UML基礎(chǔ)與建模實(shí)踐

第二章UML語(yǔ)言體系

主講人：

內(nèi)容摘要UML語(yǔ)言組成1基本元素和關(guān)系元素2圖和視圖3規(guī)則和公共機(jī)制4系統(tǒng)建模與視圖5小結(jié)與習(xí)題62.1UML語(yǔ)言組成1．UML語(yǔ)言 UML語(yǔ)言由三個(gè)部分組成，它們是構(gòu)造塊、規(guī)則和公共機(jī)制，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1UML語(yǔ)言組成2.1UML語(yǔ)言組成2．構(gòu)造塊

UML構(gòu)造塊又細(xì)分為三種：事物、關(guān)系和圖。事物代表了軟件系統(tǒng)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單事物；關(guān)系代表了事物間的關(guān)系；圖代表了由簡(jiǎn)單事物按某種規(guī)則連接在一起組成的更大顆粒的事物；圖與圖通過(guò)關(guān)系符號(hào)連接在一起組成更大的圖，這種圖代表更復(fù)雜的事物。構(gòu)造塊的三種類型，如圖2-2所示。圖2-2構(gòu)造塊細(xì)分為三種2.1UML語(yǔ)言組成3．規(guī)則

每個(gè)構(gòu)造塊代表的事物都具有名稱、作用范圍、可見(jiàn)性、完整性和可執(zhí)行等屬性。規(guī)則是指構(gòu)造塊應(yīng)該遵守的規(guī)定，即，用UML構(gòu)造塊描述軟件系統(tǒng)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)中事物時(shí)應(yīng)該遵守的約束或規(guī)定。描述事物時(shí)，構(gòu)造塊應(yīng)該遵守的規(guī)則如圖2-3所示。2.1UML語(yǔ)言組成（1）名稱：指每個(gè)構(gòu)造塊代表的事物應(yīng)該有一個(gè)名字。（2）范圍：每個(gè)構(gòu)造塊代表的事物的使用范圍。（3）可見(jiàn)性：訪問(wèn)構(gòu)造塊代表的事物時(shí)，授予訪問(wèn)者的權(quán)限或者級(jí)別。（4）完整性：構(gòu)造塊代表的事物應(yīng)該有完整的含義。（5）可執(zhí)行：構(gòu)造塊代表的事物的行為具有實(shí)際意義和合理性。圖2-3構(gòu)造塊應(yīng)遵守的規(guī)則2.1UML語(yǔ)言組成4．公共機(jī)制 公共機(jī)制進(jìn)一步細(xì)分為：詳述、修飾、通用劃分以及擴(kuò)展機(jī)制，它是指軟件系統(tǒng)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)中每個(gè)事物必須遵守的通用規(guī)則。公共機(jī)制的組成如圖2-4所示。圖2-4公共機(jī)制的組成下面幾節(jié)分別對(duì)事物、關(guān)系、圖和視圖的概念、表示法作詳細(xì)介紹。2.2事物

事物進(jìn)一步劃分為4類： 結(jié)構(gòu)事物 行為事物 分組事物 注釋事物。2.2.1結(jié)構(gòu)事物結(jié)構(gòu)事物有7種，分別是類（對(duì)象）、接口、主動(dòng)類、用例、協(xié)作、構(gòu)件和結(jié)點(diǎn)。下面分別介紹7種結(jié)構(gòu)事物的概念和表示法。1．類和對(duì)象類是對(duì)具有相同屬性、相同操作以及相同關(guān)系的一組對(duì)象的共同特征的抽象，即，類是對(duì)一組對(duì)象共同特征的描述。類是對(duì)象的模板，而對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例。2.2.1結(jié)構(gòu)事物（1）類的表示 在UML中，類用一個(gè)長(zhǎng)方形表示，如圖2-5所示。圖2-5Flight類的UML符號(hào)2.2.1結(jié)構(gòu)事物（2）對(duì)象的表示 對(duì)象也是用一個(gè)長(zhǎng)方形來(lái)表示。只是用“對(duì)象名：類名”的格式表示一個(gè)對(duì)象，并且，對(duì)象名和類名下面必須帶下劃線。表示對(duì)象時(shí)，第二和第三欄可以省去。例如，圖2-6所示是對(duì)象“李世民”的UML表示法。圖2-6對(duì)象“李世民”的UML符號(hào)李世民：People2.2.1結(jié)構(gòu)事物2．主動(dòng)類 主動(dòng)類是指創(chuàng)建主動(dòng)對(duì)象的類。主動(dòng)類的表示與一般類相似，只是矩形框用粗線表示而已，如主動(dòng)類Radio的表示方法如圖2-7所示。圖2-7表示主動(dòng)類Radio的符號(hào)RdioShapeSizePriceTurnOn()TurnOff()ChangeChannel()ChangeVolume()2.2.1結(jié)構(gòu)事物3．接口接口分為供給接口和需求接口兩種，供給接口只能向其他類（或構(gòu)件）提供服務(wù)，需求接口表示類（或構(gòu)件）需要用到其他類（或構(gòu)件）提供的服務(wù)。上述兩種接口的表示方法如圖2-8所示。圖2-8表示接口的UML符號(hào)2.2.1結(jié)構(gòu)事物4．用例我們把完成某個(gè)任務(wù)而執(zhí)行的一系列動(dòng)作的集合稱為場(chǎng)景。用例是對(duì)一組相似場(chǎng)景共同行為的描述，例如，我們可以用一個(gè)動(dòng)作序列來(lái)描述所有取款客戶的共同行為。因此，用例的每一次的具體執(zhí)行就是一個(gè)場(chǎng)景，即，場(chǎng)景是用例的一個(gè)實(shí)例，是用例的一次具體執(zhí)行。用例與用例實(shí)例的關(guān)系正如類與對(duì)象的關(guān)系。在UML中，用例是用一個(gè)實(shí)線橢圓來(lái)表示的，在橢圓中寫入用例名稱，如用例“取款”的表示方法如圖2-9所示。圖2-9用例“取款”的表示方法2.2.1結(jié)構(gòu)事物5．協(xié)作在系統(tǒng)中，把一組對(duì)象之間相互發(fā)送和接收消息的現(xiàn)象稱為交互。把一組對(duì)象為了完成某個(gè)任務(wù)執(zhí)行的交互現(xiàn)象稱為協(xié)作。協(xié)作用一個(gè)帶兩個(gè)分欄的虛線橢圓表示的，例如，用例“銷售”用協(xié)作圖表示時(shí)，其對(duì)應(yīng)的表示方法如圖2-10所示。圖2-10協(xié)作“銷售”2.2.1結(jié)構(gòu)事物6．構(gòu)件 構(gòu)件也稱組件，它是指系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的軟件部件，它把功能實(shí)現(xiàn)部分隱藏在內(nèi)部，對(duì)外聲明了一組接口（包括供給接口和需求接口）。因此，兩個(gè)具有相同接口的構(gòu)件可以相互替換。 構(gòu)件通常采用帶有兩個(gè)小方框的矩型表示，構(gòu)件的名字寫在方框中，如圖2-11所示。圖2-11表示構(gòu)件的UML符號(hào)2.2.1結(jié)構(gòu)事物7．結(jié)點(diǎn)在UML中，用一個(gè)立方體表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)，例如，結(jié)點(diǎn)“顯示器”的表示方法如圖2-12所示。圖2-12結(jié)點(diǎn)“顯示器”的UML符號(hào)2.2.2行為事物行為事物描述了事物的動(dòng)態(tài)特征。一般從兩個(gè)方面描述事物的行為特征：事物之間的交互和事物的狀態(tài)變化，描述這2個(gè)方面的符號(hào)也有2種： 一種符號(hào)表示事物間的交互 一種符號(hào)表示事物的狀態(tài)2.2.2行為事物1．交互 交互用來(lái)表示對(duì)象之間的相互作用，即，發(fā)送和接收消息的現(xiàn)象。 用一條有向直線來(lái)表示對(duì)象間的交互，并在有向直線上方標(biāo)注消息名稱即可，如圖2-13所示。圖2-13表示交互的UML符號(hào)2.2.2行為事物2．狀態(tài) 對(duì)象從一種狀態(tài)遷移到另一狀態(tài)，這些狀態(tài)序列就構(gòu)成了狀態(tài)機(jī)，即一個(gè)狀態(tài)機(jī)由多個(gè)狀態(tài)組成。 在UML中，狀態(tài)用一個(gè)圓角矩形表示，狀態(tài)名稱寫在矩形框中。例如，手機(jī)處在“正在通話”狀態(tài)的表示方法如圖2-14所示。圖2-14表示“正在通話”狀態(tài)的UML符號(hào)2.2.3分組事物

在開(kāi)發(fā)大型軟件系統(tǒng)時(shí)，通常會(huì)包含大量的類、接口以及用例，為了能有效地對(duì)這些類、接口和用例進(jìn)行分類和管理，就需要對(duì)其進(jìn)行分組。在UML中可通過(guò)“包（Package）”來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 表示“包（Package）”的圖形符號(hào)與Windows中表示文件夾的圖符很相似，包的作用與文件夾的作用也很相似。如，java語(yǔ)言中的“java.awt”包，用UML符號(hào)表示，則如圖2-15所示。圖2-15表示“java.awt”包的UML符號(hào)2.2.4注釋事物注釋就是對(duì)其他事物進(jìn)行解釋，一般用文字進(jìn)行注釋。注釋符號(hào)用一個(gè)右上角折起來(lái)的矩形表示，解釋的文字就寫在矩形框中，如圖2-16所示。

圖2-16表示注釋的UML符號(hào)2.3關(guān)系在UML中，共定義了24種關(guān)系，相應(yīng)的有24種關(guān)系符號(hào)，如表2-1所示。

關(guān)系關(guān)系細(xì)化UML中的關(guān)系UML符號(hào)關(guān)系關(guān)系細(xì)化UML中的關(guān)系UML符號(hào)抽象派生依賴關(guān)系《derive》導(dǎo)入私有依賴關(guān)系《access》顯現(xiàn)《manifest》公有《import》實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)關(guān)系虛線加空心三角信息流《flow》精化依賴關(guān)系《refine》包含并《merge》跟蹤《trace》許可《permit》關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)線協(xié)議符合未指定綁定依賴關(guān)系《bind》（參數(shù)表）替換依賴關(guān)系《substitu-te》部署《deploy》使用調(diào)用《call》擴(kuò)展Extend《extend》（擴(kuò)展點(diǎn))創(chuàng)建《create》擴(kuò)展extension擴(kuò)展關(guān)系實(shí)線加實(shí)心三角實(shí)例化《instanti-ate》泛化泛化關(guān)系實(shí)線加空間三角職責(zé)《responsi-bility》包含依賴關(guān)系《include》發(fā)送《send》表2-1UML中的關(guān)系及其符號(hào)2.3關(guān)系上述有24種關(guān)系，在UML中，可以歸納為: 關(guān)聯(lián)關(guān)系 實(shí)現(xiàn)關(guān)系 泛化關(guān)系 擴(kuò)展關(guān)系 依賴關(guān)系

2.3關(guān)系1．關(guān)聯(lián)關(guān)系 在關(guān)聯(lián)關(guān)系中，有兩種比較特殊的關(guān)系，它們是聚合關(guān)系和組合關(guān)系。聚合和組合關(guān)系能通過(guò)java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，關(guān)聯(lián)關(guān)系不能通過(guò)java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，所以，在設(shè)計(jì)階段，我們必須把分析階段的關(guān)聯(lián)關(guān)系細(xì)化為更具體的關(guān)系，如，細(xì)化為聚合關(guān)系，或者組合關(guān)系，依賴關(guān)系等等。（1）關(guān)聯(lián)關(guān)系的表示 在UML中，使用一條實(shí)線來(lái)表示關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖2-17所示。

圖2-17表示關(guān)聯(lián)關(guān)系的UML符號(hào)2.3關(guān)系（2）聚合關(guān)系 聚合（Aggregation）是整體與部分的關(guān)系，是一種特殊形式的關(guān)聯(lián)。聚合關(guān)系是一種松散的對(duì)象間關(guān)系——計(jì)算機(jī)與它的外圍設(shè)備就是聚合關(guān)系。聚合的表示方法如圖2-18（a）所示。其中棱形端表示事物的整體，另一端表示事物的部分。如計(jì)算機(jī)就是整體，外設(shè)就是部分。（3）組合關(guān)系組合關(guān)系是一種非常強(qiáng)的對(duì)象間關(guān)系。在組合關(guān)系中，部分依賴于整體而存在。組合是一種強(qiáng)的聚合關(guān)系，它的表示方法如圖2-18（b）所示。

（a）（b）圖2-18表示聚合關(guān)系和組合關(guān)系的UML符號(hào)2.3關(guān)系2．泛化關(guān)系 表示泛化關(guān)系的符號(hào)是從子類指向父類的帶空心箭頭的實(shí)線，其表示方法如圖2-19所示。而從父類到子類的關(guān)系則是特化關(guān)系。

圖2-19表示泛化關(guān)系的UML符號(hào)車公交車泛化關(guān)系2.3關(guān)系3．實(shí)現(xiàn)關(guān)系實(shí)現(xiàn)關(guān)系是用來(lái)規(guī)定接口與實(shí)現(xiàn)接口的類之間的關(guān)系。表示實(shí)現(xiàn)關(guān)系的符號(hào)是從類指向接口的帶空心箭頭的虛線，其表示方法如圖2-20所示。

圖2-20表示實(shí)現(xiàn)關(guān)系的UML符號(hào)2.3關(guān)系4．依賴關(guān)系假設(shè)有兩個(gè)元素X、Y，如果元素X的值發(fā)生變化，就會(huì)引起元素Y的值的變化，則稱元素Y依賴于元素X。依賴關(guān)系的表示如圖2-21所示。

圖2-21表示依賴關(guān)系的UML符號(hào)2.3關(guān)系4．依賴關(guān)系假設(shè)有兩個(gè)元素X、Y，如果元素X的值發(fā)生變化，就會(huì)引起元素Y的值的變化，則稱元素Y依賴于元素X。依賴關(guān)系的表示如圖2-21所示。

圖2-21表示依賴關(guān)系的UML符號(hào)從本質(zhì)上說(shuō)，聚合、組合、泛化以及實(shí)現(xiàn)關(guān)系都屬于依賴關(guān)系，但是它們有更特別的語(yǔ)義。2.3關(guān)系5．?dāng)U展關(guān)系在UML中，用一個(gè)帶箭頭的實(shí)線表示擴(kuò)展關(guān)系，如圖2-22所示。這里的擴(kuò)展含義是指對(duì)一個(gè)元類的擴(kuò)展，即，通過(guò)擴(kuò)展元類的語(yǔ)義，獲得新的元類。

圖2-22表示擴(kuò)展關(guān)系的UML符號(hào)2.4圖和視圖 構(gòu)造塊代表了簡(jiǎn)單事物，簡(jiǎn)單事物通過(guò)一定關(guān)系組合成復(fù)雜事物，圖就是用來(lái)表示復(fù)雜事物的。每個(gè)圖是由代表簡(jiǎn)單事物的構(gòu)造塊和代表事物聯(lián)系的關(guān)系構(gòu)成。

2.4.1UML圖UML中的圖可分為兩大類：結(jié)構(gòu)圖和行為圖。下面是UML圖的組成，如圖2-23所示。圖2-23UML圖的組成2.4.1UML圖1．結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)圖又分為6種，如圖2-24所示。圖6-24結(jié)構(gòu)圖組成結(jié)構(gòu)圖類圖構(gòu)件圖對(duì)象圖組合結(jié)構(gòu)圖部署圖包圖2.4.1UML圖2．行為圖 行為圖又細(xì)分為7種，如圖6-25所示。圖6-25行為圖組成行為圖用例圖活動(dòng)圖交互圖狀態(tài)機(jī)圖順序圖交互概觀圖定時(shí)圖協(xié)作圖2.4.1UML圖3.圖的功能 在UML2.0中共定義了13種圖。表2-2列出了這13種圖的作用。表2-2UML2.0中的圖圖分類作用描述類圖描述系統(tǒng)中的類組成和類之間的關(guān)系與UML1.0相同對(duì)象圖描述系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻對(duì)象的組成和關(guān)系UML1.0非正式圖組合結(jié)構(gòu)圖描述復(fù)合對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)UML2.0新增構(gòu)件圖描述構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與組成與UML1.0相同部署圖描述在系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的構(gòu)件及其構(gòu)件之間的關(guān)系與UML1.0相同包圖描述系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)，并用包來(lái)表示UML中非正式圖用例圖描述用戶與系統(tǒng)如何交互及系統(tǒng)提供的服務(wù)與UML1.0相同活動(dòng)圖描述活動(dòng)控制流程及活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換過(guò)程與UML1.0相同狀態(tài)機(jī)圖描述對(duì)象生命周期內(nèi)，在外部事件的作用下，對(duì)象從一種狀態(tài)如何轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)與UML1.0相同順序圖描述對(duì)象之間的交互，重點(diǎn)在強(qiáng)調(diào)消息發(fā)送的順序與UML1.0相同協(xié)作圖描述對(duì)象之間的交互，重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)對(duì)象的職責(zé)UML1.0中的協(xié)作圖定時(shí)圖描述對(duì)象之間的交互，重點(diǎn)在于描述時(shí)間信息UML2.0新增交互概觀圖是一種順序圖與活動(dòng)圖的混合嫁接UML2.0新增2.4.2UML視圖圖描述系統(tǒng)某個(gè)方面的局部特征，多個(gè)相關(guān)的圖可以描述系統(tǒng)的某個(gè)方面的全部特征，我們把描述系統(tǒng)某個(gè)方面全部特征的多個(gè)圖的集合稱為視圖。2.4.2UML視圖在UML參考手冊(cè)第2版中，將UML圖劃分為4大應(yīng)用類型和9種視圖，如表2-3所示。表2-3UML圖和視圖應(yīng)用類型視圖組成結(jié)構(gòu)領(lǐng)域靜態(tài)視圖類圖，對(duì)象圖設(shè)計(jì)視圖復(fù)合結(jié)構(gòu)圖、協(xié)作圖、構(gòu)件圖，對(duì)象圖用例視圖用例圖動(dòng)態(tài)領(lǐng)域狀態(tài)視圖狀態(tài)機(jī)圖活動(dòng)視圖活動(dòng)圖交互視圖順序圖、通信圖，時(shí)間圖，交互概述圖物理領(lǐng)域部署視圖部署圖模型管理模型管理視圖包圖特性描述包圖2.4.2UML視圖其中，結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的視圖描述了系統(tǒng)中的成員及其相互關(guān)系；動(dòng)態(tài)領(lǐng)域的視圖描述了系統(tǒng)隨時(shí)間變化的行為；物理領(lǐng)域的視圖描述了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和部署在這些硬件上的系統(tǒng)軟件；模型管理領(lǐng)域的視圖說(shuō)明了系統(tǒng)的分層組織結(jié)構(gòu)。2.5規(guī)則和公共機(jī)制2.5.1規(guī)則 在UML中，代表事物的構(gòu)造塊在使用時(shí)應(yīng)遵守一系列規(guī)則，每個(gè)構(gòu)造塊必須遵守的3種語(yǔ)義規(guī)則如下： 名稱 范圍 可見(jiàn)性2.5規(guī)則和公共機(jī)制2.5.1規(guī)則 在UML中，代表事物的構(gòu)造塊在使用時(shí)應(yīng)遵守一系列規(guī)則，每個(gè)構(gòu)造塊必須遵守的3種語(yǔ)義規(guī)則如下：名稱范圍可見(jiàn)性2.5規(guī)則和公共機(jī)制在UML中，為元素定義了4種可見(jiàn)性，如表2-4所示。表2-4UML元素的可見(jiàn)性元素的可見(jiàn)性規(guī)則（假設(shè)被訪問(wèn)的元素在包中）標(biāo)準(zhǔn)表示法public任一元素若能訪問(wèn)包，則就可以訪問(wèn)包中的元素它+protected只有包中的元素或子包才能訪問(wèn)它#private只有包中的元素才能訪問(wèn)它-package只有聲明在同一個(gè)包中的元素才能訪問(wèn)該元素～2.5.2公共機(jī)制在UML語(yǔ)言中，定義了4種公共機(jī)制：

規(guī)格描述 修飾 通用劃分 擴(kuò)展機(jī)制2.5.2公共機(jī)制1.規(guī)格描述 如圖2-26所示，在左邊的方框中有三個(gè)用圖形符號(hào)表示的用例，分別是：“存款“、“取款”、”轉(zhuǎn)賬”。在右邊的方框中，分別對(duì)每個(gè)圖形符號(hào)表示的用例進(jìn)行了詳細(xì)的文字描述，即規(guī)格描述。圖2-26圖形符號(hào)與對(duì)應(yīng)的規(guī)格描述2.5.2公共機(jī)制2．修飾3．通用劃分4．?dāng)U展機(jī)制 UML提供的擴(kuò)展機(jī)制有三種： 構(gòu)造型 標(biāo)記值 約束2.5.2公共機(jī)制（1）構(gòu)造型 例如，分析師可以定義一個(gè)元素符號(hào)《Interrupt》，用該元素符號(hào)代表“中斷”。 如圖2-27所示，就是用自定義的符號(hào)《Interrupt》表示中斷的三種不同格式。（分析師賦予符號(hào)《Interrupt》的語(yǔ)義是：設(shè)備“中斷”）。2.5.2公共機(jī)制第一種表示方法：創(chuàng)建一種新的UML元素符號(hào)《Interrupt》，表示“中斷”，在構(gòu)造元素符號(hào)右邊放置一個(gè)圖標(biāo)。構(gòu)造符號(hào)“《Interrupt》”與圖標(biāo)一起代表“中斷”。第二種表示法：創(chuàng)建一種新的UML元素符號(hào)《Interrupt》，表示“中斷”，這是一種標(biāo)準(zhǔn)表示方法。第三種表示方法：直接用一個(gè)圖標(biāo)表示新的構(gòu)造元素符號(hào)，該符號(hào)的語(yǔ)義是“中斷”。圖2-27構(gòu)造型的3種表示方法2.5.2公共機(jī)制（2）標(biāo)記值 標(biāo)記值是為事物添加新特征，即，為事物增加一個(gè)屬性。其格式是：“{標(biāo)記名=標(biāo)記值}”，標(biāo)記名代表事物的屬性，標(biāo)記值表示了事物的屬性值。例如，{name=“李小平”}。其中，標(biāo)記名是name;分隔符是=;標(biāo)記值是”李小平”。（3）約束2.6系統(tǒng)建模與視圖當(dāng)用RUP軟件開(kāi)發(fā)模型開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)時(shí)，可以從五個(gè)角度（五種視圖）對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模，這五個(gè)視圖分別是用例視圖、設(shè)計(jì)視圖、構(gòu)件視圖、并發(fā)視圖和部署視圖，即從5個(gè)角度來(lái)描述系統(tǒng)的五個(gè)方面。在這五個(gè)視圖中，以用例視圖為目標(biāo)，分別構(gòu)造其它四個(gè)視圖。2.6系統(tǒng)建模與視圖1．用例視圖2．設(shè)計(jì)視圖3．構(gòu)件視圖