面向对象的分析和设计

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1、 2 面 向 对 象 的 基 本 概 念 面 向 对 象 的 分 析 和 设 计 过 程 UML概 述 用 况 建 模 静 态 建 模 动 态 建 模 物 理 体 系 结 构 建 模 3 面 向 对 象 的 分 析 和 设 计 过 程 UML概 述 用 况 建 模 静 态 建 模 动 态 建 模 物 理 体 系 结 构 建 模 4 Peter Coad和 Edward Yourdon提 出 用 下 列 等式 识 认 面 向 对 象 方 法 ：面 向 对 象 = 对 象 （ object） + 分 类 （ classification） + 继 承 （ inheritance） + 通 过 消

2、息 的 通 信 （ communication with messages）可 以 说 ， 采 用 这 四 个 概 念 开 发 的 软 件 系 统 是 面向 对 象 的 5 面 向 对 象 方 法 的 出 现 很 快 受 到 计 算 机 软 件界 的 青 睐 ， 并 成 为 20世 纪 90年 代 的 主 流 开发 方 法 。 我 们 可 以 从 下 列 几 个 方 面 来 分 析 其原 因 ：1. 从 认 知 学 的 角 度 来 看 ， 面 向 对 象 方 法 符 合 人们 对 客 观 世 界 的 认 识 规 律 。2. 面 向 对 象 方 法 开 发 的 软 件 系 统 易 于 维 护 ，

3、 其体 系 结 构 易 于 理 解 、 扩 充 和 修 改 。3. 面 向 对 象 方 法 中 的 继 承 机 制 有 力 支 持 软 件 的复 用 。 6 1. 对 象 （ object） 对 象 是 指 一 组 属 性 以 及 这 组 属 性 上 的 专 用 操作 的 封 装 体 。 属 性 （ attribute） 通 常 是 一 些 数 据 ， 有 时它 也 可 以 是 另 一 个 对 象 。 每 个 对 象 都 有 它 自 己的 属 性 值 ， 表 示 该 对 象 的 状 态 。 对 象 中 的 属 性只 能 通 过 该 对 象 所 提 供 的 操 作 来 存 取 或 修 改 。 操

4、 作 （ operation） （ 也 称 方 法 或 服 务 ） 规定 了 对 象 的 行 为 ， 表 示 对 象 所 能 提 供 的 服 务 。 7 封 装 （ encapsulation） 是 一 种 信 息 隐蔽 技 术 ， 用 户 只 能 看 见 对 象 封 装 界 面 上的 信 息 ， 对 象 的 内 部 实 现 对 用 户 是 隐 蔽的 。 封 装 的 目 的 是 使 对 象 的 使 用 者 和 生产 者 分 离 ， 使 对 象 的 定 义 和 实 现 分 开 。 一 个 对 象 通 常 可 由 对 象 名 、 属 性 和 操作 三 部 分 组 成 。 8 2. 类 （ clas

5、s） 类 是 一 组 具 有 相 同 属 性 和 相 同 操 作 的 对 象 的集 合 。 一 个 类 中 的 每 个 对 象 都 是 这 个 类 的 一 个实 例 （ instance） 。 类 是 创 建 对 象 的 模 板 ， 从 同 一 个 类 实 例 化 的每 个 对 象 都 具 有 相 同 的 结 构 和 行 为 。 9 轿 车型 号 ： 字 符 串颜 色 ： 字 符 串牌 照 号 ： 字 符 串 张 经 理 的 轿 车型 号 =桑 塔 纳颜 色 =红 色牌 照 号 =沪 AN2037 类 实 例 对 象 10 3. 继 承 （ inheritance） 继 承 是 类 间 的 基

6、 本 关 系 ， 它 是 基 于 层 次 关 系的 不 同 类 共 享 数 据 和 操 作 的 一 种 机 制 。 父 类 中定 义 了 其 所 有 子 类 的 公 共 属 性 和 操 作 ， 在 子 类中 除 了 定 义 自 己 特 有 的 属 性 和 操 作 外 ， 可 以 继承 其 父 类 （ 或 祖 先 类 ） 的 属 性 和 操 作 ， 还 可 以对 父 类 （ 或 祖 先 类 ） 中 的 操 作 重 新 定 义 其 实 现方 法 。 11 矩 形长宽对 角 线计 算 面 积计 算 对 角 线 多 边 形顶 点 数顶 点 坐 标计 算 面 积旋 转 12 有 时 ， 我 们 定 义

7、一 个 类 ， 它 把 一 些 类 组 织 起来 ， 提 供 一 些 公 共 的 行 为 ， 但 并 不 需 要 使 用 这个 类 的 实 例 ， 而 仅 使 用 其 子 类 的 实 例 。 我 们 把这 种 没 有 实 例 的 类 称 为 抽 象 类 （ abstract class） 。 在 抽 象 类 中 可 以 定 义 抽 象 操 作 ， 抽象 操 作 指 ： 只 定 义 这 个 类 的 操 作 接 口 ， 不 定 义它 的 实 现 ， 其 实 现 部 分 由 其 子 类 定 义 。 抽 象 操作 操 作 名 用 斜 体 字 表 示 ， 也 可 以 在 操 作 特 征（ signatu

8、re） 后 面 加 上 特 征 字 符 串 abstract。 13 交 通 工 具飞 行 器 汽 车 船轿 车 货 车 一 般 -特 殊 关 系 14 如 果 一 个 子 类 只 有 唯 一 一 个 父 类 ， 这 个 继承 称 为 单 一 继 承 。 如 果 一 个 子 类 有 一 个 以 上 的父 类 ， 这 种 继 承 称 为 多 重 继 承 。 水 上 交 通 工 具 陆 上 交 通 工 具 水 陆 两 栖 交 通 工 具多 重 继 承 15 4. 消 息 （ message） 消 息 传 递 是 对 象 间 通 信 的 手 段 ， 一 个 对 象通 过 向 另 一 个 对 象 发

9、送 消 息 来 请 求 其 服 务 。一 个 消 息 通 常 包 括 接 收 对 象 名 、 调 用 的 操 作名 和 适 当 的 参 数 （ 如 果 有 必 要 的 话 ） 。 消 息只 告 诉 接 收 对 象 需 要 完 成 什 么 操 作 ， 但 并 不指 示 接 收 者 怎 样 完 成 操 作 。 消 息 完 全 由 接 收者 解 释 ， 接 收 者 独 立 决 定 采 用 什 么 方 法 完 成所 需 的 操 作 。 16 5. 多 态 性 （ polymorphism） 多 态 性 是 指 同 一 个 操 作 作 用 于 不 同 的 对 象上 可 以 有 不 同 的 解 释 ， 并

10、 产 生 不 同 的 执 行 结果 。 例 如 “ 画 ” 操 作 ， 作 用 在 “ 矩 形 ” 对 象上 ， 则 在 屏 幕 上 画 一 个 矩 形 ， 作 用 在 “ 圆 ”对 象 上 ， 则 在 屏 幕 上 画 一 个 圆 。 也 就 是 说 ，相 同 操 作 的 消 息 发 送 给 不 同 的 对 象 时 ， 每 个对 象 将 根 据 自 己 所 属 类 中 定 义 的 这 个 操 作 去执 行 ， 从 而 产 生 不 同 的 结 果 。 17 6. 动 态 绑 定 （ dynamic binding） 动 态 绑 定 是 指 在 程 序 运 行 时 才 将 消 息 所 请求 的 操

11、 作 与 实 现 该 操 作 的 方 法 连 接 起 来 。 传 统 的 程 序 设 计 语 言 的 过 程 调 用 与 目 标代 码 的 连 接 （ 即 调 用 哪 个 过 程 ） 放 在 程 序 运行 前 （ 即 编 译 时 ） 进 行 （ 称 为 静 态 绑 定 ） ，而 动 态 绑 定 则 是 把 这 种 连 接 推 迟 到 运 行 时 才进 行 。 动 态 绑 定 是 一 种 在 运 行 时 确 定 被 执 行 代码 的 技 术 。 18 在 一 般 与 特 殊 关 系 中 ， 子 类 是 父 类 的 一 个 特例 ， 所 以 父 类 对 象 可 以 出 现 的 地 方 ， 也 允

12、许 其子 类 对 象 出 现 。 因 此 在 运 行 过 程 中 ， 当 一 个 对象 发 送 消 息 请 求 服 务 时 ， 要 根 据 接 收 对 象 的 具体 情 况 将 请 求 的 操 作 与 实 现 的 方 法 进 行 连 接 ，即 动 态 绑 定 。 19if 条 件 then p := t ; else p := r ;area := p.getarea ; getArea abstractpolygonarea hexagongetArearectanglegetArealengthwidthtrianglegetAreaVar p : polygon ;Var t : tri

13、angle := triangle.new ;Var r : rectangle := rectangle.new ; 20 面 向 对 象 的 基 本 概 念 UML概 述 用 况 建 模 静 态 建 模 动 态 建 模 物 理 体 系 结 构 建 模 21 面 向 对 象 设 计 的 一 般 步 骤 如 下 ：1. 系 统 设 计 将 子 系 统 分 配 到 处 理 器 选 择 实 现 数 据 管 理 、 界 面 支 持 和 任 务管 理 的 设 计 策 略 为 系 统 设 计 合 适 的 控 制 机 制 复 审 并 考 虑 权 衡 （ 折 衷 ） 22 2. 对 象 设 计 在 过 程

14、级 别 （ procedural lavel） 设 计每 个 操 作 ， 即 设 计 每 个 操 作 的 实 现 细 节 定 义 内 部 类 为 类 属 性 设 计 内 部 数 据 结 构3. 消 息 设 计 使 用 对 象 间 的 协 作 和 对 象 -关 系 模 型 ， 设 计消 息 模 型4. 复 审 复 审 设 计 模 型 并 在 需 要 时 迭 代 。 23 1. 系 统 设 计1) 将 分 析 模 型 划 分 成 子 系 统 在 OO系 统 设 计 中 ， 我 们 把 分 析 模 型 中 紧 密相 关 的 类 、 关 系 等 设 计 元 素 包 装 成 子 系 统 。 通 常 ，

15、子 系 统 的 所 有 元 素 共 享 某 些 公 共 的性 质 ， 它 们 可 能 都 涉 及 完 成 相 同 的 功 能 ； 它们 可 能 驻 留 在 相 同 的 产 品 硬 件 中 ； 或 者 它 们可 能 管 理 相 同 的 类 和 资 源 。 子 系 统 由 它 们 的责 任 所 刻 画 ， 即 ， 一 个 子 系 统 可 以 通 过 它 提供 的 服 务 来 标 识 。 在 OOD中 ， 这 种 服 务 是 完成 特 定 功 能 的 一 组 操 作 。 24 子 系 统 的 设 计 准 则 是 ：(1) 子 系 统 应 具 有 定 义 良 好 的 接 口 ， 通 过 接 口和 系

16、统 的 其 它 部 分 通 信 ；(2) 除 了 少 数 的 “ 通 信 类 ” 外 ， 子 系 统 中 的 类应 只 和 该 子 系 统 中 的 其 它 类 协 作 ；(3) 子 系 统 的 数 量 不 宜 太 多 ；(4) 可 以 在 子 系 统 内 部 再 次 划 分 ， 以 降 低 复 杂性 。 25 2) 标 识 问 题 本 身 的 并 发 性 ， 并 为 子 系 统 分 配处 理 器 通 过 对 对 象 -行 为 模 型 的 分 析 ， 可 发 现 系统 的 并 发 性 。 如 果 对 象 （ 或 子 系 统 ） 不 是 同 时活 动 的 ， 则 它 们 不 需 并 发 处 理 ，

17、 此 时 这 些 对 象（ 或 子 系 统 ） 可 以 在 同 一 个 处 理 器 上 实 现 。 反之 ， 如 果 对 象 （ 或 子 系 统 ） 必 须 对 一 些 事 件 同时 异 步 地 动 作 ， 则 它 们 被 视 为 并 发 的 ， 此 时 ，可 以 将 并 发 的 子 系 统 分 别 分 配 到 不 同 的 处 理 器 ，或 者 分 配 在 同 一 个 处 理 器 ， 而 由 操 作 系 统 提 供并 发 支 持 。 26 3) 任 务 管 理 设 计Coad和 Yourdon提 出 如 下 管 理 并 发 任 务 对 象 的设 计 策 略 ：(1) 确 定 任 务 的 类 型

18、 ；(2) 必 要 时 ， 定 义 协 调 者 任 务 和 关 联 的 对 象 ；(3) 将 协 调 者 任 务 和 其 它 任 务 集 成 。 通 常 可 通 过 了 解 任 务 是 如 何 被 启 动 的 来 确定 任 务 的 类 型 ， 如 事 件 驱 动 任 务 ， 时 钟 驱 动 任务 。 每 个 任 务 应 该 定 义 其 优 先 级 ， 并 识 别 关 键任 务 。 当 有 多 个 任 务 时 还 可 以 考 虑 增 加 一 个 协调 者 任 务 ， 以 控 制 这 些 任 务 协 同 工 作 。 27 4) 数 据 管 理 设 计 通 常 数 据 管 理 设 计 成 层 次 模

19、 式 ， 其 目 的 是将 数 据 的 物 理 存 储 及 操 纵 与 系 统 的 业 务 逻 辑 加以 分 离 。 数 据 管 理 的 设 计 包 括 设 计 系 统 中 各 种 数 据对 象 的 存 储 方 式 （ 如 内 部 数 据 结 构 、 文 件 、 数据 库 ） ， 以 及 设 计 相 应 的 服 务 ， 即 为 要 储 存 的对 象 增 加 所 需 的 属 性 和 操 作 。 28 5) 资 源 管 理 设 计 OO系 统 可 利 用 一 系 列 不 同 的 资 源 （ 如 磁 盘驱 动 器 、 处 理 器 、 通 信 线 路 等 外 部 实 体 或 数 据库 、 对 象 等

20、抽 象 资 源 ） ， 很 多 情 况 下 ， 子 系 统同 时 竞 争 这 些 资 源 ， 因 此 要 设 计 一 套 控 制 机 制和 安 全 机 制 ， 以 控 制 对 资 源 的 访 问 ， 避 免 对 资源 使 用 的 冲 突 。 6） 人 机 界 面 设 计 对 大 多 数 应 用 系 统 而 言 ， 人 机 界 面 本 身 是 一个 非 常 重 要 的 子 系 统 。 人 机 界 面 主 要 强 调 人 如何 命 令 系 统 ， 以 及 系 统 如 何 向 人 提 交 信 息 。 它包 括 窗 口 、 菜 单 、 报 告 的 设 计 。 29 7) 子 系 统 间 的 通 信 子

21、 系 统 之 间 可 以 通 过 建 立 客 户 /服 务 器 连接 进 行 通 信 ， 也 可 以 通 过 端 对 端 （ peer to peer） 连 接 进 行 通 信 。 我 们 必 须 确 定 子 系 统 间通 信 的 合 约 （ contract） ， 合 约 提 供 了 一 个 子系 统 和 另 一 个 子 系 统 交 互 的 方 式 。 30 2. 对 象 设 计 对 象 设 计 是 为 每 个 类 的 属 性 和 操 作 作 出 详 细 的设 计 ， 并 设 计 连 接 类 与 它 的 协 作 者 之 间 的 消 息 规 约 。1) 对 象 描 述 对 象 的 设 计 描

22、述 可 以 采 取 以 下 形 式 之 一 ：（ 1） 协 议 描 述 ： 描 述 对 象 的 接 口 ， 即 定 义 对 象 可 以接 收 的 消 息 以 及 当 对 象 接 收 到 消 息 后 完 成 的 相 关 操作 ；（ 2） 实 现 描 述 ： 描 述 传 送 给 对 象 的 消 息 所 蕴 含 的 每个 操 作 的 实 现 细 节 ， 实 现 细 节 包 括 有 关 对 象 私 有 部分 的 信 息 ， 即 关 于 描 述 对 象 属 性 的 数 据 结 构 的 内 部细 节 和 描 述 操 作 的 过 程 细 节 。 对 对 象 的 使 用 者 来 说 ， 只 需 要 协 议 描

23、 述 就 够 了 。 31 2） 设 计 算 法 和 数 据 结 构 为 对 象 中 的 属 性 和 操 作 设 计 数 据 结 构 和 实现 算 法 。 32 面 向 对 象 的 基 本 概 念 面 向 对 象 的 分 析 和 设 计 过 程 用 况 建 模 静 态 建 模 动 态 建 模 物 理 体 系 结 构 建 模 33Unified Modeling Language 34 模 型 元 素 模 型 元 素 指 模 型 中 的 实 体 以 及 实 体 间 相 互 连 接 的 关 系 部 分 模 型 元 素注 解 类属 性操 作 对 象 ： 类属 性操 作状 态用 况 结 点 供 应 接

24、 口包依 赖关 联 泛 化 主 动 类属 性操 作 请 求 接 口构 件实 现 35 主 题 域 视 图 （ view） 图 （ diagram）结 构 化 静 态 视 图 类 图 （ class）协 作 图 （ collaboration）构 件 图 （ component）用 况 视 图 用 况 图 （ use case）动 态 的 状 态 机 视 图 状 态 机 图 （ state machine）活 动 视 图 活 动 图 （ activity）交 互 视 图 顺 序 图 （ sequence）物 理 的 部 署 视 图 部 署 图 （ deployment）模 型 管 理 模 型 管

25、 理 视 图 包 图 （ package） 36 静 态 视 图静 态 视 图 对 应 用 领 域 中 的 概 念 以 及 与 系 统实 现 有 关 的 内 部 概 念 建 模 ， 主 要 由 类 以 及 类之 间 的 相 互 关 系 组 成 ， 在 静 态 视 图 中 不 描 述依 赖 于 时 间 的 系 统 行 为 。 静 态 视 图 用 类 图 来展 示 。 设 计 视 图设 计 视 图 对 应 用 自 身 的 设 计 结 构 建 模 ， 例如 ， 将 设 计 结 构 扩 展 成 ： 结 构 化 类 元 ， 为 实现 功 能 所 需 的 协 作 和 定 义 接 口 的 构 件 的 组 装

26、 。设 计 视 图 由 内 部 结 构 图 、 协 作 图 和 构 件 图 实现 。 37 用 况 视 图用 况 视 图 对 被 称 为 执 行 者 的 外 部 代 理 （ 他与 特 定 视 点 的 主 题 交 互 ） 所 感 受 到 的 主 题（ 如 系 统 ） 功 能 建 模 。 用 况 视 图 的 意 图 是 列出 系 统 中 的 用 况 和 执 行 者 ， 并 显 示 哪 个 执 行者 参 与 了 哪 个 用 况 的 执 行 。 用 况 的 行 为 用 动态 视 图 ， 特 别 是 交 互 视 图 来 表 示 。 用 况 视 图用 用 况 图 来 展 示 。 38 状 态 机 视 图状

27、 态 机 视 图 对 一 个 类 的 对 象 的 可 能 生 命 历程 建 模 。 一 个 状 态 机 包 括 用 迁 移 连 接 的 状 态 ，每 个 状 态 对 一 个 对 象 在 其 生 命 期 中 满 足 某 种条 件 的 一 个 时 间 段 建 模 。 当 一 个 事 件 发 生 时 ，它 会 导 致 触 发 对 象 的 一 个 状 态 向 另 一 个 新 状态 的 迁 移 ， 附 加 在 迁 移 上 的 动 作 或 活 动 也 同时 被 执 行 。 状 态 机 视 图 用 状 态 机 图 来 展 示 。 39 活 动 视 图活 动 展 示 了 包 含 在 执 行 计 算 或 工 作

28、 流 中 的计 算 活 动 的 控 制 流 。 一 个 动 作 是 一 个 基 本 的计 算 步 ， 一 个 活 动 结 点 是 一 组 动 作 或 子 活 动 ，一 个 活 动 可 描 述 顺 序 的 和 并 发 的 计 算 。 活 动视 图 用 活 动 图 来 展 示 。 交 互 视 图交 互 视 图 描 述 系 统 各 部 分 中 消 息 交 换 的 顺序 。 交 互 视 图 提 供 了 系 统 中 行 为 的 整 体 视 图 ，也 就 是 说 ， 它 展 示 了 多 个 对 象 间 交 叉 的 控 制流 。 交 互 视 图 用 顺 序 图 和 通 信 图 来 展 示 。 40 部 署

29、视 图部 署 视 图 描 述 了 运 行 时 结 点 上 制 品 的 分 布 。制 品 是 一 个 物 理 实 现 单 元 ， 如 一 个 文 件 ， 它也 可 以 表 示 一 或 多 个 构 件 的 实 现 （ 一 种 表 现形 式 ） 。 结 点 是 运 行 时 表 示 计 算 资 源 的 物 理对 象 ， 如 ， 计 算 机 、 设 备 或 内 存 。 部 署 视 图允 许 对 分 配 的 结 果 和 资 源 分 配 进 行 评 估 。 部署 视 图 用 部 署 图 来 展 示 。 41 模 型 管 理 视 图模 型 管 理 视 图 对 模 型 自 身 的 组 织 建 模 。 一个 模

30、型 由 一 组 保 存 模 型 元 素 （ 如 类 、 状 态 机 、用 况 ） 的 包 组 成 。 包 还 可 以 包 含 其 它 的 包 ，因 此 ， 一 个 模 型 从 一 个 间 接 包 含 所 有 模 型 内容 的 根 包 （ root package） 开 始 。 包 是 操 纵模 型 内 容 的 单 元 ， 还 是 访 问 控 制 和 配 置 控 制的 单 元 。 每 个 模 型 元 素 可 以 被 一 个 包 或 另 一个 元 素 拥 有 。 模 型 管 理 信 息 通 常 展 示 在 包 图中 ， 它 是 类 图 的 变 种 。 42 剖 面 （ profile）UML是 用

31、 一 个 元 模 型 （ metamodel） 定 义 的 ， 元 模 型 是指 描 述 建 模 语 言 自 身 的 模 型 。 通 常 元 模 型 的 改 变 是 复 杂 的 ，也 是 危 险 的 。 剖 面 机 制 允 许 在 不 修 改 基 础 元 模 型 的 前 提 下 对UML作 有 限 的 变 化 。 UML包 含 三 个 主 要 的 可 扩 展 结 构 ： 约 束（ constraints） 、 版 型 （ stereotypes） 和 标 签 值 （ tagged values） 。约 束 是 以 自 然 语 言 或 特 定 形 式 语 言 的 正 文 表 示 的 语 义 条件

32、 或 限 制 ， 约 束 写 在 花 括 号 中 （ ） ， 如 value0 ， or 。 版 型 是 在 基 于 现 有 各 类 模 型 元 素 的 外 形 中 定 义 模 型元 素 的 新 类 型 ， 它 本 质 上 是 一 种 新 元 类 （ metaclass） 。 版型 可 以 扩 展 语 义 ， 但 不 能 扩 展 原 元 模 型 类 的 结 构 。 用 标 记 版 型 ， 如 signal 。 标 签 值 是 贴 在 任 何 模 型 元 素 上 的被 命 名 的 信 息 片 。 43版 型 角 色 客 户 44 类 图 类 图 展 示 了 系 统 中 类 的 静 态 结 构 ，

33、 即 类 与 类 之间 的 相 互 联 系 。 类 之 间 有 多 种 联 系 方 式 ， 如 关 联（ 相 互 连 接 ） 、 依 赖 （ 一 个 类 依 赖 或 使 用 另 一 个类 ） 、 泛 化 （ 一 个 类 是 另 一 个 类 的 特 殊 情 况 ） 等 。可 以 把 若 干 个 相 关 的 类 包 装 在 一 起 作 为 一 个 单 元（ 包 ） ,相 当 于 一 个 子 系 统 。 一 个 系 统 可 以 有 多 张 类图 ， 一 个 类 也 可 以 出 现 在 几 张 类 图 中 。 对 象 图 对 象 图 是 类 图 的 实 例 ， 它 展 示 了 系 统 执 行 在 某

34、一时 间 点 上 的 一 个 可 能 的 快 照 。 对 象 图 使 用 与 类 图 相同 的 符 号 ， 只 是 在 对 象 名 下 面 加 上 下 划 线 ， 同 时 它还 显 示 了 对 象 间 的 所 有 实 例 链 接 （ link） 关 系 。 45 协 作 图协 作 图 展 示 了 协 作 的 定 义 ， 是 一 种 合 成 的结 构 图 。 协 作 是 为 了 完 成 某 一 目 的 而 一 起 工作 的 一 组 对 象 间 的 上 下 文 关 系 。 剧 院 售 票* 1售 票 亭 ： 售 票 亭 ： 售 票 处 1 * 终 端 ： 售 票 终 端 协 作 图 46 构 件

35、图构 件 图 展 示 了 系 统 中 的 构 件 （ 即 来 自 应 用的 软 件 单 元 ） ， 构 件 间 通 过 接 口 的 连 接 ， 以及 构 件 之 间 的 依 赖 关 系 。 47 用 况 图用 况 图 展 示 了 各 类 外 部 执 行 者 与 系 统 所 提供 的 用 况 之 间 的 连 接 。 一 个 用 况 是 系 统 所 提供 的 一 个 功 能 （ 也 可 以 说 是 系 统 提 供 的 某 一特 定 用 法 ） 的 描 述 ， 执 行 者 是 指 那 些 可 能 使用 这 些 用 况 的 人 或 外 部 系 统 ， 执 行 者 与 用 况的 连 接 表 示 该 执

36、行 者 使 用 了 那 个 用 况 。 用 况图 给 出 了 用 户 所 感 受 到 的 系 统 行 为 ， 但 不 描述 系 统 如 何 实 现 该 功 能 。 用 况 通 常 用 普 通 正文 描 述 ， 也 可 以 用 活 动 图 来 描 述 。 48 状 态 机 图状 态 机 图 通 常 是 对 类 描 述 的 补 充 ， 它 说 明该 类 的 对 象 所 有 可 能 的 状 态 以 及 哪 些 事 件 将导 致 状 态 的 改 变 。 一 个 事 件 可 以 是 另 一 个 对象 向 它 发 送 的 一 条 消 息 ， 或 者 是 满 足 了 某 些条 件 。 状 态 的 改 变 称

37、 为 迁 移 （ transition） 。一 个 状 态 迁 移 还 可 以 有 与 之 相 关 的 动 作 ， 该动 作 指 出 状 态 迁 移 时 应 做 什 么 。并 不 是 所 有 的 类 都 要 画 状 态 机 图 ， 有 些 类有 一 些 意 义 明 确 的 状 态 ， 并 且 其 行 为 受 不 同的 状 态 所 影 响 和 改 变 ， 这 些 类 才 需 要 画 状 态机 图 。 49 活 动 图活 动 图 展 示 了 连 续 的 活 动 流 。 活 动 图 通 常用 来 描 述 完 成 一 个 操 作 所 需 要 的 活 动 。 当 然它 还 能 用 于 描 述 其 它 活

38、 动 流 ， 如 描 述 用 况 。活 动 图 由 动 作 状 态 组 成 ， 它 包 含 完 成 一 个 动作 的 活 动 的 规 约 (即 规 格 说 明 )。 当 一 个 动 作完 成 时 ， 将 离 开 该 动 作 状 态 。 活 动 图 中 的 动作 部 分 还 可 包 括 消 息 发 送 和 接 收 的 规 约 。 50 顺 序 图顺 序 图 展 示 了 几 个 对 象 之 间 的 动 态 交 互 关系 。 它 主 要 是 用 来 显 示 对 象 之 间 发 送 消 息 的顺 序 ， 它 还 显 示 了 对 象 之 间 的 交 互 ， 即 系 统执 行 的 某 一 特 定 点 所

39、发 生 的 事 。 51 部 署 图部 署 图 展 示 了 运 行 时 处 理 结 点 和 在 结 点 上生 存 的 制 品 的 配 置 。 结 点 是 运 行 时 的 计 算 资源 ， 制 品 是 物 理 实 体 ， 如 构 件 、 文 件 。部 署 图 中 显 示 部 署 在 结 点 上 的 制 品 和 它 们之 间 的 关 系 ， 以 及 结 点 之 间 的 连 接 和 通 信 方式 。 52 包 图包 图 是 由 包 和 它 们 间 的 关 系 组 成 的 结 构 图模 型 是 在 某 一 视 点 给 定 的 精 度 上 对 系 统 的完 整 描 述 ， 一 个 系 统 可 以 从 不

40、 同 的 视 点 （ 如分 析 模 型 、 设 计 模 型 ） 存 在 多 个 模 型 。 一 个模 型 可 看 作 一 个 特 定 类 型 的 包 ， 通 常 仅 显 示包 就 足 够 了 （ 不 必 显 示 包 内 部 的 细 节 ） 。下 图 给 出 了 剧 院 系 统 所 细 分 成 的 包 以 及 它们 之 间 的 依 赖 关 系 。 53 面 向 对 象 的 基 本 概 念 面 向 对 象 的 分 析 和 设 计 过 程 UML概 述 静 态 建 模 动 态 建 模 物 理 体 系 结 构 建 模 54 用 况 建 模 是 用 于 描 述 一 个 系 统 应 该 做 什 么 的 建

41、 模 技术 ， 用 况 建 模 不 仅 用 于 新 系 统 的 需 求 获 取 ， 还 可 用 于已 有 系 统 的 升 级 。 用 况 模 型 用 用 况 图 来 描 述 。 用 况 图 展 示 了 各 类 外 部 执 行 者 与 系 统 所 提 供 的 用 况之 间 的 连 接 。 一 个 用 况 是 系 统 所 提 供 的 一 个 功 能 （ 也可 以 说 是 系 统 提 供 的 某 一 特 定 用 法 ） 的 描 述 ， 执 行 者是 指 那 些 可 能 使 用 这 些 用 况 的 人 或 外 部 系 统 ， 执 行 者与 用 况 的 连 接 表 示 该 执 行 者 使 用 了 那 个

42、 用 况 。 用 况 图给 出 了 用 户 所 感 受 到 的 系 统 行 为 ， 但 不 描 述 系 统 如 何实 现 该 功 能 。用 况 通 常 用 普 通 正 文 描 述 ， 也 可 以 用 活 动 图 来 描 述 。 55 任 何 一 个 涉 及 到 系 统 功 能 活 动 的 人 都 会用 到 用 况 模 型 。 客 户 ： 用 况 模 型 指 明 了 系 统 的 功 能 ， 描 述了 系 统 能 如 何 使 用 。 用 况 建 模 时 客 户 的 积 极参 与 是 十 分 重 要 的 。 开 发 者 ： 用 况 模 型 帮 助 他 们 理 解 系 统 要 做什 么 ， 同 时 为

43、 以 后 的 其 它 模 型 建 模 、 结 构 设计 、 实 现 等 提 供 依 据 。 集 成 测 试 和 系 统 测 试 人 员 ： 根 据 用 况 来 测试 系 统 ， 以 验 证 系 统 是 否 完 成 了 用 况 指 定 的功 能 。 56 创 建 用 况 模 型 的 步 骤 包 括 ：1 定 义 系 统2 确 定 执 行 者3 确 定 用 况4 描 述 用 况5 定 义 用 况 间 的 关 系 ，6 确 认 模 型 57 用 况 模 型 由 用 况 图 组 成 ， 用 况 图 展 示 了 执行 者 、 用 况 以 及 它 们 之 间 的 关 系 。 用 况 通 常 用正 文 形

44、式 来 描 述 。一 个 用 况 模 型 可 由 若 干 幅 用 况 图 组 成 。 一幅 用 况 图 包 含 的 模 型 元 素 有 系 统 、 执 行 者 、 用况 ， 以 及 表 示 它 们 间 的 不 同 关 系 ， 如 关 联 、 扩展 、 包 含 、 泛 化 等 。 58电 话 订 购 系 统 用 况 图 Telephone Catalog Customer SalespersonnShipping ClerksupervisorestablishcreditFill order ArrangePaymentSupplyCustomerData orderproduct Arran

45、geCreditPaycashplaceorder RequestCatalog include include include extendcheckstatus 59 一 . 确 定 执 行 者 执 行 者 是 指 与 系 统 交 互 的 人 或 其 它 系 统 执 行 者 代 表 一 种 角 色 ， 而 不 是 具 体 的 某个 人 执 行 者 可 分 成 主 执 行 者 和 副 执 行 者 ： 主 执 行 者 使 用 系 统 的 主 要 功 能 例 如 ， 保 险 系 统 中 主 执 行 者 处 理 保 险 的 注册 和 管 理 副 执 行 者 处 理 系 统 的 辅 助 功 能 例

46、如 ， 管 理 数 据 库 、 通 信 、 备 份 以 及 其 它管 理 等 系 统 维 护 60 执 行 者 还 可 分 为 主 动 执 行 者 和 被 动 执 行者 ：主 动 执 行 者 开 始 一 个 用 况被 动 执 行 者 从 不 开 始 用 况 ， 只 是 参 与一 个 或 多 个 用 况 61 我 们 可 以 通 过 回 答 下 列 问 题 来 确 定 执 行 者 ： 谁 使 用 系 统 的 主 要 功 能 （ 主 执 行 者 ） ？ 谁 需 要 从 系 统 中 得 到 对 他 们 日 常 工 作 的 支持 ？ 谁 需 要 维 护 、 管 理 和 维 持 系 统 的 日 常 运

47、行（ 副 执 行 者 ） ？ 系 统 需 要 控 制 哪 些 硬 件 设 备 ？ 系 统 需 要 与 哪 些 其 它 系 统 交 互 ？ 哪 些 人 或 哪 些 系 统 对 系 统 产 生 的 结 果 （ 值 ）感 兴 趣 ？ 62 2 确 定 用 况1. 用 况 的 特 征 用 况 总 是 被 执 行 者 启 动 的（ initiated） ， 执 行 者 必 须 直 接 或 间接 地 指 示 系 统 去 执 行 用 况 用 况 向 执 行 者 提 供 值 ， 这 些 值 必 须 是可 识 别 的 用 况 是 完 整 的 ， 一 个 用 况 必 须 是 一 个完 整 的 描 述 63 2.

48、寻 找 用 况可 以 通 过 让 每 个 执 行 者 回 答 以 下 问 题 来 寻 找 用 况 ： 执 行 者 需 要 系 统 提 供 哪 些 功 能 ？ 执 行 者 需 要做 什 么 ？ 执 行 者 是 否 需 要 读 、 创 建 、 删 除 、 修 改 或 储存 系 统 中 的 某 类 信 息 ？ 执 行 者 是 否 要 被 系 统 中 的 事 件 提 醒 ， 或 者 执行 者 是 否 要 提 醒 系 统 中 某 些 事 情 ？ 从 功 能 观点 看 ， 这 些 事 件 表 示 什 么 ？ 执 行 者 的 日 常 工 作 是 否 因 为 系 统 的 新 功 能（ 尤 其 是 目 前 尚

49、未 自 动 化 的 功 能 ） 而 被 简 化或 提 高 了 效 率 ？ 64 另 外 还 有 一 些 不 是 目 前 的 执 行 者 回 答 的 问题 ： 系 统 需 要 哪 些 输 入 /输 出 ？ 谁 从 系 统 获取 信 息 ？ 谁 为 系 统 提 供 信 息 ？ 与 当 前 系 统 （ 可 能 是 人 工 系 统 而 不 是 自动 化 系 统 ） 的 实 现 有 关 的 主 要 问 题 是 什么 ？ 对 同 一 个 项 目 ， 不 同 的 开 发 者 选 取 的 用 况 数是 不 一 样 的 。 例 如 一 个 10个 人 年 规 模 的 项 目 ， 有 人选 取 了 20个 用 况

50、 ， 而 在 一 个 类 似 的 项 目 中 ， 有 人选 用 了 100个 用 况 。 似 乎 20个 太 少 ， 而 100个 太 多 ， 希 望 在 项 目 规模 和 用 况 数 之 间 保 持 均 衡 。 65 3. 用 况 的 描 述 用 况 通 常 用 正 文 （ text） 来 描 述 ,也 可 用 活 动 图 来描 述 。 用 况 的 正 文 描 述 应 包 括 以 下 内 容 ： 用 况 的 目 的 ： 用 况 的 最 终 目 的 是 什 么 ？ 它 试 图 达到 什 么 ？ 用 况 是 如 何 启 动 （ initiate） 的 ： 哪 个 执 行 者 在 什么 情 况 下

51、 启 动 用 况 的 执 行 ？ 执 行 者 和 用 况 之 间 的 消 息 流 ： 用 况 与 执 行 者 之 间交 换 什 么 消 息 或 事 件 来 通 知 对 方 改 变 或 恢 复 信 息 ？描 述 系 统 与 执 行 者 之 间 的 主 消 息 流 是 什 么 ？ 以 及系 统 中 哪 些 实 体 被 使 用 或 修 改 ？ 66 用 况 中 可 供 选 择 的 流 ： 用 况 中 的 活 动 可 根据 条 件 或 异 常 （ exception） 有 选 择 地 执 行 。 如 何 通 过 给 执 行 者 一 个 值 来 结 束 用 况 ： 描述 何 时 可 认 为 用 况 已

52、结 束 . 67 执 行 者 的 简 要 描 述 如 客 户 ： 向 公 司 订 购 商 品 的 人 客 户 代 表 ： 公 司 处 理 客 户 请 求 的 雇 员 库 存 系 统 ： 记 录 公 司 库 存 的 软 件 用 况 的 简 要 描 述 如 订 购 货 物 ： 客 户 创 建 一 个 新 的 请 求 商 品 的订 单 ， 并 为 那 些 商 品 付 费 取 消 订 单 ： 客 户 取 消 一 个 已 经 存 在 的 订 单 68 用 况 的 详 细 描 述前 置 条 件 和 后 置 条 件前 置 条 件 和 后 置 条 件 表 示 用 况 开 始 和 结 束的 条 件事 件 流 （

53、 flow of events）事 件 流 是 一 系 列 陈 述 句 ， 它 是 从 执 行 者 的角 度 看 ， 列 出 用 况 的 各 个 步 骤用 况 描 述 中 可 以 包 含 条 件 、 分 支 和 循 环 。例 如 ： 订 购 货 物 用 况 的 描 述 如 下 69 用 况 名 称 ： 订 购 货 物参 与 的 执 行 者 ： 客 户 、 客 户 代 表前 置 条 件 ： 一 个 合 法 的 客 户 已 经 登 录 到 这 个 系 统事 件 流 ：1. 当 客 户 选 择 订 购 货 物 时 ， 用 况 开 始2.客 户 输 入 他 的 姓 名 和 地 址3.如 果 客 户 只

54、 输 入 邮 编 ， 系 统 将 给 出 州 和 城 市 名4.当 客 户 输 入 产 品 代 码a. 系 统 给 出 产 品 描 述 和 价 格b. 系 统 往 客 户 订 单 中 添 加 该 物 品 的 价 格 循 环 结 束5. 客 户 输 入 信 用 卡 支 付 信 息 70 6. 客 户 选 择 提 交7. 系 统 检 验 输 入 的 信 息 ， 把 该 订 单 作 为 未 完 成 的 交易 保 存 ， 同 时 向 记 账 系 统 转 发 支 付 信 息 。 如 果 客户 提 交 的 信 息 不 正 确 ， 系 统 将 提 示 客 户 修 改 。8. 当 支 付 确 认 后 ， 订

55、单 就 被 标 记 上 已 经 确 认 ， 同 时返 回 给 客 户 一 个 订 单 ID， 用 况 也 就 结 束 了 。 如 果支 付 没 有 被 确 认 ， 系 统 将 提 示 客 户 改 正 支 付 信 息或 者 取 消 。 如 果 客 户 选 择 修 改 信 息 ， 就 回 到 第 5步 ；如 果 选 择 取 消 ， 用 况 结 束 。后 置 条 件 ： 如 果 订 单 没 有 被 取 消 ， 它 将 保 存 在 系 统 中 ，并 做 上 标 记 71 其 他 需 求在 用 况 中 还 可 描 述 一 些 特 殊 的 需 求 ， 这 些需 求 常 常 是 非 功 能 性 需 求 ，

56、如 可 用 性 、 安全 性 、 可 维 护 性 、 负 载 、 性 能 、 自 动 防 故障 、 数 据 需 求 等 。如 订 购 货 物 用 况 的 其 他 需 求 ：前 置 条 件 ： （ 略 ）事 件 流 ： （ 略 ）特 殊 需 求 ： 系 统 必 须 在 一 秒 内 响 应 客 户 的 输 入后 置 条 件 ： （ 略 ） 72 事 件 流 可 分 为 两 部 分 ：基 本 路 径 基 本 路 径 是 运 转 正 常 时 的 路 径 ， 是 一 系 列 没有 分 支 和 选 择 的 简 单 陈 述 句可 选 路 径 可 选 路 径 是 指 不 同 于 基 本 路 径 而 允 许 不

57、 同 的事 件 序 列 的 路 径 。 对 于 明 显 有 可 能 随 时 发 生 的 事 情 来 说 ， 可 选路 径 非 常 有 效 。 73 如 订 购 货 物 用 况 的 基 本 路 径 ：事 件 流 ：基 本 路 径1.当 客 户 选 择 订 购 货 物 时 ， 用 况 开 始2.客 户 输 入 他 的 姓 名 和 地 址3.当 客 户 输 入 产 品 代 码 时a. 系 统 给 出 产 品 描 述 和 价 格b. 系 统 往 客 户 订 单 中 添 加 该 物 品 的 价 格 循 环 结 束4. 客 户 输 入 信 用 卡 支 付 信 息5. 客 户 选 择 提 交6. 系 统 检

58、 验 输 入 的 信 息 ， 把 该 订 单 作 为 未 完 成 的 交 易 保 存 ，同 时 向 记 账 系 统 转 发 支 付 信 息7. 当 支 付 确 认 后 ， 订 单 就 被 标 记 上 已 经 确 认 ， 同 时 返 回 给 客 户 一 个 订 单 ID， 用 况 结 束 74 如 果 在 订 购 货 物 用 况 中 ， 客 户 可 以 在 提 交订 单 前 随 时 取 消 订 单 ， 其 可 选 路 径 如 下 ：可 选 路 径 ： 在 选 择 提 交 前 的 任 何 时 候 ， 客 户 都 可 以 选 择cancel。 这 次 订 购 没 有 被 保 存 ， 用 况 结 束

59、。 在 基 本 路 径 第 6步 ， 如 果 有 任 何 不 正 确 的 信息 ， 系 统 提 示 客 户 去 修 改 这 些 信 息 。 在 基 本 路 径 第 7步 ， 如 果 支 付 没 有 被 确 认 ，系 统 将 提 示 客 户 改 正 支 付 信 息 或 者 取 消 。 如果 客 户 选 择 修 改 信 息 ， 就 回 到 基 本 路 径 第 4步 ； 如 果 选 择 取 消 ， 用 况 结 束 。 75 3 确 定 用 况 之 间 的 关 系关 系 说 明 记 号关 联 执 行 者 与 他 所 参 与 的 一 个 用 况之 间 的 通 信 路 径 扩 展 扩 展 的 用 况 到

60、基 本 用 况 的 一 种关 系 ， 它 指 出 扩 展 的 用 况 所 定义 的 行 为 如 何 插 入 到 基 本 用 况所 定 义 的 行 为 中 。 扩 展 的 用 况通 过 模 块 化 方 式 增 量 地 修 改 基本 用 况 extend 76 关 系 说 明 记 号包 含 从 基 本 用 况 到 另 一 个 用 况 （ 称 为包 含 用 况 ， inclusion use case）的 一 种 关 系 ， 它 指 出 包 含 用 况 定义 的 行 为 被 包 含 在 基 本 用 况 所 定义 的 行 为 中 。 基 本 用 况 能 看 到 包含 用 况 ， 并 依 赖 于 执 行

61、 包 含 用 况后 的 结 果 ， 但 两 者 相 互 间 不 能 访问 其 它 属 性 用 况 泛 化 一 个 一 般 用 况 与 一 个 更 特 殊 的 用况 之 间 的 关 系 ， 特 殊 用 况 可 继 承一 般 用 况 的 特 征 include 77 本 实 例 实 现 一 个 简 化 了 的 银 行 储 蓄 账 户 管理 系 统 ， 该 系 统 是 在 银 行 的 柜 台 上 对 客 户 办 理活 期 储 蓄 业 务 。 系 统 的 需 求 陈 述 如 下 ：一 个 客 户 可 以 在 多 个 银 行 中 开 设 账 户 ， 一个 客 户 也 可 在 同 一 银 行 中 开 设

62、多 个 不 同 的 账 户 。客 户 可 以 通 过 银 行 职 员 进 行 开 户 、 存 款 、 取 款 、转 账 、 注 销 账 户 等 活 动 。 其 中 转 账 指 客 户 将 自己 的 某 个 账 户 上 的 钱 款 转 入 同 一 银 行 的 不 同 账户 （ 称 为 银 行 内 转 账 ） 或 转 入 不 同 银 行 的 账 户（ 称 为 银 行 间 转 账 ） 。 系 统 管 理 员 负 责 系 统 的账 户 管 理 及 业 务 报 表 的 生 成 。 78 识 别 执 行 者客 户 ： 到 银 行 办 理 储 蓄 业 务 的 人 ， 负 责 输入 密 码银 行 职 员 （

63、客 户 代 理 ） ： 银 行 工 作 人 员 ，代 表 客 户 进 行 储 蓄 业 务 的 操 作银 行 职 员 （ 管 理 人 员 ） ： 银 行 工 作 人 员 ，根 据 客 户 的 储 蓄 业 务 更 新 账 户管 理 员 ： 银 行 计 算 机 的 管 理 人 员 ， 负 责 账户 的 管 理 和 业 务 报 表 的 生 成 79 识 别 用 况从 系 统 的 需 求 陈 述 可 知 ， 银 行 职 员 （ 客 户代 理 ） 需 要 系 统 提 供 开 户 、 存 款 、 取 款 、 转 账、 注 销 账 户 等 功 能 ， 这 些 功 能 都 包 含 了 校 验 密码 的 功 能

64、。 系 统 管 理 员 需 要 系 统 提 供 账 户 管 理和 报 表 生 成 功 能 。 银 行 职 员 （ 管 理 人 员 ） 则 参与 了 账 户 管 理 中 的 更 新 账 户 的 功 能 。 此 外 ， 转账 功 能 可 分 为 银 行 内 转 账 和 银 行 间 转 账 ， 我 们可 将 它 们 设 计 成 三 个 用 况 ， 其 中 银 行 内 转 账 用况 和 银 行 间 转 账 用 况 都 继 承 了 基 本 转 账 用 况 。据 此 分 析 ， 得 到 该 系 统 的 用 况 图 如 下 图 所 示 。 80银 行 储 蓄 账 户 管 理 系 统 包 含 包 含 包 含

65、银 行 职 员（ 用 户 代 理 ） 账 户 管 理 银 行 间 转 账开 户取 款 银 行 内 转 账注 销存 款 校 验 密 码转 账 报 表 生 成 其 它 银 行账 户 管 理 系 统 客 户 系 统 管 理 员银 行 职 员（ 管 理 人 员 ） 81 开 户 用 况 描 述用 况 名 称 ： 开 户参 与 的 执 行 者 ： 银 行 职 员 （ 客 户 代 理 ） ， 客 户前 置 条 件 ： 一 个 合 法 的 银 行 职 员 （ 客 户 代 理 ） 已 登 录到 该 系 统事 件 流 ：1.当 选 择 开 户 功 能 时 用 况 开 始2.输 入 客 户 信 息 （ 姓 名 、

66、 地 址 、 身 份 证 号 等 ）3.从 账 户 管 理 系 统 获 取 新 的 账 号4.请 客 户 输 入 密 码5.请 客 户 再 次 输 入 密 码6.如 果 两 次 密 码 不 一 致 则 回 到 第 4步 ， 否 则 继 续7.在 账 户 库 中 添 加 新 账 户8.打 印 存 折 ， 用 况 结 束后 置 条 件 ： 在 账 户 库 中 增 加 了 一 个 新 账 户 ， 得 到 一 张新 存 折 82 取 款 用 况 描 述用 况 名 称 ： 取 款参 与 的 执 行 者 ： 银 行 职 员 （ 客 户 代 理 ）前 置 条 件 ： 一 个 合 法 的 银 行 职 员 （ 客 户 代 理 ） 已 登 录到 该 系 统事 件 流 ：基 本 路 径 ：1.当 选 择 取 款 功 能 时 用 况 开 始2.当 输 入 客 户 信 息 （ 姓 名 、 账 号 等 ） 后 a） 如 果 客 户 信 息 与 账 户 不 一 致 ， 显 示 错 误 信 息 ，可 以 重 新 输 入 或 结 束 用 况 b） 如 果 该 账 户 被 冻 结 （ 如 因 挂 失 而 冻 结 ） ，