软件需求分析中UML（统一建模语言）的基本概念和相关知识

UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）

UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，它的作用域不限于支持OOA和OOD，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。

1、UML结构：包含构造块、规则和公共机制三个部分

（1）构造块：UML 有三种基本的构造块，分别是事物（thing）、关系（relationship）和图（diazram）。事物是 UML的重要组成部分，关系把事物紧密联系在一起，图是多个相互关联的事物的集合；

（2）规则：规则是构造块如何放在一起的规定，包括为构造块命名;给一个名字以特定含义的语境，即范围；怎样使用或看见名字，即可见性；事物如何正确、一致地相互联系，即完整性；运行或模拟动态模型的含义是什么，即执行；

（3）公共机制：公共机制是指达到特定目标的公共UML方法，主要包括规格说明（详细说明）、修饰、公共分类（通用划分）和扩展机制四种。

2、UML事物

UML中的事物也称为建模元素，包括结构事物（structural things）、行为事物（behavioral things，也称动作事物）、分组事物（grouping things）和注释事物（annotational things，也称注解事物），这些事物是UML模型中最基本的OO构造块。

（1）结构事物：结构事物在模型中属于最静态的部分，代表概念上或物理上的元素。UML有七种结构事物，分别是类、接口、协作、用例、活动类、构件和节点；

（2）行为事物：行为事物是 UML模型中的动态部分，代表时间和空间上的动作。UML有两种主要的行为事物，第一种是交互（内部活动），交互是由一组对象之间在特定上下文中，为达到特定目的而进行的一系列消息交换而组成的动作。交互中组成动作的对象的每个操作都要详细列出，包括消息、动作次序（消息产生的动作）、连接（对象之间的连接）；第二种是状态机，状态机由一系列对象的状态组成；

（3）分组事物：分组事物是 UML模型中组织的部分，可以把它们看成是个盒子，模型可以在其中进行分解。UML只有一种分组事物，称为包。包是一种将有组织的元素分组的机制。与构件不同的是，包纯粹是一种概念上的事物，只存在于开发阶段，而构件可以存在于系统运行阶段；

（4）注释事物：注释事物是UML模型的解释部分。

3、UML中的关系

UML用关系把事物结合在一起，主要有下列四种关系:

（1）依赖（dependency）：依赖是两个事物之间的语义关系，其中一个事物发生变化会影响另一个事物的语义；

（2）关联（association）：关联描述一组对象之间连接的结构关系；

（3）泛化（generalization）：泛化是一般化和特殊化的关系，描述特殊元素的对象可替换一般元素的对象；

（4）实现（realization）：实现是类之间的语义关系，其中的一个类指定了由另一个类保证执行的契约。

4、UML2.0中的图

UML2.0包括14种图，分别为类图（class diagram）、对象图（object diagram）、构件图（component diagram）、组合结构图（composite structure diagram）、用例图（use case diagram）、顺序图（sequence diagram）、通信图（communication diagram）、定时图（timing diagram）、状态图（state diagram）、活动图（activity diagram）、部署图（deployment diagram）、制品图（artifact diagram）、包图（package diagram）、交互概览图（interaction overview diagram）。

5、UML视图

UML对系统架构的定义是系统的组织结构，包括系统分解的组成部分，以及它们的关联性、交互机制和指导原则等提供系统设计的信息。以下是5个系统视图：

（1）逻辑视图：逻辑视图也称为设计视图，它表示了设计模型中在架构方面具有重要意义的部分，即类、子系统、包和用例实现的子集；

（2）进程视图：进程视图是可执行线程和进程作为活动类的建模，它是逻辑视图的一次执行实例，描述了并发与同步结构；

（3）实现视图：实现视图对组成基于系统的物理代码的文件和构件进行建模；

（4）部署视图：部署视图把构件部署到一组物理节点上，表示软件到硬件的映射和分布结构；

（5）用例视图：用例视图是最基本的需求分析模型。

6、面向对象分析

OOA的基本任务是运用00方法，对问题域进行分析和理解，正确认识其中的事物及它们之间的关系，找出描述问题域和系统功能所需的类和对象，定义它们的属性和职责，以及它们之间所形成的各种联系。最终产生一个符合用户需求，并能直接反映问题域和系统功能的OOA模型及其详细说明；

OOA模型独立于具体实现，即不考虑与系统具体实现有关的因素，这也是OOA和OOD的区别之所在。OOA的任务是“做什么”，OOD的任务是“怎么做”；

面向对象分析阶段的核心工作是建立系统的用例模型与分析模型。

7、用例模型

用例方法是一种需求合成技术，先获取需求，记录下来，然后从这些零散的要求和期望中进行整理与提炼，从而建立用例模型。在OOA方法中，构建用例模型一般需要经历四个阶段，分别是识别参与者、合并需求获得用例、细化用例描述和调整用例模型，其中前三个阶段是必需的。

8、分析模型

分析模型描述系统的基本逻辑结构，展示对象和类如何组成系统（静态模型），以及它们如何保持通信，实现系统行为（动态模型）；

建立分析模型的过程大致包括定义概念类、确定类之间的关系、为类添加职责、建立交互图等，其中学者将前三个步骤统称为CRC（
Class-Responsibility-Collaborator，类-责任-协作者）建模；

类之间的主要关系有关联、依赖、泛化、聚合、组合和实现等：

（1）关联关系：关联提供了不同类的对象之间的结构关系，它在一段时间内将多个类的实例连接在一起。关联体现的是对象实例之间的关系，而不表示两个类之间的关系。其余的关系涉及类元自身的描述，而不是它们的实例。对于关联关系的描述，可以使用关联名称、角色、多重性和导向性来说明；

（2）依赖关系：两个类A和B，如果B的变化可能会引起A的变化，则称类A依赖于类 B。依赖可以由各种原因引起，例如，一个类向另一个类发送消息，一个类是另一个类的数据成员、一个类是另一个类的某个操作参数等；

（3）泛化关系：泛化关系描述了一般事物与该事物中的特殊种类之间的关系，也就是父类与子类之间的关系。继承关系是泛化关系的反关系，也就是说，子类继承了父类，而父类则是子类的泛化；

（4）共享聚集：共享聚集关系通常简称为聚合关系，它表示类之间的整体与部分的关系，其含义是“部分”可能同时属于多个“整体”，“部分”与“整体”的生命周期可以不相同。例如，汽车和车轮就是聚合关系，车子坏了，车轮还可以用；车轮坏了，可以再换一个新的；

（5）组合聚集：组合聚集关系通常简称为组合关系，它也是表示类之间的整体与部分的关系。与聚合关系的区别在于，组合关系中的“部分”只能属于一个“整体”，“部分”与“整体”的生命周期相同，“部分”随着“整体”的创建而创建，也随着“整体”的消亡而消亡。例如，一个公司包含多个部门，它们之间的关系就是组合关系。公司一旦倒闭，也就没有部门了；

（6）实现关系：实现关系将说明和实现联系起来。接口是对行为而非实现的说明，而类中则包含了实现的结构。一个或多个类可以实现一个接口，而每个类分别实现接口中的操作。