的系统的复杂度；
4）部署图：用来描述系统的物理部署情况，可以把抽象的系统行为映射到具体的系统部署；
5）构件图：用来描述系统的构件间的关系及服务，可以帮助把系统分解成一个个独立的构件；
6）交互图：用来描述不同构件间及操作的同步过程，可以设计系统的动态行为过程。
2、UML建模方法步骤
1）识别系统实体
要对系统进行建模，首先要对由哪些对象构成的实体，以及在不同实体之间是如何交互的进行把握，它们之间的关系及联系。
2）识别系统行为
根据识别的实体，以及各实体间的关系，开始对系统行为进行识别，建立各实体间的交互关系模型，从粗糙的描述到细节描述，把握系统的行为；
3）建立交互模型
最后，根据识别的实体，以及各实体间的关系，把握系统的行为，建立交互模型，来处理每个实体之间的交互，形成最终的系统模型。
2.可视化建模与UML语言概论
可视化建模与UML语言概论胡协刚软件架构师UML/RUP专家szjinco@中国软件架构师网 内容提要¾为什么要可视化建模¾可视化建模语言¾UML语言与软件过程、技术及其它¾UML的视图与模型¾UML语言的核心图¾UML的基本元素¾UML语言建模（需求、行为和结构）中国软件架构师网 Visual Modeling中国软件架构师网www.soft •我们要付出巨大的努力来实施用户没完没了的需求变更；•李四刚刚加入项目组接替王五的工作，他一想到要阅读并理解那些数量众多而庞杂的源码，就头大；•开发人员老是理解错对方的含义，返工成了家常便饭；•项目经理总是对进度估计错误，客户已经下了最后通牒；•几十个开发人员一起在开发，集成时代码老是编译通不过，真不知该如何来管理他们才好；•张三这几天老是抱怨他调试了三天才解决的一个bug ，竟然是因为用的一个库被别人修改了，偏偏就忘记了通知他；•测试组漏掉了一个功能的测试，结果造成系统在客户现场崩掉了；•这个缺陷，我看就留在那儿吧，不然A,F,G,K,L,Z 模块全都得改，饶了我吧！软件开发中的常见问题中国软件架构师网www.soft 9软件开发中出现的大部分问题，其根源都可以追溯到软件的复杂性上；软件复杂性体现在两个方面：•技术复杂性——高性能、实时/嵌入式系统、分布式环境、高容错性、全新的或构架需重整的项目•管理复杂性——规模庞大、多个涉众（众口难调）、项目型开发（相对于产品）、合同限制软件危机的根源——复杂性complexity中国软件架构师网www.soft 9《人月神话》根据软件复杂性的内在性质分为两类：•附加复杂性accidental complexities ——并非软件本身固有的、由其它外在因素所附加的额外复杂性，理论上可以被降低甚至完全被消除；•固有复杂性essential complexities ——软件本身固有的本源特性，理论上不可能被消除，但可以通过相关技术降低其负面影响，间接地解决其对开发的妨碍。
第4章 Web应用程序开发的统一建模语言(UML)
常常通过提问的方式寻找执行者。 · 谁使用系统的主要功能（主要使用者）？ · 谁从系统中获得信息？ · 谁向系统提供信息？ · 谁管理该系统？ · 系统需要与哪些其他的系统进行交互？ · 该系统需要控制哪些硬件？ · 该系统使用外部资源吗？ · 对系统产生的结果感兴趣的是哪些人？
属性 操作
②接口（interface）接口是指类或构件提供特定服务 的一组操作的集合，接口并不实现操作，而仅仅描述 类或构件的外部可见行为。 ③协作（collaboration）协作定义了交互的操作，是 一些执行者（Actor）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。
供应接口
管理定货 单 用 例 类
属性
操作 主动类
⑥构件（component）构件是物理的、可替换的系统 部分，它实现了一个接口集合。 ⑦结点（node）结点是一个物理元素，它在运行时存 在，代表一个可计算的资源，通常占用一些内存并具 有处理能力。
结点
构件
结点
构件
行为事物：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，共有两种主要的行 为元素。 ①交互（interaction）交互是由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。 ②状态机（state machine）状态机由一系列对象的状 态组成。 交互和状态机是UML模型中最基本的两个动态建 模元素，它们通常和其他结构元素、主要的类、对象 连接在一起。
(4) 扩展机制：UML提供了扩展机制，使得UML本身 成为可扩展的语言。简单地理解就是UML仅仅提供蓝 本，允许派生出新的事物，允许增加新的规则并可以 对新的规则进行描述。
3. UML的架构规则
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
UML的定义和组成详细介绍
UML的定义和组成详细介绍⽬录1、UML1.1概述UML(Unified Modeling Language 统⼀建模语⾔) 是为软件系统的制品进⾏描述（specifying）、可视化（visualizing）、构造（constructing）、⽂档化（documenting）的⼀种语⾔。
UML规范⽤来描述建模的概念有: 类、对象、关联、职责、⾏为、接⼝、⽤例、包、顺序、协作，以及状态。
1.2 UML是⼀种建模语⾔建模⽅法 = 建模语⾔ + 建模过程。
建模语⾔定义了⽤于表⽰设计的符号(通常是图形符号)；建模过程描述进⾏设计所需要遵循的步骤。
标准建模语⾔UML是⼀种建模语⾔，⽽不是⼀种⽅法，它统⼀了⾯向对象建模的基本概念、术语及其图形符号，为⼈们建⽴了便于交流的共同语⾔。
建模能⼒：建模⽅法 + 领域知识 + 实践1.3 UML语⾔包含三⽅⾯1. UML基本图素：它是构成UML模型图的基本元素。
例如类、对象、包、接⼝、组件等。
2. UML模型图：它由UML基本图素按照UML建模规则构成。
例如⽤例图、类图、对象图、…等。
3. UML建模规则：UML模型图必须按特定的规则有机地组合⽽成,从⽽构成⼀个有机的、完整的UML模型图（well-formed UMLdiagram）。
2、UML⽀持软件体系结构建模为了表达不同的软件开发相关⼈员在软件开发周期的不同时期看待软件产品的不同侧重⾯, 需要对模型进⾏分层。
UML根据软件产品的体系结构（architecture）对软件进⾏分层。
软件的体系结构分解为五个不同的侧⾯，称为4＋1视图(view)。
分别是：⽤例视图（Use case view，Scenarios）—场景视⾓逻辑视图(Logical view) — 逻辑视⾓进程（过程）视图（Process view） — 过程视⾓实现（开发）视图(Implementation view) —开发视⾓部署（物理、配置）视图(Deployment view) —物理视⾓每个视图分别关注软件开发的某⼀侧⾯视图由⼀种或多种模型图(diagram)构成模型图描述了构成相应视图的基本模型元素（element）及它们之间的相互关系。
统一建模语言及其建模工具第9章
接它们的线表示。
类图与对象图关系剖析
类与对象的关系
类是对象的抽象，而对象是类的实例。类定义了对象的结构和行为，而对象则是类定义的具体实现。
类图与对象图的关系
类图是描述系统静态结构的蓝图，而对象图则是这个蓝图在某一时刻的具体实现。类图中的类和关系定义了系统的结 构和行为，而对象图则展示了这些定义在实际运行中的情况。
02 组成元素
通信图主要由对象、链接和消息等元素组成。
03 表示方法
在通信图中，每个对象用一个带有名称的小圆圈 表示；对象之间的通信关系用链接表示，链接上 标注消息；消息的发送者和接收者用箭头表示。
顺序图与通信图在系统设计中的应用
描述系统动态行为
顺序图和通信图可以用来描述系统的动态行为，包括对象 之间的交互和通信过程，以及系统的执行流程。
案例：某企业建模工具选型过程
01
需求分析
企业需要对软件系统进行建模，包括类图、时序图、用例 图等多种UML图。同时，企业需要建模工具具备定制和扩 展功能，以满足特定需求。
02 03
工具评估
企业对多种建模工具进行评估，包括Rational Rose、 Visual Paradigm和StarUML等。在评估过程中，企业对 工具的功能、易用性、性价比和技术支持等方面进行了综 合考虑。
UML是OMG（Object Management Group）制定 的标准建模语言，得到了广 泛的支持和应用。
UML使用图形符号和工具来 表示软件系统的结构和行为 ，使得复杂系统更易于理解 和沟通。
UML适用于各种软件开发方 法和过程，包括面向对象、 敏捷和迭代开发等。
UML核心元素
事物（Things）
接着，我们将详细介绍 最后，我们将介绍一些 通过本章的学习，读者
系统分析与设计——统一建模语言UML
北京理工珠海学院
6.1.2统一建模语言特点
（1）面向对象:支持面向对象技术的主要概念,提供 了一批基本的模型元素表示图形和方法,简明表 达面向对象的各种概念. （2）可视化:通过UML的模型图清晰表示系统的逻辑 模型和实现模型,还用于各种复杂系统的建模. （3）独立于过程:独立于开发过程. （4）独立于程序设计语言:建好的系统模型可用任何 面向对象的语言来实现. （5）易于掌握和使用:结构清晰,建模简明易于掌握
五类图
第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者 .
第二类是静态图 ，包括类图、对象图和包图 .
第三类是行为图,描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。行为图 包括：状态图、活动图、顺序图和协作图 第四类是交互图,描述对象间的交互关系。(顺序图显示对象之间的动态 合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互 ；合作图描述对象间的协作关系，显示对象间的动态合作关系和对象以 及它们之间的关系)。如果强调(时间和顺序，则使用顺序图)；如果强 调(上下级关系，则选择合作图)。这两种图合称为交互图. 第五类是实现图 ,其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的 依赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个 可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息。构件图有助于分析和 理解部件之间的相互影响程度。
《include》 打印查询结果
(From Use Case View)
(From Use Case View)
北京理工珠海学院
案例：泛化、扩展关系
下面左图给出了一个扩展关系的例子，在还书的过程中， 只有在例外条件（读者遗失书籍）的情况下，才会执行赔 偿遗失书籍的分支流。 泛化关系：用例可以被特别列举为一个或多个子用例，这 被称做用例泛化。当父用例能够被使用时，任何子用例也 可以被使用。如在右图中，订票是电话订票和网上订票的 抽象。
可视化面向对象建模技术--标准建模语言UML
计划（续1）
火龙果 整理
UML九种模型
用例图 类图、对象图 交互图：顺序图、合作图 行为图：状态图、活动图 实现图：构件图、配置图
需求驱动的开发方法：
用例图模型 活动图、顺序图
计划（续2）
火龙果 整理
面向对象分析与设计方法：
火龙果 整理
UML的设计目标
UML是由 Booch，Rumbaugh 和 Jacobson 发起，在 Booch方法、OMT方法和 OOSE方法的基础上，集众 家之长，几经修改而成。UML的设计目标是：
运用面向对象概念来构造系统模型 ( 不仅是针对软
件)。
建立起从概念模型直至可执行体之间明显的对应
火龙果 整理
UML概述
1. 引 论；
2. 建模技术； 3. UML的模型图； 4. UML的基本视图； 5. 标准建模过程概述； UML的学习方法和应用领域； 6.小 结。
火龙果 整理
1. 引 论
面向对象技术的应用前景；
为什么有必要统一建模语言；
到2000年为止
~ 80%。
火龙果 整理
为什么有必要统一建模语言
面对众多的建模语言，用户没有能力区别不同语 言之间的差别。
在众多的建模语言中，实际上各有千秋，需要取 长补短，日臻完善。 虽然不同的建模语言大多相同，但仍存在某些细 微的差别，这极大地妨碍了用户之间的交流。
有关的常用网址
火龙果 整理
: OMG home page. Contains specs for UML and related modeling stds, such as MOF and XMI. : UML RTF home page. Contains UML spec artifacts, including the UML 1.3 final draft and the RTF’s final report. /ckobryn/uml.htm: UML resource page containing links to specs, pubs, events, and vendors. : Rational Products & UML
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可视化建模与统一建模语言
统一建模语言：unified modeling language UML，通用的可视化建模语言，是面向对象分
析和设计的标准化表示。
用于：软件描述、可视化处理、构造和建立软件系统文档。
UML标准包括相关概念的语义、表示法、说明。
它可被可视化工具支持，这些工具提供了代码生成器和报表生成器。
UML描述了系统的静态结构和动态行为。将系统描述为独立的相互作用的对象，静态
结构定义了对象属性和服务，动态行为定义了对象时间性和相互通信的机制。
统一语言UML具有6个特征：
①不是可视化程序语言，是可视化建模语言
②是一种建模语言规范说明，是面向对象分析与设计的一种标准表示。
③不是过程或方法，但允许任何一种过程和方法使用它
④简单且可扩展，具有扩展和专有化机制，便于扩展，无需对核心概念进行修改。
⑤为面向对象的设计与开发中涌现出的高级概念提供支持，强调在软件开发中，对架构、
框架、模式和组件的重用。
⑥与最好的软件工程实践经验集成。
UML的设计的意义：作为一个通用语言，可以供所有建模者使用，建立在计算机界普
遍的认同基础上，它包括了各种主要的方法，并可作为他们的建模语言。
UML的最终的目标是在尽可能简单的同时能够对应用系统的各个方法面建模。
为了使UML各组件和概念的界限更加明显，创造出视图的方式表现。
最上一层的视图被划分为3个视图域：结构、动态行为、模型管理。结构描述了各成员
及其相互关系；动态行为描述系统随时间变化的行为；模型元素描述类、用例、构件、节点。
UML提供了9种主要的图来建模：用例图、类图、对象图、构件图、部署图、状态图、
序列图、协作图、活动图。
使用面向对象技术进行软件开发的最佳实践——RUP
首先，RUP全称：Rational Unified Process，即统一软件开发过程。
RUP的4大特点：①提高团队生产力；②对大部分软件开发过程提供自动化工具支持；
③为开发过程提供通用性；④为适合于大范围项目和机构的方式捕捉了许多现代化软件开发
过程的最佳实践。
6个基本最佳实践经验：
①迭代式开发；②需求管理；③使用以组件为中心的软件构架；④可视化软件建模；⑤
验证软件质量；⑥控制软件变更
面向对象系统分析
1、面向对象的分析模型包括：
①用例模型
②类-对象模型
③对象-关系模型
④对象-行为模型
其中用例模型主要描述用户和系统之间的关系；类-对象模型主要描述系统内对象；对
象-关系模型主要描述对象之间的静态关系；对象-行为模型主要描述系统的动态行为。
2、面向对象分析的主要目标
①描述用户的需要
②建立创建软件设计的基础
③定义软件完成后可被确认的一组需求
3、面向对象的分析步骤
①发现角色/参与者
②发现用例
③建立用例模型
④进行领域分析
⑤建立对象-关系模型
⑥建立对象-行为模型
⑦建立功能模型
3.4.5 面向对象系统设计
在设计阶段主要包括以下三方面：即用例设计、类设计、子类系统设计，它们的主要目
的是：
1、用例设计主要目的：
①利用交互改进用例实现
②调整对设计类的操作需求
③调整对子系统和它们的接口的操作需求
④调整对封装体的操作需求
2、类设计的目的：
①确保类可为用例实现提供必需的行为
②确保提供充足的信息来明确无误地实施类
③处理和类有关的非功能性需求
④包含用于类的设计机制
3、子类系统设计目的：
①用所包含类的协作来定义在子系统接口中指定的行为
②记录及系统的内部结构
③定义子系统接口和包含类之间的实现关系
④确定对其他子系统的依赖关系。