软件工程 统一建模语言（Unified Modeling Language UML） 第4篇随笔

4.1、统一建模语言（Unified Modeling Language UML）

是一种可视化的语言

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• 规约系统的制品
• 构造系统的制品
• 建立系统制品的文档

UML应用范围

• 可用于对象方法和构件方法
• 可用于所有应用领域和不同的平台

1.面向对象方法术语/符号

主要有两类术语：

• 一种是表达结构化事物的术语
• 一种是表达关系的术语

2. UML 术语表

一种是表达结构化事物的术语

• 对象：是系统中用来描述客观事物的一个实体。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作一组方法组成。

• 类：是具有相同属性、操作、关系和语义的一组对象集合

• 属性：描述了对象的具体特征，属性具有属性名和属性值（属性状态）

  语法：可见性 属性名：类型 = 缺省值 {性质串}

  可见性：public(+)、protected(#)、private(-)、包内的(~)

• 操作（方法）：一个操作抽象了一个对象所要做的事情，并且该类的其它对象也要做这件事

  语法：可见性 操作名（参数表）：返回类型{性质串}

  可见性：public(+)、protected(#)、private(-)、包内的(~)

• 接口： 是操作的一个集合，其中每个操作描述了类、构件或子系统的一个服务

• 协作：是一个交互，涉及交互的三要素：交互各方、交互方式以及交互内容

• 用况：对一组动作序列的描述，系统执行这些动作应产生对特定参与者有值的、可观察的结果

• 主动类（类似java中的主启动类的main方法）：至少具有一个进程或线程的类。

  表示：两条竖线

• 构件：系统设计中的一种模块化部件，通过外部接口隐藏了它的内部实现

• 制品：系统中包含物理信息、可替代的物理部件

• 结点：运行时存在的物理元素，通常表示一种具有记忆能力和处理能力的计算机资源

• 多态性（Polymorphism）：是指一般了中定义的属性或服务被特殊类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为

  多态性实现的方法：

  • 泛化
  • 定义一个抽象类或接口类

• 细化：是类目之间的语义关系，其中一个类目规约了保证另一类目执行的契约

• 包：是模型元素的一个分组，一个包本身可以被嵌套在其他包中，并且可以含有子包和其他类型的模型元素

一种是表达关系的术语

• 关联：反映了类与类之间的静态关系

  • 关联名（name）：关联可以有一个名字

  • 角色（role）：一个类参与一个关联时，有一个特定的角色

  • 多重性（multiplicity）：类中对象参与一个关联的数目

  • 聚合（aggregation）：一种特殊形式的关联，表达一种“整体/部分“关系，一个类是另一个类的一部分

  • 组合（composition）：是聚合的一种特殊形式

  • 限定符：一个限定符是一个关联的属性或属性表，这些属性的值将对该关联相关的对象集做了一个划分

  • 关联类：一种模型元素，它有关联和类的特性

  • 约束

• 泛化/继承：特殊类（子类）的对象拥有其一般类（超类）的全部属性和服务，称作特殊类对一般类的继承

  • 子类可继承父类的属性和操作，并可有更多的属性和操作

  • 子类可以替换父类的生明

  • 若子类的一个操作的实现覆盖了父类同一个操作的实现，这就是多态性，但两个操作必须具有相同的名字和参数

  • 一个类可以有0个、1个或多个父类。没有父类且最少有一个子类的类被称为根类或基类；没有子类的类称为叶子类

• 依赖：是一种使用关系，用于描述一个类目使用另一类目的信息和服务

  • 绑定（bind）：表明源的实例化是使用目标给定的实际参数来达到的
  • 导出（derive）：表明可以凑够目标推导出源
  • 允许（permit）：表明目标对源而言是可见的
  • 实例（instanceOf）：表明源的对象是目标的一个实例
  • 实例化（instantiate）：表明源的实例是由目标创建
  • 幂类型（powertype）：表明源的目标的幂类型
  • 精化（refine）：表明源比目标更精细
  • 使用（use）：表明源的公共部分的语义依赖于目标的语义

• 实现（realization）：是类目之间的一种语义关系，其中一个类目规约了保证另一个类目执行的契约

3.静态模型表达工具 -- 类图

类图是给出一组类、接口、协作以及它们之间关系的图

作用：

• 可用于可视化地表达系统的静态模型
• 是构件图和部署图的基础

类图的内容：类、接口、依赖、泛化、关联

类图的一般用法

类图主要用于对系统的静态设计视图（投影）进行建模，支持表达系统的功能需求，即系统提供给最终用户的服务。

• 对系统中的词汇建模

  当需要决策：使用哪些类目和UML关系，作为系统的组成部分；哪些类目和UML关系，处于系统之外。

• 对简单协作进行建模

  当需要一组类来表达系统中的某一事物语义时，可使用类图详细描述这组类以及它们之间的关系

• 对逻辑数据库模式建模

  当需要给出数据库概念设计的指导，可对要在数据库中存储的信息，采用类图相应的数据库模式进行建模

系统行为（交互）的建模工具 -- 顺序图

顺序图是一种交互图，即由一组对象以及这些对象之间的关系组成，其中还包含这些对象之间被发送的消息

顺序图包含的内容：

• 交互各方：角色或对象
• 交互方式：通信或链
• 交互内容：消息

5点说明：

• 顺序图包含了一些由时间定序的消息

  • 如果消息是异步的，用枝行箭头线表示：

  • 如果消息是同步的，

    则用实心三角箭头线表示：

    同步消息的回复用虚线枝行箭头线表示：

• 对象生命线，用于表示一个对象在一个特定的时间段中的存在

• 控制焦点，表达一个对象执行了一个动作的时间段

• 时序，一条生命线上的时序是非常重要的，使消息集合形成了一个偏序关系，建立了一个因果链

• 顺序图中的结构控制

  常见的控制类型：

  • 选择执行（Optional execution）：一种结构控制类型，标签为opt
  • 条件执行（Conditional execution）：一个结构控制类型，标签为alt
  • 并发执行（Parallel execution）：一个结构控制类型，标签为par
  • 迭代执行（iterative execution）：一个结构控制类型，标签为loop

系统行为（生存周期）的建模工具 -- 状态图

状态图是显示一个状态机，其中强调了从一个状态到另一个状态的控制流

状态图包含：

• 简单状态和组合状态
• 事件
• 转换

状态：

一个状态是类目的一个实例（简称对象）在其生存周期的一种条件（condition）或情况（situation），该期间该对象满足这一条件，执行某一活动或等待某一消息

表示：

状态的分类：

• 初态：表达状态机默认的开始位置，用实心圆来表示:

• 终态：表达状态机的执行已经完成，用内含一个实心圆的圆来表示：

• 正常状态（中间态）：既不是初态又不是终态

状态的规约：

• 名字：是一个标识状态的文本串
• 进入/退出效应（effect）
  • entry：该标号在进入该状态时所需要执行的、由相应动作表达式规定的动作，称为进入动作
  • exit：该标号在退出该状态时所需要执行的、由相应动作表达式规定的动作，称为退出动作
• 状态的内部转移：值没有导致该状态改变的内部转移；动作标号“do”
• 子状态：如果一个状态机中引入了另一个状态机，那么背引入的状态机称为子状态机
  • 非正交子状态机（顺序子状态机）
  • 正交子状态机（并发子状态机）

事件：

一个事件是对一个有意义的发生的规约，该发生有其自己的时空

• 内部事件：是在系统内对象之间传送的事件
• 外部事件：是在系统和它的参与者之间传送的事件

可模型化的4种事件

• 信号（signal）：是消息的一个类目，是消息的类型
• 调用（call）：一个调用事件表示对象接受到一个操作调用的请求
  • 可以使用在类的定义中的操作定义来规约调用事件
  • 该事件或触发状态机中的一个状态转换，或调用目标对象的一个方法
  • ”信号“是一种异步事件，而”调用“一般是同步事件，但调用可以规约为异步调用
• 时间事件和变化事件
  • 时间事件：是表示推移一段时间的事件
  • 变化事件：是表示一个条件得到满足或表示状态的一个变化
• 发送事件和接受事件
  • 发送事件：表示一个实例发送一个调用事件或信号事件
  • 接受事件：表示类的一个实例接受一个调用事件或信号事件

状态转换：

一个状态转换是两个状态间的一种关系

状态转换的规约，5个部分：

• 源状态：引发该状态转换的那个状态
• 转换触发器：在源状态中由对象识别的事情，并且一旦满足其监护条件，则使状态发生转换
• 监护条件：一个布尔表达式，当某个转换器触发器接受一个事件时，如果该表达式有值为真，则触发一个转换；值为假，则不发生状态转换，并且此时如果没有其它可以被触发的转换，那么该事件就要丢失
• 效应：一个可执行的行为
• 目标状态：状态完成后所处的那个状态