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1、軟件需求 哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院海量數(shù)據(jù)挖掘及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集成研究組王念濱教授博導 第13章面向對象建模 三 本課主要討論問題 2對象模型 3用例模型 4行為模型 1面向對象分析 5對象約束語言OCL 6面向對象建模 4行為模型 交互圖 InteractionDiagram 順序圖 SequenceDiagram 通信圖 CommunicationDiagram 交互概述圖 InteractionOverviewDiagram 時間圖 TimingDiagram 活動圖 ActivityDiagram 狀態(tài)圖 StateDiagram 行為模型 4行為模型 以一組對象為中心的交互描述技
2、術描述在特定上下文環(huán)境中一組對象的交互行為通常描述的是單個用例的典型場景交互圖中的每一個交互都描述了環(huán)境中的對象為了實現(xiàn)某個目標而執(zhí)行的一系列消息交換順序圖和通信圖是最常用的交互圖交互圖中出現(xiàn)的對象應該在領域模型中有相應的對象存在 行為模型 交互圖 在標識出系統(tǒng)的類圖之后 僅給出了實現(xiàn)用例的組成結構 這時還需要描述這些類的對象是如何交互來實現(xiàn)用例功能的 即不但需要把用例圖模型轉化為類圖模型 還要將它轉化為交互圖模型 4行為模型 行為模型 交互圖 順序圖 可視化地對系統(tǒng)邏輯建模 順序圖用于對使用情景進行邏輯建模 使用情景是描述系統(tǒng)使用的一種潛在的方式 使用情景的邏輯可能是用例的一部分 也可能是候
3、選過程 使用情景可能跨越多個用例所包含的邏輯 例如 學生注冊進入大學 然后立即可以在多個討論班中注冊 順序圖是采用一種可視化的方式對系統(tǒng)的邏輯流程進行建模 以便能夠記錄并驗證分析的邏輯 通常被應用在分析和設計領域 4行為模型 4行為模型 定義順序圖順序圖是交互圖之一 順序圖用來建模以時間順序安排的對象交互 并且把用例行為分配給類 它是用來顯示參與者如何采用若干順序步驟與系統(tǒng)對象交互的模型 為什么要建模順序圖建模順序圖有許多理由 順序圖與活動圖具有類似的作用 其中重要的理由就是實現(xiàn)用例 任何用例都可以使用順序圖進一步闡明和實現(xiàn) 使用順序圖建模 4行為模型 順序圖的標記符順序圖有兩個主要的標記符
4、活動對象和這些活動對象之間的通信消息 活動對象可以是任何在系統(tǒng)中扮演角色的對象 不管它是對象實例還是參與者 如下圖所示 使用順序圖建模 4行為模型 活動對象之間發(fā)送的消息是順序圖的關鍵 消息說明了對象之間的控制流 對象是如何交互的 以及什么條件會改變控制流 活動對象 活動對象可以是系統(tǒng)的參與者或者任何有效的系統(tǒng)對象 對象是類的實例 它使用包圍名稱的矩形框來標記 名稱帶下劃線 順序圖中對象的標記符如下圖所示 順序圖的對象與消息 4行為模型 消息 消息用來說明順序圖中不同活動對象之間的通信 它可在一個對象需要取消不同對象的進程時或者需要向另一個對象提供服務時 使用消息 消息從活動對象生命線到接收對
5、象生命線的箭頭表示 箭頭上面標記要發(fā)送的消息 如下圖所示 活動對象之間發(fā)送的消息是順序圖的關鍵 消息說明了對象之間的控制流 對象是如何交互的 以及什么條件會改變控制流 順序圖的對象與消息 4行為模型 順序圖的對象與消息 活動對象為參與者的情況 把參與者表示為活動對象的建?？梢哉f明參與者如何與系統(tǒng)交互 以及系統(tǒng)如何與用戶交互 參與者可以調用對象 對象也可以通知參與者 如下圖所示 4行為模型 上面的圖例說明了參與者和對象可以把消息發(fā)送給順序圖中的任何參與者或者對象 它們可以把消息發(fā)送給不是其直接相鄰的參與者或者對象 下面看一個意義更加豐富的示例 對于CompileApplication用例 可以創(chuàng)
6、建一個成功編譯工作流的順序圖 如圖所示 4行為模型 這個順序圖中有4個活動對象 Developer Compiler Linker和FileSystem Developer是系統(tǒng)的參與者 Compiler是Developer交互的應用程序 Linker是一個用來鏈接對象文件的獨立進程 FileSystem是系統(tǒng)層功能的包裝器 用來執(zhí)行文件的輸人和輸出例程 CompileApplication用例的順序圖操作 Developer請求Compiler執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem加載文件Compiler通知自己執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem保存對象代碼Compi
7、ler請求Linker鏈接對象代碼Linker請求FileSystem加載對象代碼Liker通知自己執(zhí)行鏈接Linker請求FileSystem保存編譯的結果 順序圖示例 4行為模型 消息是順序圖活動對象之間通信的惟一方式 UML中的消息使用了一些簡潔的標記符 消息可以包含條件以便限制它們只在滿足條件時才能發(fā)送 條件顯示在消息名稱上面的方括號中 如下圖所示 順序圖 如何使用消息進行通信 4行為模型 右圖的示例演示了如何建模一個順序圖來顯示登錄嘗試 如果登錄失敗 會在放棄登錄之前重試一次 順序圖 如何使用消息進行通信 4行為模型 順序圖 構建順序圖 示例 編譯程序 簡化用例CompileAppl
8、ication用例 Developer請求Compiler執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem加載文件Compiler通知自己執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem保存對象代碼Compiler請求Linker鏈接對象代碼Linker請求FileSystem加載對象代碼Liker通知自己執(zhí)行鏈接Linker請求FileSystem保存編譯的結果 4行為模型 順序圖 構建順序圖 構建順序圖的第1步是確定該圖是否表示與外部和內部實體的交互 在本方案中 開發(fā)人員在系統(tǒng)外部 因此用參與者來表示他 首先將參與者Developer添加到順序圖上 Developer 4行為模型 順序圖
9、構建順序圖 構建順序圖的第2步是添加將與參與者交互的類 對象 這些類的名稱應該能夠反映出類或者示例的行為 對于本例 將添加三個類 編譯器 連接器和文件系統(tǒng) Developer Compiler Linker FileSystem 4行為模型 順序圖 構建順序圖 構建順序圖的第2步是添加將與參與者交互的類 對象 這些類的名稱應該能夠反映出類或者示例的行為 對于軟件分析和設計人員來說 順序圖是直觀的 它將對象 類 和參與者 橫軸 映射到時間 縱軸 消息連接了對象 當消息發(fā)生時 它們沿著縱軸從一個對象移動到另外一個對象 這些消息被連接到從對象或參與者底部的中間延伸出的豎直虛線 這條線也被稱為生命線
10、構建順序圖的第3步是根據(jù)用例流程確定順序圖的流程 簡化用例CompileApplication用例 Developer請求Compiler執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem加載文件Compiler通知自己執(zhí)行編譯Compiler請求FileSystem保存對象代碼Compiler請求Linker鏈接對象代碼Linker請求FileSystem加載對象代碼Liker通知自己執(zhí)行鏈接Linker請求FileSystem保存編譯的結果 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Developer請求Compiler執(zhí)行編譯
11、 Compile 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Compile Compiler請求FileSystem加載文件 LoadFiles 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Compiler通知自己執(zhí)行編譯 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Compiler請求FileSystem保存對象代碼 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFi
12、les CompileFiles SaveOBJFiles 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Compiler請求Linker鏈接對象代碼 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Linker請求FileSystem加載對象代碼 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles 4行為模型
13、 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles CompileFiles Liker通知自己執(zhí)行鏈接 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Linker請求FileSystem保存編譯的結果 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles CompileFiles SaveEXEFi
14、les 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles CompileFiles SaveEXEFiles 消息用帶箭頭的實現(xiàn)表示 返回值用帶箭頭的虛線表示 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles CompileFiles Sa
15、veEXEFiles success failure 返回值用帶箭頭的虛線表示 在分析階段一般可以不考慮 4行為模型 順序圖 構建順序圖 Developer Compiler Linker FileSystem Compile LoadFiles CompileFiles SaveOBJFiles Link LoadOBJFiles CompileFiles SaveEXEFiles 關于激活狀態(tài) 4行為模型 順序圖 構建順序圖 消息用帶箭頭的實現(xiàn)表示 返回值用帶箭頭的虛線表示 激活狀態(tài)用矩形框表示示例 顧客購買CD順序圖 4行為模型 活動圖 4行為模型 活動圖概述 活動圖是UML規(guī)范中定義的
16、一種圖表 是一種表述過程機理 業(yè)務過程以及工作流的技術 它可以用于對業(yè)務過程 工作流建模 也可以對用例實現(xiàn)或程序實現(xiàn)來建模 因此它的作用和傳統(tǒng)的 流程圖 有類似性 區(qū)別在于 活動圖能夠更好地支持并行的行為 活動是某件事情正在進行的狀態(tài) 活動在狀態(tài)機中表現(xiàn)為一個由一系列動作組成的非原子的執(zhí)行過程 活動圖是一種描述系統(tǒng)行為的圖 它用于展現(xiàn)參與行為的類所進行的各種活動的順序關系 活動圖與狀態(tài)圖都是狀態(tài)機的表現(xiàn)形式 實踐經(jīng)驗 很多開發(fā)小組在分析期間不畫順序圖 而將重點放在活動圖上 4行為模型 活動圖的圖形表示 在UML中 活動表示成圓角矩形 如果一個活動引發(fā)下一個活動 兩個活動的圖標之間用帶箭頭的直線
17、連接 活動圖也有起點和終點 表示法和狀態(tài)圖中相同 活動圖中還包括分支與合并 分叉與匯合等模型元素 分支與合并的圖標和狀態(tài)圖中的判定的圖標相同 而分叉與匯合則用一條加粗的線段表示 4行為模型 活動圖的主要元素 初始節(jié)點和活動終點 在活動圖中有兩個特殊的節(jié)點 一個用于表示活動的初始節(jié)點 用一個實心圓表示 在一個活動圖中有且只有一個初始節(jié)點 另外一個表示活動處理完成 用一個圓圈內加實心圓來表示 在活動圖中可能包含多個活動終點 4行為模型 活動圖的主要元素 活動節(jié)點 活動節(jié)點是活動圖中最重要的元素之一 用圓角矩形表示執(zhí)行的過程或活動 用來表示一個活動 在UML中 活動節(jié)點所描述的活動可以使原子的動作
18、也可以是能進一步分解的一系列操作 它可以使文字描述 表達式 事件等 用戶下訂單 A B C Dispatch aOrder 文字描述 表達式 消息事件 4行為模型 活動圖的主要元素 轉換 當一個活動結束時 控制流會立即傳遞給下一個活動節(jié)點 在活動圖中稱其為轉換 用一條帶箭頭的直線表示 從語義上說 這種轉換稱為無觸發(fā)轉換 一旦前一個動作完成就無條件地轉換到另外一個 4行為模型 分支與監(jiān)護條件 對任何一個控制流而言 都一定會存在分支 循環(huán)等形式的控制流 在活動圖中 采用菱形框表示分支 其包含一個進入轉換 一個或者多個離開轉換 對每個離開轉換都存在一個監(jiān)護條件 用于表示滿足什么條件時執(zhí)行該轉換 需要
19、注意的是 在多個離開條件存在時 應保證各條件不會存在矛盾 否則會使流程出現(xiàn)混亂 活動圖的主要元素 a 0 a 0 a 0 4行為模型 分支與監(jiān)護條件 活動圖的主要元素 a 0 a 0 a 0 雖然在活動圖中沒有提供表示循環(huán)的建模元素 但可以利用分支來實現(xiàn) 循環(huán) 控制流的表示 用戶下訂單 生成送貨單 用戶選擇支付方式 用戶取消或訂單超過時限 訂單取消 收款 No Yes 供應商送貨 修改訂單項狀態(tài) 所有訂單項已送貨完畢 Yes 訂單完成 No 4行為模型 分岔與匯合 活動圖的主要元素 在實際的控制流中 除了順序結構 分支結構和循環(huán)結構外 還可能存在并發(fā)的事件流 在UML中 可以采用一個同步線來說
20、明這些并行控制流的分岔和匯合 分岔 匯合 如圖所示 分岔有一個進入轉換 兩個或者多個離開轉換 匯合有兩個或者多個進入轉換 一個離開轉換 4行為模型 活動圖 帶泳道的活動圖 觀察活動圖時會發(fā)現(xiàn)存在一個問題 上述的活動圖無法顯示業(yè)務活動是由那個對象 類 或者崗位執(zhí)行的 這在需求分析階段重點關注業(yè)務活動不利 為了有效的解決這一問題 可以通過泳道 Swimlane 來實現(xiàn) 4行為模型 泳道將活動圖中的活動化分為若干組 并把每一組指定給負責這組活動的業(yè)務組織即對象 泳道區(qū)分了負責活動的對象 明確地表示了哪些活動是由哪些對象進行的 每個活動只能明確地屬于一個泳道 泳道用垂直實線繪出 垂直線分隔的區(qū)域就是泳
21、道 在泳道上方可以給出泳道的名字或對象 對象類 的名字 該對象 對象類 負責泳道內的全部活動 泳道沒有順序 不同泳道中的活動既可以順序進行也可以并發(fā)進行 動作流和對象流允許穿越分隔線 活動圖 帶泳道的活動圖 4行為模型 活動圖 帶泳道的活動圖 用戶下訂單 生成送貨單 用戶選擇支付方式 用戶取消或訂單超過時限 訂單取消 收款 No Yes 供應商送貨 修改訂單項狀態(tài) 所有訂單項已送貨完畢 Yes 訂單完成 No 確定參與活動的對象主要有用戶 電子商務網(wǎng)站 供應商 4行為模型 活動圖 帶泳道的活動圖 客戶 電子商務網(wǎng)站 供應商 用戶下訂單 用戶選擇支付方式 生成送貨單 用戶取消或訂單超過時限 訂單
22、取消 Yes No 收款 供應商送貨 修改訂單項狀態(tài) 所有訂單項已送貨完畢 Yes No 訂單完成 4行為模型 活動圖 帶對象流的活動圖 對象流是動作狀態(tài)或者活動狀態(tài)與對象之間的依賴關系 表示動作使用對象或者動作對對象的影響 對象流中的對象特點 一個對象可以由多個動作操縱 一個動作輸出的對象可以作為另一個動作輸入的對象 在活動圖中 同一個對象可以多次出現(xiàn) 它的每一次出現(xiàn)表明該對象正處于對象生存期的不同時間點 對象流用帶有箭頭的虛線表示 如果箭頭從動作狀態(tài)出發(fā)指向對象 則表示動作對對象施加了一定的影響 如果箭頭從對象指向動作狀態(tài) 則表示該動作使用對象流所指向的對象 4行為模型 客戶 電子商務網(wǎng)站
23、 供應商 用戶下訂單 用戶選擇支付方式 生成送貨單 用戶取消或訂單超過時限 訂單取消 Yes No 收款 供應商送貨 修改訂單項狀態(tài) 所有訂單項已送貨完畢 Yes No 訂單完成 活動圖 帶對象流的活動圖 aOrder Order new DeliverOrder new DeliverOrder finished 4行為模型 活動圖 帶對象流的活動圖 當 用戶下訂單 時 將創(chuàng)建一個Order類的實例 用于存放訂單的信息 該Order類還包含相應的OrderItem項 當 生成送貨單 時 將根據(jù)Order類的實例 創(chuàng)建多個DeliverOrder 送貨單 的實例 當 修改訂單項狀態(tài) 之后 De
24、liverOrder的狀態(tài)將變成 finished 4行為模型 活動圖 活動的分解 一個活動可以分為若干個動作或子活動 這些動作和子活動本身可以組成一個活動圖 一個包含子活動的活動和嵌套了子狀態(tài)的組合狀態(tài)類似 概念上也相對統(tǒng)一 一個不含內嵌活動或動作的活動稱之為簡單活動 一個嵌套了若干活動或動作的活動稱之為組合活動 組合活動有自己的名字和相應的子活動圖 4行為模型 活動圖 活動的分解 客戶 電子商務網(wǎng)站 供應商 用戶下訂單 用戶選擇支付方式 生成送貨單 用戶取消或訂單超過時限 訂單取消 Yes No 收款 供應商送貨 修改訂單項狀態(tài) 所有訂單項已送貨完畢 Yes No 訂單完成 4行為模型 活
25、動圖 活動的分解 收款 80 折扣 無折扣 vip Yes No 本課主要討論問題 2對象模型 3用例模型 4行為模型 1面向對象分析 5對象約束語言OCL 6面向對象建模 6面向對象建模 1 從用例描述中識別出對象和類 2 分析用例的描述信息 添加類的屬性和類之間的關聯(lián) 3 從用例描述中識別系統(tǒng)行為 4 將系統(tǒng)行為分配給類 5 綜合考慮類的屬性與行為 細化類的職責 建立完全的對象模型 面向對象建模 技術路線 6面向對象建模 實際情況中 分析和設計的制品區(qū)別不僅僅是粗略和細化的問題 也反映了開發(fā)組的習慣和作風 有些項目組在需求工程階段主要關心用例模型 他們將分析做得很簡單 設計很詳細 有的組分
26、析和設計放一塊完成了 我的觀點 如果是大型項目 還是要有區(qū)別 如果是小項目 用例完成后 就開始設計 編碼 分析就免了 僅供參考 6面向對象建模 面向對象分析的結果 建立領域模型 建立行為模型用例模型 類模型順序圖 活動圖 6面向對象建模 建立領域模型發(fā)現(xiàn)對象和類概念類分類列表名詞分析行為分析建立類之間的關聯(lián)添加類的重要屬性 6面向對象建模 建立領域模型 發(fā)現(xiàn)對象和類 如果候選對象既維持一定的狀態(tài) 又依據(jù)狀態(tài)表現(xiàn)一定的行為 那么它就應該是一個獨立存在的對象如果候選對象只有狀態(tài)沒有行為 那么就要分析它的狀態(tài)是否是系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù) 如果系統(tǒng)需要它的狀態(tài)數(shù)據(jù) 那么該候選對象就應該作為其他對象的屬性出現(xiàn)在
27、最終的領域模型當中 否則 該候選對象應該被擯棄如果候選對象只有行為沒有狀態(tài) 那么往往意味著需求信息的遺漏需要注意實體關系建模思想帶來的誤區(qū) 6面向對象建模 概念類分類列表這種方法事先給出一個概念類的分類列表 從中發(fā)現(xiàn)對象 建立領域模型 發(fā)現(xiàn)對象和類 6面向對象建模 概念類分類列表示例 建立領域模型 發(fā)現(xiàn)對象和類 6面向對象建模 名詞分析從文本描述中識別出有關的名詞和名詞短語 然后從中發(fā)現(xiàn)對象 建立領域模型 發(fā)現(xiàn)對象和類 6面向對象建模 建立領域模型 發(fā)現(xiàn)對象和類 6面向對象建模 保證類之間協(xié)作所必需的可見性適當使用問題域內的關聯(lián) 增強領域模型的可理解性要適可而止不要在關聯(lián)的識別上花費太多的時間
28、識別概念類比識別關聯(lián)更加重要避免顯示冗余和導出的關聯(lián) 建立領域模型 類建立類間關系 原則 6面向對象建模 建立領域模型 類建立類間關系 示例 6面向對象建模 建立領域模型 添加類的重要屬性 實現(xiàn)類協(xié)作時必要的信息 是協(xié)作的條件 輸入 結果或者過程記錄使用用戶的描述方式 不進行類型和約束的嚴格定義 6面向對象建模 建立行為模型 建立行為模型建立系統(tǒng)順序圖在需要時建立詳細的交互圖建立用例的狀態(tài)圖或者重要類的狀態(tài)圖建立活動圖為系統(tǒng)行為添加契約說明 6面向對象建模 確定交互圖的上下文環(huán)境上下文環(huán)境的前置條件和后置條件應該被分配給交互圖中的相應行為找出參與交互的對象交互圖中的參與對象 和對象之間的關聯(lián)
29、應該和領域模型中的知識保持一致 根據(jù)發(fā)現(xiàn)的對象 和關聯(lián) 建立交互圖框架添加消息 描述交互行為考慮和系統(tǒng)相關的 系統(tǒng)內的 系統(tǒng)與外部對象之間的 交互行為 忽略那些與系統(tǒng)無關的 外部對象之間的 交互行為 如果建立的是系統(tǒng)順序圖 那么系統(tǒng)內的行為也可以被忽略 進行消息標識 特化圖示等詳細信息的描述 將交互圖的信息補充完整 建立行為模型 建立交互圖 6面向對象建模 建立行為模型 建立交互圖 6面向對象建模 確定活動圖的上下文環(huán)境界定業(yè)務流程的處理界限分析業(yè)務流程中的主要處理步驟分析業(yè)務流程中的主要數(shù)據(jù)流進行職責分配 將業(yè)務流程的處理步驟劃分到不同的泳道 并將處理步驟和數(shù)據(jù)流的傳遞組織起來 建立活動圖添
30、加活動圖的詳細信息 完善活動圖描述 建立行為模型 建立活動圖 6面向對象建模 建立行為模型 建立活動圖 6面向對象建模 不需要為所有的系統(tǒng)行為都定義操作契約 可以有選擇的為其中的一部分系統(tǒng)行為定義操作契約涉及到很多狀態(tài)變化的復雜行為因果關系比較微妙的模糊行為可以從下面幾個角度進行約束的發(fā)現(xiàn)工作 不變量 系統(tǒng)行為中所涉及的敏感狀態(tài) 這些狀態(tài)的改變往往會產(chǎn)生廣泛的連鎖反應不可改變的屬性 不可改變的關聯(lián)關系前置條件 行為發(fā)生和順利完成所需要的系統(tǒng)的狀態(tài)條件合法的參數(shù)有效的狀態(tài)對象的存在狀態(tài) 對象的屬性取值 有效的關聯(lián)關系后置條件 行為順利完成之后引起的系統(tǒng)狀態(tài)改變有效狀態(tài)的改變對象的存在狀態(tài) 對象的
31、屬性取值關聯(lián)關系的改變 建立行為模型 添加契約說明 6面向對象建模 Contract enterItem itemID ItemID quantity integer CrossReferences ProcessSalePrecondition ThereisasaleunderwayPost condition ASalesLineIteminstancessliwascreatedsliwasassociatedwiththecurrentSalesli quantitybecomequantitysliwasassociatedwithaProductSpecification basedonitemIDmatch 建立行為模型 添加契約說明
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