統(tǒng)一建模語言UML第二版課件

1、課程計劃課程名稱：面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計課程名稱：面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計 學(xué)學(xué) 時：時：32學(xué)時學(xué)時學(xué)學(xué) 分：分：2學(xué)分學(xué)分課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程專業(yè)選修課程選用教材：袁濤選用教材：袁濤 孔蕾蕾編著孔蕾蕾編著 統(tǒng)一建模語言統(tǒng)一建模語言UML 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社. 2012. 9教學(xué)計劃主要參考書：主要參考書：1、郭寧編著：UML及建模清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社 2007年1月2、王少鋒編著：面向?qū)ο蠹夹g(shù)UML教程 清華大學(xué)出版社. 2006.7 教學(xué)大綱 本課程根據(jù)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)的需要，總結(jié)與吸收國內(nèi)外有關(guān)研究成果，從理論與實踐相結(jié)合方面介紹面向?qū)ο蠹夹g(shù)，在闡

2、述面向?qū)ο蟮睦碚摰耐瑫r，采用UML語言進行實例分析與設(shè)計，使學(xué)生學(xué)完本課程，既掌握了面向?qū)ο蟮睦碚?，又能用?biāo)準的面向?qū)ο蟮姆椒ń鉀Q實際問題。教學(xué)大綱 課程的要點有： 面向?qū)ο笏枷氲挠蓙?；面向?qū)ο蟮睦砟?；面向?qū)ο笙到y(tǒng)的特性；UML基本元素；UML用例圖；交互作用圖；活動圖；類圖與對象圖；狀態(tài)圖；組件圖與配置圖；圖形語義、功能和應(yīng)用。教學(xué)大綱 學(xué)完本課程，學(xué)生在面向?qū)ο罄碚摰幕A(chǔ)上可采用統(tǒng)一建模語言（UML）來對軟件系統(tǒng)進行描述、構(gòu)造、可視化和文檔編制，進入計算機應(yīng)用軟件開發(fā)的前沿?？己朔绞窖芯空撐模航Y(jié)合實際課題，依照本課程所學(xué)的技術(shù)方法，進行軟件分析設(shè)計，撰寫相應(yīng)的文檔，爭取發(fā)表一篇論文。第第1

3、章章 面向?qū)ο蠹夹g(shù)概述面向?qū)ο蠹夹g(shù)概述11 軟件危機及軟件工程軟件危機及軟件工程12 對軟件開發(fā)的基本認識對軟件開發(fā)的基本認識13 軟件的固有復(fù)雜性軟件的固有復(fù)雜性14 控制軟件復(fù)雜性的基本方法控制軟件復(fù)雜性的基本方法15 面向?qū)ο蠹夹g(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)16 面向?qū)ο箢I(lǐng)域中的基本概念面向?qū)ο箢I(lǐng)域中的基本概念11 軟件危機及軟件工程軟件危機及軟件工程 20世紀60年代中期開始爆發(fā)的軟件危機 ， 經(jīng)過五十多年的探索和發(fā)展，軟件工程這門學(xué)科有了長足進展，但軟件危機依然存在，而且有越來越嚴重的趨勢。大量事實說明，軟件的質(zhì)量和生產(chǎn)率問題遠沒有得到解決，與五十多年前的軟件相比，現(xiàn)在的軟件在規(guī)模、復(fù)雜性等方面遠遠

4、超過以前的軟件，大型軟件開發(fā)中許多問題，如開發(fā)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)品難以維護、軟件可移植性差、開發(fā)費用超過預(yù)算、開發(fā)時間超期等依然存在。 11 軟件危機及軟件工程軟件危機及軟件工程 就國內(nèi)外軟件開發(fā)現(xiàn)狀而言，對于小型軟件系統(tǒng)，有比較好的開發(fā)方法，成功率也較高，但對于中大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)，情況則不盡如人意，在開發(fā)效率、開發(fā)費用、產(chǎn)品質(zhì)量等重要方面部不能令人滿意。 11 軟件危機及軟件工程軟件危機及軟件工程 針對大型軟件系統(tǒng)開發(fā)中存在的問題，人們提出了各種各樣的軟件開發(fā)方法，如瀑布式軟件開發(fā)方法、快速原型方法、螺旋式軟件開發(fā)方法、變換式軟件開發(fā)方法、增量式軟件開發(fā)方法、凈室(cleanroom)

5、軟件開發(fā)方法、噴泉式軟件開發(fā)方法等。但這些方法并未完全解決軟件危機的問題，都存在這樣或那樣的問題，軟件危機依然存在。12 對軟件開發(fā)的基本認識對軟件開發(fā)的基本認識 大型軟件系統(tǒng)的特點是：開發(fā)代價高，開發(fā)時間長，參加開發(fā)的人員多，軟件生命周期長。采用傳統(tǒng)的軟件工程方法開發(fā)大型軟件存在開發(fā)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)品難以維護、軟件可移植性差、軟件可重用性低等問題。 12 對軟件開發(fā)的基本認識對軟件開發(fā)的基本認識 一個軟件系統(tǒng)的開發(fā)可以從兩個方面進行刻畫，一方面是軟件開發(fā)過程，從軟件需求、總體設(shè)計、詳細設(shè)計、代碼實現(xiàn)、測試到最終產(chǎn)品的提交，以及后期的軟件維護及再開發(fā)過程，這方面要求軟件開發(fā)具有連續(xù)性，開

6、發(fā)各階段得到的產(chǎn)品要求在理輯上相互一致：另一方面是軟件開發(fā)過程中所涉及的各種資源，它們包括參與開發(fā)的各種工作人員、硬件資源和軟件資源，這些資源在使用過程中需要進行協(xié)調(diào)和管理。12 對軟件開發(fā)的基本認識對軟件開發(fā)的基本認識正是這兩個方面之間的相互作用，形成了完整的軟件開發(fā)話動。目前軟件開發(fā)中存在的問題，究其原因，往往是由于在這兩個方面上控制不當(dāng)，或協(xié)調(diào)不一致造成的。軟件工程的目的就是要在規(guī)定的時間、規(guī)定的開發(fā)費用內(nèi)開發(fā)出滿足用戶需求的高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。 13 軟件的固有復(fù)雜性軟件的固有復(fù)雜性軟件具有與硬件表現(xiàn)形式不同、生產(chǎn)方式不同、產(chǎn)品要求不同及維護方式不同的特點。軟件的特點說明了軟件開發(fā)的復(fù)雜

7、性和因難性。著名的計算機專家、被稱之為IBM 360系列計算機之父的FBrooks認為軟件的復(fù)雜性是固有的，軟件可能是人類所能制造出來的最復(fù)雜的實體。導(dǎo)致軟件復(fù)雜性的原因很多，下面列出一些主要的原因。 13 軟件的固有復(fù)雜性軟件的固有復(fù)雜性 首先，軟件的復(fù)雜性和計算機的體系結(jié)構(gòu)有關(guān)。 其次，軟件開發(fā)是人的一種智力活動，軟件系統(tǒng)從本質(zhì)上來說是由許多相互聯(lián)系的概念所組成的結(jié)構(gòu)。 第三，造成軟件系統(tǒng)復(fù)雜性的另一個原因是，軟件系統(tǒng)中各元素之間的相互作用關(guān)系具有不確定性。 第四，由于軟件沒有固定的形式與堅硬的外殼，人們普遍認為軟件系統(tǒng)是軟”的，似乎可以隨意擴充和修改。 第五，規(guī)模較大的軟件系統(tǒng)的生命周期

8、一般都超過相應(yīng)硬件系統(tǒng)的生命周期。 14 控制軟件復(fù)雜性的基本方法控制軟件復(fù)雜性的基本方法 軟件的復(fù)雜性不是因為某個軟件系統(tǒng)要解決一個特定的復(fù)雜問題而偶然產(chǎn)生的，它是大型軟件系統(tǒng)的一個固有的本質(zhì)特征，軟件的開發(fā)過程必然會受到軟件復(fù)雜性的影響。 正因為軟件的復(fù)雜性是固有的，人們無法徹底消除這些復(fù)雜性，因此只能采用控制復(fù)雜性的方法，盡量減少軟件復(fù)雜性對軟件開發(fā)過程的影響，而分解、抽象、模塊化、信息隱蔽等是控制軟件復(fù)雜性的有效方法。15 面向?qū)ο蠹夹g(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù) 面向?qū)ο?object-oriented,OO)技術(shù)充分體現(xiàn)了分解、抽象、模塊化、信息隱蔽等思想，可以有效地提高軟件生產(chǎn)率、縮短軟件開發(fā)時

9、間、提高軟件質(zhì)量，是控制軟件復(fù)雜性的有效途徑。 與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化軟件開發(fā)方法相比，面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法在描述和理解問題域時采用截然不同的方法。其基本思想是，對問題域進行自然分割，以更接近人類思維的方式建立問題域模型，從而使設(shè)計出的軟件盡可能直接地描述現(xiàn)實世界，具有更好的可維護性能適應(yīng)用戶需求的變化。 15 面向?qū)ο蠹夹g(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù) 在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，分析和設(shè)計階段采用一致的概念和表示法，面向?qū)ο蟮姆治龊兔嫦驅(qū)ο蟮脑O(shè)計之間不存在鴻溝，這是與結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計方法的一個很大區(qū)別。15 面向?qū)ο蠹夹g(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù) 一般認為，面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計是以對象的觀點看待問題域，其解決問題的思維過程和結(jié)構(gòu)化分析及設(shè)計

10、方法在本質(zhì)上是有區(qū)別的，但早期提出的適用于結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計的一些概念，如高內(nèi)聚、低耦合、有意識地推遲設(shè)計決策等，同樣可適用于面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計。也就是說，面向?qū)ο蠓椒ê徒Y(jié)構(gòu)化方法還是存在一定的聯(lián)系。目前學(xué)術(shù)界關(guān)于面向?qū)ο蠓椒▽Y(jié)構(gòu)化方法來說究竟是“革命性”的還是“演化性”的不同的人有不同的觀點。一般來說，認為是“演化性”的人多一些。16 面向?qū)ο箢I(lǐng)域中的基本概念面向?qū)ο箢I(lǐng)域中的基本概念 面向?qū)ο筌浖_發(fā)方法中有很多傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法所沒有的概念和術(shù)語。這些概念和術(shù)語包括：對象、實例、類、屬性、方法、封裝、繼承、多態(tài)、消息等。161 對象和實例 對象(object)是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實

11、體，它是構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位。一個對象由一組屬性和對這組同性進行操作的一組方法組成。 對象只描述客觀事物本質(zhì)的、與系統(tǒng)目標(biāo)有關(guān)的特征，而不考慮那些非本質(zhì)的、與系統(tǒng)目標(biāo)無關(guān)的特征。 對象之間通過消息通信。一個對象通過向另一個對象發(fā)送消息激活某一個功能。 實例(instance)這個概念和對象很類似。在UML中，會經(jīng)常遇到實例這個術(shù)語。一般來說，實例這個概念的含義更廣泛一些，它不僅僅是對類而言，其他建模元素也有實例。如類的實例就是對象，而關(guān)聯(lián)的實例就是鏈 。162 類類 類(class)是具有相同屬性和方法的一組對象的集合，它為屬于該類的全部對象提供了統(tǒng)一的抽象描述。類是靜態(tài)的，類的語義和類之間的關(guān)

12、系在程序執(zhí)行前就已經(jīng)定義好了，而對象是動態(tài)的，對象是在程序執(zhí)行時被創(chuàng)建和刪除的。163 封裝封裝 封裝(encapsu1ation)就是把對象的屬性和方法結(jié)合成獨立的系統(tǒng)單位，并盡可能地隱蔽對象的內(nèi)部細節(jié)。封裝使一個對象形成兩個部分：接口部分和實現(xiàn)部分。對于用戶來說，接口部分是可見的，而實現(xiàn)部分是不可見的。 封裝提供了兩種保護。首先封裝可以保護對象，防止用戶直接存取對象的內(nèi)部細節(jié)；其次封裝也保護了客戶端，防止對象實現(xiàn)部分的變化可能產(chǎn)生的副作用，即實現(xiàn)部分的改變不會影響到相應(yīng)客戶端的改變。164 繼承繼承 利用繼承(inheritance)，子類可以繼承父類的屬性或方法。類父類稱作特殊類/一般類

13、、子類超類、派生類基類等。 繼承增加了軟件重用的機會，可以降低軟件開發(fā)和維護的費用，而繼承是OO技術(shù)和非OO技術(shù)的一個很明顯的區(qū)別。所以很多人認為OO技術(shù)的目的就是為了重用，這是一個很流行的關(guān)于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和軟件重用的誤解。確實，采用OO技術(shù)可以增加軟件重用的機會，但OO技術(shù)并不等于軟件重用技術(shù)，軟件重用技術(shù)也不等于OO技術(shù) 。164 繼承繼承 兩者之間并不存在相互包含的關(guān)系，OO技術(shù)既不是重用技術(shù)的充分條件，也不是重用技術(shù)的必要條件。164 繼承繼承 利用繼承可以開發(fā)更貼近現(xiàn)實的模型，使得模型更簡潔。繼承的另一個好處是可以保證類之間的一致性，父類可以為所有子類定制規(guī)則，子類必須遵守這些規(guī)則。

14、許多面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言提供了這種實現(xiàn)機制，如c+中的虛函數(shù)，Java中的接口等。 164 繼承繼承 在子類中可以增加或重新定義所繼承的屬性或方法，如果是重新定義，則稱為覆蓋(override)。與覆蓋很類似的一個概念是重載(overload)，重載指的是一個類中有多個同名的方法，但這些方法在操作數(shù)或和操作數(shù)的類型上有區(qū)別。覆蓋和重裁是OO技術(shù)中很常見的兩個術(shù)語，也很容易混淆。 164 繼承繼承 繼承可分為單繼承和多繼承。單繼承指的是子類只從一個父類繼承，而多繼承指的是子類從多于一個的父類繼承。 165 多態(tài)多態(tài) 從字而上理解，多態(tài)(polymorphism)就是有多種形態(tài)的意思。在面向?qū)ο?/p>

15、技術(shù)中，多態(tài)指的是使一個實體在不同上下文條件下具有不同意義或用法的能力。 多態(tài)往往和覆蓋、動態(tài)綁定(dynamic binding)等概念結(jié)合在一起。多態(tài)屬于運行時的問題，而重載(overload)是編譯時的問題。 165 多態(tài)多態(tài) 如圖16所示是多態(tài)的例子。在圖16的繼承結(jié)構(gòu)中，可以聲明一個graph類型對象的變量，但在運行時，可以把circle類型或Rectangle Rectangle類型的對象賦給該變量。165 多態(tài)多態(tài) 也就是說，該變量所引用的對象在運行時會有不同的形態(tài)。如果調(diào)用draw()方法，則根據(jù)運行時該變量是引用Circle還是Rectangle，來決定調(diào)用Circle中的draw()方法還是Rectangle中的draw()方法。 多態(tài)是保證系統(tǒng)具有較好適應(yīng)性的一個重要手段，也是使用OO技術(shù)所表現(xiàn)出來的一個重要特征。166 消息