基于UML的圖書管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計

1、基于UML的圖書管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計摘要：本文對面向?qū)ο蟮母拍?、UML產(chǎn)生的背景及其基本內(nèi)容進(jìn)行了闡述，在對圖書館圖書管理系統(tǒng)進(jìn)行功能描述和需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件工程和面向?qū)ο笮枨蠓治?，設(shè)計了基于UML的用例圖、包圖和順序圖，狀態(tài)圖等語言機(jī)制的圖書館圖書管理系統(tǒng)模型。關(guān)鍵詞： UML；建模語言；面向?qū)ο?；需求分析；圖書管理系統(tǒng)1關(guān)于面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο笫且环N的程序設(shè)計方法，或者說它是一種程序設(shè)計類型，其基本思想是使用對象，類，繼承，封裝，消息等基本概念來進(jìn)行程序設(shè)計。它是從現(xiàn)實世界中客觀存在的事物（即對象）出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運用人類的自然思維方式，強(qiáng)調(diào)直接以問題域（現(xiàn)

2、實世界）中的事物為中心來思考問題，認(rèn)識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特點，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位（而不是用一些與現(xiàn)實世界中的事物相關(guān)比較遠(yuǎn)，并且沒有對應(yīng)關(guān)系的其它概念來構(gòu)造系統(tǒng)）。這可以使系統(tǒng)直接地映射問題域，保持問題域中事物及其相互關(guān)系的本來面貌。它可以有不同層次的理解： （1）從世界觀的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮幕菊軐W(xué)是認(rèn)為世界是由各種各樣具有自己的運動規(guī)律和內(nèi)部狀態(tài)的對象所組成的；不同對象之間的相互作用和通訊構(gòu)成了完整的現(xiàn)實世界。因此，人們應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)實世界這個本來面貌來理解世界，直接通過對象及其相互關(guān)系來反映世界。這樣建立起來的系統(tǒng)才能符合現(xiàn)實世界的本來面目。

3、（2）從方法學(xué)的角度可以認(rèn)為：面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ敲嫦驅(qū)ο蟮氖澜缬^在開發(fā)方法中的直接運用。它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該直接與現(xiàn)實世界的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，應(yīng)該圍繞現(xiàn)實世界中的對象來構(gòu)造系統(tǒng)，而不是圍繞功能來構(gòu)造系統(tǒng)。（3）從程序設(shè)計的角度來看，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言必須有描述對象及其相互之間關(guān)系的語言成分。這些程序設(shè)計語言可以歸納為以下幾類：系統(tǒng)中一切皆為對象；對象是屬性及其操作的封裝體；對象可按其性質(zhì)劃分為類，對象成為類的實例；實例關(guān)系和繼承關(guān)系是對象之間的靜態(tài)關(guān)系；消息傳遞是對象之間動態(tài)聯(lián)系的唯一形式，也是計算的唯一形式；方法是消息的序列。 面向?qū)ο蟮姆椒▽W(xué)包括了以下核心概念：對象（object）：即指現(xiàn)實世

4、界中各種各樣的實體。它可以指具體的事物也可以指抽象的事物。 類（class）：類是具有相似內(nèi)部狀態(tài)和運動規(guī)律的實體的集合（或統(tǒng)稱、抽象）。類的概念來自于人們認(rèn)識自然、認(rèn)識社會的過程。 消息（Message）: 消息是指對象間相互聯(lián)系和相互作用的方式。一個消息主要由5部分組成：發(fā)送消息的對象、接收消息的對象、消息傳遞辦法、消息內(nèi)容（參數(shù)）、反饋。封裝：對象間的相互聯(lián)系和相互作用過程主要通過消息機(jī)制得以實現(xiàn)。對象之間并不需要過多的了解對方內(nèi)部的具體狀態(tài)或運動規(guī)律。面向?qū)ο蟮念愂欠庋b良好的模塊，類定義將其說明（用戶可見的外部接口）與實現(xiàn)（用戶不可見的內(nèi)部實現(xiàn)）顯式地分開，其內(nèi)部實現(xiàn)按其具體定義的作用

5、域提供保護(hù)。類是封裝的最基本單位。封裝防止了程序相互依賴性而帶來的變動影響。在類中定義的接收對方消息的方法稱為類的接口。繼承：類之間的繼承關(guān)系是現(xiàn)實世界中遺傳關(guān)系的直接模擬，它表示類之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及對屬性和操作的共享，即子類可以沿用父類的某些特征。重載：重載是指類的同名方法在給其傳遞不同的參數(shù)是可以有不同的運動規(guī)律。在對象間相互作用時，即使接收消息對象采用相同的接收辦法，但消息內(nèi)容的詳細(xì)程度不同，接收消息對象內(nèi)部的運動規(guī)律也可能不同。2 關(guān)于UMLUML(Unified Modeling Language)是在Booch方法、OOSE方法和OMT方法的基礎(chǔ)上演化而來的基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

6、建模語言。它統(tǒng)一了面向?qū)ο蠼５幕靖拍?、術(shù)語和圖示符號，描述了建模過程中所必須遵循的基本步驟，提供了一整套描述軟件系統(tǒng)模型的概念和圖形表示法，可從不同的視角為系統(tǒng)建模。 統(tǒng)一建模語言UML是一種語義豐富、通用、可視化的建模語言和事實上的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，易于理解和交流。UML提供的豐富的視圖從多個視角描述系統(tǒng)的不同側(cè)面，可以有效運用于軟件的建模、分析與設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個部分。UML語義通過其元模型來嚴(yán)格地定義。UML表示法定義UML符號的表示法，為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號和文本語法來建模提供標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級的模型，在語義

7、上它是UML元模型的實例。UML的主要內(nèi)容通常用用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、活動圖、構(gòu)件圖、配置圖、順序圖、協(xié)作圖和包圖等l0種圖來描述，它們從不同的角度和層次為系統(tǒng)建模提供支持，完全可以描述系統(tǒng)的方方面面。與傳統(tǒng)的軟件建模方法相比, UML 有如下一些特點: (1)UML 是一個可視化建模語言, 是一種圖形化的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計工具語言,而不是可視化程序設(shè)計語言,但用UML描述的模型可與各種編程語言直接相連,把UML 模型映射成編程語言。在不同程序中使用同樣的UML 圖表類型, 因為UML 具有任意程序的獨立性,定義一個標(biāo)準(zhǔn)程序不是一個UML 的目標(biāo)。(2)UML 是一種可用于詳細(xì)描述的語言,

8、其所建立的模型是精確、無歧義和完整的。同時UML是一種文檔化的語言,對其各建模元素可進(jìn)行詳細(xì)說明,并能生成所建模型的文檔。標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計,定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大。它的最大用途是利用圖形來描述真實世界各個對象的符合表示,讓所有系統(tǒng)設(shè)計者在構(gòu)建系統(tǒng)需求分析、對象模型化定義到對象設(shè)計的整個開發(fā)過程完全標(biāo)準(zhǔn)化。3 本課題的研究意義 一個圖書館的圖書資料庫在正常運轉(zhuǎn)中總是面對大量的讀者信息、書籍信息以及兩者相互作用產(chǎn)生的借書信息、還書信息。圖書館作為一個信息資源的集散地，圖書和用戶借閱資料繁多，包含著很多的信息數(shù)據(jù)。以前對信息管理的主要方式是基于文本、表格等紙介質(zhì)的手工

9、處理，對于圖書借閱情況(如借書天數(shù)、超過限定借書時間的天數(shù))的統(tǒng)計和核實等往往采用人工檢查，對借閱者的借閱權(quán)限以及借閱天數(shù)等采用人工計算、手抄進(jìn)行，數(shù)據(jù)信息處理工作量大，容易出錯和丟失。因此，建立一個智能化、系統(tǒng)化、信息化的圖書資料庫是十分重要的。使用計算機(jī)軟件對圖書進(jìn)行管理，是計算機(jī)應(yīng)用的一部分。充分利用計算機(jī)的功能，實現(xiàn)對讀者管理、書籍管理等自動化控制，將會使圖書資料庫的工作強(qiáng)度大大減弱，可以實現(xiàn)圖書檢索迅速、可靠性高、存儲量大、壽命長、成本低，能最大限度地提高圖書管理的效率，也是圖書管理信息化、正規(guī)化管理的必然趨勢。4 基于UML的圖書管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計過程圖書管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

10、主要通過兩個步驟來實現(xiàn)：首先是基于系統(tǒng)功能的需求分析，其次是系統(tǒng)模型的設(shè)計和實現(xiàn)。4.1需求分析 需求分析是軟件工程過程的一個重要階段,其中一個主要任務(wù)是確定系統(tǒng)的功能需求,采用面向?qū)ο蠓椒?基于UML的可視化系統(tǒng)需求分析,因為有用戶的積極參與,既可以加快設(shè)計者對于問題的理解,又能夠在系統(tǒng)描述方面減少語義差異,保證分析的正確性。需求分析的目標(biāo)就是建立需求模型,即從功能需求出發(fā)建立用例模型, UML的用例視圖從用戶的需求中提取,以盒圖的方式描述待開發(fā)的系統(tǒng)的功能需求。每個用例都指定了客戶的需求即他們需要系統(tǒng)干什么。用例圖為設(shè)計活動不僅記錄需求而且還提供了一種挖掘的信息, 它記錄了需求到設(shè)計結(jié)果之

11、間的映射關(guān)系,能夠確保設(shè)計結(jié)果具有明確的根據(jù)或者說具有可維護(hù)性,基于UML的軟件開發(fā)過程是以用例驅(qū)動的。首先我們進(jìn)行角色識別，角色識別的任務(wù)是找出所有可能與系統(tǒng)發(fā)生交互行為的外部實體、對象、系統(tǒng)。它們的行為不受系統(tǒng)控制，但是可以提供輸入給系統(tǒng)。對于一所大學(xué)的圖書管理系統(tǒng)，基本的功能是完成圖書的借閱和相關(guān)信息的管理，服務(wù)的對象有本科生，研究生，教師，及其他學(xué)校的學(xué)生，還有社會人員，這些人可歸結(jié)為一類即讀者。而為幫助讀者順利完成借還書的可以是工作人員，可以是自動借還書機(jī)，他們可以歸結(jié)為一類即圖書管理人員。因此對于一個圖書管理系統(tǒng)主要有兩類角色，讀者、圖書管理員。其次，在主要角色的基礎(chǔ)上，可以識別出

12、與角色相應(yīng)的用例，從而得到系統(tǒng)的用例模型。與讀者相關(guān)的過程包括：借書、還書、預(yù)定、圖書信息檢索、借閱查詢(如查詢本人借書記錄、還書期限、是否超期)、個人相關(guān)信息查詢及修改(如學(xué)號、姓名、性別、年級、專業(yè)、家庭住址、聯(lián)系電話、出生日期、民族、政治面貌、身份證號等)。與圖書管理員相關(guān)的過程包括：辦理借書、辦理還書、解除預(yù)定、圖書訂購、讀者信息管理（增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限及密碼、借閱超期罰款）、圖書信息管理（增加/刪除數(shù)目、圖書類別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。系統(tǒng)管理（系統(tǒng)的登陸、退出、日志維護(hù)、系統(tǒng)更新）。以上分析中，與讀者，圖書管理員相關(guān)的過程構(gòu)成了本系統(tǒng)的基本用例。 4.2 系統(tǒng)的整體

13、結(jié)構(gòu) 綜上所述一個圖書管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可以分為三大模塊：圖書管理模塊、讀者管理模塊、系統(tǒng)管理模塊。（1）圖書管理模塊包括與圖書相關(guān)的一些過程，主要有圖書的借出、圖書的歸還、預(yù)定、圖書信息檢索、圖書訂購、圖書相關(guān)信息管理。（2）讀者管理模塊主要包括與讀者有聯(lián)系相關(guān)的過程，主要有增加/刪除讀者、修改讀者權(quán)限及密碼、借閱信息查詢、個人信息查詢及修該、借閱超期和丟失罰款。（3）系統(tǒng)管理模塊包括系統(tǒng)的登陸、退出、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)更新。綜上我們畫出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，如圖一所示：圖一 圖書管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 4.3 圖書管理系統(tǒng)的用例圖從以上分析中我們不難得出系統(tǒng)的基本用例圖，如圖二所示：圖二 系統(tǒng)的基本用例

14、圖圖書管理和圖書管理是圖書管理系統(tǒng)的重要組成部分，為此我們按照前文所述將圖書管理模塊和讀者模塊以及系統(tǒng)管理模塊詳細(xì)精化得出如下的用例圖，如圖三、圖四、圖五所示：圖三 圖書管理模塊的用例圖圖四 讀者管理用例圖 圖五 系統(tǒng)管理模塊的用例圖4.4 圖書管理系統(tǒng)的行為圖我們再進(jìn)行動態(tài)建模分析。對于圖書管理系統(tǒng)借書還書是兩個重要的過程，我們先來分析一下借書、還書的一般過程，并由借書的一般過程畫出其順序圖、協(xié)作圖以及活動圖。（1）借書的過程：讀者刷卡進(jìn)入圖書館，或者先查詢圖書及個人借閱信息，或者直接去挑選圖書，選擇好圖書后進(jìn)入借書程序，管理員先檢查讀者的借書證件，查驗?zāi)芊窠栝?，比如：證件是否無效或書籍是否

15、已經(jīng)借滿等，即檢驗其借書的合法性和有效性，如果是非法用戶或借書數(shù)量范圍外，則該讀者不能借閱圖書。如果滿足借閱要求，則再獲取所借書的標(biāo)題以進(jìn)行庫內(nèi)搜索，獲取書目查詢此書的數(shù)量，看是否還有此書，如果沒有則阻止其他借書者可能進(jìn)行的預(yù)訂活動，將此書借出，根據(jù)書號將此書的借閱標(biāo)志位取反以表示此書已借出，并將此書的書目減1。并為此讀者記錄借閱日期，以及歸還日期，在歸還日期內(nèi)未能歸還和續(xù)借的，并為其記錄超借天數(shù)及罰款數(shù)額。（2）還書過程：在返還圖書的過程中，管理員首先獲取讀者的借閱信息和被歸還的書籍的信息，如書標(biāo)題信息，數(shù)量等，并一一審核每本書的歸還日期是否超過應(yīng)歸還日期。在完成階段，將此書的書號登記并設(shè)計

16、標(biāo)志位為已歸還，以便讀者網(wǎng)上預(yù)訂和繼續(xù)借閱，同時將此類圖書的數(shù)量加1，如果讀者超期或丟失所借書籍，則要進(jìn)行賠償處理。 所以我們不難畫出借書一般過程的順序圖，如圖六所示：圖六 借書一般過程的順序圖有順序圖可得到協(xié)作圖，如圖七所示。仔細(xì)分析借書過程的細(xì)節(jié)，可以畫出如圖八所示的活動圖，它表示了復(fù)雜算法的過程，尤其是過程中的判斷、并發(fā)和同步。圖七 借書一般過程的協(xié)作圖 以上我們用多種語言機(jī)制分析了讀者的主要相關(guān)事件流，下面我們繪制圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖分析圖書管理員的主要事件流。從以上分析可知，圖書管理員相關(guān)的過程包括：辦理借書、辦理還書、解除預(yù)定、圖書訂購、讀者信息管理（增加/刪除讀者、修改讀者

17、權(quán)限及密碼、借閱超期罰款）、圖書信息管理（增加/刪除數(shù)目、圖書類別等相關(guān)信息的修改、流通情況）。由此我們可繪制如圖九所示的圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖：圖九圖書管理員使用系統(tǒng)的狀態(tài)圖4.5 圖書管理系統(tǒng)的靜態(tài)圖定義并描述了各個類后，我們可以根據(jù)實際情況引入包來管理類，本圖書館管理系統(tǒng)可以劃分為四個包：用戶管理：對系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理，為用戶提供信息服務(wù)接口，便于對系統(tǒng)進(jìn)行操作。借閱管理包括借書處理，還書處理和罰款處理等。讀者管理包括對讀者圖書等信息進(jìn)行維護(hù)，主要有讀者信息的增刪，對圖書更新資料進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)服務(wù)：包括系統(tǒng)登錄檢查，安全維護(hù)等。系統(tǒng)的包圖如圖十所示：圖十 系統(tǒng)包圖4.6 圖書管理系統(tǒng)的

18、實現(xiàn)經(jīng)過系統(tǒng)分析和設(shè)計后，就可以根據(jù)設(shè)計模型在具體的環(huán)境中實現(xiàn)系統(tǒng)，生成系統(tǒng)的源代碼、可執(zhí)行程序和相應(yīng)的軟件文檔，建立一個可執(zhí)行系統(tǒng)。進(jìn)而需要對系統(tǒng)進(jìn)行測試和排錯，保證系統(tǒng)符合預(yù)定的要求，獲得一個無錯的系統(tǒng)實現(xiàn)。測試結(jié)果將確認(rèn)所完成的系統(tǒng)可以真正使用。參考文獻(xiàn)1 齊治昌.譚慶平.寧洪. 軟件工程.北京:高等教育出版社2 張海藩.軟件工程.北京:人民郵電出版社3 董翔.基于UML的圖書管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)2008年第l8卷第l2期4 吳開華.邢養(yǎng)曉.羅德撤.數(shù)字圖書館元數(shù)據(jù)研究J.中國圖書館學(xué)報，2002，(3)5 劉治國構(gòu)建基于BS結(jié)構(gòu)的圖書管理系統(tǒng)J信息技術(shù)，2005(3)：72736 管斌.袁國忠 譯.用例驅(qū)動的UML對象建模應(yīng)用-范例分析.北京:人民郵電出版社結(jié)束語 本文以一個圖書館圖書管理系統(tǒng)開發(fā)為背景，針對圖書館對圖書資源進(jìn)行有效利用和管理的功能需求，采用統(tǒng)一建模語言