軟件建模實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(第二版)

1、軟件建模技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書老師： 羅海平、段喜龍、梁旗軍 時(shí)間： （第二版） 備注： 實(shí)踐指導(dǎo)及實(shí)踐試驗(yàn)訓(xùn)練 軟件建模技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐訓(xùn)練體系適用專業(yè): 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程 第一部分 課程與實(shí)驗(yàn)綜述一課程簡介及實(shí)踐要求：軟件建模技術(shù)是以介紹面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言UML為主,使學(xué)生了解面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念,掌握面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法,以及與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相關(guān)的一些軟件開發(fā)技術(shù),同時(shí)掌握在Rational Rose環(huán)境下用UML進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的技術(shù)。本課程在教學(xué)內(nèi)容方面著重基本理論、基本知識(shí)和基本方法，在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面著重設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，熟練的上機(jī)操作能力和分析能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐訓(xùn)練是

2、UML與面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)教學(xué)的重要技能環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深理解、驗(yàn)證、鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，特別是通過設(shè)計(jì)和綜合實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)新能力。二課程實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅和ㄟ^UML的實(shí)驗(yàn),學(xué)生應(yīng)該:1學(xué)會(huì)用面向?qū)ο蟮乃枷肴シ治龊驮O(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng);2學(xué)會(huì)用Rose建模工具進(jìn)行軟件建模。三課程實(shí)驗(yàn)參考資料1.(美)Joseph Schmuller著.UML基礎(chǔ)、案例與應(yīng)用.人民郵電出版社,20042.(美)Hans-Erik Eriksson.UML 2工具箱. 電子工業(yè)出版社,20043.吳際,金茂忠.UML面向?qū)ο蠓治?北京航空航天大學(xué)出版社,20024.趙從軍.UML設(shè)計(jì)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,

3、20045.Grady Booch,James Rumbaugh,Ivar Jacobson.UML用戶指南.機(jī)械工業(yè)出版社,20016.吳建,鄭潮,汪杰.UML基礎(chǔ)與Rose建模案例.人民郵電出版社,20047.（美）Craig Larman.UML和模式應(yīng)用（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2006第二部分 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一 用例用例圖主要用來圖示化系統(tǒng)的主事件流程，它主要用來描述客戶的需求，即用戶希望系統(tǒng)具備的完成一定功能的動(dòng)作，通俗地理解用例就是軟件的功能模塊，所以是設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析階段的起點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)客戶的需求來創(chuàng)建和解釋用例圖，用來描述軟件應(yīng)具備哪些功能模塊以及這些模塊之間的調(diào)用關(guān)系，

4、用例圖包含了用例和參與者，用例之間用關(guān)聯(lián)來連接以求把系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)和功能反映給非技術(shù)人員（通常是軟件的用戶），對(duì)應(yīng)的是軟件的結(jié)構(gòu)和功能分解。（用例是文檔描述）用例是從系統(tǒng)外部可見的行為，是系統(tǒng)為某一個(gè)或幾個(gè)參與者（Actor）提供的一段完整的服務(wù)。從原則上來講，用例之間都是獨(dú)立、并列的，它們之間并不存在著包含從屬關(guān)系。但是為了體現(xiàn)一些用例之間的業(yè)務(wù)關(guān)系，提高可維護(hù)性和一致性，用例之間可以抽象出包含(include)、擴(kuò)展(extend)和泛(generalization)幾種關(guān)系。共性：都是從現(xiàn)有的用例中抽取出公共的那部分信息，作為一個(gè)單獨(dú)的用例，然后通后過不同的方法來重用這個(gè)公共的用例，以減

5、少模型維護(hù)的工作量。包含(include) 擴(kuò)展(extend) 泛化(generalization)1、包含(include)包含關(guān)系：使用包含（Inclusion）用例來封裝一組跨越多個(gè)用例的相似動(dòng)作（行為片斷），以便多個(gè)基（Base）用例復(fù)用?；美刂婆c包含用例的關(guān)系，以及被包含用例的事件流是否會(huì)插入到基用例的事件流中。基用例可以依賴包含用例執(zhí)行的結(jié)果，但是雙方都不能訪問對(duì)方的屬性。 包含關(guān)系對(duì)典型的應(yīng)用就是復(fù)用，也就是定義中說的情景。但是有時(shí)當(dāng)某用例的事件流過于復(fù)雜時(shí)，為了簡化用例的描述，我們也可以把某一段事件流抽象成為一個(gè)被包含的用例；相反，用例劃分太細(xì)時(shí)，也可以抽象出一個(gè)基用例，

6、來包含這些細(xì)顆粒的用例。例如：業(yè)務(wù)中，總是存在著維護(hù)某某信息的功能，如果將它作為一個(gè)用例，那新建、編輯以及修改都要在用例詳述中描述，過于復(fù)雜；如果分成新建用例、編輯用例和刪除用例，則劃分太細(xì)。這時(shí)包含關(guān)系可以用來理清關(guān)系。2、擴(kuò)展(extend)擴(kuò)展關(guān)系：將基用例中一段相對(duì)獨(dú)立并且可選的動(dòng)作，用擴(kuò)展（Extension）用例加以封裝，再讓它從基用例中聲明的擴(kuò)展點(diǎn)（Extension Point）上進(jìn)行擴(kuò)展，從而使基用例行為更簡練和目標(biāo)更集中。擴(kuò)展用例為基用例添加新的行為。擴(kuò)展用例可以訪問基用例的屬性，因此它能根據(jù)基用例中擴(kuò)展點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)來判斷是否執(zhí)行自己。但是擴(kuò)展用例對(duì)基用例不可見。對(duì)于一個(gè)擴(kuò)

7、展用例，可以在基用例上有幾個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)。例如，系統(tǒng)中允許用戶對(duì)查詢的結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)出、打印。對(duì)于查詢而言，能不能導(dǎo)出、打印查詢都是一樣的，導(dǎo)出、打印是不可見的。導(dǎo)入、打印和查詢相對(duì)獨(dú)立，而且為查詢添加了新行為。因此可以采用擴(kuò)展關(guān)系來描述：3、泛化(generalization)泛化關(guān)系：子用例和父用例相似，但表現(xiàn)出更特別的行為；子用例將繼承父用例的所有結(jié)構(gòu)、行為和關(guān)系。子用例可以使用父用例的一段行為，也可以重載它。父用例通常是抽象的。在實(shí)際應(yīng)用中很少使用泛化關(guān)系，子用例中的特殊行為都可以作為父用例中的備選流存在。例如，業(yè)務(wù)中可能存在許多需要部門領(lǐng)導(dǎo)審批的事情，但是領(lǐng)導(dǎo)審批的流程是很相似的，這時(shí)可以做成

8、泛化關(guān)系表示： 上面是我參考的一篇文章，覺得將三種關(guān)系的區(qū)別講得很清晰，在此基礎(chǔ)上結(jié)合自己的系統(tǒng)，對(duì)項(xiàng)目(在線購物系統(tǒng))的用例做了整體的描繪。*(1)系統(tǒng)整體用例圖(商品用例圖)（購買信息用例）(用戶資料用例)按照先整體用例，后子系統(tǒng)用例來進(jìn)行描繪的，歡迎大家提出好的建議!UML中擴(kuò)展和泛化的區(qū)別泛化表示類似于OO術(shù)語“繼承”或“多態(tài)”。UML中的Use Case泛化過程是將不同Use Case之間的可合并部分抽象成獨(dú)立的父Use Case，并將不可合并部分單獨(dú)成各自的子Use Case；包含以及擴(kuò)展過程與泛化過程類似，但三者對(duì)用例關(guān)系的優(yōu)化側(cè)重點(diǎn)是不同的。如下： 泛化側(cè)重表示子用例間的互斥性

9、； 包含側(cè)重表示被包含用例對(duì)Actor提供服務(wù)的間接性； 擴(kuò)展側(cè)重表示擴(kuò)展用例的觸發(fā)不定性；詳述如下： 既然用例是系統(tǒng)提供服務(wù)的UML表述，那么服務(wù)這個(gè)過程在所有用例場(chǎng)景中是必然發(fā)生的，但發(fā)生按照發(fā)生條件可分為如下兩種情況：無條件發(fā)生：肯定發(fā)生的；有條件發(fā)生：未必發(fā)生，發(fā)生與否取決于系統(tǒng)狀態(tài)；因此，針對(duì)用例的三種關(guān)系結(jié)合系統(tǒng)狀態(tài)考慮，泛化與包含用例屬于無條件發(fā)生的用例，而擴(kuò)展屬于有條件發(fā)生的用例。進(jìn)一步，用例的存在是為Actor提供服務(wù)，但用例提供服務(wù)的方式可分為間接和直接兩種，依據(jù)于此，泛化中的子用例提供的是直接服務(wù)，而包含中的被包含用例提供的是間接服務(wù)。同樣，擴(kuò)展用例提供的也是直接服務(wù)，但

10、擴(kuò)展用例的發(fā)生是有條件的。另外一點(diǎn)需要提及的是：泛化中的子用例和擴(kuò)展中的擴(kuò)展用例均可以作為基本用例事件的備選擇流而存在。在Powerdesigner11中畫use case的過程如下一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)中的參與者和用例2.掌握用例圖的繪制方法3.掌握詳細(xì)描述用例二、實(shí)驗(yàn)器材1. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)；2. Powerdesigner11 工具軟件；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析ATM系統(tǒng)（或圖書館管理系統(tǒng)、POST系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)等）的需求；畫出對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的用例模型圖、給出一個(gè)用例的詳細(xì)描述形式（3頁以上）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.分析ATM自動(dòng)取款機(jī)：客戶可以取錢，存錢，查詢余額，轉(zhuǎn)帳，修改密碼。通過分析可找出

11、如下幾個(gè)參與者：1ATM2客戶通過分析得到如下用例： （1）存款（2）取款（3）查詢余額（4）轉(zhuǎn)帳（5）修改密碼（6）打印收據(jù)2繪圖步驟： 下面介紹在Rose2003中創(chuàng)建用例圖的過程：（1）file-new-object_oriented model 選擇如圖1，出現(xiàn)圖1，為編輯用例圖做好準(zhǔn)備。（2）在用例視圖中，從工具欄中選擇Actor圖標(biāo)，在右邊的繪圖區(qū)中添加一個(gè)新元素，并取名客戶表明新增一個(gè)參與者，如圖2所示。 圖2（3）同樣的方法添加參與者“ATM”,如圖3（以下圖為Rose版本，同學(xué)們用power designer 11完成）所示。 圖3(4)在工具欄上選擇用例的圖標(biāo)，依次添加存款

12、、取款、查詢余額、轉(zhuǎn)帳、修改密碼、打印收據(jù)，如圖4所示。 圖4（5）添加參與者和用例間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖5所示。 圖5五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2 小結(jié)實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。實(shí)驗(yàn)二 狀態(tài)圖和活動(dòng)圖狀態(tài)圖是系統(tǒng)分析的一種常用工具，它通過建立類對(duì)象的生存周期模型來描述對(duì)象隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為。狀態(tài)機(jī)狀態(tài)機(jī)是展示狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖。通常一個(gè)狀態(tài)機(jī)依附于一個(gè)類，并且描述一個(gè)類的實(shí)例。狀態(tài)機(jī)包含了一個(gè)類的對(duì)象在其生命周期間所有狀態(tài)的序列以及對(duì)象對(duì)接收到的事件所產(chǎn)生的反應(yīng)。狀態(tài)機(jī)由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件、活動(dòng)和動(dòng)作5部分組成。狀態(tài)圖一個(gè)狀態(tài)圖表示一個(gè)狀態(tài)機(jī)。主要用于表現(xiàn)從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的控制流。狀態(tài)圖由表示

13、狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)和表示狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的帶箭頭的直接組成。若干個(gè)狀態(tài)由一條或多條轉(zhuǎn)換箭頭連接，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由事件觸發(fā)。模型元素的行為可以由狀態(tài)圖中的一條通路表示，沿著此通路狀態(tài)機(jī)隨之執(zhí)行了一系列動(dòng)作。一個(gè)簡單的狀態(tài)圖如下： 活動(dòng)圖-1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉狀態(tài)圖和活動(dòng)圖的基本功能和使用方法。2 掌握如何使用建模工具繪制狀態(tài)圖和活動(dòng)圖方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)；2. Powerdesigner11 工具軟件；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）分析圖書管理系統(tǒng)中的書和借書證的狀態(tài)，畫出它們的狀態(tài)圖；（2）分析管理員的活動(dòng)狀態(tài)，畫出管理員的活動(dòng)圖。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.分析在圖書管理系統(tǒng)中，分析書的狀態(tài)如下：1可借2被借3被預(yù)

14、約4刪除借書證的狀態(tài)如下：1可用2不可用3刪除管理員的活動(dòng)如下：1 處理還書2 處理借書3 處理罰款讀者的活動(dòng)如下：1登錄2找書3預(yù)約4瀏覽2繪圖步驟： 下面介紹在Powerdesigner11中創(chuàng)建類和它們之間關(guān)系的過程：（1）file-new-object_oriented model 選擇如圖1 圖1（2）在工具欄中選擇“Start State”圖標(biāo)托到工作區(qū)，如圖2所示。 圖2（3）在工具欄中選擇“State”圖標(biāo)，添加一個(gè)元素，命名為“New book”，如圖3所示。 圖3 （4）同樣的方法添加其它狀態(tài)，如圖4所示。 圖4 （5）書的各個(gè)狀態(tài)之間添加轉(zhuǎn)移及相應(yīng)的事件，如圖5所示。 圖

15、5 （6）借書證的狀態(tài)圖，如圖6所示。 圖6 （7）在power designer 11中，繪制圖書管理員的活動(dòng)圖，新建“Activity Diagram”，如圖7所示： 圖7 （8）讀者的活動(dòng)圖如圖8所示： 圖8五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2 小結(jié)實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。實(shí)驗(yàn)三 交互圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用協(xié)作圖實(shí)現(xiàn)用例2.掌握順序圖的繪制方法以及順序圖和協(xié)作圖的相互轉(zhuǎn)換。二、實(shí)驗(yàn)器材1. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)；2. power designer 11 工具軟件；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容畫出ATM取款的順序圖，并轉(zhuǎn)換為協(xié)作圖。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.分析ATM取款的場(chǎng)景：（1）通過讀卡機(jī)，用戶插入ATM卡；（2）ATM系統(tǒng)從

16、卡上讀取銀行ID、帳號(hào)、加密密碼、并用主銀行系統(tǒng)驗(yàn)證銀行ID和帳號(hào)；（3）用戶輸入密碼，ATM系統(tǒng)根據(jù)上面讀出的卡上加密密碼，對(duì)密碼進(jìn)行驗(yàn)證；（4）用戶輸入取款數(shù)量；（5）ATM系統(tǒng)通知主銀行系統(tǒng)，傳遞儲(chǔ)戶帳號(hào)和取款數(shù)量，并接收返回的確認(rèn)信息；（6）ATM系統(tǒng)輸出先進(jìn)、ATM卡和顯示帳戶余額的收據(jù)；（7）ATM系統(tǒng)記錄事務(wù)到日志文件。尋找場(chǎng)景中的對(duì)象：ATM、客戶和帳戶。2繪圖步驟： 下面介紹在Rose2003中創(chuàng)建順序圖的過程：（1）file-new-object_oriented model 選擇如圖1（2）在順序圖編輯窗口中，從工具欄中選擇Object圖標(biāo)，在右邊的繪圖區(qū)中添加一個(gè)新元素

17、，并取名Customer表明新增一個(gè)對(duì)象，如圖2所示。 圖2 （3）同樣的方法，添加ATM對(duì)象和Account對(duì)象，如圖3所示。 圖3（4）根據(jù)ATM取款的場(chǎng)景，獲得第一條消息為“客戶向ATM機(jī)提交取款需求”，向圖中添加消息，如圖4所示。 圖4 （5）同樣的方法添加其它消息，如圖5（以下圖為Rose版本，同學(xué)們用power designer 11完成）所示。 圖5（6）根據(jù)順序圖生成協(xié)作圖， 步驟如下：“Browse”“Create Collaboration Diagram”，生成的協(xié)作圖，如圖6所示。 圖6五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2 小結(jié)實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。實(shí)驗(yàn)四 類圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.

18、理解類的基本概念2.理解類間的關(guān)系3.掌握類圖的繪制方法二、實(shí)驗(yàn)器材1. 計(jì)算機(jī)一臺(tái)；2. Rational Rose 工具軟件；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析選課系統(tǒng)中的類及關(guān)系，然后畫出它們的類圖。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.分析在選課系統(tǒng)中，通過分析可抽象出如下幾個(gè)類：1學(xué)生類2管理員類3課程類學(xué)生類和管理員類的屬性較容易分析，這里只列出課程類的屬性和方法：（1）課程名稱（2）開課教室（3）課程號(hào)（4）授課教師（5）選課的學(xué)生（6）開課起始時(shí)間（7）允許選課的學(xué)生人數(shù)（8）設(shè)置課程號(hào)（9）設(shè)置課程名稱（10）查詢課程號(hào)（11）查詢?cè)试S選課的學(xué)生人數(shù)2繪圖步驟： 下面介紹在Rose2003中創(chuàng)建類和它們之間關(guān)系的過程：（1）file-new-object_oriented model 選擇如圖1 圖1（2）在邏輯視圖中，從工具欄中選擇class圖標(biāo)，在右邊的繪圖區(qū)中添加一個(gè)新元素，并取名Student表明新增一個(gè)類。 圖2（3）選擇新創(chuàng)建的元素，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，,彈出圖3對(duì)話框。（4）在對(duì)話框中，可以修改元素的名稱，這里新元素的名稱定為“Student”，如圖4所示。圖3圖4（5）點(diǎn)擊“Attributes”選項(xiàng)卡，添加屬性，如圖5所示。圖5（6）點(diǎn)擊“operations”選項(xiàng)卡，添加方法如圖6所示。 圖6（7）同樣的方法添加Course類，如圖7（以