基於UML的面向對象分析與設計


摘要

       在了解了UML學習的三個階段后,明確每個階段應該具備哪些能力,開始進行完整的使用UML進行OOA&D的設計過程。本 文以實例的方式,展示了如果使用UML進行面向對象的分析與設計。本文將假設需要對UML、面向對象等領域的基本內容已了然於胸,所以將不會過多闡述,而 將重點放在應用過程上。本文的目的是通過一個完整的實例,展現基於UML的OOA&D過程的一個簡化模式,更好的認識UML在OOA&D 中起的作用。

 

     前言

      經常聽到有朋友抱怨,說學了UML不知該怎么用,或者畫了UML卻覺得沒什么作 用。其實,就UML本身來說,它只是一種交流工具,它作為一種標准化交流符號,在OOA&D過程中開發人員間甚至開發人員與客戶之間傳遞信息。另 外,UML也可以看做是OO思想的一種表現形式,可以說“OO是神,而UML是型”。所以,想用好UML,扎實的OO思想基礎是必不可少的。然而,在 UML應用到開發過程中時,還是有一定的模式可以遵循的。(注意,是模式而不是教條,下面給出的流程只是一個啟發式過程,而不是說一定要遵循這個流程。) 下面,我們通過一個CMS系統的分析設計實例,看看如何將UML應用到實際的開發中。

 

1.從需求到業務用例圖

OOA&D的第一步,就是了解用戶需求,並將其轉換為業務用例圖。我們的 CMS系統需求非常簡單,大致可做如下描述:這個系統主要用來發布新聞,管理員只需要一個,登錄后可以在后台發布新聞。任何人可以瀏覽新聞,瀏覽者可以注 冊成為系統會員,注冊后可對新聞進行評論。管理員在后台可以對新聞、評論、注冊會員進行管理,如修改、刪除等。通過以上需求描述,我們畫出如下的業務用例 圖:

基於UML的面向對象分析與設計(二)

業務用例圖

 

這里要注意三點:

1.業務用例是僅從系統業務角度關注的用例,而不是具體系統的用例。它描述的是“該實現什么業務”,而不是“系統該提供什么操作”。例如,在實際系統中,“登錄”肯定要作為一個用例,但是這是軟件系統中的操作,而用戶所關注的業務是不包含“登錄”的。

2.業務用例僅包含客戶“感興趣”的內容。

3.業務用例所有的用例名應該讓客戶能看懂,如果某個用例的名字客戶看不懂什么意思,它也許就不適合作為業務用例。

 

2.從業務用例圖到活動圖

完成了業務用例圖后,我們要為每一個業務用例繪制一幅活動圖。活動圖描述了這個業務用例中,用戶可能會進行的操作序列。活動圖有個很重要的使命:從業務用例分析出系統用例。例如,下面是“新聞管理”的活動圖:

基於UML的面向對象分析與設計(二)

“新聞管理”活動圖

 

可以看到,一個“新聞管理”這個業務用例,分解出N多系統操作。這里要特別注意這 些操作,其中很多“活動”都很可能是一個系統用例(當然,不是每個都是)。例如,由這個活動圖可以看出,系統中至少要包含以下備選系統用例:登錄、注銷登 錄、查看新聞列表、修改新聞、刪除新聞。

這樣,將每個業務用例都繪制出相應的活動圖,再將其中的“活動”整合,就得出所有備選系統用例。

 

3.從活動圖到系統用例圖

找出所有的備選系統用例后,我們要對他們進行合並和篩選。合並就是將相同的用例合並成一個,篩選就是將不符合系統用例條件的備選用例去掉。

一個系統用例應該是實際使用系統的用戶所進行的一個操作,例如,“查看新聞列表”就不能算一個系統用例,因為他只是某系統用例的一個序列項。最終我們得出的系統用例圖如下:

基於UML的面向對象分析與設計(二)

系統用例圖

 

4.從系統用例圖到用例規約

得出系統用例圖后,我們應該對每一個系統用例給出用例規約。關於用例規約,沒有一個通用的格式,大家可以按照習慣的格式進行編寫。對用例規約唯一的要求就是“清晰易懂”。

下面給出“登錄”這個系統用例的一個規約:

基於UML的面向對象分析與設計(二)

系統用例規約
 

5.繪制業務領域類圖

完成了上面幾步,下面應該是繪制業務領域類圖了。所謂業務領域類圖要描述一下三點:

1.系統中有哪些實體。

2.這些實體能做什么操作。

3.實體間的關系。

基於UML的面向對象分析與設計(二)

業務領域類圖
 

這里要特別強調:這里的實體不是Actor,而是Actor使用系統時使用的所調 用的實體,是處在系統邊界之內的實體。例如,管理員就沒有作為一個實體出現在這里,因為管理員處在系統邊界之外,它所有的工作都可以通過調用這三個類的方 法完成。並且,這里的“User”實體也不是剛才用例圖中注冊會員這個Actor,而是作為一個系統內的業務實體,供Actor們使用的。例如,其中的 register功能是給注冊會員這個Actor使用,而remove功能,則是給管理員這個Actor使用的。

理解以上這段話非常重要,我經常看到由於混淆了實體和Actor的關系而導致畫出的領域類圖不准確或職責分配不准確。這里沒有給出每個實體的屬性。其實,在領域分析階段,實體的屬性並不重要,重要的是找出實體的操作。

 

6.繪制實現類圖

以上這幾步,就是分析的過程。而下面的步驟就是設計了。

設計沒有分析那么好描述,因為分析是“客戶面”,它只關心系統本身的功能和業務,而不關心任何和計算機有關的東西。但是,設計和平台、語言、開發模型等內容關系緊密,因而很難找出一個一致的過程。但是,一般在設計過程中實現類圖是要繪制的。

實現類圖和領域類圖不一樣,它描述的是真正系統的靜態結構,是和最后的代碼完全一 致的。因此,它和平台關系密切,必須准確給出系統中的實體類、控制類、界面類、接口等元素以及其中的關系。因此,實現類圖是很復雜的,而且是平台技術有關 的。所以,這里不可能給出一個准確的實現類圖,為了描述,給出一個簡化了的實現類圖,當然,它是不准確的,而只是從形式上給出實現類圖的樣子。

假設這個系統整體使用三層架構。那么,用戶模塊體系的實現類圖大體是這樣子(不准確):

基於UML的面向對象分析與設計(二)

實現類圖
 

7.繪制序列圖

有了靜態結構,我們還要給出動態結構,這樣,才能看清系統間的類是如何交互的,從而有效幫助程序員進行編碼工作。

基於UML的面向對象分析與設計(二)

用戶登錄時序圖
 

上圖給出的是用戶登錄的序列圖。首先注冊會員作為Actor,調用 LoginService的loginIn()方法啟動序列,然后序列按圖示步驟執行。其中LoginService作為業務組件,首先調用數據訪問組件 的check()方法,確定用戶是否存在,如果存在,則返回給Actor歡迎信息,如果失敗,返回錯誤提示給Actor。

Actor進行注銷操作時,調用loginOut()方法確定輸入密碼是否是此用戶的密碼,退出系統,從而完成業務功能。

要注意,序列圖在實際中是很多的,幾乎每個類方法都配有相應的序列圖。

 

8.后面的步驟

在完成了上面的過程后,就可以進行編碼、調試、測試等工作了。

 

總結

本文簡要給出了使用UML進行OOA&D的過程。當然,由於示例較小,所 以給出的相關內容可能不是很准確。而且軟件分析設計本來就不是一個固定模式的過程,隨着系統的不同整個過程會有變化。本文只是想起到一個拋磚引玉的作用, 大致描述UML的使用流程。至於實際的分析設計,還需要深入的學習和實踐的積累。


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