例解基于UML的面向对象分析与设计

例解基于UML的面向对象分析与设计2008-11-0811:16byEricZhang(T2噬菌体),8762visits,网摘,收藏,编辑摘要本文以实例的方式，展示了如何使用UML进行面向对象的分析与设计。本文将假设读者对UML、面向对象等领域的基本内容已了然于胸，所以将不会过多阐述，而将重点放在应用过程上。本文的目的是通过一个完整的实例，展现基于UML的OOA&D过程的一个简化模式，帮助朋友们更好的认识UML在OOA&D中起的作用。前言经常听到有朋友抱怨，说学了UML不知该怎么用，或者画了UML却觉得没什么作用。其实，就UML本身来说，它只是一种交流工具，它作为一种标准化交流符号，在OOA&D过程中开发人员间甚至开发人员与客户之间传递信息。另外，UML也可以看做是OO思想的一种表现形式，可以说“OO是神，而UML是型”。所以，想用好UML，扎实的OO思想基础是必不可少的。然而，在UML应用到开发过程中时，还是有一定的模式可以遵循的。（注意，是模式而不是教条，我下面给出的流程只是一个启发式过程，而不是说一定要遵循这个流程。）下面，我们通过一个CMS系统的分析设计实例，看看如何将UML应用到实际的开发中。从需求到业务用例图OOA&D的第一步，就是了解用户需求，并将其转换为业务用例图。我们的CMS系统需求非常简单，大致课做如下描述：这个系统主要用来发布新闻，管理员只需要一个，登录后可以在后台发布新闻。任何人可以浏览新闻，浏览者可以注册成为系统会员，注册后可对新闻进行评论。管理员在后台可以对新闻、评论、注册会员进行管理，如修改、删除等。通过以上需求描述，我们画出如下的业务用例图：这里要注意三点：1.业务用例是仅从系统业务角度关注的用例，而不是具体系统的用例。它描述的是“该实现什么业务”，而不是“系统该提供什么操作”。例如，在实际系统中，“登录”肯定要作为一个用例，但是这是软件系统中的操作，而用户所关注的业务是不包含“登录”的。2.业务用例仅包含客户“感兴趣”的内容。3.业务用例所有的用例名应该让客户能看懂，如果某个用例的名字客户看不懂什么意思，它也许就不适合作为业务用例。从业务用例图到活动图完成了业务用例图后，我们要为每一个业务用例绘制一幅活动图。活动图描述了这个业务用例中，用户可能会进行的操作序列。活动图有个很重要的使命：从业务用例分析出系统用例。例如，下面是“新闻管理”的活动图：可以看到，一个“新闻管理”这个业务用例，分解出N多系统操作。这里要特别注意这些操作，其中很多“活动”都很可能是一个系统用例（当然，不是每个都是）。例如，由这个活动图可以看出，系统中至少要包含以下备选系统用例：登录、注销登录、查看新闻列表、修改新闻、删除新闻。这样，将每个业务用例都绘制出相应的活动图，再将其中的“活动”整合，就得出所有备选系统用例。从活动图到系统用例图找出所有的备选系统用例后，我们要对他们进行合并和筛选。合并就是将相同的用例合并成一个，筛选就是将不符合系统用例条件的备选用例去掉。一个系统用例应该是实际使用系统的用户所进行的一个操作，例如，“查看新闻列表”就不能算一个系统用例，因为他只是某系统用例的一个序列项。最终我们得出的系统用例图如下：从系统用例图到用例规约得出系统用例图后，我们应该对每一个系统用例给出用例规约。关于用例规约，没有一个通用的格式，大家可以按照习惯的格式进行编写。对用例规约唯一的要求就是“清晰易懂”。下面给出“登录”这个系统用例的一个规约：业务领域类图完成了上面几步，下面应该是绘制业务领域类图了。所谓业务领域类图要描述一下三点：1.系统中有哪些实体。2.这些实体能做什么操作。3.实体间的关系。这里要特别强调：这里的实体不是Actor，而是Actor使用系统时使用的所调用的实体，是处在系统边界之内的实体。例如，管理员就没有作为一个实体出现在这里，因为管理员处在系统边界之外，它所有的工作都可以通过调用这三个类的方法完成。并且，这里的“注册会员”实体也不是刚才用例图中注册会员这个Actor，而是作为一个系统内的业务实体，供Actor们使用的。例如，其中的注册功能是给注册会员这个Actor使用，而移除则是给管理员这个Actor使用的。理解以上这段话非常重要，我经常看到由于混淆了实体和Actor的关系而导致画出的领域类图不准确或职责分配不准确。大家可能还注意到，我们这里没有给出每个实体的属性。其实，在领域分析阶段，实体的属性并不重要，重要的是找出实体的操作。实现类图以上这几步，就是分析的过程。而下面的步骤就是设计了。设计没有分析那么好描述，因为分析是“客户面”，它只关心系统本身的功能和业务，而不关心任何和计算机有关的东西。但是，设计和平台、语言、开发模型等内容关系紧密，因而很难找出一个一致的过程。但是，一般在设计过程中实现类图是要绘制的。实现类图和领域类图不一样，它描述的是真正系统的静态结构，是和最后的代码完全一致的。因此，它和平台关系密切，必须准确给出系统中的实体类、控制类、界面类、接口等元素以及其中的关系。因此，实现类图是很复杂的，而且是平台技术有关的。所以，我在这里不可能给出一个准确的实现类图，不过为了描述，我还是给出一个简化了的实现类图，当然，它是不准确的，而只是从形式上给出实现类图的样子。我们假设这个系统建构于.NET3.5平台上，并且使用ASP.NETMVC作为表示层，整体使用三层架构。那么，用户模块体系的实现类图大体是这样子（不准确）：序列图有了静态结构，我们还要给出动态结构，这样，才能看清系统间的类是如何交互的，从而有效帮助程序员进行编码工作。上图给出的是用户登录的序列图。首先注册会员作为Actor，调用UserController的Login方法启动序列，然后序列按图示步骤执行。其中UserServices作为业务组件，首先调用数据访问组件的GetByName确定用户是否存在，如果存在，再调用GetByNameAndPassword确定输入密码是否是此用户的密码。从而完成业务功能。要注意，序列图在实际中是很多的，几乎每个类方法都配有相应的序列图。最后的步骤在完成了上面的过程后，就可以进行编码、调试、测试等工作了。但这些已经超出了本文讨论的范围。总结本文简要给出了使用UML进行OOA&D的过程。当然，由于示例较小，而且本人水平有限，所以给出的相关内容可能不是很准确。而且软件分析设计本来就不是一个固定模式的过程，随着系统的不同整个过程会有变化。本文只是想起到一个抛砖引玉的作用，让朋友们大致了解UML的使用流程。至于实际的分析设计，还需要深入的学习和实践的积累。正确认识使用UML中的类图——辨析类图的两种存在形式2008-10-2612:04byEricZhang(T2噬菌体),3733visits,网摘,收藏,编辑摘要本文通过对一个“学生选课系统”示例的简要分析与设计，说明UML图之一类图的两种作用及存在形式，以期借此澄清有些朋友可能对类图存在的误解与困惑。前言在OOA与OOD大行其道的今天，UML在系统分析与设计中得到了广泛的采用。而在UML的9种图中，类图是最重要也是使用最普遍的图之一。但是，在与一些朋友，特别是初学者的聊天当中，我发现很多朋友对类图的作用及使用方法存在一定的误解和困惑。于是我写下这篇文章，希望本文能在一定程度上帮助这些朋友更好的认识和使用类图。当然，由于我对UML的认识并不很深刻，所以在文章中有错误和疏漏之处，恳请大家批评指正。AvsD要想正确认识与使用类图，我们首先要正确认识两个概念——“A”和“D”。A是Analyse的缩写，即我们所说的“分析”；而D是Design的缩写，即“设计”。一般来说，一个系统在编码前，都要经过分析与设计两个步骤。而对这两个概念认识的模糊不清，正是导致很多朋友无法正确使用类图的原因。分析，我对其的解释是：根据用户的需求，做出一系列与业务领域相关而和计算机技术无关的整理与识别。很多朋友有个错误的认识，认为软件开发工作一定要由懂计算机的人完成，不懂计算机的人怎么能进行软件开发呢？当然，对于设计和编码等工作，当然是这样，但是唯有“分析”这一工作，可以由完全不懂计算机的人来进行，甚至从某种程度上说，不懂计算机的人更适合做软件分析师的工作。因为想要把分析做好，一定要仅与业务相关，而抛开具体技术。一个满脑子计算机技术的程序员去做分析时，很容易想到编码、实现、平台、数据库设计等具体细节，这种思维形式恰恰成为做好分析的最大障碍。此为误解一：只有懂计算机技术的人才能做系统分析师。我现在所在的研究所（北京航空航天大学计算机学院软件工程研究所）曾经接过一个日本项目，当时日方那边派来一个系统分析师对计算机就完全是外行，而是一个领域专家，但是他很好的完成了系统分析的工作。另外一个误解就是UML图，特别是类图，就是给开发人员用的。很多人觉得UML是计算机业内专业语言，不懂计算机的怎么能用它呢？用了做什么呢？但是很多不懂计算机的系统分析师在进行分析工作时，也在使用UML图，而类图就是其中一种。一般情况下，分析师在进行分析时，确实会绘制一套类图。但是，它所画的类图不管是从视角还是作用，与设计师所做的类图是不同的，具体将在下面介绍。此为误解二：只有计算机人士才使用UML图。分析说完了，下面说设计。与分析不同，我对设计的解释是：根据分析材料与技术平台，确定软件系统的架构结构、编码方式及一切与具体技术有关的宏观问题。这里可以看到，设计与分析不同，它必须由计算机方面的人来完成，因为它和具体技术是息息相关的。而且，设计师在进行设计时，也会绘制一套类图。到这里，我们明确了，原来软件在分析与设计两个阶段各自会绘制一套类图，而且是由分析师和设计师两个不同的角色绘制的。那么这两套类图有什么异同呢？下面将解释这个问题。领域类图vs实现类图上文提到，在软件分析与设计过程中，会由两种角色产生两套类图。一般情况下，分析师绘制的类图叫做“领域类图”，而设计师绘制的类图叫做“实现类图”。这里要声明，这两个名词是我的习惯性叫法，并不是大家都认同的通用叫法。下面，我对这两种类图给出我的定义：领域类图：产生于分析阶段，由系统分析师绘制，主要作用是描述业务实体的静态结构，包括业务实体、各个业务实体所具有的业务属性及业务操作、业务实体之间具有的关系。虽然这个类图也叫“类图”，但是说实话，它和编程中的“类”实在是没啥关系，因为最后的系统中可能根本没有类和它们对应，而且很多最后系统中的类如控制类和界面类这套类图中也没有。也就是说这套图和具体技术无关，也不是画给程序员看的，它只是表达业务领域中的一个静态结构。下面给个例子：这是一个选课系统的简单领域分析类图。可以看到，主要实体有教师、学生、课程和开课安排。每个实体标注了其在业务上具有的属性和方法。而且图中还标明了实体间的关系。但是，最终系统中可能没有一个学生类和其对应。因为最终系统中有哪些类、各个类有什么属性、方法依赖于所选择的平台和架构。例如，如果使用了Struts2，则会存在很多Action类，而使用了ASP.NETMVC，则会有很多Controller类等，所以，领域类图只于业务有关，和具体实现及编码等计算机技术无关。下面该说说实现类图了：实现类图：产生于设计阶段，由系统设计师绘制，其作用是描述系统的架构结构、指导程序员编码。它包括系统中所有有必要指明的实体类、控制类、界面类及与具体平台有关的所有技术性信息。就像上面的领域类图，如果你把它交给程序员编码，我想程序员会疯掉，因为它没有提供任何编码的依据。假如我们使用的是.NET平台分层架构，并使用ASP.NETMVC，则设计师应该在实现类图中绘制出所有的实体类、数据访问类、业务逻辑类和界面类，界面类又分为视图类、控制器类等等，还要表示出IoC和Aop等信息，并明确指出各个类的属性、方法，不能有遗漏，因为最终程序员实现程序的依据就是实现类图。总结最后，我们总结一下本文的要点：1.软件分析与设计是编码前的两个阶段，其中分析仅与业务有关，而与技术无关。设计以分析为基础，主要与具体技术有关。2.分析阶段由分析师绘制领域类图，设计阶段