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<title>标准建模语言UML及其支持环境(三)</title>
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<body bgcolor="#D2D2D2">
<p align="center"><font color="#FF0000" size="4">标准建模语言UML及其支持环境(三)<br>
</font></p>
<p align="center">北京航空航天大学软件工程研究所</p>
<p><br>
(接上期)<br>
前两期所述主要内容如下:<br>
一、标准建模语言UML概述<br>
二、标准建模语言UML的静态建模机制<br>
1. 用例图<br>
2. 类图、对象图和包<br>
数千年以前,人类就已经开始采用分类的方法有效地简化复杂问题,帮助人们了解客观世界。在面向对象建模技术中,我们使用同样的方法将客观世界的实体映射为对象,并归纳成一个个类。类(Class)、对象(Object)和它们之间的关联是面向对象技术中最基本的元素。对于一个想要描述的系统,其类模型和对象模型揭示了系统的结构。在UML中,类和对象模型分别由类图和对象图表示。类图技术是OO方法的核心。图1显示了一个金融保险系统的类图。</p>
<p align="center"><img src="../images/uml3-1.jpg" width="422"
height="348"><br>
</p>
<p align="left">(1) 类图<br>
类图(Class Diagram)描述类和类之间的静态关系。与数据模型不同,它不仅显示了信息的结构,同时还描述了系统的行为。类图是定义其它图的基础。在类图的基础上,状态图、合作图等进一步描述了系统其他方面的特性。<br>
(2) 类和对象<br>
对象(Object)与我们对客观世界的理解相关。我们通常用对象描述客观世界中某个具体的实体。所谓类(Class)是对一类具有相同特征的对象的描述。而对象是类的实例(Instance)。建立类模型时,我们应尽量与应用领域的概念保持一致,以使模型更符合客观事实,易修改、易理解和易交流。</p>
<p align="left"><br>
类描述一类对象的属性(Attribute)和行为(Behavior)。在UML中,类的可视化表示为一个划分成三个格子的长方形(下面两个格子可省略)。图1中,"客户"就是一个典型的类。</p>
<p align="left">类的获取和命名 最顶部的格子包含类的名字。类的命名应尽量用应用领域中的术语,应明确、无歧义,以利于开发人员与用户之间的相互理解和交流。类的获取是一个依赖于人的创造力的过程,必须与领域专家合作,对研究领域仔细地分析,抽象出领域中的概念,定义其含义及相互关系,分析出系统类,并用领域中的术语为类命名。一般而言,类的名字是名词。</p>
<p align="left"><br>
类的属性 中间的格子包含类的属性,用以描述该类对象的共同特点。该项可省略。图1中"客户"类有"客户名"、"地址"等特性。属性的选取应考虑以下因素:<br>
*原则上来说,类的属性应能描述并区分每个特定的对象;<br>
*只有系统感兴趣的特征才包含在类的属性中;<br>
*系统建模的目的也会影响到属性的选取。<br>
根据图的详细程度,每条属性可以包括属性的可见性、属性名称、类型、缺省值和约束特性。UML规定类的属性的语法为:<br>
可见性 属性名 : 类型 = 缺省值 {约束特性}<br>
图1"客户"类中,"客户名"属性描述为"-
客户名 : 字符串 = 缺省客户名"。 可见性"-"表示它是私有数据成员,其属性名为"客户名",类型为"字符串"类型,缺省值为"缺省客户名",此处没有约束特性。<br>
不同属性具有不同可见性。常用的可见性有Public、Private和Protected三种,在UML中分别表示为"+"、"-"和"#"。<br>
类型表示该属性的种类。它可以是基本数据类型,例如整数、实数、布尔型等,也可以是用户自定义的类型。一般它由所涉及的程序设计语言确定。<br>
约束特性则是用户对该属性性质一个约束的说明。例如"{只读}"说明该属性是只读属性。<br>
类的操作(Operation) 该项可省略。操作用于修改、检索类的属性或执行某些动作。操作通常也被称为功能,但是它们被约束在类的内部,只能作用到该类的对象上。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:<br>
可见性 操作名 (参数表) : 返回类型 {约束特性}<br>
在图1中,"客户"类中有"取客户地址"操作,其中"
+"表示该操作是公有操作,调用时需要参数"客户名",参数类型为字符串,返回类型也为字符串。<br>
类图描述了类和类之间的静态关系。定义了类之后,就可以定义类之间的各种关系了。</p>
<p align="left"><br>
(3) 关联关系<br>
关联(Association)表示两个类之间存在某种语义上的联系。例如,一个人为一家公司工作,一家公司有许多办公室。我们就认为人和公司、公司和办公室之间存在某种语义上的联系。在分析设计的类图模型中,则在对应人类和公司类、公司类和办公室类之间建立关联关系。<br>
在图1中最上部存在一个"属于"/"签定"关联:每个"保险单"属于一个"客户",而"客户"可以签定多个"保险单"。除了这个关联外,图1中还有另外两个关联,分别表示每个"保险单"包含若干个"保险单上的项目",而每个"保险单上的项目"涉及单一的"保险类别"。</p>
<p align="left">关联的方向 关联可以有方向,表示该关联单方向被使用。关联上加上箭头表示方向,在UML中称为导航(Navigability)。我们将只在一个方向上存在导航表示的关联,称作单向关联
( Uni-directional Association ),在两个方向上都有导航表示的关联,称作双向关联
( Bi-directional Association )。图1中,"保险单"到"保险单上的项目"是单向关联。UML规定,不带箭头的关联可以意味着未知、未确定或者该关联是双向关联三种选择,因此,在图中应明确使用其中的一种选择。</p>
<p align="left"><br>
关联的命名 既然关联可以是双向的,最复杂的命名方法是每个方向上给出一个名字,这样的关联有两个名字,可以用小黑三角表示名字的方向(见图1中最上部的"属于"/"签定"关联)。为关联命名有几种方法,其原则是该命名是否有助于理解该模型。</p>
<p align="left">角色 关联两头的类以某种角色参与关联。例如图2中,"公司"以"雇主"的角色,"人"以"雇员"的角色参与的"工作合同"关联。"雇主"和"雇员"称为角色名。如果在关联上没有标出角色名,则隐含地用类的名称作为角色名。角色还具有多重性(Multiplicity),表示可以有多少个对象参与该关联。在图2中,雇主(公司)可以雇佣(签工作合同)多个雇员,表示为"*";
雇员只能与一家雇主签定工作合同,表示为"1"。多重性表示参与对象的数目的上下界限制。"*"代表0～∞,即一个客户可以没有保险单,也可以有任意多的保险单。"1"是1..1的简写,即任何一个保险单仅来自于一个客户,可以用一个单个数字表示,也可以用范围或者是数字和范围不连续的组合表示。</p>
<p align="center"><img src="../images/uml3-2.jpg" width="334"
height="180"></p>
<p align="left">关联类 一个关联可能要记录一些信息,可以引入一个关联类来记录。图3是在图2的基础上引入了关联类。关联类通过一根虚线与关联连接。图4是实现上述目标的另外一种方法,就是使雇用关系成为一个正式的类。</p>
<p align="center"><img src="../images/uml3-3.jpg" width="271"
height="199"></p>
<p align="left"> </p>
<p align="center"><img src="../images/uml3-4.jpg" width="283"
height="188"></p>
<p align="left">聚集和组成 聚集(Aggregation)是一种特殊形式的关联。聚集表示类之间的关系是整体与部分的关系。一辆轿车包含四个车轮、一个方向盘、一个发动机和一个底盘,这是聚集的一个例子。在需求分析中,"包含"、"组成"、"分为……部分"等经常设计成聚集关系。聚集可以进一步划分成共享聚集(Shared
Aggregation)和组成。例如,课题组包含许多成员,但是每个成员又可以是另一个课题组的成员,即部分可以参加多个整体,我们称之为共享聚集。另一种情况是整体拥有各部分,部分与整体共存,如整体不存在了,部分也会随之消失,这称为组成(Composition)。例如,我们打开一个视窗口,它就由标题、外框和显示区所组成。一旦消亡则各部分同时消失。在UML中,聚集表示为空心菱形,组成表示为实心菱形。需要注意的是,一些面向对象大师对聚集的定义并不一样。大家应注意其他面向对象方法与UML中所定义的聚集的差别。</p>
<p align="left"><br>
(4) 继承关系<br>
人们将具有共同特性的元素抽象成类别,并通过增加其内涵而进一步分类。例如,动物可分为飞鸟和走兽,人可分为男人和女人。在面向对象方法中将前者称为一般元素、基类元素或父元素,将后者称为特殊元素或子元素。继承(Generalization)定义了一般元素和特殊元素之间的分类关系。在UML中,继承表示为一头为空心三角形的连线。<br>
如图1中,将客户进一步分类成个体客户和团体客户,使用的就是继承关系。<br>
在UML定义中对继承有三个要求:<br>
*特殊元素应与一般元素完全一致,一般元素所具有的关联、属性和操作,特殊元素也都隐含性地具有;</p>
<p align="left">*特殊元素还应包含额外信息;<br>
*允许使用一般元素实例的地方,也应能使用特殊元素。</p>
<p align="left"><br>
(5) 依赖关系<br>
有两个元素X、Y,如果修改元素X的定义可能会引起对另一个元素Y的定义的修改,则称元素Y依赖(Dependency)于元素X。在类中,依赖由各种原因引起,如:一个类向另一个类发消息;一个类是另一个类的数据成员;一个类是另一个类的某个操作参数。如果一个类的界面改变,它发出的任何消息可能不再合法。</p>
<p align="left"><br>
(6) 类图的抽象层次和细化(Refinement)关系<br>
需要注意的是,虽然在软件开发的不
标准建模语言UML及其支持环境
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2008-03-08
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