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統(tǒng)一建模語言UML

軟件工程領(lǐng)域在1995年至1997年取得了前所未有的進(jìn)展,其成果超過軟件工程領(lǐng)域過去15年來的成就總和。其中最重要的、具有劃時代重大意義的成果之一就是統(tǒng)一建模語言(UML:Unified Modeling Language)的出現(xiàn)。

在世界范圍內(nèi),至少在近10年內(nèi),UML將是面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。采用UML作為我國統(tǒng)一的建模語言是完全必要的:首先,過去數(shù)十種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言都是相互獨(dú)立的,而UML可以消除一些潛在的不必要的差異,以免用戶混淆;其次,通過統(tǒng)一語義和符號表示,能夠穩(wěn)定我國的面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場,使項(xiàng)目根植于一個成熟的標(biāo)準(zhǔn)建模語言,從而可以大大拓寬所研制與開發(fā)的軟件系統(tǒng)的適用范圍,并大大提高其靈活程度。

統(tǒng)一建模語言（UML）是用來對軟件密集系統(tǒng)進(jìn)行描述、構(gòu)造、視化和文檔編制的一種語言。

首先，也是最重要的一點(diǎn)，統(tǒng)一建模語言融合了Booch、OMT和OOSE方法中的概念，它是可以被上述及其他方法的使用者廣泛采用的一門簡單、一致、通用的建模語言。

其次，統(tǒng)一建模語言擴(kuò)展了現(xiàn)有方法的應(yīng)用范圍。特別值得一提的是，UML的開發(fā)者們把并行分布式系統(tǒng)的建模作為UML的設(shè)計目標(biāo)，也就是說，UML具有處理這類問題的能力。

第三，統(tǒng)一建模語言是標(biāo)準(zhǔn)的建模語言，而不是一個標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)流程。雖然UML的應(yīng)用必然以系統(tǒng)的開發(fā)流程為背景，但根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，不同的組織，不同的應(yīng)用領(lǐng)域需要不同的開發(fā)過程。舉個例子來說，開發(fā)錯綜復(fù)雜的軟件是非常有趣的工作，但開發(fā)這種軟件與構(gòu)造嚴(yán)格實(shí)時的航空電子系統(tǒng)是大不一樣的，后者是性命攸關(guān)的大事。因此我們首先把精力集中在設(shè)計通用的元模型上（統(tǒng)一不同方法的語義），其次是建立通用的表示法（提供對這些語義的形象化的表達(dá)）。雖然UML的開發(fā)者們將繼續(xù)倡導(dǎo)從用例驅(qū)動到體系結(jié)構(gòu)為中心最后反復(fù)改進(jìn)、不斷添加的軟件開發(fā)過程，但實(shí)際上設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)流程并不是非常必要的。

UML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語言。它溶入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。它的作用域不限于支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計,還支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。

面向?qū)ο蠹夹g(shù)和UML的發(fā)展過程可用上圖來表示,標(biāo)準(zhǔn)建模語言的出現(xiàn)是其重要成果。在美國,截止1996年10月,UML獲得了工業(yè)界、科技界和應(yīng)用界的廣泛支持,已有700多個公司表示支持采用UML作為建模語言。1996年底,UML已穩(wěn)占面向?qū)ο蠹夹g(shù)市場的85%,成為可視化建模語言事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1997年11月17日,OMG采納UML 1.1作為基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。UML代表了面向?qū)ο蠓椒ǖ能浖_發(fā)技術(shù)的發(fā)展方向,具有巨大的市場前景,也具有重大的經(jīng)濟(jì)價值和國防價值。

標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的內(nèi)容

首先,UML融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念,而且這些基本概念與其他面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的基本概念大多相同,因而,UML必然成為這些方法以及其他方法的使用者樂于采用的一種簡單一致的建模語言;其次,UML不僅僅是上述方法的簡單匯合,而是在這些方法的基礎(chǔ)上廣泛征求意見,集眾家之長,幾經(jīng)修改而完成的,UML擴(kuò)展了現(xiàn)有方法的應(yīng)用范圍;第三,UML是標(biāo)準(zhǔn)的建模語言,而不是標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)過程。盡管UML的應(yīng)用必然以系統(tǒng)的開發(fā)過程為背景,但由于不同的組織和不同的應(yīng)用領(lǐng)域,需要采取不同的開發(fā)過程。

作為一種建模語言,UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個部分。

(1) UML語義 描述基于UML的精確元模型定義。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說明,使開發(fā)者能在語義上取得一致,消除了因人而異的最佳表達(dá)方法所造成的影響。此外UML還支持對元模型的擴(kuò)展定義。

(2) UML表示法 定義UML符號的表示法,為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號和文本語法為系統(tǒng)建模提供了標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級的模型,在語義上它是UML元模型的實(shí)例。

標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的重要內(nèi)容可以由下列五類圖(共9種圖形)來定義:

·第一類是用例圖,從用戶角度描述系統(tǒng)功能,并指出各功能的操作者。

·第二類是靜態(tài)圖(Static diagram),包括類圖、對象圖和包圖。其中類圖描述系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。不僅定義系統(tǒng)中的類,表示類之間的聯(lián)系如關(guān)聯(lián)、依賴、聚合等,也包括類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(類的屬性和操作)。類圖描述的是一種靜態(tài)關(guān)系,在系統(tǒng)的整個生命周期都是有效的。對象圖是類圖的實(shí)例,幾乎使用與類圖完全相同的標(biāo)識。他們的不同點(diǎn)在于對象圖顯示類的多個對象實(shí)例,而不是實(shí)際的類。一個對象圖是類圖的一個實(shí)例。由于對象存在生命周期,因此對象圖只能在系統(tǒng)某一時間段存在。包由包或類組成,表示包與包之間的關(guān)系。包圖用于描述系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。

·第三類是行為圖(Behavior diagram),描述系統(tǒng)的動態(tài)模型和組成對象間的交互關(guān)系。其中狀態(tài)圖描述類的對象所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件。通常,狀態(tài)圖是對類圖的補(bǔ)充。在實(shí)用上并不需要為所有的類畫狀態(tài)圖,僅為那些有多個狀態(tài)其行為受外界環(huán)境的影響并且發(fā)生改變的類畫狀態(tài)圖。而活動圖描述滿足用例要求所要進(jìn)行的活動以及活動間的約束關(guān)系,有利于識別并行活動。

·第四類是交互圖(Interactive diagram),描述對象間的交互關(guān)系。其中順序圖顯示對象之間的動態(tài)合作關(guān)系,它強(qiáng)調(diào)對象之間消息發(fā)送的順序,同時顯示對象之間的交互;合作圖描述對象間的協(xié)作關(guān)系,合作圖跟順序圖相似,顯示對象間的動態(tài)合作關(guān)系。除顯示信息交換外,合作圖還顯示對象以及它們之間的關(guān)系。如果強(qiáng)調(diào)時間和順序,則使用順序圖;如果強(qiáng)調(diào)上下級關(guān)系,則選擇合作圖。這兩種圖合稱為交互圖。

·第五類是實(shí)現(xiàn)圖( Implementation diagram )。其中構(gòu)件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)及各部件之間的依賴關(guān)系。一個部件可能是一個資源代碼部件、一個二進(jìn)制部件或一個可執(zhí)行部件。它包含邏輯類或?qū)崿F(xiàn)類的有關(guān)信息。部件圖有助于分析和理解部件之間的相互影響程度。

配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)。它可以顯示實(shí)際的計算機(jī)和設(shè)備(用節(jié)點(diǎn)表示)以及它們之間的連接關(guān)系,也可顯示連接的類型及部件之間的依賴性。在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部,放置可執(zhí)行部件和對象以顯示節(jié)點(diǎn)跟可執(zhí)行軟件單元的對應(yīng)關(guān)系。

從應(yīng)用的角度看,當(dāng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計系統(tǒng)時,首先是描述需求;其次根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型,以構(gòu)造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);第三步是描述系統(tǒng)的行為。其中在第一步與第二步中所建立的模型都是靜態(tài)的,包括用例圖、類圖(包含包)、對象圖、組件圖和配置圖等五個圖形,是標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的靜態(tài)建模機(jī)制。其中第三步中所建立的模型或者可以執(zhí)行,或者表示執(zhí)行時的時序狀態(tài)或交互關(guān)系。它包括狀態(tài)圖、活動圖、順序圖和合作圖等四個圖形,是標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的動態(tài)建模機(jī)制。因此,標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML的主要內(nèi)容也可以歸納為靜態(tài)建模機(jī)制和動態(tài)建模機(jī)制兩大類。