系统建模与 UML

🎯学习目标

• 理解系统建模的概念，掌握统一建模语言 UML 的构成与五种视图；
• 掌握活动图的元素（起点/终点、活动、转移、分支、分叉汇合、泳道、对象流）与建模方法；
• 掌握用例图的参与者、用例及三种关系（包含/扩展/泛化）与用例描述；
• 掌握数据流图 DFD 的四要素与分层画法；
• 掌握类图（属性/操作/可见性、六种关系、多重性）、对象图、构件图、部署图的阅读与构建。

1系统建模与 UML 概述

模型是对现实世界的简化，是对系统完整的抽象表示。建模是在不同层次上对系统的描述——由于建模者认识、观察角度、建模目的不同，同一事物的模型并不唯一。

系统模型——对系统全方位、各个方面、不同角度表示的一个集合。系统建模——对系统建立抽象模型的过程，最终用一组规范化的图形符号对系统进行全方位表示：

UML（统一建模语言）

UML（Unified Modeling Language）是软件和系统开发的标准建模语言，主要以图形方式对系统进行分析、设计，是面向对象开发中最常用的建模语言。

常用建模工具：Rational Rose、MS Visio、PowerDesigner、Argo UML、StarUML、Draw.io 等。

2UML 模型构成与五种视图

UML 模型图的构成（三要素）

按图的作用可分为：功能描述——用例图；静态结构——类图、对象图；动态行为——时序图、状态图、通信图、活动图；物理架构——构件图、部署图。

UML 的五种视图

3活动图（动态视图）

活动图是 UML 动态视图之一，描述参与行为的对象所进行的各种活动的顺序关系，本质上是一种流程图，但有区别：

用途：描述操作执行过程所完成的工作；显示用例实例如何执行动作及改变对象状态；描述哪些步骤顺序执行、哪些并行执行。可用于业务过程、工作流、用例实现乃至程序实现的建模。

活动图基本元素

4用例图 ⭐（核心考点）

用例模型由 Jacobson 等于 1990 年代提出，主要用来为系统与外部参与者之间的交互建模，是"需求收集及整理"的工具。用例体现了能满足系统外部执行者对系统的"某一个完整期望"。

三类基本元素

用例间三种关系（必考）

识别用例的方法

通过六个问题寻找角色：谁使用主要功能、谁需要系统支持完成日常工作、谁维护管理系统、系统应付哪些外部设备、与哪些外部系统交互、谁对系统结果感兴趣。通过两个问题寻找用例：角色需要系统提供哪些功能、角色是否需对信息进行读/创建/修改/删除/存储。也可将活动图中每个"活动"当作"用例"候选。

用例描述

每个功能按一个用例对待，依据用例模板描述，特别强调基本事件流和扩展事件流及子事件流。脚本指贯穿用例的一条单一路径，用例定义可能会发生什么，脚本定义在给定条件下发生了什么。

5数据流图 DFD

DFD（Data Flow Diagram）表达了数据和处理的关系。DFD 设计过程就是将数据和处理逐层分解，形成若干层次的 DFD：顶层图、第一层、第二层、第三层图等。在需求分析中，数据驱动模型用来表示系统中端到端的过程（从输入处理开始到相关输出产生）。

四种基本元素

6类图（静态视图）⭐

UML 中通常用"类图"表达领域模型：分析阶段显示角色和实体职责；设计阶段捕获组成系统体系结构的类结构；编码阶段据此实现系统功能。

类的表示与可见性

类是具有相似结构、行为和关系的一组对象，用三栏矩形表示（类名 / 属性 / 操作）。命名采用 CamelCase（大写字母开头）。

属性格式：[可见性]属性名[:类型]['['多重性[次序]']'][=初始值][{特性}]
操作格式：[可见性]操作名[(参数列表)][:返回类型][{特性}]
例：#visibility:Boolean=false   points:Point[2..* ordered]   +hide():Boolean

类的种类：抽象类（不能实例化，名字用斜体，可实现多态）、接口（无具体实现）、关联类（多对多、属性不属于关联两端任何一个类，用虚线连接）、嵌套类（类定义在另一类内部）。

六种关系 ⭐

多重性

建立类图的步骤

① 分析问题域，确定需求 → ② 寻找类（用例模型中找名词，借助边界类/控制类/实体类）→ ③ 定义属性和操作 → ④ 确定结构关系（泛化、组合聚合、关联依赖实现）→ ⑤ 精化 → ⑥ 绘制类图。

7对象图与包图

对象图

对象图是类图的实例，表示一组对象之间的联系，用于各类系统（信息管理、数据库、Web、实时控制）。表示法：对象名后跟冒号加类型名，并使用下划线与类区分（如 张三:Student）。

• 对象名：矩形框顶端显示；类型：具体的类目；状态：由对象所有属性及运行时当前值组成。
• 链是关联关系的实例，是对象间的独立连接，主要用来导航——链一端的对象可得到另一位置的对象并向其发送消息。

包图

包是 UML 中对模型元素进行组织管理的通用机制，可包含类、用例、接口、组件、节点及其它包等。把语义相近、可能一起变更的元素组织在包里，便于理解复杂系统。

8构件图与部署图（物理实现图）

UML 中的物理实现图包括构件图和部署图两种类型。

构件图

构件图用于静态建模，表示构件类型的组织以及各构件之间的依赖关系，可估计修改构件给系统带来的影响。构件可包括源代码文件、二进制文件、脚本、可执行文件，是系统中可替换的物理部件。

部署图（配置图）

部署图用于静态建模，表示运行时处理节点结构、构件实例及其对象结构，帮助了解软件各组件驻留在什么硬件上及硬件间关系。含依赖关系的构件实例放在不同节点上时，可展示执行瓶颈。部署图通常包含 2 个元素：节点和关联关系。

关联关系：表示各节点间通信路径（一条实线），一般不用名称而用构造型表示连接方式，如 «Ethernet»、«local»、«TCP»、«HTTP» 等。

⭐重点例题

🎯自测（点击展开）

📝强化题库

选择题点选即时判分；填空题输入后"检查"或"显示答案"。