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1、标准建模语言UM1.及其支持环境(一)编者按：软件工程领域在1995年至1997年取得了前所未有的进展,其成果超过软件工程领域过去15年来的成就总和。其中最重要的、具有划时代重大意义的成果之一就是统一建模语言(UM1.UnifiedModeling1.angUage)的出现。在世界范围内,至少在近10年内,UM1.将是面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言。采用UM1.作为我国统一的建模语言是完全必要的首先,过去数十种面向对象的建模语言都是相互独立的,而UM1.可以消除一些潜在的不必要的差异以免用户混淆;其次,通过统一语义和符号表示,能够稳定我国的面向对象技术市场,使项目根植于一个成熟的标
2、准建模语言,从而可以大大拓宽所研制与开发的软件系统的适用范围,并大大提高其灵活程度。为使读者对UM1.语言及其支持环境有更深入、细致的了解,我们特邀北京航空航天大学软件工程研究所的专家撰文介绍,本文共分五个部分：一、标准建模语言UM1.的概念作者张莉周伯庄二、标准建模语言UM1.的静态建模机制作者葛科杨顺祥三、标准建模语言UM1.的动态建模机制作者王云葛科四、标准建模语言UM1.支持环境作者周伯生张莉五、标准建模语言UM1.的应用实例作者杨顺祥王云我们将以连载的形式分7次对上述内容进行介绍。一、标准建模语言UM1.概述面向对象的分析与设计(C)OA&D)方法的发展在80年代末至90年代中出现了
3、一个高潮,UM1.是这个高潮的产物。它不仅统一了Boe)Ch、RUmbaUgh和JaCe)bson的表示方法而且对其作了进一步的发展,并最终统一为大众所接受的标准建模语言。1 .标准建模语言UM1.的出现公认的面向对象建模语言出现于70年代中期。从1989年到1994年其数量从不到十种增加到了五十多种。在众多的建模语言中,语言的创造者努力推崇自己的产品,并在实践中不断完善。但是Qo方法的用户并不了解不同建模语言的优缺点及相互之间的差异,因而很难根据应用特点选择合适的建模语言,于是爆发了一场方法大战”。90年代中,一批新方法出现了,其中最引人注目的是Booch1993、OOSE和OMT-2等。B
4、OOCh是面向对象方法最早的倡导者之一,他提出了面向对象软件工程的概念。1991年他将以前面向Ada的工作扩展到整个面向对象设计领域。Booch1993比较适合于系统的设计和构造。Rumbaugh等人提出了面向对象的建模技术(C)MT)方法屎用了面向对象的概念拼引入各种独立于语言的表示符。这种方法用对象模型、动态模型、功能模型和用例模型,共同完成对整个系统的建模,所定义的概念和符号可用于软件开发的分析、设计和实现的全过程,软件开发人员不必在开发过程的不同阶段进行概念和符号的转换。OMT-2特别适用于分析和描述以数据为中心的信息系统。JaCObSon于1994年提出了Oe)SE方法,其最大特点是
5、面向用例(USe-CaSe),并在用例的描述中引入了外部角色的概念。用例的概念是精确描述需求的重要武器,但用例贯穿于整个开发过程,包括对系统的测试和验证。OOSE比较适合支持商业工程和需求分析。此外,还有Coad/Y。Urdon方法，即著名的00A/00D,它是最早的面向对象的分析和设计方法之一。该方法简单、易学,适合于面向对象技术的初学者使用,但由于该方法在处理能力方面的局限，目前已很少使用。概括起来,首先,面对众多的建模语言,用户由于没有能力区别不同语言之间的差别因此很难找到一种比较适合其应用特点的语言淇次众多的建模语言实际上各有千秋;第三,虽然不同的建模语言大多类同,但仍存在某些细微的差
6、别极大地妨碍了用户之间的交流。因此在客观上,极有必要在精心比较不同的建模语言优缺点及总结面向对象技术应用实践的基础上,组织联合设计小组,根据应用需求，取其精华,去其糟粕,求同存异,统一建模语言。1994年10月,GradyBooch和JimRumbaugh开始致力于这一工作。他们首先将Booch93和OMT-2统一起来,并于1995年10月发布了第一个公开版本,称之为统一方法UM0.8(itiedMethod)o1995年秋QoSE的创始人IVarJaCobSon加盟到这一工作。经过BoochsRumbaugh和Jacobson三人的共同努力,于1996年6月和10月分别发布了两个新的版本,即
7、UM1.0.9和UM1.0.91,并将UM重新命名为UM1.(UnifiedModeling1.anguage)o1996年,一些机构将UM1.作为其商业策略已日趋明显。UM1.的开发者得到了来自公众的正面反应,并倡议成立了UM1.成员协会,以完善、加强和促进UM1.的定义工作。当时的成员有DECsHPJ-1.ogix.ItellicorpsIBMsICONComputingsMCISyStemhOUse、MicrosoftsOracle、RationalSoftwarexTl以及Unisyso这一机构对UM1.1.0(1997年1月)及UM1.1.1(1997年11月17日)的定义和发布起了
8、重要的促进作用。UM1.是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计,还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。图1UM1.的发展历程面向对象技术和UM1.的发展过程可用上图来表示,标准建模语言的出现是其重要成果。在美国,截止1996年10月,UM1.获得了工业界、科技界和应用界的广泛支持,已有700多个公司表示支持采用UM1.作为建模语言。1996年底,UM1.已稳占面向对象技术市场的85%,成为可视化建模语言事实上的工业标准。1997年11月17日QMG采纳UM1.1.l作为基于面向对象技术的标
9、准建模语言。UM1.代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向,具有巨大的市场前景,也具有重大的经济价值和国防价值。2 .标准建模语言UM1.的内容首先,UM1.融合了Booch.OMT和OOSE方法中的基本概念,而且这些基本概念与其他面向对象技术中的基本概念大多相同,因而,UM1.必然成为这些方法以及其他方法的使用者乐于采用的一种简单一致的建模语言;其次,UM1.不仅仅是上述方法的简单汇合而是在这些方法的基础上广泛征求意见,集众家之长,几经修改而完成的,UM1.扩展了现有方法的应用范围;第三,UM1.是标准的建模语言而不是标准的开发过程。尽管UM1.的应用必然以系统的开发过程为背景,但由于不
10、同的组织和不同的应用领域,需要采取不同的开发过程。作为一种建模语言,UM1.的定义包括UM1.语义和UM1.表示法两个部分OUM1.语义描述基于UM1.的精确元模型定义。元模型为UM1.的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明,使开发者能在语义上取得一致,消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外UM1.还支持对元模型的扩展定义。UM1.表示法定义UM1.符号的表示法,为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型,在语义上它是UM1.元模型的实例。标准建模语言UM1.的重要内容可以由下列五类图（共9种图形）来定
11、义：.第一类是用例图,从用户角度描述系统功能,并指出各功能的操作者。第二类是静态图（StatiCdiagram）,包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等,也包括类的内部结构（类的属性和操作）。类图描述的是一种静态关系,在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例,几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例,而不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期,因此对象图只能在系统某一时间段存在。包由包或类组成,表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。第三类是行为图（
12、BehaViOrdiagram，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常,状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图,仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系,有利于识别并行活动。第四类是交互图（InteraCtiVediagram）描述对象间的交互关系。其中顺序图显示对象之间的动态合作关系,它强调对象之间消息发送的顺序,同时显示对象之间的交互;合作图描述对象间的协作关系,合作图跟顺序图相似,显示对象间的动态合作关系。除显示信
13、息交换外,合作图还显示对象以及它们之间的关系。如果强调时间和顺序厕使用顺序图;如果强调上下级关系,则选择合作图。这两种图合称为交互图。第五类是实现图（ImPiementatiOndiagram）。其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息。部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备（用节点表示）以及它们之间的连接关系,也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点内部,放置可执行部件和对象以显示节点跟可执行软件单元的对应
14、关系。从应用的角度看,当采用面向对象技术设计系统时,首先是描述需求;其次根据需求建立系统的静态模型以构造系统的结构;第三步是描述系统的行为。其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的,包括用例图、类图（包含包）、对象图、组件图和配置图等五个图形,是标准建模语言UM1.的静态建模机制。其中第三步中所建立的模型或者可以执行,或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四个图形,是标准建模语言UM1.的动态建模机制。因此,标准建模语言UM1.的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。3 .标准建模语言UM1.的主要特点标准建模语言UM1.的主要特点可以归
15、结为三点：UM1.统一了BOOCh、OMT和OoSE等方法中的基本概念。UM1.还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处,其中也包括非00方法的影响。UM1.符号表示考虑了各种方法的图形表示删掉了大量易引起混乱的、多余的和极少使用的符号,也添加了一些新符号。因此,在UM1.中汇入了面向对象领域中很多人的思想。这些思想并不是UM1.的开发者们发明的,而是开发者们依据最优秀的00方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。UM1.在演变过程中还提出了一些新的概念。在UM1.标准中新加了模板(Stereotypes)x职责(Responsibilities)、扩展机制(Extensibilitym
16、echanisms)、线程(Threads)、过程(PrOCeSses)、分布式(DiStribUtiOn)、并发(ConCUITency)、模式(Patterns)s合作(CollabOrations)、活动图(ACtiVitydiagram)等新概念,并清晰地区分类型(TyPe)、类(CIaSS)和实例(InStance)、细化(Refinement)、接口(Interfaces)和组件(ComPonentS)等概念。因此可以认为,UM1.是一种先进实用的标准建模语言,但其中某些概念尚待实践来验证,UM1.也必然存在一个进化过程(未完待续)。Home标准建模语言UM1.及其支持环境(二)北
17、京航空航天大学软件工程研究所(接上期)4 .标准建模语言UM1.的应用领域UM1.的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统,具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型,但它同样可以用于描述非软件领域的系统,如机械系统、企业机构或业务过程以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之,UM1.是一个通用的标准建模语言,可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。此外,UM1.适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段,可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统(用例)的功能要求。分析阶段主
18、要关心问题域中的主要概念(如抽象、类和对象等)和机制,需要识别这些类以及它们相互间的关系,并用UM1.类图来描述。为实现用例,类之间需要协作,这可以用UM1.动态模型来描述。在分析阶段,只对问题域的对象(现实世界的概念)建模,而不考虑定义软件系统中技术细节的类(如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类)。这些技术细节将在设计阶段引入,因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。编程(构造)是一个独立的阶段,其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。在用UM1.建立分析和设计模型时应尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段,模型仅仅是理解和分析系统结构
19、的工具,过早考虑编码问题十分不利于建立简单正确的模型。UM1.模型还可作为测试阶段的依据。系统通常需要经过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同的测试小组使用不同的UM1.图作为测试依据:单元测试使用类图和类规格说明;集成测试使用部件图和合作图;系统测试使用用例图来验证系统的行为;验收测试由用户进行以验证系统测试的结果是否满足在分析阶段确定的需求。总之,标准建模语言UM1.适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统,而且适用于系统开发的不同阶段,从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护。二、标准建模语言UM1.的静态建模机制任何建模语言都以静态建模机制为基础,标准建模语言UM1.也不例外。
20、UM1.的静态建模机制包括用例图(USeCaSediagram)、类图(CIaSSdiagram)、对象图(Objectdiagram)、包(PaCkage)、构件图(COmPonentdiagram)和配置图(Deploymentdiagram)o1.用例图(1)用例模型(USecasemodel)长期以来,在面向对象开发和传统的软件开发中,人们根据典型的使用情景来了解需求。但是,这些使用情景是非正式的虽然经常使用,却难以建立正式文挡。用例模型由IvarJacobson在开发AXE系统中首先使用,并加入由他所倡导的OOSE和ObjeCtory方法中。用例方法引起了面向对象领域的极大关注。自1
21、994年IVarJacobson的著作出版后,面向对象领域已广泛接纳了用例这一概念,并认为它是第二代面向对象技术的标志。用例模型描述的是外部执行者(ACtor)所理解的系统功能。用例模型用于需求分析阶段,它的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果,表明了开发者和用户对需求规格达成的共识。首先,它描述了待开发系统的功能需求;其次,它将系统看作黑盒,从外部执行者的角度来理解系统第三,它驱动了需求分析之后各阶段的开发工作,不仅在开发过程中保证了系统所有功能的实现,而且被用于验证和检测所开发的系统,从而影响到开发工作的各个阶段和UM1.的各个模型。在UM1.中,一个用例模型由若干个用例图描述,用例图主要
22、元素是用例和执行者。(2)用例(USecase)从本质上讲,一个用例是用户与计算机之间的一次典型交互作用。以字处理软件为例，”将某些正文置为黑体”和“创建一个索弓1“便是两个典型的用例。在UM1.中,用例被定义成系统执行的一系列动作,动作执行的结果能被指定执行者察觉到。图1用例图在UM1.中,用例表示为一个椭圆。图1显示了一个金融贸易系统的用例图。其中,“风险分析7交易估价7进行交易7设置边界;超越边界的交易7评价贸易;更新帐目”等都是用例的实例。概括地说用例有以下特点：用例捕获某些用户可见的需求,实现一个具体的用户目标。用例由执行者激活,并提供确切的值给执行者。 用例可大可小,但它必须是对一
23、个具体的用户目标实现的完整描述。(3)执行者(ACtor)执行者是指用户在系统中所扮演的角色。其图形化的表示是一个小人。图1中有四个执行者:贸易经理、营销人员、售货员和记帐系统。在某些组织中很可能有许多营销人员,但就该系统而言他们均起着同一种作用,扮演着相同的角色,所以用一个执行者表示。一个用户也可以扮演多种角色(执行者)。例如,一个高级营销人员既可以是贸易经理,也可以是普通的营销人员;一个营销人员也可以是售货员。在处理执行者时,应考虑其作用,而不是人或工作名称,这一点是很重要的。图1中,不带箭头的线段将执行者与用例连接到一起,表示两者之间交换信息,称之为通信联系。执行者触发用例,并与用例进行
24、信息交换。单个执行者可与多个用例联系;反过来,一个用例可与多个执行者联系。对同一个用例而言,不同执行者有着不同的作用:他们可以从用例中取值也可以参与到用例中。需要注意的是执行者在用例图中是用类似人的图形来表示尽管执行的,但执行者未必是人。例如,执行者也可以是一个外界系统该外界系统可能需要从当前系统中获取信息,与当前系统有进行交互。在图1中,我们可以看到,记帐系统是一个外界系统,它需要更新帐目。通过实践我们发现执行者对提供用例是非常有用的。面对一个大系统,要列出用例清单常常是十分困难。这时可先列出执行者清单,再对每个执行者列出它的用例问题就会变得容易很多。(4)使用和扩展(USeandExten
25、d)图1中除了包含执行者与用例之间的连接外,还有另外两种类型的连接,用以表示用例之间的使用和扩展关系。使用和扩展是两种不同形式的继承关系。当一个用例与另一个用例相似,但所做的动作多一些就可以用到扩展关系。例如图1中,基本的用例是“进行交易”。交易中可能一切都进行得很顺利,但也可能存在扰乱顺利进行交易的因素。其中之一便是超出某些边界值的情况。例如,贸易组织会对某个特定客户规定最大贸易量,这时不能执行给定用例提供的常规动作,而要做些改动。我们可在“进行交易用例中做改动。但是,这将把该用例与一大堆特殊的判断和逻辑混杂在一起,使正常的流程晦涩不堪。图1中将常规的动作放在“进行交易用例中,而将非常规的动
26、作放置于“超越边界的交易”用例中,这便是扩展关系的实质。当有一大块相似的动作存在于几个用例,又不想重复描述该动作时,就可以用到使用关系。例如,现实中风险分析和交易估价都需要评价贸易为此可单独定义一个用例,即“评价贸易”而“风险分析”和“交易估价”用例将使用它。请注意扩展与使用之间的相似点和不同点。它们两个都意味着从几个用例中抽取那些公共的行为并放入一个单独用例中,而这个用例被其他几个用例使用或扩展。但使用和扩展的目的是不同的。(5)用例模型的获取几乎在任何情况下都会使用用例。用例用来获取需求,规划和控制项目。用例的获取是需求分析阶段的主要任务之一,而且是首先要做的工作。大部分用例将在项目的需求
27、分析阶段产生,并且随着工作的深入会发现更多的用例,这些都应及时增添到已有的用例集中。用例集中的每个用例都是一个潜在的需求。a.获取执行者获取用例首先要找出系统的执行者。可以通过用户回答一些问题的答案来识别执行者。以下问题可供参考： 谁使用系统的主要功能(主要使用者)。 谁需要系统支持他们的日常工作。 谁来维护、管理使系统正常工作(辅助使用者)。 系统需要操纵哪些硬件。 系统需要与哪些其它系统交互,包含其它计算机系统和其它应用程序。对系统产生的结果感兴趣的人或事物。b.获取用例一旦获取了执行者,就可以对每个执行者提出问题以获取用例。以下问题可供参考：执行者要求系统提供哪些功能（执行者需要做什么）
28、？执行者需要读、产生、删除、修改或存储的信息有哪些类型。必须提醒执行者的系统事件有哪些?或者执行者必须提醒系统的事件有哪些?怎样把这些事件表示成用例中的功能？为了完整地描述用例,还需要知道执行者的某些典型功能能否被系统自动实现？还有一些不针对具体执行者问题（即针对整个系统的问题）：系统需要何种输入输出?输入从何处来?输出到何处？当前运行系统（也许是一些手工操作而不是计算机系统）的主要问题？需要注意,最后两个问题并不是指没有执行者也可以有用例,只是获取用例时尚不知道执行者是什么。一个用例必须至少与一个执行者关联。还需要注意:不同的设计者对用例的利用程度也不同。例如JVarJaCobSorl说,对
29、一个十人年的项目,他需要二十个用例。而在一个相同规模的项目中,MartinFOWIer则用了一百多个用例。我们认为:任何合适的用例都可使用确定用例的过程是对获取的用例进行提炼和归纳的过程,对一个十人年的项目来说,二十个用例似乎太少,一百多个用例则嫌太多,需要保持二者间的相对均衡。（未完待续）HOme标准建模语言UM1.及其支持环境（三）北京航空航天大学软件工程研究所（接上期）前两期所述主要内容如下：一、标准建模语言UM1.概述二、标准建模语言UM1.的静态建模机制1 .用例图2 .类图、对象图和包数千年以前,人类就已经开始采用分类的方法有效地简化复杂问题,帮助人们了解客观世界。在面向对象建模技
30、术中,我们使用同样的方法将客观世界的实体映射为对象并归纳成一个个类。类（ClaSs）、对象（Object）和它们之间的关联是面向对象技术中最基本的元素。对于一个想要描述的系统,其类模型和对象模型揭示了系统的结构。在UM1.中,类和对象模型分别由类图和对象图表示。类图技术是00方法的核心。图1显示了一个金融保险系统的类图。(1)类图类图(CIaSSDiagram)描述类和类之间的静态关系。与数据模型不同,它不仅显示了信息的结构,同时还描述了系统的行为。类图是定义其它图的基础。在类图的基础上,状态图、合作图等进一步描述了系统其他方面的特性。(2)类和对象对象(ObjeCt)与我们对客观世界的理解相
31、关。我们通常用对象描述客观世界中某个具体的实体。所谓类(ClaSS)是对一类具有相同特征的对象的描述。而对象是类的实例(InStance)。建立类模型时,我们应尽量与应用领域的概念保持一致以使模型更符合客观事实,易修改、易理解和易交流。类描述一类对象的属性(AttribUte)和行为(BehaVior)。在UM1.中,类的可视化表示为一个划分成三个格子的长方形(下面两个格子可省略)。图1中，“客户”就是一个典型的类。类的获取和命名最顶部的格子包含类的名字。类的命名应尽量用应用领域中的术语,应明确、无歧义以利于开发人员与用户之间的相互理解和交流。类的获取是一个依赖于人的创造力的过程,必须与领域专
32、家合作,对研究领域仔细地分析曲象出领域中的概念,定义其含义及相互关系,分析出系统类,并用领域中的术语为类命名。一般而言,类的名字是名词。类的属性中间的格子包含类的属性,用以描述该类对象的共同特点。该项可省略。图1中“客户“类有客户名“、”地址等特性。属性的选取应考虑以下因素：* 原则上来说,类的属性应能描述并区分每个特定的对象；* 只有系统感兴趣的特征才包含在类的属性中；* 系统建模的目的也会影响到属性的选取。根据图的详细程度,每条属性可以包括属性的可见性、属性名称、类型、缺省值和约束特性。UM1.规定类的属性的语法为：可见性属性名：类型=缺省值约束特性图V客户“类中J客户名“属性描述为”-客
33、户名：字符串二缺省客户名”。可见性表示它是私有数据成员,其属性名为“客户名”,类型为“字符串”类型缺省值为“缺省客户名”,此处没有约束特性。不同属性具有不同可见性。常用的可见性有Public、Private和Protected三种，在UM1.中分别表示为和类型表示该属性的种类。它可以是基本数据类型例如整数、实数、布尔型等,也可以是用户自定义的类型。一般它由所涉及的程序设计语言确定。约束特性则是用户对该属性性质一个约束的说明。例如”只读“说明该属性是只读属性。类的操作(C)PeratiOn)该项可省略。操作用于修改、检索类的属性或执行某些动作。操作通常也被称为功能但是它们被约束在类的内部,只能作
34、用到该类的对象上。操作名、返回类型和参数表组成操作界面。UM1.规定操作的语法为：可见性操作名(参数表)：返回类型约束特性在图1中J客户“类中有”取客户地址操作淇中”+”表示该操作是公有操作,调用时需要参数“客户名”,参数类型为字符串,返回类型也为字符串。类图描述了类和类之间的静态关系。定义了类之后,就可以定义类之间的各种关系了。关联关系关联(Ass。Ciation)表示两个类之间存在某种语义上的联系。例如,一个人为一家公司工作,一家公司有许多办公室。我们就认为人和公司、公司和办公室之间存在某种语义上的联系。在分析设计的类图模型中,则在对应人类和公司类、公司类和办公室类之间建立关联关系。在图1
35、中最上部存在一个”属于7签定关联:每个“保险单”属于一个”客户”,而“客户”可以签定多个”保险单“。除了这个关联外,图1中还有另外两个关联,分别表示每个“保险单”包含若干个，保险单上的项目;而每个保险单上的项目“涉及单一的“保险类别”。关联的方向关联可以有方向,表示该关联单方向被使用。关联上加上箭头表示方向,在UM1.中称为导航(NaVigability)。我们将只在一个方向上存在导航表示的关联,称作单向关联(Uni-directionalAssociation),在两个方向上都有导航表示的关联,称作双向关联(Bi-directionalAssociation)。图1中，“保险单倒”保险单上的
36、项目“是单向关联。UM1.规定,不带箭头的关联可以意味着未知、未确定或者该关联是双向关联三种选择,因此,在图中应明确使用其中的一种选择。关联的命名既然关联可以是双向的,最复杂的命名方法是每个方向上给出一个名字,这样的关联有两个名字,可以用小黑三角表示名字的方向(见图1中最上部的“属于7签定“关联）。为关联命名有几种方法,其原则是该命名是否有助于理解该模型。角色关联两头的类以某种角色参与关联。例如图2中J公司”以“雇主”的角色,“人”以“雇员”的角色参与的“工作合同“关联。“雇主“和“雇员”称为角色名。如果在关联上没有标出角色名,则隐含地用类的名称作为角色名。角色还具有多重性（MUltiPIiC
37、ity）,表示可以有多少个对象参与该关联。在图2中,雇主（公司）可以雇佣（签工作合同）多个雇员,表示为”*“；雇员只能与一家雇主签定工作合同,表示为lo多重性表示参与对象的数目的上下界限制。“代表08,即一个客户可以没有保险单,也可以有任意多的保险单。“1”是1.l的简写,即任何一个保险单仅来自于一个客户,可以用一个单个数字表示,也可以用范围或者是数字和范围不连续的组合表示。关联类一个关联可能要记录一些信息,可以引入一个关联类来记录。图3是在图2的基础上引入了关联类。关联类通过一根虚线与关联连接。图4是实现上述目标的另外一种方法,就是使雇用关系成为一个正式的类。聚集和组成聚集(Aggregat
38、ion)是一种特殊形式的关联。聚集表示类之间的关系是整体与部分的关系。一辆轿车包含四个车轮、一个方向盘、一个发动机和一个底盘,这是聚集的一个例子。在需求分析中,“包含“、“组成“、“分为部分”等经常设计成聚集关系。聚集可以进一步划分成共享聚集(SharedAggregation)和组成。例如,课题组包含许多成员,但是每个成员又可以是另一个课题组的成员,即部分可以参加多个整体,我们称之为共享聚集。另一种情况是整体拥有各部分,部分与整体共存,如整体不存在了部分也会随之消失,这称为组成(COmPoSition)。例如,我们打开一个视窗口,它就由标题、外框和显示区所组成。一旦消亡则各部分同时消失。在U
39、M1.中,聚集表示为空心菱形,组成表示为实心菱形。需要注意的是,一些面向对象大师对聚集的定义并不一样。大家应注意其他面向对象方法与UM1.中所定义的聚集的差别。继承关系人们将具有共同特性的元素抽象成类别并通过增加其内涵而进一步分类。例如,动物可分为飞鸟和走兽,人可分为男人和女人。在面向对象方法中将前者称为一般元素、基类元素或父元素,将后者称为特殊元素或子元素。继承(GeneraliZatiC)n)定义了一般元素和特殊元素之间的分类关系。在UM1.中,继承表示为一头为空心三角形的连线。如图1中,将客户进一步分类成个体客户和团体客户,使用的就是继承关系。在UM1.定义中对继承有三个要求：*特殊元素
40、应与一般元素完全一致,一般元素所具有的关联、属性和操作,特殊元素也都隐含性地具有；*特殊元素还应包含额外信息；*允许使用一般元素实例的地方,也应能使用特殊元素。(5)依赖关系有两个元素X、Y,如果修改元素X的定义可能会引起对另一个元素Y的定义的修改,则称元素Y依赖(DePendenCy)于元素Xo在类中,依赖由各种原因引起,如:一个类向另一个类发消息;一个类是另一个类的数据成员;一个类是另一个类的某个操作参数。如果一个类的界面改变,它发出的任何消息可能不再合法。(6)类图的抽象层次和细化(Refinement)关系需要注意的是,虽然在软件开发的不同阶段都使用类图,但这些类图表示了不同层次的抽象
41、。在需求分析阶段,类图是研究领域的概念;在设计阶段,类图描述类与类之间的接口;而在实现阶段,类图描述软件系统中类的实现。按照SteveCook和JohnDianiels的观点,类图分为三个层次。需要说明的是,这个观点同样也适合于其他任何模型,只是在类图中显得更为突出。概念层概念层(ConCePtUaI)类图描述应用领域中的概念。实现它们的类可以从这些概念中得出,但两者并没有直接的映射关系。事实上,一个概念模型应独立于实现它的软件和程序设计语言。说明层说明层(SPeCifiCation)类图描述软件的接口部分而不是软件的实现部分。面向对象开发方法非常重视区别接口与实现之间的差异,但在实际应用中却
42、常常忽略这一差异。这主要是因为0。语言中类的概念将接口与实现合在了一起。大多数方法由于受到语言的影响也仿效了这一做法。现在这种情况正在发生变化。可以用一个类型(TyPe)描述一个接口,这个接口可能因为实现环境、运行特性或者用户的不同而具有多种实现。实现层只有在实现层(ImPIementatiOn)才真正有类的概念,并且揭示软件的实现部分。这可能是大多数人最常用的类图,但在很多时候,说明层的类图更易于开发者之间的相互理解和交流。理解以上层次对于画类图和读懂类图都是至关重要的。但是由于各层次之间没有一个清晰的界限所以大多数建模者在画图时没能对其加以区分。画图时,要从一个清晰的层次观念出发;而读图时
43、厕要弄清它是根据哪种层次观念来绘制的。要正确地理解类图,首先应正确地理解上述三种层次。虽然将类图分成三个层次的观点并不是UM1.的组成部分,但是它们对于建模或者评价模型非常有用。尽管迄今为止人们似乎更强调实现层类图,但这三个层次都可应用于UM1.而且实际上另外两个层次的类图更有用。下面介绍细化概念。细化是UM1.中的术语,表示对事物更详细一层的描述。两个元素A、B描述同一件事物,它们的区别是抽象层次不同,若元素B是在元素A的基础上的更详细的描述,则称元素B细化了元素A,或称元素A细化成元素Bo细化的图形表示为由元素B指向元素A的、一头为空心三角的虚线(千万不要把方向颠倒了!)。细化主要用于模型
44、之间的合作,表示开发各阶段不同层次抽象模型的相关性,常用于跟踪模型的演变。约束在UM1.中,可以用约束(Ce)Cistraint)表示规则。约束是放在括号”()”中的一个表达式,表示一个永真的逻辑陈述。在程序设计语言中,约束可以由断言(ASSertiOn)来实现。(8)对象图、对象和链UM1.中对象图与类图具有相同的表示形式。对象图可以看作是类图的一个实例。对象是类的实例;对象之间的链(1.ink)是类之间的关联的实例。对象与类的图形表示相似,均为划分成两个格子的长方形(下面的格子可省略)。上面的格子是对象名,对象名下有下划线;下面的格子记录属性值。链的图形表示与关联相似。对象图常用于表示复杂
45、的类图的一个实例。(9)包一个最古老的软件方法问题是:怎样将大系统拆分成小系统。解决这个问题的一个思路是将许多类集合成一个更高层次的单位,形成一个高内聚、低耦合的类的集合。这个思路被松散地应用到许多对象技术中。UM1.中这种分组机制叫包(PaCkage)(见图5)o不仅是类,任何模型元素都运用包的机制。如果没有任何启发性原则来指导类的分组,分组方法就是任意的。在UM1.中,最有用的和强调最多的启发性原则就是依赖。包图主要显示类的包以及这些包之间的依赖关系。有时还显示包和包之间的继承关系和组成关系。包的内容在图5中：系统内部“包由“保险单“包和“客户”包组成。这里称“保险单“包和”客户“包为“系
46、统内部”包的内容。当不需要显示包的内容时,包的名字放入主方框内,否则包的名字放入左上角的小方框中,而将内容放入主方框内。包的内容可以是类的列表,也可以是另一个包图,还可以是一个类图。包的依赖和继承图5中”保险单填写界面“包依赖于保险单包;整个系统内部包依赖于“数据库界面”包。可以使用继承中通用和特例的概念来说明通用包和专用包之间的关系。例如,专用包必须符合通用包的界面与类继承关系类似。通过“数据库界面”包J系统内部“包既能够使用Oracle的界面也可使用Sybase的界面。通用包可标记为abstract,表示该包只是定义了一个界面,具体实现则由专用包来完成。(10)其他模型元素和表示机制类图中
47、用到的模型元素和表示机制较为丰富,由于篇幅的限制,这里不能一一介绍。主要还有以下模型符号和概念类别模板(StereOtyPe)、界面(Interface)、参数化类(ParameteriZedCIaSS)也称模板类(TemPIate)、限定关联(QUalifiedAssociation)X多维关联(N-aryAssociation)、多维链(N-ary1.ink)、派生(DeriVed)、类型(TyPe)和注释(Note)等。QI)使用类图的几个建议类图几乎是所有00方法的支柱。采用标准建模语言UM1.进行建模时,必须对UM1.类图引入的各种要素有清晰的理解。以下对使用类图进行建模提出几点建议
48、：* 不要试图使用所有的符号。从简单的开始例如,类、关联、属性和继承等概念。在UM1.中,有些符号仅用于特殊的场合和方法中,只有当需要时才去使用。* 根据项目开发的不同阶段,用正确的观点来画类图。如果处于分析阶段,应画概念层类图;当开始着手软件设计时,应画说明层类图;当考察某个特定的实现技术时，则应画实现层类图。* 不要为每个事物都画一个模型,应该把精力放在关键的领域。最好只画几张较为关键的图,经常使用并不断更新修改。使用类图的最大危险是过早地陷入实现细节。为了避免这一危险,应该将重点放在概念层和说明层。如果已经遇到了一些麻烦,可以从以下几个方面来反思你的模型。* 模型是否真实地反映了研究领域的实际。* 模型和模型中的元素是否有清楚的目的和职责(在面向对象方法中,系统功能最终是分配到每个类的操作上实现的,这个机制叫职责分配)。* 模型和模型元素的大小是否适中。过于复杂的模型和模型元素是很难生存的,应将其分解成几个相互合作的部分。(12)术语比较下表列出了最常用的四种UM1.术语,并与其他方法学中相对应的术语进行比较以帮助读者了解UM1.与其他建模语言的异同。(未完待续)Home标准建模语言UM1.及其支持环境(四)北京航空航天大
