淺析UML在軟件工程中的應(yīng)用

劉秋香 劉振偉

摘要：在軟件工程中，UML的應(yīng)用非常廣泛。UML建模技術(shù)具有可視化、標(biāo)準(zhǔn)化、功能強大、普遍適用等優(yōu)點，能夠貫穿于軟件工程的分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試、運行與維護(hù)等主要階段。軟件建模是開發(fā)優(yōu)秀軟件的一項核心工作，UML使用一些標(biāo)準(zhǔn)的圖形符號為軟件建立模型圖。深入理解UML建模技術(shù)的各種圖及其用途，就可以在軟件工程的各個階段正確應(yīng)用UML模型圖。

關(guān)鍵詞：UML;軟件工程;建模;模型圖

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0075-01

1 背景

UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言）是一種基于面向?qū)ο蟮目梢暬臉?biāo)準(zhǔn)建模語言，具有廣泛適用性。UML采用了一組形象化的圖形符號作為建模語言，通過建立圖形之間的各種關(guān)系來描述模型。

軟件工程是按照工程化的原則和方法組織軟件開發(fā)工作[1]。軟件工程把軟件的生產(chǎn)過程（也稱為軟件生命周期）分為計劃、分析、設(shè)計、實現(xiàn)（編碼）、測試、運行（配置）與維護(hù)等幾個主要階段，并按各個階段進(jìn)行實施。

UML作為一種對軟件系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)約、構(gòu)造、可視化和文檔化的語言[2]，它融入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)，貫穿于軟件工程的各個階段，為之建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型圖。

2 UML建模技術(shù)

UML1.0版于1997年1月發(fā)布，同年12月，UML 1.1版被OMG（對象管理組織）采納為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，之后推出了一系列版本。目前最新版本是2017年推出的UML2.5.1[3]，通用版本是2005年的UML2.0。

UML1系列版本主要包括9種圖：用例圖、類圖、對象圖、順序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖、活動圖、構(gòu)件圖和部署圖。而UML 2.0 包括13種圖，與UML1相比，新增了包圖、復(fù)合結(jié)構(gòu)圖、交互概覽圖、時序圖，并且把原來的協(xié)作圖改名為通信圖、狀態(tài)圖改名為狀態(tài)機圖。

UML語言體系由構(gòu)造塊、規(guī)則和公共機制三個部分構(gòu)成[4]。其中，構(gòu)造塊也稱為構(gòu)造符號，包括事物符號、關(guān)系符號和圖，一些代表實體的事物符號按某種規(guī)則通過關(guān)系符號連接在一起組成圖。下面分別對UML2.0中13種圖的用途進(jìn)行簡要說明。

1）用例圖：描述系統(tǒng)提供的功能單元、用戶與系統(tǒng)如何交互。

2）類圖：描述類、類的特性以及類之間的關(guān)系。

3）對象圖：非正式圖，描述系統(tǒng)在某一個特定時間點上各個對象之間的關(guān)系，是類圖的實例和快照。

4）順序圖：也稱為序列圖，描述各個對象按照時間順序進(jìn)行交互的過程。

5）通信圖：描述對象間通過消息進(jìn)行的交互，強調(diào)對象在交互行為中承擔(dān)的角色。

6）狀態(tài)機圖：描述對象在生命周期內(nèi)，在外部事件作用下的狀態(tài)變換。

7）活動圖：描述多個對象從一個活動到另一個活動的控制流程，通常用于表示單個操作、業(yè)務(wù)用例或商業(yè)過程的邏輯流程。

8）構(gòu)件圖：描述系統(tǒng)中的構(gòu)件、接口及關(guān)系。

9）部署圖：也稱為配置圖描述系統(tǒng)運行時在各個硬件節(jié)點上的軟件部署以及如何彼此通信。

10）包圖：非正式圖，描述包及其關(guān)系，展示系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

11）組合結(jié)構(gòu)圖：描述系統(tǒng)中某一部分（類、構(gòu)件等）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與系統(tǒng)其他部分的交互點。

12）定時圖：也稱為計時圖，描述對象之間的交互，強調(diào)對象處于特定狀態(tài)的時間與觸發(fā)狀態(tài)變化的消息。

13）交互概覽圖：是順序圖與活動圖的混合，一般以活動圖為主線，由順序圖細(xì)化某些活動。

3 軟件工程中的UML

UML可以描述任何類型的系統(tǒng)，具有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域，但最常用的是對各類軟件系統(tǒng)的建模。UML能夠貫穿于軟件工程的分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試、運行與維護(hù)等主要階段，為之建立相應(yīng)的模型圖。

1）分析：包括需求分析和系統(tǒng)分析。需求分析一般利用用例圖和活動圖建模，并編寫用例規(guī)約;系統(tǒng)分析一般是在真實世界中的抽象層面上創(chuàng)建簡單的類圖，也可能會用到簡單的包圖、對象圖、順序圖、通信圖、狀態(tài)機圖等進(jìn)一步描述。

2）設(shè)計：包括概要（總體）設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。概要設(shè)計一般 （下轉(zhuǎn)第89頁）

（上接第75頁）

利用類圖、包圖、狀態(tài)圖、順序圖和通信圖建模，也可能會用到對象圖、狀態(tài)機圖、定時圖、交互概覽圖和細(xì)化的活動圖;詳細(xì)設(shè)計時，可能會對已有模型圖進(jìn)行修改。

3）實現(xiàn)（編碼）：一般利用構(gòu)件圖和部署圖建模，可能會用到組合結(jié)構(gòu)圖和細(xì)化的包圖。

4）測試：包括單元（模塊）測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗收測試。測試階段不再建立新的模型圖，可能會根據(jù)測試情況修改已有模型圖。一般單元測試?yán)妙悎D和順序圖，集成測試?yán)脴?gòu)件圖和通信圖，系統(tǒng)測試?yán)糜美龍D和活動圖，驗收測試則由用戶進(jìn)行。

5）運行和維護(hù)：運行時一般利用部署圖和構(gòu)件圖，維護(hù)時則可能用到各種模型圖。

注意：在哪個階段建立什么模型圖不是絕對的，而且在實際進(jìn)行軟件建模時，幾乎沒有人使用UML標(biāo)準(zhǔn)中定義的所有圖;一般不建議使用對象圖和通信圖。

4 結(jié)束語

UML建模是軟件工程的一項重要內(nèi)容，貫穿于軟件工程的主要階段，通過圖形符號快捷有效地為軟件建立相應(yīng)的模型圖。開發(fā)人員要根據(jù)軟件的實際情況，建立適合的主要的模型圖。

參考文獻(xiàn)：

[1] 刁成嘉. UML系統(tǒng)建模與分析設(shè)計[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2017.

[2] 謝星星. UML基礎(chǔ)與Rose建模實用教程[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2011.

[3] OMG官網(wǎng). ABOUT THE UNIFIED MODELING LANGUAGE SPECIFICATION VERSION 2.5.1[EB/OL]. https：//www.omg.org/spec/UML.

[4] 王先國. UML基礎(chǔ)與建模實踐教程[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2018.