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面向对象建模语言UML

Linux操作系统 作者:大雄45 时间:2020-10-22 09:31:37 0 删除 编辑
导读 自从面向对象编程语言在软件开发中成为主流之后,遵循面向对象技术特点的软件设计工作,也一并发展了起来。
面向对象设计

自从面向对象编程语言在软件开发中成为主流之后,遵循面向对象技术特点的软件设计工作,也一并发展了起来。

首先要提出一个问题,就是设计的工作是要做什么?

它包括的范围其实是很广泛的,从搜集用户需求,进行业务分析,到绘制系统流程图等。可以说,在动手编写代码之前,程序员要做的都属于设计工作。

就像建造房屋一样,先确定要造的房屋类型,然后是选址,设计样式。最后工程师带领施工队按照设计图纸将房子造出来。

而面向对象技术,因为其封装、继承、多态等特点,在对现实世界建模时,可以方便地以自然思维将事物抽象为计算机可处理的数据。关于面向对象技术的详细说明,可参看往期文章学好面向对象编程语言的关键,在于掌握它们的共通结构与特性 。

要做的事情清楚了,思维工具也有了,接下来就是如何将工作成果表述出来。一个相当有力的工具就是统一建模语言(Unified Modeling Language,简称UML),下一节会对其进行入门级的介绍。

最后会以一个示例讲述在面向对象设计中,如何应用UML来完成建模工作。

UML概述

UML虽然也是一门“语言”,但它其实是一套图形化的符号系统。UML最主要的作用,就是在现实世界与程序代码之间建起一座桥梁。

这就是UML的“统一”所要求的,所以它的各种图形都有着严格的定义。包括形状、连接线的方向、方法与属性的标明等。

遵循统一标准的好处,就是方便了沟通。当设计的各个阶段的成果绘制成UML图保存下来时,那么无论是团队内部协作,还是对外交流,大家都省去了学习符号表示法的时间,可以直接掌握设计意图。

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UML 2 定义了13种图形,我们可以了解一下,对于重要的图形,会给出图示。所有图形采用bouml工具绘制。

用例图:表示系统提供的功能和使用者之间的关系。

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用例图

类图:表示类的规格和类之间的关系。

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类图

对象图:表示实例之间的关系。

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对象图

时序图:将实例之间的相互作用表示为时间序列。

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时序图

活动图:表示一系列处理中的控制流程。

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活动图

通信图:将实例之间的相互作用表示为组织结构。

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通信图

状态机图:表示实例的状态变化。

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状态机图

组件图:表示文件和数据库、进程和线程等软件的实现结构。

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组件图

部署图:表示硬件、网络等系统的物理结构。

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部署图

复合结构图:表示具有整体-部分结构的类的运行时结构。

包图:表示包之间的关系。

交互概览图:将根据不同条件执行不同动作的时序图放到活动图中进行表示。

定时图:采用带数字刻度的时间轴来表示实例之间的状态迁移和相互作用。

建模

什么是统一说了,用到的图形语言也说了,最后就得说一说怎么建模了。我们进行面向对象的设计工作,终归是要让计算机来帮助我们处理那些繁琐、重复性的工作。

那么,接下来我们就以一个租车业务为示例,使用UML工具进行设计过程吧。我们模仿实现一个线上租车应用,为了简化讨论,只提及最关键的几个功能点。

业务分析阶段

用户想要租一辆车开,第一步是要先挑选合适的车。例如是城市代步,还是郊游远行等。选好车之后,就是预约下单。用户办理好手续,将车开走使用,最后完成归还手续。

那么,对以上场景分析之后,可以通过活动图把整体流程画出来。

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租车业务整体流程

需求定义阶段

从上述业务分析可知,这个线上租车系统可以承担的自动化工作,包括展示车辆信息,处理预订订单,车辆出库,跟踪车辆行驶情况,以及车辆归还入库这些功能。

使用用例图展示客户与服务提供商可以使用的功能。

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租车业务功能用例

系统设计阶段

系统功能点梳理出来之后,就是对系统中的各个关键对象进行定义。车辆对象(Car)是基本单元,所有的租赁业务都要围绕它展开。接下来是汽车展示对象(ShowCar),它可以从车辆对象取得可供展示的信息,例如车型、厂商、颜色等。

当用户选定车辆之后,就可以执行预订功能。租赁管理对象(RentServer)将会接受订单、收取押金和预付款。用户取车时RentServer则进行出库处理,并通知车辆跟踪对象(TraceCar)持续监控车辆运行情况。

用户使用完,归还车辆时,RentServer则从TraceCar查询车况,确认无误后则执行入库处理,退还用户押金。

据以上描述,我们可以先画出类图。

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租车业务类图

从上图可以看到,Car作为系统的基本单元,被其他类聚合使用。关于聚合,这是一种整体与个体之间的关系,即has-a关系。而组合则要更高一级,是包含关系。例如汽车与发动机就是组合关系,因为离开了发动机,汽车就不可用了。

关联关系则比聚合还要弱一级,但需要注意的是,在程序代码中,关联与聚合的语法是一样的,它们的差异是存在于语义上的。这也是UML设计能比代码包含更多信息的优势。

类图表示的是类之间的静态关系,要看到对象实例之间的消息调用,则还要使用时序图。下面分步骤绘制,先看预订流程的时序图。

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租车预订时序图

接下来是用户归还车辆的时序图。

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归还车辆时序图

对象间的交互已经有了,接下来就是具体方法的实现过程。说明方法的执行过程,使用活动图比较适合。下面选取CheckOut方法,对其绘制活动图进行说明。

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CheckOut流程活动图

至于其他功能,有兴趣的同学们可以自行绘制。实际项目所产出的UML设计,则会复杂得多,但只要掌握好面向对象设计的理念,以及UML工具的图形细节,那么无论是阅读既有设计,还是自己通过绘图表达设计想法,都能够做到得心应手。

原文来自: https://www.linuxprobe.com/modeling-language-uml.html

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