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1、第5章 類圖 交互作用圖,授課教師：付 超,內(nèi)容提綱,1. 類圖 2. 交互作用圖,1. 類圖,1.1 類圖 1.2 類圖的劃分 1.3 類圖的應(yīng)用 1.4 對(duì)象圖 1.5 對(duì)象圖的應(yīng)用,1. 類圖,類圖（Class Diagrams） 軟件系統(tǒng)中，類模型和對(duì)象模型揭示了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在UML中，類模型和對(duì)象模型分別由類圖和對(duì)象圖表示。 類圖描述了類集、接口集、協(xié)作以及它們之間的關(guān)系。在類圖基礎(chǔ)上，狀態(tài)圖、協(xié)作圖等進(jìn)一步描述系統(tǒng)其它方面的特征。 類圖可用來為系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)視建模。類圖組成： (1) 類 (2) 接口(操作集合) (3) 協(xié)作 (4) 依賴、類屬、實(shí)現(xiàn)或關(guān)聯(lián)關(guān)系,1.1

2、 類圖,1. 類圖,1. 類圖,含有注釋和約束，還可包含包或子系統(tǒng)，組裝為大模塊,1. 類圖,1. 類圖,組合：整體生命周期,1. 類圖,類圖的劃分 在軟件開發(fā)的不同階段，類圖描述了不同層次的抽象。以需求階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)現(xiàn)階段將類圖劃分為三個(gè)層次： (1) 概念層(Conceptual)類圖描述問題域中的概念(概念模型獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)軟件和程序語言) (2) 說明層(Specification)類圖描述軟件的接口，接口區(qū)別于實(shí)現(xiàn)。,1.2 類圖的劃分,1. 類圖,類圖的劃分 (3) 實(shí)現(xiàn)層(Implementation)揭示軟件的實(shí)現(xiàn)部分(使用的主流) 正確區(qū)分類圖的三個(gè)層次，利于畫類圖

3、和讀懂類圖。 接口：接口因?qū)崿F(xiàn)環(huán)境、運(yùn)行特性或用戶的不同而具有多種實(shí)現(xiàn)。,1.2 類圖的劃分,1. 類圖,類圖的應(yīng)用 在為系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)視建模時(shí)，類圖可用來描述以下三種建模： (1) 為系統(tǒng)的詞匯表建模 確定抽象與系統(tǒng)的界定，即抽象屬于系統(tǒng)或不屬于，規(guī)定抽象及其責(zé)任。 (2) 為簡(jiǎn)單的協(xié)作建模 (a) 確定要與之建模的機(jī)制，機(jī)制代表了需要被模擬的部分系統(tǒng)的功能和行為(由類、接口等交互作用產(chǎn)生),1.3 類圖的應(yīng)用,1. 類圖,類圖的應(yīng)用 (2) 為簡(jiǎn)單的協(xié)作建模 (b) 對(duì)于每個(gè)機(jī)制，確定參與這個(gè)協(xié)作的類、接口和其他動(dòng)作，確定這些元素間的關(guān)系 (c) 根據(jù)協(xié)作的腳本，發(fā)現(xiàn)遺漏的

4、模型部分，以及簡(jiǎn)單的語義錯(cuò)誤 (d) 確定對(duì)象的屬性和操作,公司通過外部銀行發(fā)薪水,1. 類圖,類圖的應(yīng)用 (3) 為邏輯的數(shù)據(jù)庫模式建模 需要在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)持久性信息。 (a) 確定模型中的一些類，這些類的狀態(tài)的存在超過了程序的生命周期 (b) 創(chuàng)建一個(gè)類圖，包含這些類并標(biāo)記為持久類 (c) 擴(kuò)充這些類的結(jié)構(gòu)信息，如屬性、階元 (d) 如有必要，創(chuàng)建中間抽象以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu),1. 類圖,類圖的應(yīng)用 (3) 為邏輯的數(shù)據(jù)庫模式建模 (e) 考慮類的行為，擴(kuò)充對(duì)于數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)完整性很重要的操作(完備性) (f) 如可能，用工具將邏輯設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢碓O(shè)計(jì)(存在一些專門的D

5、B ASSISTANT),1. 類圖,類圖的應(yīng)用 類實(shí)例存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，原型為persistent，一個(gè)ITEM有一個(gè)TITLE，一個(gè)TITLE存在于0-N個(gè)ITEM中。一個(gè)ITEM有0-1個(gè)借閱信息，一條借閱信息僅有一個(gè)ITEM。 一個(gè)TITLE有0-N個(gè)預(yù)訂記錄。一個(gè)借閱人信息有0-N個(gè)預(yù)訂記錄，0-N個(gè)借閱記錄。,1. 類圖,用例與類圖 用例圖實(shí)質(zhì)上是一種系統(tǒng)描述的形式，自然可以根據(jù)用例描述來識(shí)別類。針對(duì)各個(gè)用例，通?？梢愿鶕?jù)如下的問題輔助識(shí)別： (1)用例描述中出現(xiàn)了那些實(shí)體？ (2)用例的完成需要哪些實(shí)體合作？ (3)用例執(zhí)行過程中會(huì)產(chǎn)生并存儲(chǔ)哪些信息？ (4)用例要求

6、與之關(guān)聯(lián)的每個(gè)角色的輸入是什么？ (5)用例反饋與之關(guān)聯(lián)的每個(gè)角色的輸出是什么？ (6)用例需要操作哪些硬設(shè)備？,1. 類圖,選課管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單用例,1. 類圖,選課管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)單用例（屬性和操作）,1. 類圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的參與者為學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員。學(xué)生包括登錄名稱、登錄密碼、學(xué)生編號(hào)、性別、年齡、班級(jí)、年級(jí)、郵箱等屬性。教師包含自己的登錄名稱、登錄密碼、姓名、性別、教授課程、電話號(hào)碼和郵箱等屬性。系統(tǒng)管理員包含系統(tǒng)管理員用戶名、系統(tǒng)管理員密碼、郵箱等屬性。根據(jù)這些信息，創(chuàng)建系統(tǒng)的類圖。,1. 類圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),1. 類圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 將參與者

7、學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員進(jìn)行抽象，形成一個(gè)單獨(dú)的人員類，學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員分別是人員類的繼承。根據(jù)這些信息，重新創(chuàng)建類圖。,1. 類圖,對(duì)象圖（Object Diagrams） 對(duì)象圖模擬類圖中所含有的類的實(shí)例，描述了某一瞬間(具體時(shí)刻)對(duì)象集及對(duì)象間的關(guān)系，主要用來為對(duì)象結(jié)構(gòu)建模。 對(duì)象圖可以看作是類圖的實(shí)例，對(duì)象間的連接是類間關(guān)聯(lián)的實(shí)例。對(duì)象圖中通常含有： (1) 對(duì)象(Objects) (2) 連接(Links),1.4 對(duì)象圖,1. 類圖,對(duì)象圖（Object Diagrams） 對(duì)象圖中含有注釋、約束、包或子系統(tǒng)。描述靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,1. 類圖,對(duì)象圖的應(yīng)用 通常用于

8、為對(duì)象結(jié)構(gòu)建模，可用來可視化、規(guī)范、構(gòu)造、并文檔化系統(tǒng)中特定實(shí)例的存在以及實(shí)例間的關(guān)系。為對(duì)象結(jié)構(gòu)建模時(shí)： (1) 確定要模擬的機(jī)制，機(jī)制代表了所模擬的部分系統(tǒng)的由類、接口等交互作用產(chǎn)生的功能或行為 (2) 對(duì)于每個(gè)機(jī)制，識(shí)別參與這個(gè)協(xié)作的類、接口以及其他元素，并確定這些元素間的關(guān)系,1.5 對(duì)象圖的應(yīng)用,1. 類圖,對(duì)象圖的應(yīng)用 (3) 考慮貫穿這個(gè)機(jī)制的一個(gè)腳本，顯示在腳本的某一時(shí)間點(diǎn)參與這個(gè)機(jī)制的對(duì)象(時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性) (4) 如有必要，揭示每個(gè)對(duì)象的狀態(tài)和屬性值(圖形是否能表示清楚，不至于過于復(fù)雜) (5) 類似地，揭示對(duì)象間的連接，這些連接是關(guān)聯(lián)關(guān)系的實(shí)例,各同類對(duì)象的名稱

9、不同,1. 類圖,2. 交互作用圖,2.1 交互作用圖 2.2 時(shí)序圖 2.3 協(xié)作圖 2.5 語義等價(jià) 2.6 交互作用圖的應(yīng)用,Page 29,UML及其建模工具,2. 交互作用圖,交互作用圖 包括時(shí)序圖和協(xié)作圖，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方面建模。時(shí)序圖和協(xié)作圖以不同的方式表達(dá)了類似的信息。時(shí)序圖描述消息的時(shí)間順序，適合于描述實(shí)時(shí)系統(tǒng)和復(fù)雜的腳本；協(xié)作圖描述對(duì)象間的關(guān)系。兩者在語義上相當(dāng)，彼此轉(zhuǎn)換而不損失信息。 交互作用圖主要組成元素 (1) 對(duì)象 (2) 連接 (3) 消息 包含注釋和約束,2.1 交互作用圖,2. 交互作用圖,時(shí)序圖實(shí)例,2. 交互作用圖,協(xié)作圖實(shí)例,2. 交互作用圖,

10、時(shí)序圖（Sequence Diagrams） 存在兩個(gè)軸，水平軸表示不同的對(duì)象，垂直軸表示時(shí)間。 時(shí)序圖標(biāo)識(shí)元素 (1) 對(duì)象：帶垂直虛線的矩形框 (2) 垂直虛線：對(duì)象的生命線 (3) 對(duì)象間通信：對(duì)象的生命線間畫消息,2.2 時(shí)序圖,2. 交互作用圖,時(shí)序圖實(shí)例,,,2. 交互作用圖,消息 可以是信號(hào)、操作調(diào)用等。當(dāng)收到消息，接收對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)的活動(dòng)，對(duì)象生命線上細(xì)長(zhǎng)矩形框表示對(duì)象激活。 消息以帶標(biāo)簽的箭頭表示，省去序列號(hào)，可帶條件表達(dá)式，即互斥的分支。 時(shí)序圖與協(xié)作圖區(qū)別 (1) 有對(duì)象生命線 垂直的虛線，對(duì)象生命線代表對(duì)象創(chuàng)建直到結(jié)束的生命周期，生命線的終端標(biāo)一個(gè)“X”(

11、對(duì)象此時(shí)被銷毀)。,2. 交互作用圖,時(shí)序圖與協(xié)作圖區(qū)別 (2) 有控制中心 細(xì)長(zhǎng)的矩形，表示對(duì)象直接或通過子過程執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作的時(shí)間段。矩形的頂端和動(dòng)作的開始對(duì)齊，矩形的底部和動(dòng)作的完成對(duì)齊（可以用返回消息來標(biāo)記）。,2. 交互作用圖,時(shí)序圖中的激活,2. 交互作用圖,時(shí)序圖中的消息,2. 交互作用圖,時(shí)序圖與協(xié)作圖區(qū)別 客戶端發(fā)消息給PrintService，Service接著發(fā)消息給Image創(chuàng)建工資單，在建立工資單的打印圖象時(shí)，需要雇員的信息，及工資數(shù)，而后建立打印圖象。最后，Service發(fā)消息到打印接口，打印工資單。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢需求分析 基本工作流程如下：

12、 （1）李老師希望通過系統(tǒng)查詢某名學(xué)生的學(xué)科成績(jī)。 （2）李老師通過用戶界面錄入學(xué)生的學(xué)號(hào)以及學(xué)科科目請(qǐng)求學(xué)生信息。 （3）用戶界面根據(jù)學(xué)生的學(xué)號(hào)向數(shù)據(jù)庫訪問層請(qǐng)求學(xué)生信息。 （4）數(shù)據(jù)庫訪問層根據(jù)學(xué)生的學(xué)號(hào)加載學(xué)生信息。 （5）數(shù)據(jù)庫訪問層根據(jù)學(xué)生信息和學(xué)科科目獲取該名學(xué)生的分?jǐn)?shù)信息。 （6）數(shù)據(jù)庫訪問層將學(xué)生信息和分?jǐn)?shù)信息提供給用戶界面。 （7）用戶界面將學(xué)生信息和分?jǐn)?shù)信息顯示出來。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢確定序列對(duì)象 建模時(shí)序圖的下一步是從左到右布置在該工作流程中所有的參與者和對(duì)象，同時(shí)也包含要添加消息的對(duì)象生命線。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢創(chuàng)建時(shí)序圖,2.

13、 交互作用圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員需要登錄系統(tǒng)才能進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作，如添加教師信息、刪除教師信息等。根據(jù)系統(tǒng)管理員添加教師信息用例，創(chuàng)建相關(guān)時(shí)序圖。,2. 交互作用圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 如果我們單獨(dú)抽象出來一個(gè)數(shù)據(jù)訪問類來進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。那么，根據(jù)系統(tǒng)管理員添加教師信息用例，重新創(chuàng)建相關(guān)序列圖。,2. 交互作用圖,協(xié)作圖 強(qiáng)調(diào)參與交互作用的對(duì)象的組織。描述了交互作用的對(duì)象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)(上下文)，對(duì)象間交換的消息的時(shí)間順序(交互作用) 。 區(qū)別于時(shí)序圖的特點(diǎn) (1) 有路徑：表示對(duì)象間如何連接 (2) 有序列號(hào)：表示消息的時(shí)間順序，如1、1.1、2、3.4，可以是任意深度

14、的嵌套。,2.3 協(xié)作圖,2. 交互作用圖,協(xié)作圖的特點(diǎn) 1. 通過描繪對(duì)象之間消息的傳遞情況來反映具體的使用語境的邏輯表達(dá)。一個(gè)使用情境的邏輯可能是一個(gè)用例的一部分，或是一條控制流。 2. 顯示對(duì)象及其交互關(guān)系的空間組織結(jié)構(gòu)。協(xié)作圖顯示了在交互過程中各個(gè)對(duì)象之間的組織交互關(guān)系以及對(duì)象彼此之間的鏈接。與時(shí)序圖不同，協(xié)作圖顯示的是對(duì)象之間的關(guān)系，并不側(cè)重交互的順序，它沒有將時(shí)間作為一個(gè)單獨(dú)的維度，而是使用序列號(hào)來確定消息及并發(fā)線程的順序。 3. 協(xié)作圖的另外一個(gè)作用是表現(xiàn)一個(gè)類操作的實(shí)現(xiàn)。協(xié)作圖可以說明類操作中使用到的參數(shù)、局部變量以及返回值等。當(dāng)使用協(xié)作圖表現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)行為時(shí)，消息編號(hào)對(duì)應(yīng)了程序

15、中嵌套調(diào)用結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳遞過程。,2. 交互作用圖,創(chuàng)建協(xié)作圖的步驟 (1) 根據(jù)系統(tǒng)的用例或具體的場(chǎng)景，確定協(xié)作圖中應(yīng)當(dāng)包含的元素。 (2) 確定這些元素之間的關(guān)系，可以著手建立早期的協(xié)作圖，在元素之間添加鏈接和關(guān)聯(lián)角色等。 (3) 將早期的協(xié)作圖進(jìn)行細(xì)化，把類角色修改為對(duì)象實(shí)例，并且鏈上添加消息并指定消息的序列。,2. 交互作用圖,2. 交互作用圖,不帶有消息的協(xié)作圖標(biāo)明了交互作用發(fā)生的上下文，而不表示交互。它可以用來表示單一操作的上下文，甚至可以表示一個(gè)或一組類中所有操作的上下文。如果關(guān)聯(lián)線上標(biāo)有消息，圖形就可以表示一個(gè)交互。典型的，一個(gè)交互用來代表一個(gè)操作或者用例的實(shí)現(xiàn),2. 交互

16、作用圖,學(xué)生信息查詢需求分析 基本工作流程如下： （1）李老師希望通過系統(tǒng)查詢某名學(xué)生的學(xué)科成績(jī)。 （2）李老師通過用戶界面錄入學(xué)生的學(xué)號(hào)以及學(xué)科科目請(qǐng)求學(xué)生信息。 （3）用戶界面根據(jù)學(xué)生的學(xué)號(hào)向數(shù)據(jù)庫訪問層請(qǐng)求學(xué)生信息。 （4）數(shù)據(jù)庫訪問層根據(jù)學(xué)生的學(xué)號(hào)加載學(xué)生信息。 （5）數(shù)據(jù)庫訪問層根據(jù)學(xué)生信息和學(xué)科科目獲取該名學(xué)生的分?jǐn)?shù)信息。 （6）數(shù)據(jù)庫訪問層將學(xué)生信息和分?jǐn)?shù)信息提供給用戶界面。 （7）用戶界面將學(xué)生信息和分?jǐn)?shù)信息顯示出來。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢確定協(xié)作圖元素 從已經(jīng)描述的用例中，我們可以確定需要“教師”、“學(xué)生”和“成績(jī)”對(duì)象，我們還要一個(gè)提供教師與系統(tǒng)

17、交互的場(chǎng)所，那么我們需要一個(gè)“用戶界面”對(duì)象?！坝脩艚缑妗睂?duì)象如果要獲取“學(xué)生”和“成績(jī)”對(duì)象的信息，那么我們還需要一個(gè)用來訪問數(shù)據(jù)庫的對(duì)象。將這些對(duì)象列舉到協(xié)作圖中。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢確定元素間的關(guān)系 確定這些對(duì)象之間的連接關(guān)系，使用鏈和角色將這些對(duì)象連接起來。在這一步中，我們基本上可以建立早期的協(xié)作圖，表達(dá)出協(xié)作圖中的元素如何在空間上進(jìn)行交互。,2. 交互作用圖,學(xué)生信息查詢創(chuàng)建協(xié)作圖,2. 交互作用圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員需要登錄系統(tǒng)才能進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作，如添加教師信息、刪除教師信息等。根據(jù)系統(tǒng)管理員添加教師信息用例，創(chuàng)建相關(guān)協(xié)作圖。,2. 交互作用

18、圖,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng) 如果我們單獨(dú)抽象出來一個(gè)數(shù)據(jù)訪問類來進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。那么，根據(jù)系統(tǒng)管理員添加教師信息用例，重新創(chuàng)建相關(guān)協(xié)作圖。與前述的時(shí)序圖進(jìn)行對(duì)比？,2. 交互作用圖,語義等價(jià) 時(shí)序圖與協(xié)作圖在語義上是等價(jià)的，因而它們可以相互轉(zhuǎn)換而不損失信息。但它們顯式地可視化描述了不同的信息，協(xié)作圖顯式描述對(duì)象間如何連接，時(shí)序圖顯式描述對(duì)象間交互消息的時(shí)間順序。 前面描述打印工資單的時(shí)序圖和協(xié)作圖是等價(jià)的，可以相互轉(zhuǎn)換而不損失信息。,2.4 語義等價(jià),2. 交互作用圖,交互作用圖的應(yīng)用 為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方面建模，上下文(建模環(huán)境)可以是整個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)子系統(tǒng)、一個(gè)操作或一個(gè)類，還可為用例的一個(gè)腳本建

19、模。 (1) 按時(shí)間順序?yàn)榭刂屏鹘? (a) 確定交互作用的上下文 (b) 確定參與交互作用的對(duì)象，按重要性從左至右放在時(shí)序圖中 (c) 確定每個(gè)對(duì)象的生命線 (d) 按消息發(fā)生的時(shí)間從上到下放置在生命線間,2.5 交互作用圖的應(yīng)用,2. 交互作用圖,交互作用圖的應(yīng)用 (1) 按時(shí)間順序?yàn)榭刂屏鹘? (e) 如需規(guī)定時(shí)間或空間約束，可為消息附加適當(dāng)?shù)臅r(shí)間或空間約束 (f) 如想更正式地描述這個(gè)控制流，可為每個(gè)消息添加前置條件和后置條件 (2) 按組織結(jié)構(gòu)為控制流建模 (a) 確定交互作用的上下文 (b) 確定參與交互作用的對(duì)象，按重要性由中間到四周放在協(xié)作圖中,2. 交互作用圖,交互作用圖的應(yīng)用 (2) 按組織結(jié)構(gòu)為控制流建模 (c) 確定每個(gè)對(duì)象的初始特性，顯示對(duì)象在交互作用期間發(fā)生的變化，用復(fù)制對(duì)象表示變化后的對(duì)象以區(qū)別于原對(duì)象(體現(xiàn)對(duì)象隨時(shí)間的變化) (d) 確定對(duì)象間的連接 (i) 先布置關(guān)聯(lián)連接 (ii) 再布置其他的連接：按消息發(fā)生的時(shí)間順序確定消息序列號(hào)，可為消息附加適當(dāng)?shù)臅r(shí)間或空間約束，可為消息添加前置條件和后置條件。,2. 交互作用圖,交互作用圖的應(yīng)用 單個(gè)協(xié)作圖只描述一個(gè)控制流。通常，采用多個(gè)交互作用圖來描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，一部分描述主要過程，其它的描述備選過程或例外過程。,