UML系統(tǒng)分析與設(shè)計教程(第2版) 課件 第2章 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計方法

UML系統(tǒng)分析與設(shè)計SystemAnalysis&Design

第二章面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計方法OOA／OOD方法OMT方法Booch方法OOSE方法Fusion方法UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi2面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計方法20世紀90年代，一批新的面向?qū)ο蟮姆椒ǔ霈F(xiàn)了，其中最引人注目的是Booch方法、OOSE方法和OMT方法等GrandyBooch是面向?qū)ο蠓椒ㄗ钤绲某珜?dǎo)者之一，他提出了面向?qū)ο筌浖こ痰母拍頡umbaugh等人采用了面向?qū)ο蟮母拍?，引入各種獨立于語言的表示符，用對象模型、動態(tài)模型和功能模型來共同完成對整個系統(tǒng)的建模UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi3OOA/OOD方法OOA/OOD（Object-OrientedAnalysis/Object-OrientedDesign，面向?qū)ο蠓治?面向?qū)ο笤O(shè)計）方法是由Coad和Yourdon于1991年提出來的。與傳統(tǒng)分析方法相比，OOA／OOD方法的優(yōu)勢：可以處理更有挑戰(zhàn)性的問題域。改善了分析人員與問題領(lǐng)域?qū)＜业慕涣?。通過分析、設(shè)計和編程增加內(nèi)部的一致性。顯式地表示類和對象間的共性?？梢越⒂袕椥缘囊?guī)范。OOA（面向?qū)ο蠓治觯?、OOD（面向?qū)ο箝_發(fā)）和OOP（面向?qū)ο缶幊蹋┑慕Y(jié)果可重用。為分析、設(shè)計和編程提供一致的基本表示。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi4OOA/OOD方法在分析階段建立的OOA模型由5層組成：主題層（ASubjectLayer） 類和對象層（AClass&ObjectLayer）結(jié)構(gòu)層（AStructureLayer）屬性層（AnAttributeLayer）服務(wù)層（AServiceLayer）OOD部分為上述五層添加了4個不同的組件：人機交互組件（HumanInteractionComponent）問題域組件（ProblemDomainComponent）任務(wù)管理組件（TaskManagementComponent）數(shù)據(jù)管理組件（DataManagementComponent）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi5OOA/OOD方法OOD階段擴充了OOA階段創(chuàng)建的5層，將OOA階段產(chǎn)生的結(jié)果在OOD階段放入組件中，如圖所示。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi6OOAOOA的過程如下：1．識別問題域中的類和對象在這個步驟中，分析人員通過對問題域深入地分析和理解，識別出組成系統(tǒng)核心的、相關(guān)的、穩(wěn)定的類和對象。識別類和對象的第1步是研究問題域，可以通過審視下列選項來發(fā)現(xiàn)可能的類和對象。?結(jié)構(gòu)。 ?其他系統(tǒng)。?設(shè)備。 ?被記住的事情或事件。?所扮演的角色。 ?操作的程序。?地點（物理位置）。 ?有組織的單元。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi7OOA2．確定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可以分為兩種，即“一般－特殊”結(jié)構(gòu)（Gen-SpecStructures）和“整體－部分”結(jié)構(gòu)（Whole-PartStructures）。在找出“一般－特殊”結(jié)構(gòu)和“整體－部分”結(jié)構(gòu)后，就可以識別出多重結(jié)構(gòu)，因為多重結(jié)構(gòu)是“一般－特殊”結(jié)構(gòu)和“整體－部分”結(jié)構(gòu)的各種組合。識別出多重結(jié)構(gòu)后，將結(jié)構(gòu)添加到OOA圖中。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi8OOA3．確定主題在這個步驟中，將模型分解為更易管理和理解的主題域，可降低所產(chǎn)生模型的復(fù)雜性。4．定義屬性在識別出屬性后，就可以識別出對象間的實例連接（InstanceConnections）。首先對識別出的屬性和實例連接進行檢查，然后規(guī)定其屬性，最后將屬性和實例連接添加到OOA圖中。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi9OOA5．定義服務(wù)在識別出服務(wù)后，可以識別出消息連接（MessageConnections），然后規(guī)定服務(wù)，并將服務(wù)和消息連接添加到OOA圖中。6．準備文檔OOA部分的最后一步是整理OOA文檔。主要文檔包括：完整的OOA圖。類和對象的規(guī)格定義。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi10OODOOD的過程如下：1．設(shè)計問題域組件設(shè)計問題域組件的步驟如下：尋找可以被重用的、以前的設(shè)計和類。添加根類，并將特定于問題域的類分組。抽象出公共服務(wù)，建立并添加父類。改變問題域模型以改善性能。審查添加到OOA模型中的細節(jié)。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi11OOD2．設(shè)計人機交互組件設(shè)計人機交互組件需要使用原型開發(fā)。在完成原型開發(fā)后，通過原型來檢查人機交互組件是否滿足下述標準。人機交互作用的一致性。操作步驟的最少化。及時地給予用戶有意義的反饋。提供撤銷功能。不要依賴用戶的記憶力去記住某些東西。掌握軟件所花費的學(xué)習(xí)時間盡量少。對用戶來說，軟件的樂趣和吸引力也是很重要的。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi12OOD3．設(shè)計任務(wù)管理組件首先，需要確定系統(tǒng)是否需要任務(wù)。如果不需要，就不必設(shè)計任務(wù)，因為任務(wù)會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。任務(wù)可以分為以下4種：由事件觸發(fā)的事件驅(qū)動任務(wù)（Event-DrivenTasks）。由特定的時間間隔觸發(fā)的時鐘驅(qū)動任務(wù)（Clock-DrivenTasks）。優(yōu)先級任務(wù)（PriorityTasks）。關(guān)鍵任務(wù)（CriticalTasks）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi13OOD4．設(shè)計數(shù)據(jù)管理組件首先，要確定數(shù)據(jù)管理的途徑，即采用平面文件（FlatFile）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RelationalDatabaseManagementSystem）還是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Object-OrientedDatabaseManagementSystem）。其次，根據(jù)所選途徑，應(yīng)用一系列標準進行評價并選擇可能的數(shù)據(jù)管理工具。最后，根據(jù)所選的途徑和工具設(shè)計數(shù)據(jù)管理組件，包括設(shè)計數(shù)據(jù)格式和相應(yīng)的方法。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi14OMT方法對象模型技術(shù)（ObjectModelingTechnique，OMT）是由Rumbaugh等提出的，是一種現(xiàn)今非常流行的面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)。其目的是構(gòu)造一系列模型，并用這些模型不斷地對系統(tǒng)設(shè)計進行細化，直到找到最后適合實現(xiàn)的模型。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi15OMT方法使用OMT方法的面向?qū)ο箝_發(fā)過程可分為5步，如圖所示。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi16（1）分析。分析問題域并進行建模。（2）系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)的整體體系結(jié)構(gòu)。（3）對象設(shè)計。為了有效地實現(xiàn)系統(tǒng)，對對象結(jié)構(gòu)進行細化，并為對象添加細節(jié)。（4）編碼。用目標編程語言實現(xiàn)對象和類。（5）測試。驗證系統(tǒng)是否正確。OMT方法—分析分析過程可分為下述5個步驟：1．編寫問題陳述（ProblemStatement）構(gòu)造分析模型是從為問題域編寫問題陳述開始的。2．建立對象模型（ObjectModel）建立對象模型的步驟如下：（1）識別出類和對象。（2）丟棄不必要和不正確的類。（3）準備數(shù)據(jù)詞典。（4）識別出類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。（5）丟棄不必要的和不正確的關(guān)聯(lián)。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi17OMT方法—分析建立對象模型的步驟如下：（接上頁）（6）抽象出類和對象的屬性。（7）丟棄不必要或不正確的屬性。（8）使用繼承關(guān)系來建立類之間的層次關(guān)系。（9）遍歷訪問路徑，找出不足。3．建立動態(tài)模型（DynamicModel）動態(tài)模型主要描述了隨著時間的變化而變化的對象及對象間的關(guān)系，動態(tài)模型對于具有重要動態(tài)行為的系統(tǒng)（例如，交互式系統(tǒng)和實時系統(tǒng)）尤其重要。動態(tài)模型描述了系統(tǒng)的可能控制流，而對象模型描述了可能的信息流。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi18OMT方法—分析4．建立功能模型（FunctionalModel）功能模型完全由數(shù)據(jù)流圖和約束組成，而數(shù)據(jù)流圖由過程、數(shù)據(jù)流、參與者和數(shù)據(jù)存儲組成。其中，一個過程將輸入數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)值。5．細化對象模型、動態(tài)模型和功能模型，并建立文檔當(dāng)分析完成后，要驗證分析模型是否滿足系統(tǒng)最初的需求，這個活動需要該問題領(lǐng)域的專家參與，以檢驗產(chǎn)生的分析模型。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi19OMT方法—系統(tǒng)設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計階段，主要確定系統(tǒng)的高層次結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)設(shè)計階段，需要做出如下決策：1．將系統(tǒng)劃分為子系統(tǒng)對于每個子系統(tǒng)，都必須建立該子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的定義良好的接口，接口的建立使得不同子系統(tǒng)的設(shè)計可以獨立進行。如果必要，還可以不斷地將子系統(tǒng)進一步分解為更小的子系統(tǒng)，直到將子系統(tǒng)分解為模塊。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi20OMT方法—系統(tǒng)設(shè)計2．識別并發(fā)首先要識別出系統(tǒng)固有的并發(fā)，可以通過分析狀態(tài)圖來完成這個任務(wù)。為了定義并發(fā)任務(wù)，需要檢查系統(tǒng)中不同的、可能的控制線程，并將這幾個控制線程合并為一個。3．將子系統(tǒng)和任務(wù)分配給處理器將子系統(tǒng)分配給處理器是從估計所需要的硬件資源開始的，同時設(shè)計者還必須決策哪個子系統(tǒng)由硬件實現(xiàn)，哪個子系統(tǒng)由軟件實現(xiàn)。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi21OMT方法—系統(tǒng)設(shè)計4．選擇實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的策略在設(shè)計的這個階段，必須完成關(guān)于數(shù)據(jù)庫的決策，即決定是使用文件還是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)。5．識別出全局資源，并確定控制訪問全局資源的機制必須明確定義對全局資源（如物理單元、邏輯名和共享數(shù)據(jù)等）的使用和訪問。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi22OMT方法—系統(tǒng)設(shè)計6．選擇實現(xiàn)軟件控制的方法用軟件實現(xiàn)控制又分為外部控制和內(nèi)部控制兩種。外部控制（ExternalControl）是系統(tǒng)中對象間的外部可見的事件流。內(nèi)部控制（InternalControl）是進程內(nèi)的控制流，可以被看作是程序語言中的過程調(diào)用。7．考慮邊界條件描述各種邊界條件也是很重要的，包括如下內(nèi)容：?系統(tǒng)的初始化。

?系統(tǒng)的結(jié)束。?系統(tǒng)的失敗。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi23OMT方法—系統(tǒng)設(shè)計8．建立折中的優(yōu)先級系統(tǒng)的所有目標并不是都可以達到，所以要分析系統(tǒng)的所有目標，然后進行折中，為不同的目標設(shè)置不同的優(yōu)先級。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi24OMT方法—對象設(shè)計在對象設(shè)計（ObjectDesign）階段，要對類、關(guān)聯(lián)、屬性和操作進行充分、詳細的規(guī)定。對象設(shè)計的步驟如下：1．對象模型可以從其他模型獲取操作對于獲得對象模型的操作，必須結(jié)合3個模型，為功能模型中的每個過程和動態(tài)模型中的每個事件定義操作。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi25OMT方法—對象設(shè)計2．設(shè)計算法實現(xiàn)操作步驟如下：（1）選擇使實現(xiàn)操作的代價最小的算法。（2）選擇適合該算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（3）如果必要，定義新的內(nèi)部類和操作。（4）將沒有明確與某個類相關(guān)的操作分配給正確的類。3．優(yōu)化訪問數(shù)據(jù)的路徑UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi26OMT方法—對象設(shè)計4．控制的實現(xiàn)使用系統(tǒng)設(shè)計階段選擇的策略實現(xiàn)狀態(tài)圖。5．調(diào)整類結(jié)構(gòu)，并增加繼承6．設(shè)計關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)首先要分析怎樣使用關(guān)聯(lián)，然后確定關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)策略。7．確定對象屬性的準確表達8．用模塊封裝類和關(guān)聯(lián)UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi27OMT方法—實現(xiàn)實現(xiàn)（Implementation）是將設(shè)計模型轉(zhuǎn)變?yōu)榇a的過程。由于較困難的決策都已在設(shè)計階段完成，所以將設(shè)計模型轉(zhuǎn)變?yōu)榇a的實現(xiàn)是直接的、簡單的。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi28OMT方法—測試測試（Testing）用來驗證系統(tǒng)是否被正確實現(xiàn)。在分析和設(shè)計階段也部分涉及實現(xiàn)和測試活動，也就是說，分析、設(shè)計、實現(xiàn)和測試在增量式的開發(fā)中是交錯進行的活動。測試可能會在不同的層次上進行，例如，可以有單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi29OMT方法—模型OMT方法通過3個模型——對象模型、動態(tài)模型和功能模型來可視化地定義一個系統(tǒng)。1．對象模型（ObjectModel）對象模型描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，還描述了系統(tǒng)中的類以及類間的關(guān)系、類的屬性和操作。2．動態(tài)模型（DynamicModel）動態(tài)模型描述了系統(tǒng)的主要行為，它主要描述了問題域中發(fā)生了什么、什么時候發(fā)生的以及有什么結(jié)果。3．功能模型（FunctionalModel）功能模型描述了如何實現(xiàn)系統(tǒng)功能。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi30Booch方法UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi31Booch方法是最早被承認的面向?qū)ο笤O(shè)計方法之一。提出了面向?qū)ο箝_發(fā)的4個模型描述邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯模型（LogicalModel）描述物理結(jié)構(gòu)的物理模型（PhysicalModel）描述靜態(tài)語義的靜態(tài)模型（StaticModel）描述動態(tài)語義的動態(tài)模型（DynamicModel）Booch方法Booch方法區(qū)分了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，不但描述了靜態(tài)語義，還描述了動態(tài)語義。Booch方法的開發(fā)過程是一個迭代的、漸進式的系統(tǒng)開發(fā)過程。Booch方法的面向?qū)ο箝_發(fā)過程可以分為宏過程（MacroProcess）和微過程（MicroProcess）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi32Booch方法宏過程充當(dāng)微過程的控制框架，它代表了整個開發(fā)隊伍幾個月或幾個星期所進行的活動。宏過程包含如下5個活動：1．概念化（Conceptualization）概念化的目的是試圖建立系統(tǒng)的核心需求。概念化是個非常有創(chuàng)造性的過程，所以沒有嚴格的開發(fā)規(guī)則。原型是概念化的主要產(chǎn)品。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi33Booch方法2．分析（Analysis）分析的目的是通過識別出構(gòu)成問題域詞匯表的類和對象來為系統(tǒng)建立模型，它強調(diào)系統(tǒng)的行為。3．設(shè)計（Design）設(shè)計的目的是建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計可以被分為體系結(jié)構(gòu)規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)設(shè)計和版本規(guī)劃。體系結(jié)構(gòu)規(guī)劃的目的是在生命周期的早期創(chuàng)建一個特定于域的應(yīng)用程序框架，這個框架可以被不斷地細化，它包括設(shè)計整個系統(tǒng)的層次和劃分。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi34Booch方法4．進化（Evolution）進化由微過程的應(yīng)用和變化管理組成。微過程的應(yīng)用是從對下一個版本的需求分析開始的，然后設(shè)計系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)類和對象。進化的主要產(chǎn)品是一系列的軟件可執(zhí)行版本，這些版本是對體系結(jié)構(gòu)第一個版本的不斷細化而產(chǎn)生的。5．維護（Maintenance）維護階段的目的是管理軟件的交付使用，這個階段是進化階段的繼續(xù)。在這個階段，需要進行系統(tǒng)的本地化以及消除錯誤等工作。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi35Booch方法微過程由4個重要的、無時間順序的活動組成，它故意模糊了傳統(tǒng)的分析與設(shè)計方法中的階段，過程是由時機來控制的。1．在給定的抽象層次上識別出類和對象這一步要對問題域和系統(tǒng)需求進行分析以識別出類和對象，這依賴于適當(dāng)?shù)男枨蠓治?。可以通過面向?qū)ο蠓治?、行為分析、用例分析等分析方法來識別類和對象。這個步驟產(chǎn)生了候選類和對象的數(shù)據(jù)詞典，以及描述對象行為的文檔。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi36Booch方法2．識別出這些類和對象的語義這一步的目的是為從前一階段中識別出的每個抽象設(shè)立狀態(tài)和行為。在這個階段要執(zhí)行3個動作，即編制故事板（Storyboarding）、孤立類設(shè)計（IsolatedClassDesign）和模式抽?。≒atternScavenging）。3．識別出類間和對象間的關(guān)系識別出類間和對象間關(guān)系的目的是確定每個抽象的邊界，并識別出協(xié)作的類和對象。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi37Booch方法4．實現(xiàn)類和對象在分析階段，實現(xiàn)類和對象的目的是細化已存在的抽象，并在下一個抽象層次上找出新的類和對象。通過上述步驟，設(shè)計者可以得到如下產(chǎn)物。類圖（ClassDiagram）。對象圖（ObjectDiagram）。狀態(tài)躍遷圖（StateTransitionDiagram）。交互作用圖（InteractionDiagram）。模塊圖（ModuleDiagram）。進程圖（ProcessDiagram）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi38OOSE方法OOSE方法是由Jacobson于1994年提出的，它組合了3種已經(jīng)被使用了很長時間的技術(shù)。OOSE方法是所謂的用例驅(qū)動的方法（UseCaseDrivenApproach），在這個方法中，用例模型充當(dāng)可以導(dǎo)出所有其他模型的中心模型。OOSE方法的一個很大貢獻是引入了用例的概念。OOSE過程可以分為3個階段：分析階段構(gòu)造階段測試階段UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi39OOSE方法—分析階段在分析階段產(chǎn)生兩種模型，即需求模型（RequirementsModel）和分析模型（AnalysisModel）。需求模型從用戶的角度描述了系統(tǒng)的所有功能需求，以及系統(tǒng)被最終用戶使用的方式。需求模型為系統(tǒng)確定了邊界，定義了功能。需求模型由下述3個部分組成。1．用例模型2．問題域?qū)ο竽Ｐ停≒roblemDomainObjectModel）問題域?qū)ο竽Ｐ兔枋隽讼到y(tǒng)的邏輯視圖。3．接口描述（InterfaceDescriptions）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi40OOSE方法—構(gòu)造階段構(gòu)造階段可以分為兩步，即設(shè)計（Design）和實現(xiàn)（Implementation）。1．設(shè)計在這個階段，設(shè)計模型細化分析模型，使模型適合于實現(xiàn)環(huán)境。設(shè)計模型由交互作用圖（InteractionDiagram）和狀態(tài)躍遷圖（StateTransitionGraphs）組成。2．實現(xiàn)在這一階段，用編程語言實現(xiàn)每個對象。通常，使用者不必等到整個設(shè)計模型都完成后再進行系統(tǒng)實現(xiàn)，可以在設(shè)計模型部分完成的情況下就開始實現(xiàn)系統(tǒng)。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi41OOSE方法—測試階段測試用來驗證開發(fā)完成的軟件系統(tǒng)是否滿足要求。測試有自己的生命周期，一般是從測試計劃開始，以測試報告結(jié)束。測試的步驟如下：1．測試計劃制定測試計劃是為了使測試活動的規(guī)劃變得容易，并為測試提供參考2．測試規(guī)范測試規(guī)范確定要進行哪種測試以及測試例子。3．測試報告根據(jù)測試規(guī)范進行測試，如果測試通過就不用再進行更多的測試；如果測試失敗，則對失敗原因進行分析。在測試階段，先進行單元測試，再進行系統(tǒng)測試。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計第2版ZhenyanJi42Fusion方法Fusion方法受到了下面的方法或技術(shù)影響：OMTFusion方法中的對象模型與OMT方