UML面向?qū)ο笤O(shè)計與分析教程（第二版）（微課版）第4章-靜態(tài)分析與類圖

UML面向?qū)ο笤O(shè)計與分析教程（第二版）（微課版）第4章靜態(tài)分析與類圖本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解靜態(tài)分析的含義理解類圖的必要性和重要性掌握類圖的基本概念和組成要素掌握識別類的要點和方法掌握類之間的各種關(guān)系理解抽象和多態(tài)的關(guān)系理解領(lǐng)域分析的要點掌握如何使用RationalRose建立類圖模型

下一步？需求用例OOA…系統(tǒng)面向?qū)ο蠓治鰹槭裁匆M行分析例：“游戲者擊中白球，它以一定的速度前進，并以特定的角度碰到紅球，于是紅球在某個特定的方向上前進一段距離”除了這些表面現(xiàn)象，還必須了解背后的本質(zhì)，那就是和質(zhì)量有關(guān)的運動定律，速度，動量，等等。了解這些規(guī)律將更容易看到軟件可以怎樣建立我們建造應(yīng)用系統(tǒng)的時候，需要大量的了解和研究，才能接觸到問題的本質(zhì)為什么要進行分析用例描述的是參與者和系統(tǒng)邊界之間的交互操作——系統(tǒng)本身是一個黑盒子，帶有外部才能看到的接口；為了使得系統(tǒng)更容易開發(fā)和理解，用例細節(jié)是用自然語言編寫的——用例是不嚴密的；需求階段所得到的模型并不能全面描述系統(tǒng)，開發(fā)人員僅通過這些模型也無法全面理解問題。分析是需求和設(shè)計之間的橋梁，可以把系統(tǒng)必須提供的服務(wù)（模型）轉(zhuǎn)換為對要處理的對象的正確的理解（模型）。分析模型分為兩類：靜態(tài)分析和動態(tài)分析面向?qū)ο蠓治龇治鲞^程概述從需求到分析AnalysisworkflowAnalysisClassOOA目標(biāo)建立分析模型，以描述計算機軟件，從而滿足客戶定義的需求：包括兩種圖，描述對象及其交互類圖（classdiagram）：描述了構(gòu)成一類對象特征的狀態(tài)和行為（描述軟件架構(gòu)）交互圖（interactiondiagram）：描述對象之間的交互行為（演示用例實現(xiàn)）（描述系統(tǒng)行為）分析過程概述在類的抽象層次建模理由：（1）充分性：模型中一個類描述了它的全部對象實例（2）必要性：個別對象實例不能代表其他對象實例（3）符合人類的思維方式：在概念層次上表達描述事物規(guī)律（4）與OOPL保持良好的對應(yīng)（5）避免建模概念復(fù)雜化（6）消除抽象層次的混亂

類圖（Classdiagram）顯示了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，而系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了系統(tǒng)的概念基礎(chǔ)。類圖，就是用于對系統(tǒng)中的各種概念進行建模，并描繪出它們之間關(guān)系的圖。1、類圖的含義類圖基本概念在類圖中，共包含了以下幾種模型元素，分別是：類、接口、依賴關(guān)系、泛化關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系以及實現(xiàn)關(guān)系。類圖可以創(chuàng)建約束、注釋和包等。1、類圖的含義類圖與對象圖的基本概念類圖的作用是對系統(tǒng)的靜態(tài)視圖進行建模。類圖的目的在于描述系統(tǒng)的構(gòu)成方式，而不是系統(tǒng)如何協(xié)作運行的。3、類圖在項目開發(fā)中的作用類圖與對象圖的基本概念類面向?qū)ο笙到y(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的核心。對一組具有相同屬性、操作、關(guān)系和語義的對象的抽象。包括名稱（Name）、屬性（Attribute）和操作（Operation）。類的名稱（Name）類的名稱是每個類的圖形中所必須擁有的元素，用于同其他類進行區(qū)分是一個字符串，并且是名詞按照UML約定，類名稱首字母大寫，如果類名稱由兩個單詞組成，第二個單詞首字母也大寫，而且兩個詞要合并分為簡單名稱和路徑名稱（用類所在的包的名稱做前綴）類的屬性（Attribute）描述了類在軟件系統(tǒng)中代表的事物（即對象）所具備的特性，這些特性是所有對象所共有的。類可以有任意數(shù)目的屬性，也可以沒有屬性。在UML中，類屬性的語法為：類的屬性

1.可見性2.屬性名稱3.屬性類型4.初始值5.屬性字符串（1）可見性屬性的可見性描述了該屬性是否對于其他類能夠可見，從而是否可以被其他類進行引用。公有（Public）：允許在類的外部使用或查看該屬性私有（Private）：只有類本身才能訪問，外部一概訪問不到受保護（Protected）：經(jīng)常和繼承關(guān)系一起使用，允許子類訪問父類中受保護類型的屬性（1）可見性可見性Rose圖注UML圖注Public+Protected＃Private-屬性是類的一部分，每個屬性都必須有一個名字以區(qū)別于類中的其他屬性。通常情況下，屬性名由描述其所屬類的特性的名詞或名詞短語構(gòu)成。按照UML的約定，屬性的名稱的第一個字母小寫，如果屬性名包含了多個單詞，這些單詞要合并，并且除了第一個英文單詞外，其余單詞的首字母要大寫。（2）屬性名稱

簡單類型：整型布爾型實型枚舉類型系統(tǒng)中的其他類

屬性也具有類型，用來指出該屬性的數(shù)據(jù)類型。（3）屬性類型在程序語言設(shè)計中，設(shè)定初始值通常有以下兩個用處：保護系統(tǒng)的完整性，防止漏掉取值或被非法的值破壞系統(tǒng)的完整性。為用戶提供易用性：設(shè)定初值能夠有效幫助用戶進行輸入。（4）初始值屬性字符串是用來指定關(guān)于屬性的一些附加信息。任何希望添加在屬性定義字符串值但又沒有合適地方可以加入的規(guī)則，都可以放在屬性字符串里。（5）屬性字符串類的操作（Operation）操作是指類所能執(zhí)行的動作，也是類的一個重要組成部分，描述了在軟件系統(tǒng)中所代表的對象具備的動態(tài)部分的公共特征抽象。一個類可以有任意數(shù)量的操作或者根本沒有操作，并且每個操作只能應(yīng)用于該類的對象。屬性是描述類的對象特性的值，而操作用于操縱屬性的值進行改變或執(zhí)行其他動作。操作有時稱作函數(shù)或者方法。在UML中，類操作的語法為：類的操作1.可見性2.操作名稱3.參數(shù)表4.返回類型5.屬性字符串操作的可見性描述了該屬性是否對于其他類能夠可見，從而是否可以被其他類進行掉用。公有（Public）：允許在類的外部使用或查看該操作私有（Private）：該操作只能在類中使用，外部類訪問不到受保護（Protected）：子類允許使用父類中受保護類型的操作（1）可見性+public#protected-privateRoseUML可見性操作作為類的一部分，每個操作都必須有一個名稱以區(qū)別于類中的其他操作。用來描述所屬類的行為的動詞或動詞短語。單字操作名小寫，如果操作名包含了多個單詞，這些單詞要合并，并且除了第一個單詞外其余單詞的首字母要大寫。（2）操作名稱參數(shù)表就是由類型、標(biāo)識符對組成的序列，實際上是操作或方法被調(diào)用時接收傳遞過來的參數(shù)值的變量。定義方式：“名稱：類型”。若存在多個參數(shù)，將各個參數(shù)用逗號隔開。若操作沒有參數(shù)，則參數(shù)表為空。（3）參數(shù)表返回類型指定了由操作返回的數(shù)據(jù)類型。絕大部分編程語言只支持一個返回值，即返回類型至多一個。具體的編程語言中，一般要加一個關(guān)鍵字void來表示無返回值。（4）返回類型屬性字符串用來附加一些關(guān)于操作的除了預(yù)定義元素之外的信息，從而方便對操作的一些內(nèi)容進行說明。（5）屬性字符串接口接口是在沒有給出對象的實現(xiàn)和狀態(tài)的情況下對對象行為的描述。接口是一種特殊的類，所有接口都是有構(gòu)造型<<interface>>的類。在UML中，接口使用一個帶有名稱的小圓圈來進行表示，并且可以通過一條Realize（實現(xiàn)關(guān)系）線與實現(xiàn)它的類相連接。類之間的關(guān)系1依賴關(guān)系（Dependency）2泛化關(guān)系（Generalization）3關(guān)聯(lián)關(guān)系（Association）4實現(xiàn)關(guān)系（Realization）依賴關(guān)系依賴表示一個模型元素（客戶方）需要另一個模型元素（供應(yīng)方）來達到某種目的，供應(yīng)方的修改會影響客戶方的執(zhí)行結(jié)果。依賴關(guān)系暗示著一個客戶方如果沒有供應(yīng)方的支持是不完整的。例如，當(dāng)給一個雇員計算工資的時候，需要使用計算器。UML中，依賴關(guān)系用一個從使用者指向提供者的虛箭頭表示：泛化關(guān)系泛化（繼承）關(guān)系用來描述類的一般和具體之間的關(guān)系——isakindof。UML中，用一條帶有空心大箭頭的有向?qū)嵕€表示，箭頭指向父類關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系是一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，指出了一個事物的對象與另一個事物的對象之間的連接。導(dǎo)航性：若A指向B（導(dǎo)航性）則B為A的成員變量。關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系有兩種非常重要的形式，分別是聚合（Aggregation）關(guān)系和組合（Composition）關(guān)系。聚合關(guān)系示例組合關(guān)系示例關(guān)聯(lián)關(guān)系1名稱2角色3多重性（1）名稱使用一個動詞或動詞短語來命名關(guān)聯(lián)。清晰而簡潔地說明對象間關(guān)系。關(guān)聯(lián)的名稱并不是必需的?？梢郧熬Y或后綴一個指引閱讀方向的方向指示符，以消除歧義。（2）角色關(guān)聯(lián)關(guān)系中一個類對另一個類所表現(xiàn)出來的職責(zé)。角色的名稱應(yīng)該是名詞或名詞短語，以解釋對象是如何參與關(guān)系的。（3）多重性指有多少對象可以參與該關(guān)聯(lián)?？梢员磉_一個取值范圍、特定值、無限定的范圍或一組離散值。格式：“minimum..maximum”（均為Int型）。賦給一個端點的多重性表示該端點可以有多少個對象與另一個端點的一個對象關(guān)聯(lián)。實現(xiàn)關(guān)系大多數(shù)情況下，實現(xiàn)關(guān)系用來規(guī)定接口和實現(xiàn)接口的類或者組件之間的關(guān)系。在UML中，實現(xiàn)關(guān)系的表示形式和泛化關(guān)系的表示符號很相似，使用一條帶封閉空箭頭的虛線來表示。實現(xiàn)關(guān)系還有一種省略的表示法：將接口表示為一個小圓圈并和實現(xiàn)它的類之間用一條線相連繪制類圖研究分析問題領(lǐng)域,確定系統(tǒng)需求.確定類,明確類的含義和職責(zé),確定屬性和操作.確定類之間的關(guān)系.調(diào)整和細化類及類之間的關(guān)系.繪制類圖并增加相應(yīng)的說明.建立類圖的步驟使用Rose創(chuàng)建類圖1.創(chuàng)建和刪除類圖01右鍵單擊瀏覽器中的UseCaseView（用例視圖）、LogicalView（邏輯視圖）或者位于這兩種視圖下的包。02在彈出的快捷菜單中選擇New|ClassDiagram命令。03輸入新的類圖名稱。04雙擊打開瀏覽器中的類圖。2.添加和刪除類01在圖形編輯工具欄中單擊按鈕，此時光標(biāo)變?yōu)椤?”號。02在類圖中單擊任意一個位置，系統(tǒng)將在該位置創(chuàng)建一個新類，系統(tǒng)產(chǎn)生的默認名稱為NewClass。03在類的名稱欄中顯示了當(dāng)前所有類的名稱，可以選擇清單中的現(xiàn)有類，這樣便把在模型中存在的該類添加到類圖中。如果創(chuàng)建新類，將NewClass重新命名為新的名稱即可，創(chuàng)建的新類會自動添加到瀏覽器的視圖中。3.設(shè)置類的構(gòu)造型使用類的構(gòu)造型可以方便地對類進行分類。在RationalRose2003中包含一些內(nèi)置構(gòu)造型，如Actor、Boundary、BusinessActor、BusinessDocument、BusinessEntity、BusinessEvent、BusinessGoal、BusinessWorker、Control、Domain、Entity、Interface、Location、PhysicalWorker、Resource、Service、Table、View等，其中Boundary、Control和Entity是比較常用的構(gòu)造型。4.設(shè)置類的類型設(shè)置類的類型可以通過以下步驟進行：01選中需要設(shè)置構(gòu)造型的類，單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇OpenSpecification命令，彈出類的規(guī)范對話框。02在類的規(guī)范對話框中打開General選項卡，在Type下拉列表中選擇類的相關(guān)類型。03單擊OK按鈕即可。5.創(chuàng)建類與類之間的關(guān)系

類與類之間的關(guān)系通常有4種：依賴關(guān)系、泛化關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系和實現(xiàn)關(guān)系。如何創(chuàng)建這些關(guān)系?依賴關(guān)系要創(chuàng)建新的依賴關(guān)系，可以通過以下步驟進行：01單擊工具欄中的圖標(biāo)，或者選擇Tools|Create|DependencyorInstantiates命令，此時的光標(biāo)變?yōu)椤啊狈枴?2單擊具有依賴關(guān)系的一個類。03將依賴關(guān)系線拖動到另一個類中。04雙擊依賴關(guān)系線，彈出設(shè)置依賴關(guān)系規(guī)范的對話框。05在彈出的對話框中設(shè)置依賴關(guān)系的名稱、構(gòu)造型、可訪問性、多重性以及文檔等。泛化關(guān)系要創(chuàng)建新的泛化關(guān)系，可以通過以下步驟進行：01單擊類圖工具欄中的圖標(biāo)，或者選擇Tools|Create|Generalization命令，此時的光標(biāo)變?yōu)椤啊狈枴?2單擊子類。03將泛化關(guān)系線拖動到父類中。04雙擊泛化關(guān)系線，彈出設(shè)置泛化關(guān)系規(guī)范的對話框。05在彈出的對話框中可以設(shè)置泛化關(guān)系的名稱、構(gòu)造型、可訪問性、文檔等。關(guān)聯(lián)關(guān)系要創(chuàng)建新的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以通過以下步驟進行：01單擊類圖工具欄中的圖標(biāo)，或者選擇Tools|Create|UnidirectionalAssociation命令，此時的光標(biāo)變?yōu)椤啊狈枴?2單擊要關(guān)聯(lián)的類。03將關(guān)聯(lián)關(guān)系線拖動到要與之關(guān)聯(lián)的類中。04雙擊關(guān)聯(lián)關(guān)系線，彈出設(shè)置關(guān)聯(lián)關(guān)系規(guī)范的對話框。05在彈出的對話框中可以設(shè)置關(guān)聯(lián)關(guān)系的名稱、構(gòu)造型、角色、可訪問性、多重性、導(dǎo)航性和文檔等。聚合與組合聚合和組合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的特殊形式，可以通過擴展類圖的圖形編輯工具欄，并使用聚合關(guān)系圖標(biāo)來創(chuàng)建聚合關(guān)系，還可以通過普通類的規(guī)范窗口來設(shè)置聚合和組合關(guān)系，具體步驟如下：01在關(guān)聯(lián)關(guān)系的規(guī)范對話框中打開RoleADetail或RoleBDetail,如圖所示。02選中Aggregate復(fù)選框，若設(shè)置為組合（Composition）關(guān)系，需要選中ByValue單選按鈕。03單擊OK即可。實現(xiàn)關(guān)系

創(chuàng)建和刪除實現(xiàn)關(guān)系與創(chuàng)建和刪除依賴關(guān)系類似，實現(xiàn)關(guān)系的圖標(biāo)是，使用該圖標(biāo)將實現(xiàn)關(guān)系的兩端連接起來，雙擊實現(xiàn)關(guān)系的線段可彈出設(shè)置實現(xiàn)關(guān)系的規(guī)范的對話框。在對話框中可以設(shè)置實現(xiàn)關(guān)系的名稱、構(gòu)造型、文檔等。實例創(chuàng)建系統(tǒng)類圖的步驟如下：研究分析問題域，確定系統(tǒng)需求。確定類，明確類的含義和職責(zé)，確定屬性和操作。確定類之間的關(guān)系。調(diào)整和細化類與類之間的關(guān)系。繪制類圖并增加相應(yīng)的說明。實例——需求描述“個人圖書管理系統(tǒng)”的需求如下所述：小王是一個愛書之人，家里各類書籍已過千冊，而平時又時常有朋友外借，因此需要一個個人圖書管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)幕拘畔从嬎銠C類、非計算機類分別建檔，實現(xiàn)按書名、作者、類別、出版社等關(guān)鍵字的組合查詢功能。在使用該系統(tǒng)錄入新書籍時系統(tǒng)會自動按規(guī)則生成書號，可以修改信息，但一經(jīng)創(chuàng)建就不允許刪除。該系統(tǒng)還應(yīng)該能夠?qū)耐饨枨闆r進行記錄，可對外借情況列表打印。另外，還希望能夠?qū)馁徺I金額、冊數(shù)按特定時間周期進行統(tǒng)計。實例——需求描述根據(jù)上述系統(tǒng)需求，使用面向?qū)ο蠓治龇椒▉泶_定系統(tǒng)中的類。下面列出一些可以幫助建模者定義類的問題：有沒有一定要存儲或分析的信息？如果存在需要存儲、分析或處理的信息，那么這些信息有可能就是類。這里講的信息可以是概念(概念總在系統(tǒng)中出現(xiàn))或事件(發(fā)生在某一時刻)。有沒有外部系統(tǒng)？如果有，外部系統(tǒng)可以看作類，可以是本系統(tǒng)包含的類，也可以是本系統(tǒng)與之交互的類。有沒有模板、類庫、組件？如果手頭上有這些東西，它們通常應(yīng)作為類。模板、類庫、組件可以來自原來的工程，也可以是別人贈送或從廠家購買的。系統(tǒng)中有被控制的設(shè)備嗎？凡是與系統(tǒng)相連的任何設(shè)備都要有對應(yīng)的類。通過這些類控制設(shè)備。有無需要表示的組織機構(gòu)？在計算機系統(tǒng)中通常用類表示組織機構(gòu)，特別在構(gòu)建商務(wù)模型時用得更多。系統(tǒng)中有哪些角色？這些角色也可以看成類，比如用戶、系統(tǒng)操作、客戶等。實例——需求描述依照上述問題可以幫助建模者找到需要定義的類。需要說明的是，定義類的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的需求規(guī)格說明文檔，通過分析需求規(guī)格說明文檔，從中找到需要定義的類。事實上，由于類一般是名詞，因此也可以使用“名詞動詞法”尋找類。具體來說，首先把系統(tǒng)需求規(guī)格說明文檔中的所有名詞標(biāo)注出來，然后在其中進行篩選和調(diào)整。類圖實例——發(fā)現(xiàn)類小王是一個愛書之人，家里各類書籍已過千冊，而平時又時常有朋友外借，因此需要一個個人圖書管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)幕拘畔从嬎銠C類、非計算機類分別建檔，實現(xiàn)按書名、作者、類別、出版社等關(guān)鍵字的組合查詢功能。在使用該系統(tǒng)錄入新書籍時系統(tǒng)會自動按規(guī)則生成書號，可以修改信息，但一經(jīng)創(chuàng)建就不允許刪除。該系統(tǒng)還應(yīng)該能夠?qū)耐饨枨闆r進行記錄，可對外借情況列表打印。另外，還希望能夠?qū)馁徺I金額、冊數(shù)按特定時間周期進行統(tǒng)計。實例——篩選備選類“小王”、“人”、“家里”很明顯是系統(tǒng)外的概念，無須對其建模；而“個人圖書管理系統(tǒng)”、“系統(tǒng)”指的就是將要開發(fā)的系統(tǒng)，即系統(tǒng)本身，也無須對其進行建模；很明顯“書籍”是一個很重要的類，而“書名”、“作者”、“類別”、“出版社”、“書號”則都是用來描述書籍的基本信息的，因此應(yīng)該作為“書籍”類的屬性處理，而“規(guī)則”是指書號的生成規(guī)則，而書號則是書籍的一個屬性，因此“規(guī)則”可以作為編寫“書籍”類構(gòu)造函數(shù)的指南。實例——篩選備選類“基本信息”則是書名、作者、類別等描述書籍的基本信息統(tǒng)稱，“關(guān)鍵字”則是代表其中之一，因此無需對其建模；“功能”、“新書籍”、“信息”、“記錄”都是在描述需求時使用到的一些相關(guān)詞語，并不是問題域的本質(zhì)，因此先可以將其淘汰掉；實例——篩選修選類“計算機類”、“非計算機類”是該系統(tǒng)中圖書的兩大分類，因此應(yīng)該對其建模，并改名為“計算機類書籍”和“非計算機類書籍”，以減少歧義；“外借情況”則是用來表示一次借閱行為，應(yīng)該成為一個候選類，多個外借情況將組成“外借情況列表”，而外借情況中一個很重要的角色是“