UML統(tǒng)一塑模語言課件

1、第3章 UML統(tǒng)一塑模語言3-1 塑模與塑模語言3-2 UML的基礎(chǔ)3-3 UML的4+1觀點(diǎn)3-4 UML塑模工具3-5 Software Ideas Modeler塑模工具第1頁，共35頁。3-1 塑模與塑模語言3-1-1 塑模的基礎(chǔ)3-1-2 塑模語言第2頁，共35頁。3-1-1 塑模的基礎(chǔ)-說明模型（Models）就是一種抽象化的真實(shí)事物（Real Thing），以軟體系統(tǒng)來說，它是使用文字或圖形來描述系統(tǒng)規(guī)格和其環(huán)境，一種簡化的真實(shí)系統(tǒng)。當(dāng)我們將現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)事物抽象化成模型，這個(gè)過程稱為塑模（Modeling），如下圖所示：第3頁，共35頁。3-1-1 塑模的基礎(chǔ)-基本原則在進(jìn)行

2、軟體系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，我們常常需要建立模型（Models）來進(jìn)一步了解未來建立的系統(tǒng)，不過，我們建立的模型永遠(yuǎn)不會(huì)等於真實(shí)系統(tǒng)，因?yàn)樗苣Ｓ袃蓚€(gè)基本原則，如下所示：強(qiáng)調(diào)（Emphasizing）：強(qiáng)調(diào)哪些必要的部分。省略（Omitting）：忽略哪些不相關(guān)的部分。第4頁，共35頁。3-1-1 塑模的基礎(chǔ)-為什麼需要建立模型我們替系統(tǒng)建立模型是為了執(zhí)行三種工作，如下所示：溝通（Communication）：在所有涉及系統(tǒng)開發(fā)專案的使用者建立一個(gè)溝通橋樑，因?yàn)椴皇撬惺褂谜叨剂私赓Y訊科技的專用術(shù)語，我們需要讓客戶了解需求；開發(fā)者了解需求，而且他們所認(rèn)知的需求是一致的，有了模型，就算過了一段很長的時(shí)間，他們

3、共通決定的需求一樣可以了解，而不會(huì)各說各話。視覺化（Visualization）：為了讓所有參與者都了解系統(tǒng)，詳細(xì)的文字描述比不上一張圖形來的有效，換句話說，視覺化呈現(xiàn)的模型（即使用圖形來表示），更容易讓使用者了解系統(tǒng)。驗(yàn)證（Verification）：模型可以幫助我們驗(yàn)證最後完成系統(tǒng)是否完整（Completeness）、一致（Consistency）和正確（Currectness）。第5頁，共35頁。3-1-1 塑模的基礎(chǔ)-塑模方法軟體塑模（Software Modeling）基本上可以使用兩種方式來替軟體系統(tǒng)建立模型，如下所示：演算法塑模（Algorithmically Modeling）

4、：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計(jì)的軟體分析就是建立演算法，這種方法建立的系統(tǒng)彈性很差，當(dāng)需求變更或升級(jí)時(shí)，我們很難更新或維護(hù)系統(tǒng)。物件導(dǎo)向塑模（Object-Oriented Modeling）：目前主流的軟體開發(fā)方式是物件導(dǎo)向方式，物件導(dǎo)向塑模是使用更接近真實(shí)世界的方式來建立模型，軟體系統(tǒng)就是物件集合，因?yàn)槲覀儽緛砭褪巧钤谖锛氖澜?，思考模式也遵循著物件?dǎo)向方式。第6頁，共35頁。3-1-2 塑模語言-說明塑模語言（Modeling Language）是一種使用字彙和規(guī)則來呈現(xiàn)概念和實(shí)際系統(tǒng)的語言，它可以使用虛擬碼（Pseudo-Code）、程式碼、圖形、一大段文字或任何可以幫助我們了解系統(tǒng)的方式來描

5、述資訊或知識(shí)。事實(shí)上，塑模語言就是使用一致的規(guī)則集合來定義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其元素稱為符號(hào)（Notation），而這些規(guī)則可以解釋結(jié)構(gòu)中各元件的意義。第7頁，共35頁。3-1-2 塑模語言-種類一般來說，塑模語言分為圖形和文字兩種，其說明如下所示：圖形塑模語言（Graphical Modeling Languages）：使用圖形加上命名的符號(hào)來呈現(xiàn)觀念，以連接線連接符號(hào)來表示之間的關(guān)係，和各種其他符號(hào)來表示限制條件，UML是一種圖形塑模語言。文字塑模語言（Textual Modeling Languages）：主要是使用標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵字（Keywords）加上參數(shù)（Parameters）來建立電腦可理解的

6、運(yùn)算式。第8頁，共35頁。3-2 UML的基礎(chǔ)3-2-1 UML簡介3-2-2 UML圖形3-2-3 UML與方法論第9頁，共35頁。3-2-1 UML簡介-說明UML（Unified Modelling Language）並不是一種程式語言，它是一種塑模語言，可以讓我們使用圖形描述系統(tǒng)來建立模型。如同工程師閱讀藍(lán)圖來蓋房子，程式設(shè)計(jì)師只需看到UML圖形繪出的模型，就可以寫出所需的程式碼。UML的中文名稱是統(tǒng)一塑模語言，UML的出現(xiàn)是三位OO理論大師：Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson（通稱3 Amigo）所提倡。三人本來各自提出物件導(dǎo)向的方法論（

7、即OOA和OOD設(shè)計(jì)方法）和專屬表示的圖形和符號(hào)。換句話說，同樣問題，使用三人方法論建立的模型會(huì)有三種不同的表示方法。第10頁，共35頁。3-2-1 UML簡介-歷史UML的發(fā)展始於1994年10月Grady Booch和Jim Rumbaugh同在Rational軟體公司時(shí)，他們開始統(tǒng)一Booch（Grady Booch提出的方法論）和OMT（Object Modeling Technique，Jim Rumbaugh提出的方法論）。UML草案版本0.8版在1995年10月提出，1995年底Ivar Jacobson加入Rational公司後，再整合他的OOSE（Object-Oriente

8、d Software Engineering）方法論，1997年1月UML正式產(chǎn)生。UML規(guī)格在1998年1月推出1.2版，2000年3月推出1.3版，2001年9月是1.4版，2003年3月是1.5版，ISO是在2004年7月推出1.4.2版ISO/IEC 19501。2005年7月正式推出UML 2.0版，2007年8月和11月是UML 2.1.1和2.1.2版，2009年2月是UML 2.2版，2010年5月是2.3版。第11頁，共35頁。3-2-1 UML簡介-如何使用UMLUML的使用方法有很多，Martin Fowler描述三種我們最常使用UML的方式，如下所示：UML如同草稿：使

9、用UML轉(zhuǎn)換重點(diǎn)成為簡短草稿，也就是使用UML建立草圖。UML如同藍(lán)圖：使用UML圖形描述詳細(xì)的系統(tǒng)規(guī)格，如同藍(lán)圖，我們可以使用UML塑模工具將它轉(zhuǎn)換成程式碼，或使用反向工程（Reverse Engineering）將程式碼轉(zhuǎn)換成UML圖形，維持模型與程式碼之間的一致性。UML如同程式語言：使用UML圖形建立的模型是一個(gè)可執(zhí)行的程式碼，UML如同程式語言般可以將UML建立的模型變形轉(zhuǎn)換成不同平臺(tái)環(huán)境的程式碼。第12頁，共35頁。3-2-2 UML圖形-說明UML圖形（UML Diagrams）是使用視覺化方式來描述不同的模型元素，可以建立物件導(dǎo)向分析和設(shè)計(jì)結(jié)果的模型。每一種UML圖形都有特殊的

10、用途，它是使用符號(hào)來視覺化呈現(xiàn)系統(tǒng)的某些觀點(diǎn)。UML 2.x版比1.x版支援更多種類的圖形，在本節(jié)如果沒有特別說明，表示這是從UML 1.x版就支援的圖形。UML 2.2版共有14種圖形，可以分成兩種：7種結(jié)構(gòu)圖（Stucture Diagrams）和7種行為圖（Behavior Diagrams）。第13頁，共35頁。3-2-2 UML圖形-結(jié)構(gòu)圖圖形說明類別圖（Class Diagrams）UML最常使用的圖形，可以描述類別的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，包含型態(tài)、介面和類別之間的關(guān)係物件圖（Object Diagrams）描述物件實(shí)例的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，可以顯示某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)一組物件之間的關(guān)係元件圖（Compo

11、nent Diagrams）描述系統(tǒng)重要元件之間的組織架構(gòu)，元件可以包含其他元件或多個(gè)類別部署圖（Deployment Diagrams）描述系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行時(shí)的軟硬體環(huán)境配置套件圖（Package Diagrams）使用階層架構(gòu)來組織一組類別和元件，UML 2.0版支援的圖形組合結(jié)構(gòu)圖（Composite Structure Diagrams）描述模型元素類別或元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，UML 2.0版支援的圖形輪廓圖（Profile Diagrams）處理meta-模型層次的模版（Stereotype）資訊，可以使用UML圖形來自訂模版、標(biāo)籤和限制條件第14頁，共35頁。3-2-2 UML圖形-行為圖圖

12、形說明活動(dòng)圖（Activity Diagrams）類似流程圖，可以描述系統(tǒng)商業(yè)流程、作業(yè)流程和系統(tǒng)各活動(dòng)的流程，例如：使用案例的主流程和操作使用案例圖（Use Case Diagrams）描述系統(tǒng)功能和其提供的服務(wù)，和哪些使用者或外部系統(tǒng)會(huì)與之互動(dòng)，可以幫助我們找出系統(tǒng)需求循序圖（Sequence Diagrams）使用時(shí)間軸方式描述物件之間的互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)物件之間訊息傳遞的時(shí)間順序通訊圖（Communication Diagrams）描述物件的互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)物件之間的關(guān)係、訊息流向和控制流程，在1.x版稱為合作圖（Collaboration Diagrams）狀態(tài)機(jī)圖（State Machine D

13、iagrams）描述物件生命周期的事件與狀態(tài)轉(zhuǎn)換，1.x版稱為狀態(tài)圖（Statechart Diagrams）時(shí)序圖（Timing Diagrams）描述詳細(xì)的時(shí)間資訊，互動(dòng)元素之間的條件資訊和狀態(tài)改變，UML 2.0版支援的圖形互動(dòng)概觀圖（Interaction Overview Diagrams）使用循序、通訊和時(shí)序圖以高階方式來描述系統(tǒng)發(fā)生的重要互動(dòng)，UML 2.0版支援的圖形第15頁，共35頁。3-2-2 UML圖形-圖形與模型之間的差異模型和圖形的差異說明，如下所示：模型（Models）：模型是使用抽象化方式來描述欲塑模事實(shí)的所有元素，包含所有關(guān)於商業(yè)、系統(tǒng)和關(guān)係等觀點(diǎn)。圖形（Dia

14、grams）：每一張圖形是使用一種特殊觀點(diǎn)來檢視我們欲了解系統(tǒng)的特定部分，換句話說，一張圖形只能使用一種觀點(diǎn)來檢視所有或部分模型。第16頁，共35頁。3-2-3 UML與方法論-說明UML統(tǒng)一塑模語言並不是方法論，其主要目的是使用統(tǒng)一的文字和圖形來建立模型。事實(shí)上，UML只統(tǒng)一Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson三人的表示方法，並沒有統(tǒng)一方法論，UML需要搭配適當(dāng)?shù)姆椒ㄕ摚拍軒椭覀冞M(jìn)行軟體系統(tǒng)開發(fā)。軟體系統(tǒng)開發(fā)方法（Methods）是一種可靠且可複製的方式來描述如何塑模和建立軟體系統(tǒng)的過程。第17頁，共35頁。3-2-3 UML與方法論-說明物件

15、導(dǎo)向分析與設(shè)計(jì)的主要方法論，如下表所示：方法論名稱開發(fā)者OMT（Object Modeling Technique）James E. RumbaughBooch方法（Booch Method）Grady BoochOOSE（Object Oriented Software Engineering）Ivar JacobsonShlaer-Mellor方法（Shlaer-Mellor Method）Slly Shlaer與Stephen J. Mellor第18頁，共35頁。3-3 UML的4+1觀點(diǎn)-說明對(duì)於複雜的軟體系統(tǒng)來說，我們需要透過一組UML圖形才能完整描述系統(tǒng)的所有資訊，目前有相當(dāng)多方

16、法將UML模型建立的圖形分類成多種觀點(diǎn)或透視方式來取得系統(tǒng)的真實(shí)面貌，簡單的說，我們可以從不同觀點(diǎn)來檢視一個(gè)系統(tǒng)，每一個(gè)觀點(diǎn)使用特定種類的UML圖形來呈現(xiàn)。Kruchtens的4+1觀點(diǎn)（Philippe Kruchten，1995）能夠幫助我們呈現(xiàn)不同種類UML圖形在描述整個(gè)系統(tǒng)模型時(shí)扮演的角色，稱為觀點(diǎn)模型（View Model），它可以同時(shí)使用多個(gè)不同觀點(diǎn)來描述系統(tǒng)架構(gòu)。第19頁，共35頁。3-3 UML的4+1觀點(diǎn)-圖例圖例的4+1觀點(diǎn)是從使用者、開發(fā)者和專案管理者的角度來看這個(gè)系統(tǒng)，如下圖所示：第20頁，共35頁。3-3 UML的4+1觀點(diǎn)-觀點(diǎn)說明1使用案例觀點(diǎn)（Use Case

17、View）：使用一組使用案例（Use Cases）來描述系統(tǒng)，這是外面世界看到的系統(tǒng)功能，在此觀點(diǎn)需要描述系統(tǒng)準(zhǔn)備要做什麼，與其他4個(gè)觀點(diǎn)都相關(guān)，所以稱為+1觀點(diǎn)。我們主要是使用UML使用案例圖和情節(jié)（Scenarios）來呈現(xiàn)此觀點(diǎn)。邏輯觀點(diǎn)（Logical View）：這是使用結(jié)構(gòu)元素描述系統(tǒng)功能的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為，說明系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)和之間的互動(dòng)，此觀點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)提供使用者的服務(wù)和功能需求。我們主要是使用UML類別圖、物件圖、狀態(tài)機(jī)圖和互動(dòng)圖來呈現(xiàn)此觀點(diǎn)。第21頁，共35頁。3-3 UML的4+1觀點(diǎn)-觀點(diǎn)說明2開發(fā)觀點(diǎn)（Development View）：這是程式設(shè)計(jì)者角度的觀點(diǎn)，著重於

18、程式碼管理的模組與元件，也就是描述系統(tǒng)內(nèi)部模組和元件的結(jié)構(gòu)。我們主要是使用UML套件圖和元件圖來呈現(xiàn)此觀點(diǎn)。流程觀點(diǎn)（Process View）：此觀點(diǎn)是系統(tǒng)非功能需求的效能和可擴(kuò)充性等，包含系統(tǒng)處理流程的並行和通訊，可以幫助我們了解系統(tǒng)發(fā)生了什麼事。我們主要是使用UML活動(dòng)圖來呈現(xiàn)此觀點(diǎn)。實(shí)際觀點(diǎn)（Physical View）：這是從系統(tǒng)工程師觀點(diǎn)呈現(xiàn)的系統(tǒng)，即真實(shí)世界的系統(tǒng)拓樸架構(gòu)，可以描述最後部署的實(shí)際系統(tǒng)架構(gòu)和軟體元件。我們主要是使用UML部署圖來呈現(xiàn)此觀點(diǎn)。第22頁，共35頁。3-4 UML塑模工具-說明UML塑模工具（UML Modelling Tool）是CASE工具（Compu

19、ter-Aided Software Engineering Tools，CASE Tools）之一，可以幫助系統(tǒng)開發(fā)者使用UML圖形進(jìn)行物件導(dǎo)向分析與設(shè)計(jì)，快速建立軟體系統(tǒng)所需的模型。目前巿面上的UML塑模工具相當(dāng)多，依使用者的授權(quán)方式，可以分為商業(yè)和免費(fèi)版本UML塑模工具。第23頁，共35頁。3-4 UML塑模工具-商業(yè)版本的UML塑模工具一般來說，商業(yè)版本的UML塑模工具都提供強(qiáng)大功能，而且很多都提供Community社群版，可以讓非商業(yè)用途的使用者免費(fèi)使用，不過，其功能會(huì)打一些折扣，而且通常都需要線上註冊(cè)啟動(dòng)後才能使用。常見商業(yè)版本的UML塑模工具，如下所示：IBM Rational

20、Software Architect（RSA）PowerDesignerMagicDraw UMLAstah UMLVisual Paradigm for UML（VP-UML）Poseidon for UMLEnterprise Architect第24頁，共35頁。3-4 UML塑模工具-免費(fèi)版本的UML塑模工具除了商業(yè)版本的UML塑模工具外，巿面上還有一些Open Source開放原始碼與類似授權(quán)的免費(fèi)UML塑模工具，和一些非商業(yè)用途使用者可全功能免費(fèi)使用的UML塑模工具，其說明如下所示：StarUMLArgoUMLUmbrelloBOUMLSoftware Ideas Modeler第

21、25頁，共35頁。3-5 Software Ideas Modeler塑模工具3-5-1 安裝與啟動(dòng)Software Ideas Modeler3-5-2 建立與儲(chǔ)存專案3-5-3 新增模型與UML圖形3-5-4 SIM的使用介面說明3-5-5 SIM塑模工具的基本操作第26頁，共35頁。3-5 Software Ideas Modeler塑模工具Software Ideas Modeler（SIM）塑模工具一套速度快、輕量、操作簡單和功能強(qiáng)大的CASE工具，其強(qiáng)大的UML繪圖功能，可以輸出漂亮的UML圖形和產(chǎn)生精美的模型文件。SIM塑模工具是一套免費(fèi)軟體（Freeware）的UML塑模工具，它是由Duan Rodina開發(fā)，支援中文使用介面（筆者所翻譯），對(duì)於非商業(yè)用途的使用者可以全功能免費(fèi)使用（如果覺得好用，記得捐助些款項(xiàng)支持此開發(fā)計(jì)劃）。第27頁，共35頁。3-5-1 安裝與啟動(dòng)Software Ideas Modeler-安裝在書附光碟的SIM工具是免安裝版本，並不需要進(jìn)行安裝程序，不過，因?yàn)镾IM是一套.NET應(yīng)用程式，在執(zhí)行前，請(qǐng)先確認(rèn)Windows作業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)安裝.NET Framework 3.5以上版本