Chapter 01-UML导论

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,*,第1章：,UML,导论,By,王传栋,南京邮电大学计算机学院软件工程系,Chdwang,课件下载：,ftp:/10.20.79.1,统一建模语言,统一建模语言（,Unified Modeling Language,，,简称,UML,），,一种通用的可视建模语言，用于说明、可视化、构造并文档化软件系统的体系结构。,常用工具软件,IBM Rational Rose,Microsoft Visio,StarUml（, By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,模型与建模,软件危机：,开发过程中出现的一系列问题，最终导致项目产品的开发失败,软件开发成本和进度难以控制，经常出现经费超预算、完成期限一再拖延的现象；,用户对“已完成的”软件系统不满意；,软件产品的质量不过关；,软件产品难以维护；,缺乏完整规范的文档资料，软件测试不充分；,软件成本过高；,软件生产率过低。,3,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,软件模型,软件项目的失败引发了对软件开发方法的研究,缺乏管理、简单的软件开发过程是项目失败的一个可能的原因,如何约束和管理软件的开发过程？,过程模型,提出了改进软件开发过程的建议,描述了软件开发涉及的阶段和阶段的执行次序,阶段产物，一个阶段结束的成果，并作为下一阶段开始的标志,4,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,软件模型,简单的过程模型,需求分析后，直接进入代码编写阶段,仅适用于简单的项目开发,5,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,软件模型,稍复杂的过程模型,增加一个阶段，通过,结构图,来刻画软件的总体功能和模块划分，并强调模块之间的调用关系。,模型（,结构图,）,软件设计的中心，阐述系统体系结构，忽略底层实现细节,有助于处理重大软件开发中的复杂性,6,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,软件模型,其他更为复杂的过程模型,瀑布模型,演化模型,螺旋模型,增量（迭代）模型,软件的生命周期,7,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析阶段,开发人员寻求从他们自己的角度来理解问题,没有考虑技术问题,确认需求的可靠性,按优先次序排列需求,生成并评估备选方案,与管理人员评审推荐方案,回答：要解决问题，必须完成哪些工作？,8,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型,分析模型,需求分析阶段的产物，面向应用领域,描述用户的需求，包括应用数据和处理数据的业务过程，并以此需求为标准，验收开发完成的软件产品。,奠定设计工作的基础，但不涉及待开发系统的任何特性，力求捕捉现实世界的业务特性,工具：,ER,图,表达,数据模型,数据流图,表达,功能模型,状态转换图,表达,行为模型,9,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型,分析模型结构,核心是数据字典，它描述软件使用或产生的所有数据对象。,“,ER,图” ，用于数据建模；“数据对象描述”描述“,ER,图”中出现的对象属性。,“数据流图”，用于功能建模；“处理规格说明”描述“数据流图”中的每个功能,“状态转换图” 用于行为建模；“控制规格说明”描述“状态转换图”中的软件控制信息。,10,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,设计阶段,设计应用程序体系结构,设计用户界面,设计并集成数据库,用于设计详细资料的原型,设计并集成系统控件,如何满足需求,设计阶段规定系统：如何满足需求规范中所确定的分析需求,回答：应该使用那些技术？应如何解决问题？,11,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,设计模型,创建支持分析模型中规定的特性和要求的结构。,设计模型,体系结构设计,：确定软件的主要结构元素（构件）之间的关系。,数据设计,：把分析阶段创建的信息域模型转变成软件实现所需要的数据结构。,接口设计,：描述软件内部、软件与协同系统之间、软件与用户之间的通信方式。接口意味着信息流（数据流和控制流）。,过程设计,：把软件体系结构中的结构元素，变换成对软件构件的过程性描述。,12,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型与设计模型的关系,软件设计必须依据软件需求来进行：,分析模型的每个元素都为设计模型提供最基本的输入信息,。,数据模型定义的,数据对象和关系,，以及,数据字典,和,数据对象描述,中给出的详细数据内容，为数据设计奠定了坚实的基础；,功能模型定义的,子系统交互,，导出软件的模块框架；,功能模型为接口设计提供了所必须的信息；,行为模型中的,处理规格说明,、,控制规格说明,和,状态转换图,为过程设计提供了基础。,13,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型与设计模型的关系,根据数据模型、功能模型和行为模型表示的软件需求，设计者采用适当的方法完成数据设计、体系结构设计、接口设计和过程设计。,14,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型与设计模型的关系,设计的实质,执行一个对分析模型的翻译过程，是对分析模型包含信息的重新阐述,传统的结构化思想,两种模型采用完全不同的语言和表示法,问题：,易出错，费时耗力,信息过渡不完全,15,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,分析模型与设计模型的关系,面向对象的软件过程,分析和设计采用相同的模型和建模概念，以消除分析模型和设计模型之间的差别。,分析模型：表达系统的结构和功能,设计模型：突出系统的底层细节，但也能识别出分析模型表达的系统结构。,分析与设计两个阶段之间实现“无缝”的过渡。,模型的表达工具,UML,16,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,方法学,一种指导软件系统开发的策略或方法,正确的,错误的,指导软件开发,定义有助于系统开发的若干模型，模型抽象的描述系统的特定方面，不会过早地涉及底层细节,定义描述模型、形成文档的一组规范表示方法,定义软件开发中包含的各种不同的活动，并制定执行这些活动的次序,活动和次序共同定义为一个,开发过程模型,。,17,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,方法学,结构化的方法学,也称为生命周期方法学或结构化范型,以,结构化分析、结构化设计、结构程序设计和结构化测试,等技术来完成软件开发的各项任务,使用适当的软件工具或软件工程环境来支持结构化技术的运用,常用的过程模型,瀑布模型,演化模型,螺旋模型,增量（迭代）模型,18,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,方法学,面向对象方法学,“对象类继承消息机制”,以对象来融合数据及数据上操作行为，通过分析系统内对象的交互来描述或建模系统,以类的形式来组织对象，数据做为静态属性反映对象的状态，数据之上的操作反映对象的动态行为,以继承关系，组织一种层次结构（父类和子类）,以消息传递实现对象的交互联系,常用模型,统一过程,喷泉模型,19,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,面向对象的系统分析,OOA,建立准确而简洁的软件系统的对象模型,依照,用户对真实世界中,对象和概念,的理解，发现和分析对象的,内部构成和外部关系,准确而简明的,问题域模型,（,Domain Model,）,确定实体之间的相应特性、相互作用和关系,优点：,现实世界到计算机分析的自然对应关系,20,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,面向对象的系统设计,OOD,：根据已建立的系统对象模型，运用面向对象技术，进行软件设计,程序是以相互,协作的对象集,合组织的,OOD,是为了适,应,OOA,阶段,的结果,定义类的职责、,操作、属性和,关系,OOP：,编程实现,21,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,面向对象的系统分析设计优点,实际问题与实现的对象与实际问题之间紧密配合,促进重用对象,由于可重用对象，从而减少错误和维护问题,重用对象还加速设计和开发过程,要求符合人类的认知原理（因为这是自然的思维方式）,强化数据封装，这有助于解决一些与数据有关的开发和维护问题,降低软件开发的复杂性，辅助生成可修改且具有恢复能力的软件系统,22,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,统一建模语言,UML,的概念范围,UML,定义了一套建模语言,UML,是一种对软件系统进行规约、构造、可视化和文档化的语言,UML,也致力于并发分布式系统和实时系统的建模,UML,的概念模型分为静态结构，动态行为，实现构造模型组织和扩展机制等部分,UML,的概念和模型划分为视图、图和模型,23,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,模型,在软件开发的各个阶段，站在不同的抽象层次上，利用不同的,UML,模型对系统进行刻画,不同的模型由不同的视图和模型元素来刻画,24,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,模型,模型是对现实的简化，,为系统提供蓝图,模型可能包含详细的计划，好的模型所包含的,元素具有广泛的抽象,有助于如实或根据实际需要,视觉化系统,模型允许指定,系统的结构或行为,模型提供引导,构建系统的模板,模型记录了,已经作出的决定,25,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,创建模型的原理,选择创建什么样的模型，对如何解决问题和如何形成解决方案具有深刻影响,单个模型是无法满足要求的,完美的系统是通过一系列近乎独立的模型，以最合理的方式组合实现的,每一种模型可以在不同的精度级别上表示,最佳模型与现实世界是紧密相连的,26,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,模型元素,UML,构成,27,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,事物（,thing），,也称元素,模型中最具代表性成分的抽象,结构事物（,Structural Thing）,类（,class）,接口（,interface）,协作（,collaboration）,用例（,use case）,主动类（,active class）,构件（,component）,节点（,node）,28,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,事物（,thing），,也称元素,模型中最具代表性成分的抽象,行为事物（,Behavioral Thing）,交互（,interaction）,状态机（,state machine）,分组事物（,Group Thing）,包（,package）,注释事物（,Annotational Thing）,注释（,note）,29,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,关系（,relationship）,关联（,association）,泛化（,generalization）,实现（,realization）,依赖（,dependence）,30,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图（,diagram）,UML,定义了9种不同类型的图,用例图：演示系统与用户的交互,对象图：演示对象和链接,顺序图：展示系统与其环境之间的交互，描述系统行为 的简单而直观的方法,协作图：表示特定环境和交互中一系列关联的对象,类图 ：演示系统的逻辑结构,状态图：演示对象行为,活动图：是状态图的变更或特例,构件图：演示软件的物理结构,部署图：展示软件与硬件配置间的对应关系,31,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,公共机制,规范说明（,specification）,元素语义的文字描述，用来描述细节,修饰（,adornment）,对标准的表示符号增加细节描述,通用划分（,common division）,类和对象,接口和实现,扩展机制（,extensibility mechanism）,版型（,stereotype）：,根据已有的元素修订新元素,标记值（,tagged value）：,模型元素附加的命名信息,约束（,constraint）：,语言文字描述的语义机制,32,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,视图,用例视图,定义系统的功能需求和外部行为，是用例驱动软件开发的中心,设计视图,定义支持功能需求的逻辑结构，即实现系统功能的细节，主要由类、类所持有的数据、类的行为以及类之间的交互说明等构成,实现视图,描述构造系统的物理构件，如可执行文件、代码库和数据等与配置管理和系统集成有关的信息。,33,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,视图,进程视图,说明系统中并发执行和同步情况,部署视图,描述物理构件,如何在系统运,行的实际环境,中分布,注：两者描述系统的非功能性需求，如容错性、性能等。,34,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,借阅者用例图,35,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,类图,36,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,图书状态图,37,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,借阅者状态图,38,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,借阅者活动图,39,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,图书管理员的活动图,40,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,借阅者查找图书顺序图,41,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,借阅者查找图书协作图，与顺序图等价,42,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,系统构件图,43,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,图例,系统部署图,44,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,视图与图的关系,5视图与9种图,45,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,设计模型和代码,模型与代码的关系,46,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,用例驱动的软件开发过程,过程模型,47,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,习题 1.1,一种可能的过程模型,48,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,习题 1.2,一种可能的过程模型,49,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,习题 1.3,正如题干指出，必须区分以下点,使用,UML,符号描述软件系统,使用,UML,符号支持开发过程,UML,以及类似的符号和语言，已演变为支持开发，若不参照在开发过程中的使用，这些符号就无法理解，因此结合各种符号的典型使用，可以帮助学习,UML。,另一方面，图的含义也不取决于它们在设计过程中的使用。图文档化软件系统的某个特性，而不是软件系统的开发过程。在软件开发过程中，重要的是,UML,符号的理解，而不是,UML,符号的使用。,UML,在设计过程中的作用是协助设计者得出 “结构合理”的设计。如同编程语言一样，了解语言的语法并不意味着程序员能够写出简洁、可维护性好且高效的程序，因为这不是语言本身的特性，问题在于语言能否得到最好的运用。对,UML,等设计语言也是如此，它只是高水平设计的一个工具。,50,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,习题 1.4,略,51,Copyright By Chd.Wang，E-Mail：Chdwang,njupt,.,edu,.,cn,