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第6章
面向对象的分析和设计
第6章 面向对象分析与设计
第6章 面向对象的分析和设计
6.1 面向对象的基本概念
6.2 面向对象的分析和设计过程
6.3 UML概述
6.4 用例建模
6.5 静态建模
6.6 动态建模
6.7 物理体系结构建模
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第6章 面向对象分析与设计
教学目的与要求
⒈掌握面向对象的基本概念;
⒉掌握面向对象分析和设计的过程;
⒊掌握UML的基本概念和组成；
⒋会应用UML建立用况模型，并给出用况的描述；
⒌会应用UML建立静态模型和动态模型；
⒍会应用UML建立物理体系结构模型。
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第6章 面向对象分析与设计
教学重点
⒈掌握面向对象的基本概念; ；
⒉面向对象分析和设计的过程;
⒊ UML的基本概念和组成;
⒋应用UML建立系统的用况模型、静态模型、动态
模型和物理体系结构模型。
教学难点
⒈面向对象分析和设计的过程；
⒉应用UML建立系统的用况模型、静态模型、动态
模型和物理体系结构模型。
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第6章 面向对象分析与设计
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教学学时
8学时
教学方法
采用多媒体课件+讲授法+启发式相结合教学
教学参考文献
⒈《软件工程导论(第五版)》,张海藩，清华大学出版社
⒉《软件工程 (第二版)》,齐治昌，高等教育出版社
⒊《UML用户指南(第二版) 》, (美)布奇，(美)兰宝，(美)雅
各布 著，邵维忠，麻志毅 译 ，人民邮电出版社
⒋《UML系统建模与分析设计 》,刁成嘉，机械工业出版社
⒌《面向对象技术UML教程》，王少锋，清华大学出版社
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第6章 面向对象分析与设计
6.1
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面向对象的基本概念
面向对象的方法是一种运用对象、类、继承、
封装、聚合、消息传送、多态性等概念来构造系统
的软件开发方法。
面向对象=对象(object)
+类(classification)
+继承(inheritance)
+通信(communication with messages)
可以说，采用这四个概念开发的软件系统是面
向对象的。
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第6章 面向对象分析与设计
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面向对象方法成为主流开发方法。可以
从下列几个方面来分析其原因：
1.从认知学的角度来看，面向对象方法符合
人们对客观世界的认识规律。
2.面向对象方法开发的软件系统易于维护，
其体系结构易于理解、扩充和修改。
3.面向对象方法中的继承机制有力支持软件
的复用。
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面向对象的基本概念
1. 对象（object）
对象是指一组属性以及这组属性上的专用操作的封
装体。
属性（attribute）通常是一些数据，有时它也可以
是另一个对象。每个对象都有它自己的属性值，表示
该对象的状态。对象中的属性只能通过该对象所提供
的操作来存取或修改。
操作（operation）（也称方法或服务）规定了对象
的行为，表示对象所能提供的服务。
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封装（encapsulation）是一种信息隐蔽技术，
用户只能看见对象封装界面上的信息，对象的内
部实现对用户是隐蔽的。
封装的目的是使对象的使用者和生产者分离，
使对象的定义和实现分开。
一个对象通常可由对象名、属性和操作三部
分组成。
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2. 类（class）
类是一组具有相同属性和相同操作的对象的
集合。一个类中的每个对象都是这个类的一个
实例（instance）。
类是创建对象的模板，从同一个类实例化的
每个对象都具有相同的结构和行为。
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第6章 面向对象分析与设计
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对象和类的描述
对象和类一般采用“对象图” 和 “类图” 来描述。
几何对象
类图
类名
人
文件
属性
姓 名:字符串
年 龄: 整 型
文件名
文件大小
最近更新日期
运算
改换工作
改换地址
移动（delta：矢量）
选择（P:指针型）:布尔型
旋转(角度)
打印
图
对象图
颜色
位置
对象类的描述
李军:人
张红兵
李军
24
张红兵
28
绘图员
人民路8号
程序员
无
图
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对象的描述
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轿
车
张经理的轿车
型号：字符串
颜色：字符串
牌照号：字符串
．．．．
型号=桑塔纳
颜色=红色
牌照号=沪AN2037
．．．．
类
实例对象
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3.继承（inheritance）
继承是类间的基本关系，它是基于层次关系
的不同类共享数据和操作的一种机制。父类中定
义了其所有子类的公共属性和操作，在子类中除
了定义自己特有的属性和操作外，可以继承其父
类（或祖先类）的属性和操作，还可以对父类
（或祖先类）中的操作重新定义其实现方法。
意义：实现代码的重用。
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第6章 面向对象分析与设计
多边形
顶点数
顶点坐标
计算面积
旋转
矩形
长
宽
对角线
计算面积
计算对角线
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抽象类(abstract class)：没有实例的类，它把
一些类组织起来，提供一些公共的行为，但并不
需要使用这个类的实例，而仅使用其子类的实例。
在抽象类中可以定义抽象操作，抽象操作指：
只定义这个类的操作接口，不定义它的实现，其
实现部分由其子类定义。抽象操作操作名用斜体
字表示，也可以在操作特征（signature）后面加
上特征字符串{abstract}。
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第6章 面向对象分析与设计
抽象类与子类示例
Shape
Abstract class
{ abstract }
Abstract operation
draw ( ) { abstract }
Circle
Rectangle
draw ( )
draw ( )
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交通工具
飞行器
汽车
船
轿车
货车
一般-特殊关系
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如果一个子类只有唯一一个父类，这个继承
称为单一继承。如果一个子类有一个以上的父类，
这种继承称为多重继承。
水上交通工具
陆上交通工具
水陆两栖交通工具
多重继承
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4.消息（message）
消息传递是对象间通信的手段，一个对象通
过向另一个对象发送消息来请求其服务。一个消
息通常包括接收对象名、调用的操作名和适当的
参数（如果有必要的话）。
消息只告诉接收对象需要完成什么操作，但
并不指示接收者怎样完成操作。消息完全由接收
者解释执行。
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第6章 面向对象分析与设计
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5. 多态性与动态绑定
多态性（polymorphism）是指同一个操作作
用于不同的对象上可以有不同的解释，并产生不同
的执行结果。
例如“画”操作，作用在“矩形”对象上，则
在屏幕上画一个矩形，作用在“圆”对象上，则在
屏幕上画一个圆。
动态绑定(dynamic binding)是在运行时根据对
象接收的消息动态地确定要连接的服务代码。
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第6章 面向对象分析与设计
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在一般与特殊关系中，子类是父类的一个
特例，所以父类对象可以出现的地方，也允许
其子类对象出现。因此在运行过程中，当一个
对象发送消息请求服务时，要根据接收对象的
具体情况将请求的操作与实现的方法进行连接，
即动态绑定。
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第6章 面向对象分析与设计
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polygon
area
getArea {abstract}
triangle
rectangle
length
width
getArea
getArea
Var p : polygon ;
Var t : triangle :=
triangle.new ;
Var r : rectangle :=
rectangle.new ;
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hexagon
getArea
if 条件 then p := t ;
else p := r ;
area := p.getarea ;
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第6章 面向对象分析与设计
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6、永久对象(Persistent object)
所谓永久对象是指生存期可以超越程序的执行
时间而长期存在的对象。
目前，大多数OOPL不支持永久对象，如果一
个对象要长期保存，必须依靠于文件系统或数据库
管理系统实现，程序员需要作对象与文件系统或数
据库之间数据格式的转换，以及保存和恢复所需的
操作等烦琐的工作。
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第6章 面向对象分析与设计
6.2 面向对象的分析和设计过程
面向对象分析（Object-Oriented Analysis）
获取用户基本需求
标识类和对象
定义类的结构和层次
表示类(对象)间的关系
为对象行为建模
OOA分析的一般过程
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第6章 面向对象分析与设计
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OOA过程
1. 获取客户对系统的需求
需求获取必须让客户与开发者充分地交流。
采用用例来收集客户需求的技术：
分析员先标识使用该系统的不同的执行者(actor)，
代表使用该系统的不同的角色。每个执行者可以叙述
他如何使用系统，或者说他需要系统提供什么功能。
执行者提出的每一个使用场景（或功能）都是系统的
一个用例的实例 ，一个用例描述了系统的一种用法
（或一个功能），所有执行者提出的所有用例构成系
统的完整的需求。
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第6章 面向对象分析与设计
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注意，执行者与用户是不同的两个概念，一个用
户可以扮演几个角色（执行者），一个执行者可以是
用户，也可以是其他系统（应用程序或设备）。得到
的用例必须进行复审，以使需求完整。
2.标识类和对象
类和对象来自问题领域。
可以先标识候选类，然后进行筛选。
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第6章 面向对象分析与设计
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3.定义类的结构和层次
类的结构主要有两种：
一般—特殊结构 整体—部分结构
构成类图的元素所表达的模型信息，
对象层
分为三个层次：
对象层—给出系统中所有反映问题域
特征层
和系统责任的对象。
特征层—给出类（对象）的内部特征，
关系层
即类的属性和操作。
关系层—给出各类（对象）之间的关
图 OOA基本模型
系，包括继承、组装、一般—特殊 、整
体—部分、属性的静态依赖关系，操作的
动态依赖关系。
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第6章 面向对象分析与设计
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有的面向对象方法中，把互相协作以完成一
组紧密结合在一起的责任的类的集合定义为主题
(subject)或子系统（subsystem）。主题和子系统
都是一种抽象，从外界观察系统时，主题或子系
统可看作黑盒，它有自己的一组责任和协作者，
观察者不必关心其细节。观察一个主题或子系统
的内部时，观察者可以把注意力集中在系统的某
一个方面。因此，主题或子系统实际上是系统更
高抽象层次上的一种描述。
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第6章 面向对象分析与设计
4. 建造对象—关系模型
对象—关系模型描述了系统的静态结构，
它指出了类间的关系。
类之间的关系有关联、依赖、泛化、实现
等。
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第6章 面向对象分析与设计
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5.建立对象—行为模型
对象—行为模型描述了系统的动态行为，它
们指明系统如何响应外部的事件或激励。
建模的步骤如下：
– 评估所有的用例，完全理解系统中交互的序列。
– 标识驱动交互序列的事件，理解这些事件如何
和特定的对象相关联。
– 为每个用例创建事件轨迹（event trace）。
– 为系统建造状态机图。
– 复审对象—行为模型，以验证准确性和一致性。
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第6章 面向对象分析与设计
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OOA模型及详细说明
完整的OOA模型分为基本模型和补充模型以及详细说明。
一、基本模型
基本模型是一个类图(class diagram)，是以直观的方式
表达系统最重要的信息。OOA基本模型的三个层次分别描
述了：系统中应设哪几类对象，每类对象的内部构成，对象
与外部的关系。
二、补充模型
补充模型有主题图和交互图。
1.主题(subject)又称为子系统(subsystem)是将一些联系
密切的类组织在一起的类的集合。按照粒度控制原则，将系
统组成几个主题，便于理解。
主题图画出了系统的主题。
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第6章 面向对象分析与设计
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2、交互图(interaction diagram) 是Use case与系
统成分之间的对照图。
三、详细说明
按照分析方法所要求的格式，对分析模型进行说明和解
释。主要以文字为主。
基本模型 （类图）
交
对象层
互
题
特征层
图
图
关系层
详
图
目录
细
说
明
OOA模型与详细说明
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主
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第6章 面向对象分析与设计
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面向对象设计
（Object_Oriented Design）
面向对象设计的一般步骤如下：
1.系统设计
⑴将分析模型划分成子系统
在OO系统设计中，把分析模型中紧密相关的类、
关系等设计元素包装成子系统。
通常，子系统的所有元素共享某些公共的性质，可
能都涉及完成相同的功能；也可能驻留在相同的产品硬
件中；也可能管理相同的类和资源。
子系统可通过它提供的服务来标识。在OOD中，这
种服务是完成特定功能的一组操作。
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第6章 面向对象分析与设计
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子系统的设计准则是：
①子系统应具有定义良好的接口，通过接口和系
统的其它部分通信；
②除了少数的“通信类” 外，子系统中的类应只
和该子系统中的其它类协作；
③子系统的数量不宜太多；
④可以在子系统内部再次划分，以降低复杂性。
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第6章 面向对象分析与设计
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⑵标识问题本身的并发性，并为子系统分配处理器
⑶任务管理设计
⑷数据管理设计
数据管理的设计包括设计系统中各种数据对
象的存储方式（如内部数据结构、文件、数据库），
以及设计相应的服务，即为要储存的对象增加所需
的属性和操作。
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第6章 面向对象分析与设计
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⑸资源管理设计
OO系统可利用一系列不同的资源，很多情况下，
子系统同时竞争这些资源，因此要设计一套控制机制
和安全机制，以控制对资源的访问，避免对资源使用
的冲突。
⑹人机界面设计
⑺子系统间的通信
子系统之间可以通过建立客户/服务器连接进行通信，
也可以通过端对端连接进行通信。必须确定子系统间
通信的合约（contract），合约提供了一个子系统和另
一个子系统交互的方式。
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第6章 面向对象分析与设计
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2. 对象设计
对象设计是为每个类的属性和操作作出详细的设
计，并设计连接类与它的协作者之间的消息规约。
⑴对象描述的方式
①协议描述：描述对象的接口，即定义对象可以
接收的消息以及接收到消息后完成的相关操作；
②实现描述：描述传送给对象的消息所蕴含的每
个操作的实现细节，实现细节就是关于描述对象属性
的数据结构的内部细节和描述操作的过程细节。
⑵为对象中的属性和操作设计数据结构和算法。
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第6章 面向对象分析与设计
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⒊消息设计
使用对象间的协作和对象—关系模型，设计消息模
型
4. 复审
复审设计模型并在需要时迭代。
设计模式（design patterns）: 在许多面向对象系
统中，存在一些类和通信对象的重复出现的模式。这
些模式求解特定的设计问题，使面向对象设计更灵活，
并最终可复用。这些模式帮助设计者复用以前成功的
设计，设计者可把这些模式应用到新的设计中。
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第6章 面向对象分析与设计
6.3 UML概述
统一建模语言UML
Unified Modeling Language
UML是一种基于面向对象的可视化的通用
(General)建模语言，该方法结合了Booch, OMT,
和OOSE方法的优点，统一了符号体系，并从其它
的方法和工程实践中吸收了许多经过实际检验的
概念和技术。
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第6章 面向对象分析与设计
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UML概述
• 为何研究UML—结束方法大战
• 发展历史
1994年Booch和Rumbaugh在Rational Software
Corporation开始了UML的工作，其目标是创建一个
“统一的方法”。
1995年OOSE的创始人Jacobson加盟到这项工作中，
工作重点转移到创建一种统一的建模语言UML。
1997年11月，OMG(Object Management Group)批
准把UML1.1作为基于面向对象技术的标准建模语言。
2004年推出了UML2.0。
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第6章 面向对象分析与设计
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UML概述
UML只是一种建模语言，不是一种建模方法。
建模方法应包括建模语言和建模过程两部分:
①建模语言：提供这种方法用于表示建模结果
的符号。（图形符号：可视化）
②建模过程：描述建模时需要遵循的步骤。
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第6章 面向对象分析与设计
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为什么称之为UML？
U：对多种经典的OO建模方法进行了统一，形成
了规范。
M：用于建立软件开发过程中的各种工程模型。
L：是一种可视化的（图式）语言。
①具有指定的建模元素（图式符号）
②具有严格的语法（构图规则）
③具有明确的语义（逻辑含义）
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第6章 面向对象分析与设计
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6.3.1 UML的主要构成
UML是一种标准化的图形建模语言，它
是面向对象分析与设计的一种标准表示。由
以下几个部分构成：
视图(views)
图(Diagrams)
模型元素(Model elements)
通用机制(general mechanism)
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第6章 面向对象分析与设计
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UML视图
一个系统应从不同的角度进行描述,从一个角
度观察到的系统称为一个视图（view）。
视图由多个图(Diagrams)构成，它不是一个
图表,而是在某一个抽象层上，对系统的抽象表示。
如果要为系统建立一个完整的模型图，需定义
一定数量的视图，每个视图表示系统的一个特殊的
方面。另外，视图还把建模语言和系统开发时选择
的方法或过程连接起来。
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设计视图描
述系统设计
特征，包括
结构模型视
图和行为模
型视图，前
者描述系统
的静态结构，
后者描述系
统的动态行
为。
第6章 面向对象分析与设计
用例视图描述系统
的外部特性、系统
功能等。
Logical View
Implementation View
Use Case View
Process View
Deployment View
进程视图表示系统内部的控制
机制。常用类图描述过程结构，
用交互图描述过程行为。
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实现视图
表示系统
的实现特
征，常用
构件图表
示。
配置视图描述系统的物理
配置特征。用配置图表示。
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第6章 面向对象分析与设计
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说明：对于同一个系统，不同人员所关心的
内容并不一样：
• 分析人员和测试人员关心的是系统的行为，因此会
侧重于用例视图；
• 最终用户关心的是系统的功能，因此会侧重于逻辑
视图；
• 程序员关心的是系统的配置、装配等问题，因此会
侧重于实现视图；
• 系统集成人员关心的是系统的性能、可伸缩性、吞
吐率等问题，因此会侧重于进程视图；
• 系统工程师关心的是系统的发布、安装、拓扑结构
等问题，因此会侧重于部署视图。
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第6章 面向对象分析与设计
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用例视图
•作用：描述系统的功能需求，找出用例和执行者；
•适用对象：客户、分析者、设计者、开发者和测试
者；
•描述使用的图：用例图和活动图；
•重要性：系统的中心，它决定了其他视图的开发，
用于确认和最终验证系统。
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第6章 面向对象分析与设计
逻辑视图
•作用：描述如何实现系统内部的功能 ；
•适用对象：分析者、设计者、开发者 ；
•描述使用的图：类图和对象图、状态图、顺
序图、合作图和活动图 ；
•重要性：描述了系统的静态结构和因发送消
息而出现的动态协作关系。
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第6章 面向对象分析与设计
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构件视图
•作用：描述系统代码构件组织和实现模块，
及它们之间的依赖关系；
•适用对象：设计者、开发者和测试者；
•描述使用的图：构件图；
•重要性：描述系统如何划分软件构件，如何
进行编程。
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第6章 面向对象分析与设计
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进程视图
•作用：描述系统的并发性，并处理这些线程间
的通信和同步；
•适用对象：开发者和系统集成者；
•描述使用的图：状态图、顺序图、合作图、活
动图、构件图和配置图；
•重要性：将系统分割成并发执行的控制线程及
处理这些线程的通信和同步。
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第6章 面向对象分析与设计
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配置视图
•作用：描述系统的物理设备配置，如计算机、
硬件设备以及它们相互间的连接；
•适用对象：开发者、系统集成者和测试者；
•描述使用的图：配置图；
•重要性：描述硬件设备的连接和哪个程序或
对象驻留在哪台计算机上执行。
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第6章 面向对象分析与设计
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UML中的图
•类图
类图展示了系统中类的静态结构，即类与类之间的相
互联系。可以把若干个相关的类包装在一起作为一个单元(包),
相当于一个子系统。一个系统可以有多张类图，一个类也可以
出现在几张类图中。
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第6章 面向对象分析与设计
•对象图
对象图是类图的实例，它展示了系统执行在某
一时间点上的一个可能的快照。对象图使用与类图
相同的符号，只是在对象名下面加上下划线，同时
它还显示了对象间的所有实例链接（link）关系。
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第6章 面向对象分析与设计
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• 用例图 用例图展示各类外部执行者与系统所提供的
用例之间的连接。一个用例是系统所提供的一个功能
的描述，执行者是指使用这些用例的人或外部系统，
执行者与用例的连接表示该执行者使用了此用例。
设置边界
贸易经理
更新帐目
《使用》
风险分析
记帐系统
《使用》
评价
交易估价
进行交易
营销人员
《扩展》
销售人员
超越边界
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第6章 面向对象分析与设计
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• 构件图 构件图展示系统中的构件(即来自应用的
软件单元)，构件间通过接口的连接，以及构件之
间的依赖关系。
构件是一种结构
化类元，可以用
内部结构图来定
义它的内部结构。
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第6章 面向对象分析与设计
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• 状态图
状态图通常是对类描述的补充，它说明该类的对象
所有可能的状态以及哪些事件将导致状态的改变。
• 活动图
活动图展示了连续的活动流。活动图通常用来描
述完成一个操作所需要的活动。当然它还能用于描述其
它活动流，如描述用例。活动图由动作状态组成，它包
含完成一个动作的活动的规约(即规格说明)。当一个动
作完成时，将离开该动作状态。活动图中的动作部分还
可包括消息发送和接收的规约。
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第6章 面向对象分析与设计
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• 顺序图
顺序图展示了几个对象之间的动态交互关系。主
要是用来显示对象之间发送消息的顺序，还显示了对
象之间的交互，即系统执行的某一特定点所发生的事。
• 协作图
协作图用几何排列来表示交互作用中的角色，它
显示了有协作关系的复合结构组成部分或角色范围内
的交互。它明确地显示元素之间的协作关系，而不显
示作为独立维的时间，消息的顺序和并发线程必须由
顺序号确定。
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第6章 面向对象分析与设计
• 部署图
部署图展示了运行时处理结点和在结点上
生存的制品的配置。结点是运行时的计算资源，制品是
物理实体，如构件、文件。
部署图中显
示部署在结点上
的制品和它们之
间的关系，以及
结点之间的连接
和通信方式。
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第6章 面向对象分析与设计
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•包图
包图是由包和它们间的关系组成的结构图。
模型是在某一视点给定的精度上对系统的完整
描述，一个系统可以从不同的视点（如分析模型、
设计模型）存在多个模型。一个模型可看作一个特
定类型的包，通常仅显示包就足够了（不必显示包
内部的细节）。
下图给出了剧院系统所细分成的包以及它们之
间的依赖关系。
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第6章 面向对象分析与设计
计划
时间表
广告
售票处
客户记
录
售票
票记录
计算
工资单
运作
购买
包图
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第6章 面向对象分析与设计
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•模型元素
代表面向对象中的类，对象，关系和消息等概念，
是构成图的最基本的常用的元素。一个模型元素可以用
在多个不同的图中，无论怎样使用，它总是具有相同的
含义和相同的符号表示。
模型元素之间的连接关系也是模型元素，常见的
关系有关联（association）、泛化(generalization)、依
赖(dependency)和聚合(aggregation)，其中聚合是关联
的一种特殊形式。这些关系的图示符号如图5.3所示。
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第6章 面向对象分析与设计
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•模型元素
对象：类
类
主动类
属性
属性
属性
操作
操作
操作
用例
结点
状态
包
注解
关联
泛化
依赖
实现
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构件
供应接口
请求接口
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第6章 面向对象分析与设计
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关联和链
关联（association）是两个或多个类之间的一个关系。链
（link)是关联的具体体现。
关联的表示
如图(a)(b)所示，关联有二元关联(binary)、三元关联
(ternary)、多元关联(higher order)。
雇用
人员
项目
公司
三元关联的例
(语言)
(项目)
◆
C ++
CAD系统
雇用 （公司）
张涛
语言
人
二元关联的例
（人员）
◆
通大
(人)
李波
链的例子
链的例子
（b）三元关联
（a） 二元关联
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第6章 面向对象分析与设计
关联的重数
Person
重数表示多少个对象与对方对象
1
相连接，常用的重数符号有：
*
“0..1”
表示零或1
Hobby
“0..*”或“*” 表示零或多个
“1..*”
表示1或多个
图6.5
“1,3,7”
表示1或3或7（枚举型）
重数的默认值为1。
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Committee
0..2
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Post
Person
带有多重性关联
Polygon
1
0..*
{ordered}
1..*
个人
(a)指定链接之间
有明确的顺序
4..* {ordered}
Point
(b)单向关联
图6.6
末页
◆
3..5
保险合同
有序关联与导航（导引）
在关联的多端标注{ordered}指明
这些对象是有序的(图6.6 ）。
关联可以用箭头，表示该关联使
用的方向(单向或双向)，称为导引或
导航(navigation)。
1..4
Year
第6章 面向对象分析与设计
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通用机制(general mechanism)
用于表示其他信息，比如注释，模型元素的语义
等。另外，为了适应用户的需求，通用机制允许在不修
改基础元模型的前提下对UML作有限的变化。如提供了
扩展机制(Extensibility mechanisms) ，包括构造型
(Stereotype) 、 标 记 值 (Tagged value) 和 约 束
(Constraint).使用UML语言能够适应一个特殊的方法
（或过程），或扩充至一个组织或用户。
约束是以自然语言或特定形式语言的正文表示的语
义条件或限制，约束写在花括号中（｛｝），如
｛value≥0｝，｛or｝。
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第6章 面向对象分析与设计
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版型是在基于现有各类模型元素的外形中定义模型元
素的新类型，它本质上是一种新元类（metaclass）。版
型可以扩展语义，但不能扩展原元模型类的结构。用《 》
标记版型，如《signal》。
标签值是贴在任何模型元素上的被命名的信息片。下
图给出了版型和标签值的应用实例。
《authorship》
author=“Frank Martin”
due=Dec.31,2009
《authorship》
Scheduling
版型和标签值
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tagged values
第6章 面向对象分析与设计
约
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束
UML 中 提 供 了 一 种 简 便 、 统 一 和 一 致 的 约 束
（constraint），是各种模型元素的一种语义条件或限制。
一条约束只能应用于同一类的元素。
约束的表示
如果约束应用于一种具有相应视图元素的模型元素，它
可以出现在它所约束元素视图元素的旁边。
通常一个约束由一对花括号括起来（{constraint}），花
括号中为约束内容。
如果一条约束涉及同一种类的多
个元素，则要用虚线把所有受约束的
元素框起来，并把该约束显示在旁边
（如或约束）。
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Polygon
1
保险合同
0..*
{ordered}
4..* {ordered} 1..*
个人
Point
末页
约束
第6章 面向对象分析与设计
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约束可分为：对泛化的约束、关联的约束
对泛化的约束
应用于泛化的约束，显示在大括号里，若有多个约束，
用逗号隔开。如果没有共享，则用一条虚线通过所有继承
线，并在虚线的旁边显示约束，如图所示：
Class A
Class A
{constraint 1,constraint 2}
Class B
Class C
Class D
{constraint 1,constraint 2}
Class B
Class C
图 对泛化的约束的两种表示方法
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Class D
第6章 面向对象分析与设计
69/260
对泛化有以下常用的约束：
1、complete: 说明泛化中所有子元素都已在模型中
说明，不允许再增加其它子元素。
2、disjoint: 父类对象不能有多于一个型的子对象。
3、incomplete: 说明不是泛化中所有子元素都已说明，
允许再增加其它子元素。
4、overlapping: 给定父类对象可有多于一个型的子
对象，表示重载。
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第6章 面向对象分析与设计
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关联的约束
对关联有以下常用的约束：
1、implicit:该关联是概念性的，在对模型进行精化时不再用。
2、ordered:具有多重性的关联一端的对象是有序的。
3、changeable:关联对象之间的链(Link)是可变的（添加、
修改、删除）。
4、addonly:可在任意时刻增加新的链接。
5、frozen:冻结已创建的对象，不能再添加、删除和修改它
的链接。
6、xor: “或约束”，某时刻只有一个当前的关联实例。
人
帐号
{xor}
单位
对消息，链接角色和对象的约束
自定义约束
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第6章 面向对象分析与设计
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依赖
依赖关系描述的是两个模型元素（类，组合，用例
等）之间的语义上的连接关系，其中一个模型元素是独
立的，另一个模型元素是非独立的（或依赖的）。下图
表示类A依赖于类B的一个友元依赖关系。
类A
《友元》
类B
依赖的形式可能是多样的，针对不同的依赖
的形式，依赖关系有不同的变体(varieties)。
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第6章 面向对象分析与设计
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⑴抽象(abstraction)：从一个对象中提取一些特性，并用
类方法表示。
⑵绑定(binding)：为模板参数指定值，以定义一个新的模
板元素。
⑶组合(combination)：对不同类或包进行性质相似融合。
⑷许可(permission)：允许另一个对象对本对象的访问。
⑸使用(usage)：声明使用一个模型元素需要用到已存在的
另一个模型元素，这样才能正确实现使用者的功能(包括调
用、实例化、参数、发送)。
⑹跟踪(trace)：声明不同模型中元素间的存在一些连接。
⑺访问或连接(access)：允许一个包访问另一个包的内容。
⑻调用(call)：声明一个类调用其他类的操作的方法。
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第6章 面向对象分析与设计
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⑼导出(derive)：声明一个实例可从另一个实例导出。
⑽友元(friend)：允许一个元素访问另一个元素，不管被
访问的元素是否具有可见性。
⑾引入(import)：允许一个包访问另一个包的内容，并为
被访问组成部分增加别名。
⑿实例(instantiation)：关于一个类的方法创建了另一个
类的实例声明。
⒀参数(parameter)：一个操作和它参数之间的关系。
⒁实现(realize)：说明和其实之间的关系。
⒂精化(refine)：声明具有两个不同语义层次上的元素之
间的映射。
⒃发送(send)：信号发送者和信号接收者之间的关系。
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第6章 面向对象分析与设计
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细化
有两个元素A和B，若B元素是A元素的详细描述，则称B,A
元素之间的关系为B元素细化A元素。
细化与类的抽象层次有密切的关系，在构造模型时要经
过逐步细化,逐步求精的过程。
如图6.12所示，类B是类A细化的结果。
人员
B
A
这是一个类
图6.12
图6.13
注释
注释用于对UML语言的元素或实体进行说明，解释和
描述。通常用自然语言进行注释。
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第6章 面向对象分析与设计
75/260
6.4 用例建模
用例建模是用于描述一个系统应该做什么的建模
技术，被广泛应用到了面向对象的系统分析中。用例
模型用用例图来描述。
用例图展示了各类外部执行者与系统所提供的用
例之间的连接。一个用例是系统所提供的一个功能的
描述，执行者是指那些可能使用这些用例的人或外部
系统，执行者与用例的连接表示该执行者使用了那个
用例。用例图给出了用户所感受到的系统行为，但不
描述系统如何实现该功能。
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第6章 面向对象分析与设计
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用例驱动的系统分析与设计方法已成为面向对象
的系统分析与设计方法的主流。
图书馆业务用例图
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第6章 面向对象分析与设计
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任何一个涉及到系统功能活动的人都会用到用例
模型。
客户：用例模型指明了系统的功能，描述了系统能
如何使用。用例建模时客户的积极参与是十分重要的。
开发者：用例模型帮助他们理解系统要做什么，同
时为以后的其它模型建模、结构设计、实现等提供依
据。
集成测试和系统测试人员：根据用例来测试系统，
以验证系统是否完成了用例指定的功能。
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第6章 面向对象分析与设计
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用例模型描述的是外部执行者(Actor)所理解的
系统功能。它描述了待开发系统的功能需求。
用 例 模型由用 例 图组成，用 例 图展示了执行者、
用例以及它们之间的关系。
用例通常用普通正文描述，也可用活动图来描述。
一个用 例 模型可由若干幅用例图组成。一幅用 例
图包含的模型元素有系统、执行者、用例，以及表示
它们间的不同关系，如关联、扩展、包含、泛化等。
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第6章 面向对象分析与设计
用例建模步骤
创建用例模型的步骤包括：
1．定义系统
2．确定执行者
3．确定用例
4．描述用例
5．定义用例间的关系
6．确认模型
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第6章 面向对象分析与设计
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用例图
Telephone Catalog
check
status
Salesperson
n
《extend
》
place
order
《include》
《include》
Supply
Customer
Data
Request
Catalog
《include》
order
product
Arrange
Payment
Customer
Pay
cash
Arrange
Credit
Fill
order
Shipping Clerk
establish
credit
supervisor
电话订购系统用例图
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第6章 面向对象分析与设计
一.确定执行者(Actor)
• 执行者是指与系统交互的人或其它系统
• 执行者代表一种角色，而不是具体的某个人
• 在图形上，执行者用人形图符表示。
参与者
执行者
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第6章 面向对象分析与设计
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可以通过回答下列问题来确定执行者：
• 谁使用系统的主要功能（主执行者）？
• 谁需要从系统中得到对他们日常工作的支持？
• 谁需要维护、管理和维持系统的日常运行（副
执行者）？
• 系统需要控制哪些硬件设备？
• 系统需要与哪些其它系统交互？
• 哪些人或哪些系统对系统产生的结果（值）感
兴趣？
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第6章 面向对象分析与设计
83/260
二、确定用例
1. 用例的特征
•用例捕获某些用户可见的需求,实现一个具体
的用户目标。
•执行者必须直接或间接地指示系统去执行激
活,用例将结果值反馈给执行者。
•用例必须具有功能上的完整的描述。
•用例是一个类，而不是实例，用例的实例称
为场景（scenario）。
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第6章 面向对象分析与设计
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2.寻找用例
可以通过让每个执行者回答以下问题来寻找用例：
• 执行者需系统提供哪些功能？执行者需要做什么？
• 执行者是否需要读、创建、删除、修改或储存系统
中的某类信息？
• 执行者是否要被系统中的事件提醒，或者执行者是
否要提醒系统中某些事情？从功能观点看，这些事
件表示什么？
• 执行者的日常工作是否因为系统的新功能而被简化
或提高了效率？
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第6章 面向对象分析与设计
85/260
另外还有一些不是目前的执行者回答的问题：
•系统需要哪些输入/输出？谁从系统获取信息？
谁为系统提供信息？
•与当前系统（可能是人工系统而不是自动化系
统）的实现有关的主要问题是什么？
对同一个项目，不同的开发者选取的用例数是不一
样的。例如一个10个人年规模的项目，有人选取了20个
用例，而在一类似的项目中，有人选用了100个用例。
似乎20个太少，而100个太多，希望在项目规模和
用例数之间保持均衡。
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第6章 面向对象分析与设计
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3.用例的描述
用例通常用正文来描述,也可用活动图来描述 。
用例的正文描述应包括以下内容：
• 用例的目的：用例的最终目的是什么？它试图达到
什么？
• 用例是如何启动的：哪个执行者在什么情况下启动
用例的执行？
• 执行者和用例之间的消息流：用例与执行者之间交
换什么消息或事件来通知对方改变或恢复信息？描
述系统与执行者之间的主消息流是什么？以及系统
中哪些实体被使用或修改？
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第6章 面向对象分析与设计
• 用例中可供选择的流：用例中的活动可根据条
件或异常（exception）有选择地执行。
• 如何通过给执行者一个值来结束用例：描述何
时可认为用例已结束.
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第6章 面向对象分析与设计
88/260
•执行者的简要描述
客户：向公司订购商品的人
客户代表：公司处理客户请求的雇员
库存系统：记录公司库存的软件
•用例的简要描述
订购货物：客户创建一个新的请求商品的订
单，并为那些商品付费
取消订单：客户取消一个已经存在的订单
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第6章 面向对象分析与设计
89/260
• 用例的详细描述
前置条件和后置条件
前置条件和后置条件表示用例开始和结束的条件
事件流（flow of events）
事件流是一系列陈述句，它是从执行者的角度 看，
列出用例的各个步骤
用例描述中可以包含条件、分支和循环。
例如：订购货物用例的描述如下页所示。
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第6章 面向对象分析与设计
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用例名称：订购货物
参与的执行者：客户、客户代表
前置条件：一个合法的客户已经登录到这个系统
事件流：
1. 当客户选择订购货物时，用例开始
2. 客户输入他的姓名和地址
3. 如果客户只输入邮编，系统将给出州和城市名
4. 当客户输入产品代码
a.系统给出产品描述和价格
b.系统往客户订单中添加该物品的价格
循环结束
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第6章 面向对象分析与设计
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5. 客户输入信用卡支付信息
6. 客户选择提交
7. 系统检验输入的信息，把该订单作为未完成的交易保
存，同时向记账系统转发支付信息。如果客户提交的
信息不正确，系统将提示客户修改。
8. 当支付确认后，订单就被标记上已经确认，同时返回
给客户一个订单ID，用例也就结束了。如果支付没有
被确认，系统将提示客户改正支付信息或者取消。如
果客户选择修改信息，就回到第5步；如果选择取消，
用例结束。
后置条件：如果订单没有被取消，它将保存在系统中，
并做上标记
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第6章 面向对象分析与设计
92/260
其他需求
在用例中还可描述一些特殊的需求，这些需求常
常是非功能性需求，如可用性、安全性、可维护
性、负载、性能、自动防故障、数据需求等。
如订购货物用例的其他需求：
前置条件：（略）
事件流：（略）
特殊需求：
系统必须在一秒内响应客户的输入
后置条件： （略）
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第6章 面向对象分析与设计
93/260
•事件流可分为两部分：
基本路径
基本路径是运转正常时的路径，是一系列没
有分支和选择的简单陈述句
可选路径
可选路径是指不同于基本路径而允许不同的
事件序列的路径。
对于明显有可能随时发生的事情来说，可选
路径非常有效。
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第6章 面向对象分析与设计
94/260
如订购货物用例的基本路径：
事件流：
基本路径
1. 当客户选择订购货物时，用例开始
2. 客户输入他的姓名和地址
3. 当客户输入产品代码时
a. 系统给出产品描述和价格
b. 系统往客户订单中添加该物品的价格
循环结束
4. 客户输入信用卡支付信息
5. 客户选择提交
6. 系统检验输入的信息，把该订单作为未完成的交易保存，
同时向记账系统转发支付信息
7. 当支付确认后，订单就被标记上已经确认，同时返回给客
户一个订单ID，用例结束
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第6章 面向对象分析与设计
95/260
如果在订购货物用例中，客户可以在提交订单前随
时取消订单，其可选路径如下：
可选路径：
•在选择提交前的任何时候，客户都可选择cancel。这
次订购没有被保存，用例结束。
•在基本路径第6步，如果有任何不正确的信息，系统
提示客户去修改这些信息。
•在基本路径第7步，若支付没有被确认，系统将提示
客户改正支付信息或者取消。若客户选择修改信息，
就回到基本路径第4步；若选择取消，用例结束。
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第6章 面向对象分析与设计
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三. 确定用例之间的关系
关系
说明
关联
执行者与他所参与的一个用例之间
的通信路径
扩展
扩展的用例到基本用例的一种关系，
它指出扩展的用例所定义的行为如何
插入到基本用例所定义的行为中。扩
展的用例通过模块化方式增量地修改
基本用例
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记号
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《extend》
第6章 面向对象分析与设计
关系
说明
包含
从基本用例到另一个用例（称为包
含用例）的一种关系，它指出包含
用例定义的行为被包含在基本用例
所定义的行为中。基本用例能看到
包含用例，并依赖于执行包含用例
后的结果，但两者相互间不能访问
其它属性
记号
用例泛 一个一般用例与一个更特殊的用例
之间的关系，特殊用例可继承一般
化
用例的特征
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《include》
第6章 面向对象分析与设计
用例之间的关系
泛化：同一业务目的的不同技术实现
包含：提取公共交互，提高复用
扩展：“冻结”基用例以保持稳定
*通过关系提高用例复用
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第6章 面向对象分析与设计
99/260
用例之间的关系
泛化：同一业务目的的不同技术实现。
当多个用例共同拥有一种类似的结构和行为的
时候，可以将它们的共性抽象成为父用例，其他的
用例作为泛化关系中的子用例。
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第6章 面向对象分析与设计
100/260
包含是指基本用例会用到包含用例(inclusion)，
具体地讲，就是将包含用例的事件流插入到基础用
例的事件流中。
包含用例是可重用的用例──多个用例的公共用
例。
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第6章 面向对象分析与设计
包含举例：
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第6章 面向对象分析与设计
102/260
扩展(extend)
将扩展用例的事件流在一定的条件下按照相应的
扩展点插入到基础用例中。
–基础用例不必知道扩
展用例的任何细节，
它仅为其提供扩展点。
–扩展用例的行为是否
被执行要取决于主事
件流中的判定点。
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第6章 面向对象分析与设计
扩展举例：
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103/260
第6章 面向对象分析与设计
104/260
用例之间的关系
•包含用例与扩展用例的区别
①相对于基础用例，扩展用例是可选的，而包含
用例则不是。
②如果缺少扩展用例，基础用例还是完整的，而
缺少包含用例，则基础用例就不完整了。
③扩展用例的执行需要满足某种条件，而包含用
例不需要。
④扩展用例的执行会改变基础用例的行为，而包
含用例不会。
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第6章 面向对象分析与设计
105/260
案 例
本案例实现一个简化了的银行储蓄账户管理系
统，该系统是在银行的柜台上对客户办理活期储蓄
业务。系统的需求陈述如下：
一个客户可以在多个银行中开设账户，一个客
户也可在同一银行中开设多个不同的账户。客户可
以通过银行职员进行开户、存款、取款、转账、注
销账户等活动。其中转账指客户将自己的某个账户
上的钱款转入同一银行的不同账户（称为银行内转
账）或转入不同银行的账户（称为银行间转账）。
系统管理员负责系统的账户管理及业务报表的生成。
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第6章 面向对象分析与设计
106/260
识别执行者
客户：到银行办理储蓄业务的人，负责输入
密码
银行职员（客户代理）：银行工作人员，代
表客户进行储蓄业务的操作
银行职员（管理人员）：银行工作人员，根
据客户的储蓄业务更新账户
管理员：银行计算机的管理人员，负责账户
的管理和业务报表的生成
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第6章 面向对象分析与设计
107/260
识别用例
从系统的需求陈述可知，银行职员(客户代理)
需要系统提供开户、存款、取款、转账、注销账户
等功能，这些功能都包含了校验密码的功能。系统
管理员需要系统提供账户管理和报表生成功能。银
行职员(管理人员)则参与了账户管理中的更新账户
的功能。此外，转账功能可分为银行内转账和银行
间转账，可将它们设计成三个用例，其中银行内转
账用例和银行间转账用例都继承了基本转账用例。
据此分析，得到该系统的用例图如下图所示。
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第6章 面向对象分析与设计
开户
客户
《包含》
存款
校验密码
《包含》
取款
银行职员
（用户代理）
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《包含》
银行间转账
注销
其它银行
转账
账户管理系统
银行内转账
银行职员
账户管
（管理人员）
理
报表生
成
系统管理员
银行储蓄账户管理系统
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第6章 面向对象分析与设计
109/260
开户用例描述
用例名称：开户
参与的执行者：银行职员（客户代理），客户
前置条件：一合法的银行职员（客户代理）已登录到该系统
事件流：
1.当选择开户功能时用例开始
2.输入客户信息（姓名、地址、身份证号等）
3.从账户管理系统获取新的账号
4.请客户输入密码
5.请客户再次输入密码
6.如果两次密码不一致则回到第4步，否则继续
7.在账户库中添加新账户
8.打印存折，用例结束
后置条件：在账户库中增加了一个新账户，得到一张新存折
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第6章 面向对象分析与设计
110/260
取款用例描述
用例名称：取款
参与的执行者：银行职员（客户代理）
前置条件：一合法的银行职员(客户代理)已登录到该系统
事件流：
基本路径：
1.当选择取款功能时用例开始
2.当输入客户信息（姓名、账号等）后
a）如果客户信息与账户不一致，显示错误信息，可以
重新输入或结束用例
b）如果该账户被冻结（如因挂失而冻结），显示冻结
信息并结束用例
3.输入并校验密码
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第6章 面向对象分析与设计
111/260
4.输入取款金额，若该账户的余款小于取款金额，
显示错误信息，要求重新输入
5.打印取款单，交客户签字
6.建立取款事件记录，更新账户信息
7. 打印存折，用例结束
可选路径：
1.在第5步客户签字之前的任何时刻，客户可以取
消本次取款，用例结束
2.第3步校验密码时，如发现密码不一致，则重新
输入密码，或用例结束
后置条件：如果取款成功，客户账户中的余额被更
新（减少），否则余额不变。
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第6章 面向对象分析与设计
112/260
输入客户信息
［选择重新输入］
［不一致］
描
述
取
款
用
例
的
活
动
图
显示
错误信息
［一致］
［冻结］
［选择结束］
显示
冻结信息
［未冻结］
输入并校验密码
输入取款金额
［余额＜取款额］
［余额≥取款额］
显示
错误信息
打印取款单
［客户不确认］
●
·
·
［客户确认］
建立取款记录
更新账户信息
打印存折
●
·
·
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●
·
·
第6章 面向对象分析与设计
113/260
6.5 静态建模
所谓静态建模是指对象之间通过属性互相联系，
而这些关系不随时间而转移。
类和对象的建模，是UML建模的基础。系统中的类
和对象模型描述了系统的静态结构，在UML中用类图和
对象图来表示。
UML的静态建模机制包括：用例图(Use case
diagram)、类图(Class diagram)、对象图(Object
diagram)、包图(Package diagram)、构件图
(Component diagram)、配置图(Deployment diagram)。
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第6章 面向对象分析与设计
114/260
类图由系统中使用的类以及它们之间的关系组成。
类之间的关系有关联、依赖、泛化、实现等。类图是
一种静态模型，它是其它图的基础。一个系统可以有
多张类图，一个类也可出现在几张类图中。
对象图是类图的一个实例，它描述某一时刻类图
中类的特定实例以及这些实例之间的特定链接。对象
图使用了与类图相同的符号，只是在对象名下附加下
划线，对象名后可接以冒号和类名，即
object-name:class-name
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第6章 面向对象分析与设计
关联
类名
属性名 ：类型
聚集
操作
组合
对象名 ：类名
泛化
属性名 = 值
依赖
操作
实现
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115/260
第6章 面向对象分析与设计
116/260
类图和对象图
line
X1:real
Y1:real
X2:real
Y2:real
point
2..*
相交
0..*
L1: line
X: real
Y: real
X1=10
Y1=10
X2= -10
Y2= -10
类图
P1:point
X=0
Y=0
L2: line
X1= -10
Y1=10
X2=10
Y2= -10
y
L1
L2
L4
L3
P2
x
P1
L3: line
X1=10
Y1= 5
X2= -10
Y2= -5
P2:point
X=9
Y=4。5
L4: line
X1=9
Y1=5
X2=9
Y2=3
实例
对象图
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第6章 面向对象分析与设计
117/260
确定类
1. 标识类
类 — 责 任 — 协 作 者 （ class—responsibility —
collaborator，简称CRC）技术来完成类的定义。
CRC是一组表示类的索引卡片，每张卡片分成三
部分，它们分别描述类名、类的责任和类的协作者。
责任是用来描述类的属性和操作，协作者描述为完成
该责任而提供信息的其他相关的类。
类名：
责任：
协作者：
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第6章 面向对象分析与设计
118/260
确定和标识类包括发现潜在对象、筛选对象、为
对象分类，最后将同类型的对象抽象为类。
(1) 标识潜在的对象类
通常陈述中的名词或名词短语是可能的潜在对象，它
们以不同的形式展示出来，如：
与系统交互的角色：与管理者、工程师、销售；
系统的工作环境场所：车间、办公室；
概念实体、发生的事情或事件：报告、信息显示、信
函、信号；
部门、设备：班组、学校、汽车、计算机。
与系统有关的外部实体：其他系统、设备、人员等生
产或消费计算机系统所使用的信息。
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第6章 面向对象分析与设计
119/260
(2)筛选对象类，确定最终对象类
可以用以下选择特征来确定最终的对象：
⑴关键性：缺少这个对象信息，系统就不能；
⑵可操作性：潜在对象必须拥有一组可标识的操作，
它们可以按某种方式修改对象属性的值；
⑶信息含量：选择信息量较大的对象确定为最终对象，
只有一个属性的对象可以与其他同类对象合并为一个
对象；
⑷公共属性：可以为潜在的对象定义一组属性，这些
属性适用于该类的所有实例；
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第6章 面向对象分析与设计
120/260
⑸公共操作：可以为潜在的对象定义一组操作，
这些操作适用于该类的所有实例；
⑹关键外部信息：问题空间中的外部实体和系统
必需生产或消费信息。
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第6章 面向对象分析与设计
121/260
对象和类还可以按以下特征进行分类：
⑴确切性：类表示了确切的事物(如键盘或传感器)，还
是表示了抽象的信息(如，预期的输出)；
⑵包含性：类是原子的(即不包含任何其它类)，还是聚
合的（至少包含一个嵌套对象）；
⑶顺序性：类是并发的(即拥有自己的控制线程)，还是
顺序的(被外部的资源控制)；
⑷完整性：类是易被侵害的(即，它不防卫其资源受外界
的影响)，还是受保护的(该类强制控制对其资源的访问)。
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第6章 面向对象分析与设计
122/260
⑸持久性：类是短暂的(即它在程序运行期间被创建和
删除)、临时的(它在程序运行期间被创建，程序终止时
被删除)、还是永久的(它存放在数据库中)。
基于上述分类，CRC卡的内容可以扩充，以包含
类的类型和特征。
类名：
类的类型：（如：设备，角色，场所，……）
类的特征：（如：确切的，原子的，并发的，……）
责任：
协作者：
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第6章 面向对象分析与设计
123/260
2. 标识责任
责任是与类相关的属性和操作。
⑴ 标识属性
属性表示类的稳定特征，即为了完成客户规定的目
标所必须保存的类的信息，一般可以从问题陈述中提取
出或通过对类的理解而辨识出属性。
⑵ 定义操作
操作定义了对象的行为并以某种方式修改对象的属
性值。操作可以通过对系统的过程叙述的分析提取出来，
通常叙述中的动词可作为候选的操作。类所选择的每个
操作展示了类的某种行为。
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第6章 面向对象分析与设计
124/260
3.标识协作者
一个类可以用它自己的操作去操纵它自己的属性，
从而完成某一特定的责任，一个类也可和其它类协作来
完成某个责任。如果一个对象为了完成某个责任需要向
其它对象发送消息，则我们说该对象和另一对象协作。
协作实际上标识了类间的关系。
为帮助标识协作者，可以检索类间的类属关系。如
果两个类具有整体与部分关系（一个对象是另一个对象
的一部分），或者一个类必须从另一个类获取信息，或
者一个类依赖于（depends-upon）另一个类，则它们间
往往有协作关系。
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第6章 面向对象分析与设计
125/260
4. 复审CRC卡
在填好所有CRC卡后，应对它进行复审。复审应
由客户和软件分析员参加，复审方法如下：
⑴参加复审的人，每人拿CRC卡片的一个子集。
注意，有协作关系的卡片要分开，即，没有一个人持
有两张有协作关系的卡片。
⑵ 将所有用例/场景分类。
⑶ 复审负责人仔细阅读用例，当读到一个命名的
对象时，将令牌（token）传送给持有对应类的卡片的
人员。
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第6章 面向对象分析与设计
126/260
⑷ 收到令牌的类卡片持有者要描述卡片上记录的
责任，复审小组将确定该类的一个或多个责任是否满
足用例的需求。当某个责任需要协作时，将令牌传给
协作者，并重复⑷。
⑸如果卡片上的责任和协作不能适应用例，则需
对卡片进行修改，这可能导致定义新的类，或在现有
的卡片上刻画新的或修正的责任及协作者。
这种做法持续至所有的用例都完成为止。
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第6章 面向对象分析与设计
127/260
属性的描述
UML中，描述一个属性的语法如下：
visibility attribute-name : type [multiplicity]
= initial-value{property-string}
attribute-name：表示属性名。
type（类型）：用来指明属性名的类型。
initial-value(初值)：在创建一个类的实例对象时，应
对其属性赋值，如果类中对某属性定义了初值，则该
初值可作为创建对象时该属性的默认值。
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第6章 面向对象分析与设计
128/260
visibility（可见性）：表示该属性在哪个范围
内可见（即可使用），见下表:
符号
种类
语义
+
Public
（公共的）
任何能看到这个类的类都能看到
该属性
#
Protected
这个类或者它的任何子孙类都能
（受保护的） 看到该属性

Private
（私有的）

Package
（包的）
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只有这个类自身能看到该属性
在同一个包中的任何类能看到该
属性
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第6章 面向对象分析与设计
129/260
multiplicity(重数)：用来指出该属性可能的值的个数
以及它们的排列次序和唯一性。
值 的 个 数 写 在 方 括 号 ([ ]) 中 ， 其 形 式 是 ：
[minimum..maximum]。
maximum可以是“*”，表示“无限”。
当值的个数是单一值（如值的个数是3）时，可写成
[3..3]或简写成[3]。
典 型 的 写 法 有 ： [0..1]， [1](表 示 [1..1])， [*]（ 表 示
[0..*]），[1..*]，[1..3]。
当重数缺省时，隐含表示重数为1。
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第6章 面向对象分析与设计
130/260
当一个属性有多个值时，可在值的个数后面指明
值元素的排列次序和唯一性，排列次序和唯一性写在
花括号({ })中，可使用的关键字如下表所示，其默认
值是set，即无序且值元素唯一。
关键字
排列次序和唯一性
set
无序，值元素唯一
bag
无序，值元素不唯一
ordered set
有序，值元素唯一
list(or sequence)
有序，值元素不唯一
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第6章 面向对象分析与设计
131/260
property-string(特征字符串)：用来明确地指明该
属性可能的候选值，如｛红，黄，绿｝指出该属性可
枚举的值只能是红、黄、绿。
属性还可以定义为类属性（class attribute，C++
或Java中称为静态属性—static attibute） ，表示被这
个类的所有实例对象共享该属性的值。类属性是这个
类的名字空间中的全局变量。类属性用下划线来指明。
Job
类属性
实例属性
类操作
实例操作
maxCount:Integer=0
jobID:Integer
create(){jobID=maxCount++}
schedule()
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第6章 面向对象分析与设计
Invoice
+ amount : Real
+ date : Date = Current date
+ customer : String
+ line: record[1..5]{set}
- administrator : String=“unspecified”
- maxCount : Integer = 0
- number of invoices : Integer
+ status : Status = unpaid {unpaid, paid}
“发票”类的属性
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132/260
第6章 面向对象分析与设计
133/260
操作的描述
UML中描述一个操作的语法如下：
Visibility operating-name（parameter-list）:
return-type { property-string }
参数表是用逗号分隔的形式参数序列，描述一
个参数的语法如下：
Direction parameter-name ：type
multiplicity= default -value
direction：用来指明参数信息流的方向，其参数
含义见下页表所示。
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第6章 面向对象分析与设计
134/260
方向的取值
关键字
语义
in
传递值的输入参数，该参数的改变对调用者
是无效的
out
输出参数，没有输入值，其最终值对调用者
是有效的
inout
一个可以修改的输入参数，其最终值对调用
者是有效的
return
调用的返回值，该值对调用者是有效的，语
义上与out参数没有不同，但在一串表达式中
使用时return是有效的
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第6章 面向对象分析与设计
Figure
Size : Size
Pos : Position
+ draw()
+ resize( percentX : Integer=25 , percentY : Integer = 25 )
+ returnPos() : Position
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135/260
第6章 面向对象分析与设计
Rational Rose中的表示：
私
公
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136/260
第6章 面向对象分析与设计
137/260
类之间的关系
UML中类的关系有关联(association) 、聚集
(aggregation) 、泛化(generalization) 、 依赖(depending)
和实现 (realixation)。
关系
功能
关联
类实例间连接的描述
依赖
二个模型元素之间的一种关系
泛化
更特殊描述与更一般描述之间的一种
关系，用于继承和多态性类型声明
实现
规约（specification）与它的实现之
间的关系
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符号
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第6章 面向对象分析与设计
138/260
1. 关联
描述了系统中对象之间或其它实例之间的连接。
关联的种类主要有二元关联，多元关联，受限关联，
聚集(aggregation)和组合(composition)。
(1)二元关联
二元关联表示为在两个类之间用一条直线连接，直
线上可写上关联名。
国家
有首都
城市
关联通常是双向的
雇佣
工作于
公司
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员工
第6章 面向对象分析与设计
139/260
关联的两端可加上重数（multiplicity），表示
该类有多少个对象可与对方的一个对象关联
公司
雇佣
*
*
员工
工作于
公司
雇佣
1
*
员工
工作于
关联的两端还可加上角色名（role）
人
驾驶
驾驶员
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公车
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轿车
第6章 面向对象分析与设计
140/260
允许一个类与自身关联
公司
*
雇佣
*
工作于
员工
管理
1..*
工人
链是关联的实例
雇佣关联的链
公司A
公司B
公司A
公司C
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张三
李四
王五
张三
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老板
0..1
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第6章 面向对象分析与设计
141/260
保险单
0..1
表示为
表达
保险公司
1
有
1
0..*
涉及
保险合同
0..*
有
涉及
1..* 保险客户
妻子
人
丈夫
婚姻
一个类的对象在不同的关联中扮演不同的角色
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第6章 面向对象分析与设计
142/260
(2)多元关联
三个或三个以上的类之间可以互相关联
程序语言
项目
程序员
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第6章 面向对象分析与设计
CAD程序 :
项目
143/260
C : 语言
张三 :
开发人员
记账系统 :
项目
COBOL :
语言
三重关联对象图
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第6章 面向对象分析与设计
144/260
⑶受限关联(qualified association)：受限关联用
于一对多或多对多的关联。限定符(qualifier)用
来区分关联“多”端的对象集合，它指明了在
关联“多”端的某个特殊对象
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0..*
{ordered}
目录
文件
文件名
受限关联
有序关联
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文件
第6章 面向对象分析与设计
145/260
⑷ 聚集和组合
聚集（aggregation）是表示整体一部分关系的
一种关联，它的“部分”对象可以是任意“整体”
对象的一部分。
组
*
*
个人
成员
聚集
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第6章 面向对象分析与设计
146/260
组合（composition）：组合是一种更强形式的关
联，代表整体的组合对象有管理它的部分对象的特有责
任，如部分对象的分配和解除分配。组合关联具有强的
物主身份，即“整体”对象拥有“部分”对象，“部分”
对象生存在“整体”对象中。
窗口
*
正文
*
*
按钮
对话框
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*
菜单
末页
第6章 面向对象分析与设计
147/260
⑸关联类 ：UML中可以把关联定义成类，该
关联的每个链都是这个类的实例
用户
授权
*
*
授权
优先级
特权
开始一个时间片
关联类
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工作站
第6章 面向对象分析与设计
148/260
⑹导航性（navigability）
UML通过在关联端点加一个箭头来表示导航性，
导航能从该链的所有元组中得到给定的元组。
课程
＊
选课
＊
学生
（a）
课程
＊
选课
＊
学生
（b）
课程
＊
选课
＊
（c）
导航
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学生
第6章 面向对象分析与设计
149/260
导航性
符号
明确的含义




隐含的含义
未指明
双向可导航
右边可导航
左边未指明
只有右边可导航
只有右边可导航
右边未指明
左边不可导航
只有右边可导航
双向可导航
双向可导航
双向不可导航
双向不可导航
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只有右边可导航
末页
第6章 面向对象分析与设计
150/260
2.泛化
• 泛化指出类间的“一般—特殊关系”
• 一般类定义了它的特殊类的公共属性和操作
• 对一般类扩展一些属性和/或操作后，可以特化
（specialize）成特殊类
• 一般类是特殊类的父类，特殊类是一般类的子类
• 特殊类可以继承一般类的属性和操作
• 子类可以定义自己的属性和操作，也可重新定义
父类中的操作，但重新定义的操作必须与父类具
有相同的操作特征（signature）
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第6章 面向对象分析与设计
151/260
多边形
边数
顶角座标
显示
六边形
四边形
三角形
显示
计算面积
显示
显示
矩形
长
宽
泛化和继承
计算面积
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第6章 面向对象分析与设计
152/260
3.实现：实现关系将一个模型元素（如类）连接到另一个
模型元素（如接口），后者（如接口）是行为的规约，而不
是结构，前者（如类）必须至少支持（通过继承或直接声明）
后者的所有操作。可以认为前者是后者的实现。
《interface》
choiceBlock
setDefault（choice:Choice）
getChoice（）:Choice
PopUpMenu
setDefault（choice:String ）
getChoice（）: String
RadioButtonArray
choice
1..*
Choice
setDefault（choice:Button）
getChoice（）:Button
choice
choice
1..*
Button
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1..*
String
第6章 面向对象分析与设计
153/260
4.依赖：依赖指出两个或多个模型元素之间语义
上的关系。它表示被依赖元素的变化会要求或指示依
赖元素的改变。
依赖关系用一个虚线箭头表示，箭头上可附加含关键
字的版型，关键字用来指明依赖的种类。
在 UML2 ． 0 中 的 依 赖 种 类 如 下 ： Access( 访 问 ) ，
bind(绑定)，call(调用)，create(创建)，derive(派生)，
instantiate( 实 例 化 ) ， permit( 允 许 ) ， realize( 实 现 ) ，
refine(精化)，send(发送)，substitute(替换)，trace(追踪
依赖)，use(使用)。
《use》
Box Office
Scheduling Engine
依赖关系
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第6章 面向对象分析与设计
154/260
5.约束（constraint & derivation）
约束是用自然语言或特定的形式语言正文表示的
语义条件或限制，它用“｛正文字符串｝”形式表
示。约束可以附加到任何模型元素上。
成员
1..*
政治家
1
党派
{subset}
党派领袖
1
1
关联的约束关系
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第6章 面向对象分析与设计
0..*
｛ordered｝
目录
保险
公司
*
保险
合同
保险
公司
*
155/260
文件
*
*
保险
合同
*
人
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{xor}
人
公司
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*
公司
第6章 面向对象分析与设计
Article
Cost-price
Sales-price
/profit
{profit = Sales-price - Cost-price }
Invoice
+ amount : Real
+ date : Date = Current date
+ customer : String
+ specification : String
- administrator : String=“unspecified”
- number of invoices : Integer
+ status : Status = unpaid {unpaid, paid}
目录
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156/260
第6章 面向对象分析与设计
157/260
案 例
• 图书馆业务功能主要由借书、还书、预约和取消
预约四个主要功能，这四种功能是由三层组成，
即：界面、控制和相应的书籍信息表。因此，本
功能模块可以抽象出如下类：
– 书实体类
– 读者实体类
– 借书操作界面类
– 还书操作界面类
– 预约图书操作界面类
– 书籍管理类 。
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第6章 面向对象分析与设计
158/260
绘制类图
• 步骤1．打开前面初步构建的UML模型文件;
• 步骤2．打开Rose中的逻辑视图（Logical View），选择
分析模型（analysis model）目录。并在其下创建一个子
目录并命名为：“图书馆业务功能” ，如图所示。
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第6章 面向对象分析与设计
159/260
• 步骤3．用鼠标右击“图书馆业务功能”在弹出来
的菜单中选择“New→Class diagram”项，创建类图。
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第6章 面向对象分析与设计
160/260
•步骤4．双击新建的类图，并点右边控件集中选
中的类并用鼠标在图中分别拖出上述类图。
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第6章 面向对象分析与设计
161/260
• 步骤5．设定上述各类的属性和操作（以读者信息类
为例）。
– 5.1 先用鼠标右击Reader类在弹出的下拉菜单中选择
“Open Specification”项弹出类属性窗体如图所示。
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第6章 面向对象分析与设计
162/260
–5.2 再点击“Attributes”选项，在弹出的窗体
中分别插入属性。
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第6章 面向对象分析与设计
163/260
–5.3 同理在打开的类属性窗口中选择“Operations”
项，并按上面步骤插入类的操作。
•步骤6．设各类的构造类型（以读者信息类为例）。
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第6章 面向对象分析与设计
包
164/260
图
包图由包和包之间的联系构成，它是维护和控制
系统总体结构的重要建模工具。
当对大型系统进行建模时，把那些语义相近并倾向
于一起变化的元素组织起来加入同一包，这样方便理
解和处理整个模型。同时也便于轻松地控制这些元素
的可见性，使一些元素在包外可见，一些元素是隐藏
在包内的。
设计良好的包是高内聚、低耦合的，并且对其内容
的访问具有严密的控制。
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第6章 面向对象分析与设计
165/260
包的名字
和其他建模的元素一样，每个包都必须有一
个区别于其他与其他包的名字。模型包是名字是
一个字符串，它可分为简单名（simple name）和
路径名（path name）。简单名是指包仅含一个简
单的名称，路径名是指以包所位于的外围包的名
字作为前缀的包名。
图形上，包是带有标签的文件夹。
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第6章 面向对象分析与设计
166/260
包拥有的元素
包是对模型元素进行分组的机制，它把模型元素
划分成若干个子集。包可以拥有UML中的其他元素，
包括类、接口、构件、节点、协作、用例和图，包甚
至还可以包含其他包。
包的作用不仅仅是为模型元素分组。它还为所拥
有的模型元素构成一个命名空间，这就意味着一个模
型包的各个同类建模元素不能具有相同的名字，不同
模型包的各个建模元素能具有相同的名字，因为它们
代表不用的建模元素。
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第6章 面向对象分析与设计
167/260
包的可见性
包的可见性用来控制包外界的元素对包内元素的
可访问权限。可见性可以分成3种。
公有访问（public）：包内的模型元素可以被任何
引入了此包的其他包的内含元素访问。公有访问用前
缀于内含元素名字的加号（+）表示。缺省值为公有。
保护访问（protected）：表示此元素能被该模型
包在继承关系上后继模式包的内含元素访问。保护访
问用前缀于内含元素名字的＃号（＃）表示。
私有访问（private）：表示此元素可以被属于用一
包的内含元素访问。私有访问用前缀于内含元素名字
的减号（－）表示。
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第6章 面向对象分析与设计
168/260
引入与输出
在UML里，引入一个包中的元素可以单向的访
问另一个包中的元素。引入（import）关系用构造型
的import来修饰。包中具有公有访问权限的内含元素
称为输出（export）。
包间的泛化关系也像类那样遵循替代原则，特殊
包可以应用到一般包被使用的任何地方。包间还存在
另一种关系：引入和访问依赖，用于在一个包引入另
一个包输出的元素。
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第6章 面向对象分析与设计
建立包图的具体的做法如下:
⑴分析系统模型元素（通常是对象类），把概念
上或语义上相近的模型元素纳入一个包。
⑵对于每一个包，标出其模型元素的可视性（公
共、保护或私用）。
⑶确定包之间的依赖联系，特别是输入依赖。
⑷确定包之间的泛化联系，确定包元素的多态性
与重载。
⑸绘制包图。
⑹包图精化。
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169/260
第6章 面向对象分析与设计
保险单
填写界面
包
系统内部
保险单
客户
包的依赖
Oracle 界面
数据库界面
（abstract)
Sybasec界面
包的继承
图
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包图
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170/260
5.4.3 包图
第6章 面向对象分析与设计
包图举例
财务子系统
数据库子系统
数据库操作
数据库接口
Oracle 接口
图
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Sybasec接口
包图举例
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171/260
第6章 面向对象分析与设计
172/260
包图举例
订单获
取界面
AWT
订单获
取应用
订单
邮件发
送界面
用户接口包
邮件发
送应用
应用层包
顾客
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问题域包
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第6章 面向对象分析与设计
用户接口
包图另一种划分方式
订单获
取界面
邮件发
送界面
AWT
用户
订单获
取应用
邮件发
送应用
问题域
订单
顾客
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173/260
第6章 面向对象分析与设计
6.6
174/260
动态建模
动态建模用来描述系统的动态行为，显示对象在系统运
行期间不同时刻的动态交互。UML中用状态机图、活动图、
顺序图和协作图来建立动态模型。
状态图：用来描述对象，子系统，系统的生命周期。
活动图：着重描述操作实现中完成的工作以及用例实例
或对象中的活动，活动图是状态图的一个变种。
顺序图：交互图，主要描述对象之间的动态合作关系以
及合作过程中的行为次序，常用来描述一个用例的行为。
协作图：用于描述相互合作的对象间的交互关系，它描
述的交互关系是对象间的消息连接关系。
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第6章 面向对象分析与设计
175/260
6.6.1 状态机图
状态机图通常是对类描述的补充，它说明该
类的对象所有可能的状态，以及哪些事件将导致
状态的改变。
状态机图描述了对象的动态行为，是一种对
象生存周期的模型。
一个状态图包括一系列的状态以及状态之间
的转移。
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第6章 面向对象分析与设计
176/260
状态名
状态变量
起始状态
迁移
活动
状态
状态机图的基本符号
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结束状态
第6章 面向对象分析与设计
177/260
状 态
状态由状态名、状态变量和活动三部分组成。
状态变量是状态机图所显示的类的属性，也可
以是临时变量。
活动部分列出了处于该状态时要执行的事件和
动作。有3个标准事件：
entry事件用于指明进入该状态时的特定动作。
exit事件用于指明退出该状态时的特定动作。
do事件用于指明在该状态中时执行的动作。
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第6章 面向对象分析与设计
178/260
说明：
所有对象都具有状态，状态是对象执行了一系
列活动的结果。当某个事件发生后，对象的状态将
发生变化。
状态图中定义的状态有：初态、终态、中间状
态、组合状态、历史状态等。
一个状态图只能有一个初态，而终态可以有多
个，也可以没有终态。
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第6章 面向对象分析与设计
179/260
• 活动区中事件的语法如下：
event-nameopt  (argument list ) opt
[guard-condition] opt /activity-expressionopt
其中，事件名可以是包括三个标准事件
（entry,exit,do）在内的任何事件，参数表表示该
事件所需的参数，警戒条件是一布尔表达式，动
作表达式是该事件将被执行的动作。
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第6章 面向对象分析与设计
login
login time=current time
entry/type “login”
do/get use_name
do/get password
help/display help
exit/login(use_name,password)
login状态
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180/260
第6章 面向对象分析与设计
181/260
画状态机图的步骤
⑴列出对象具有的所有状态
状态分为起始状态、结束状态和中间状态。一张状态机
图可以有一个起始状态和若干个（可以为0）结束状态。
⑵标识导致状态转换的事件
当一个对象接收到某个事件时，会导致从一个状态转换
到另一个状态，称为状态迁移（transition）。
⑶为状态和迁移定义状态变量和动作
在状态迁移和/或处于某个状态中时都可能需要执行一些
相应的动作，综合这些动作，使得对象完成相应的功能。
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第6章 面向对象分析与设计
182/260
Moving up
go up(floor)
On
first floor
do/moving to floor
arrived
Moving to
First floor
Moving down
do/moving to floor
arrived
arrived
Idle
timer=0
do/increase timer
go down (floor)
[timer=time-out]
电梯升降的状态机图
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go up(floor)
第6章 面向对象分析与设计
idle
Coins in(amount)/
Set balance
183/260
Collecting money
Coins in(amount)/
add to balance
Cancel/
refund Coins
[item empty]
Select(item)
[change < 0]
test and compute
Do:test item and
compute change
[change = 0]
[change > 0]
Do:dispense item
Do:make change
自动售货机状态
机图
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第6章 面向对象分析与设计
184/260
状态迁移
1. 状态迁移
引起状态迁移的原因通常有两种：
当标在迁移箭头上的事件出现时会引起状态的
迁移。此时，首先执行引起迁移的事件中的动作，
然后迁移到新的状态，执行新状态中的内部动作
（包括entry、exit、do以及用户定义的动作）。在
执行do或用户定义的动作时，可以被外部的事件
（将导致该状态的迁移）中断，但entry动作和exit
动作是不能被中断的，并且它们总是要执行完的。
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第6章 面向对象分析与设计
• 当状态机图中相应的迁移上未指明事件时，
表示当位于迁移箭头源头的状态中的内部动
作（包括entry、exit、do以及用户定义的动
作）全部执行完后，该状态迁移被自动触发。
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第6章 面向对象分析与设计
idle
Coins in(amount)/
Set balance
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Collecting money
Coins in(amount)/
add to balance
Cancel/
refund Coins
[item empty]
Select(item)
[change < 0]
test and compute
Do:test item and
compute change
[change = 0]
[change > 0]
Do:dispense item
Do:make change
自动售货机状态
机图
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第6章 面向对象分析与设计
187/260
状态迁移的语法如下：
事件 [条件] / 动作表达式 发送子句
说明：
●事件：指已发生并可能引发某种活动的一件事；
●[条件]：由方括号围起的关系或逻辑表达式；
●动作表达式：一个触发状态迁移时可执行的过程
表达式；
●发送子句：动作的一个特例，说明调用的事件名
（操作）是哪个对象的。
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第6章 面向对象分析与设计
188/260
Moving up
go up(floor)
On
first floor
do/moving to floor
Moving down
do/moving to floor
arrived
arrived
Idle
timer=0
do/increase timer
go down (floor)
[timer=time-out]/go down (first floor)
电梯升降的状态机图
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go up(floor)
第6章 面向对象分析与设计
189/260
事 件
事件是指已发生并可能引发某种活动的一件事
类
Digital_Watch
mode_button()
inc()
inc/hours := hours + 1
状态机图
Display
Set hours
mode_button
do/display
current time
inc/minutes := minutes + 1
mode_button
do/display
minutes
do/display hours
mode_button
数字手表类及其状态机图
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Set minutes
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第6章 面向对象分析与设计
190/260
事件的种类
事件类型
描述
调用事件
call event
改变事件
change event
信号事件
signal event
时间事件
time event
收到一条被一个对象外部同步调用的
请求
布尔表达式值的改变
收到供对象间异步通信用的一个外部
的、被命名的信号（实体）
到达一个绝对时间或经过一段相对的
时间量
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第6章 面向对象分析与设计
191/260
Call event的语法格式如下：
事件名 ( [逗号分隔的参数列表] )
例：
Change event用关键字when表示。例
Change event和警戒条件(guard condition)的区别：警
戒条件只在所相关的事件出现后计算一次，如果值为
false，则不进行状态转移。
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第6章 面向对象分析与设计
Time event用关键字after或when表示。
例：
Signal event的语法格式和Call event一样。
信号事件是一个异步事件，调用事件一般是一个
同步事件。
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192/260
第6章 面向对象分析与设计
193/260
状态机图之间发送的消息
状态机图之间可通过动作（如在发送子句中指明接收
者）或图间的虚线箭头向其他状态机图发送消息。
当采用虚线箭头时，状态机图必须画在矩形框中。
在图间的消息箭头有两种画法：
– 从表示源对象的状态机图中的状态迁移上画虚线箭头到
表示目标对象的状态机图的边框上；
– 在两个状态机图的边框间画虚线箭头，表示源对象在其
执行期间的某时刻发送该消息。
在状态机图之间发送消息时，在目标对象的状态机图
中应画有一个捕获这个消息的相应的迁移。
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第6章 面向对象分析与设计
194/260
Remote Control
On()
Off
On
Off()
Play()
On()
Stop()
Off ()
Play()
Stop()
CD Player
On()
Off
Play()
On/Stop
On/Play
Off()
Stop()
Off()/Stop()
状态机图之间的消息发送
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第6章 面向对象分析与设计
195/260
组合状态和子状态
• 子状态(substate)是嵌套在另一状态中的状态。
• 一个含有子状态的状态被称作组合状态(composite
state) 。
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第6章 面向对象分析与设计
196/260
说明：
• 组合状态中也有初始状态和终结状态。
• 从源状态可以转移到组合状态本身，也可以
直接转移到组合状态中的子状态。
• 子状态之间可分为“or”关系和“and”关系两
种。“or”关系说明在某一时刻仅可到达一个
子状态，“and”关系说明组合状态中在某一
时刻可同时到达多个子状态。
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第6章 面向对象分析与设计
例1：子状态之间“or”关系的例子。
例2：子状态之间“and”关系的例子。
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197/260
第6章 面向对象分析与设计
198/260
历史指示器
历史指示器用来记忆内部的状态，用里面
标有H字母的圆圈表示。
使用历史状态，可以记住从组合状态中退出
时所处的子状态，当再次进入组合状态时，可
直接进入到这个子状态，而不是再次从组合状
态的初态开始。
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第6章 面向对象分析与设计
•H和H*的区别：
–H只记住最外层的组合状态的历史。
–H*可记住任何深度的组合状态的历史。
•例：历史状态的例子。
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199/260
第6章 面向对象分析与设计
状态图的工具支持
• 正向工程：根据状态图生成代码。例：
• 所生成的代码示例：
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200/260
class MessageParser {
else
第6章 面向对象分析与设计
201/260
public boolean put(char c) {
body.append(c);
switch (state) {
}
case Waiting:
return false;
if (c == '<') {
}
state = GettingToken;
public StringBuffer getToken() {
token = new StringBuffer();
return token;
body = new StringBuffer(); }
}
public StringBuffer getBody() {
break;
return body;
case GettingToken :
}
if (c == '>')
private final static int Waiting = 0;
state = GettingBody;
private final static int GettingToken = 1;
else
private final static int GettingBody = 2;
token.append(c);
private int state = Waiting;
break;
private StringBuffer token, body;
case GettingBody :
}
if (c == ';') {
state = Waiting;
return true; }
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第6章 面向对象分析与设计
202/260
6.6.2 活动图
•活动图是是状态图的特例，由状态图变化而来的，活
动图中一个活动结束后将立即进入下一个活动(在状态
图中状态的转移可能需要事件的触发)。
•活动图用来描述完成一个操作所需要的活动，或者是
一个用例实例（场景）的活动。
•活动图中的状态称为动作状态，用圆角矩形表示，动
作状态之间的迁移用箭头表示，迁移上可以附加警戒
条件、发送子句和动作表达式。
•与状态机图不同的是，活动图中动作状态之间的迁移
不是靠事件触发的，当动作状态中的活动完成时迁移
就被触发。
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第6章 面向对象分析与设计
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203/260
第6章 面向对象分析与设计
204/260
•每个泳道代表一个责任区，泳道名放在矩形区的顶端。
通常根据责任把活动组织到不同的泳道中，它能清楚
地表明动作在哪里执行（在哪个对象中。
•一个动作迁移可以分解成二个或多个导致并行动作的
迁移，若干个来自并行活动的迁移也可以合并成一个
迁移。在活动图中用黑体线来表示迁移的分解和合并。
•活动图中可以表示对象，对象用对象符号（矩形）表
示，它可作为活动的输入或输出（用虚线箭头连接），
也可展示一个对象受一特定动作的影响（用动作和对
象之间的虚线表示）。
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第6章 面向对象分析与设计
Displayer
205/260
Sampler
Sampler.Run(channel,frequency)
Initiate
Updating
displayer
Measured
value
Measuring
泳道
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第6章 面向对象分析与设计
• 活动图中可以描述信号的发送和接收
CustomerWindow.PrintAllCustomers( )
Show
MessageBox
“Printing” on
screen
aPrinter:Printer
Print
Create postscript
file
Print( file )
Print( file )
Remove
MessageBox
活动图中的信号发送和接收
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206/260
第6章 面向对象分析与设计
207/260
• 活动图还可以用来描述用例
收到订单
取消并
退回订单
付款认可
[未付款]
[已付款]
*[对每一订单项]
检查
订单项
[有货]
制作并发放
提货单
[缺货]
制作并发放
缺货单
更新库存
描述用例的活动图
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制作并发放
采购单
第6章 面向对象分析与设计
208/260
活动图与状态图比较
•1.活动图和状态图描述的重点不同：
–活动图描述的是从activity到activity的控制流，而
状态图描述的是对象的状态及状态之间的转移。
•2.活动图和状态图使用的场合不同：
–对于以下几种情况可以使用活动图：
•分析用例
•理解涉及多个用例的工作流
•处理多线程应用
–对于下面的情况要使用状态图：
•显示一个对象在其生命周期内的行为。
说明：若要显示多个对象之间的交互情况，可用交互图。
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第6章 面向对象分析与设计
209/260
6.6.3 顺序图(sequence diagram)
交互图(interaction diagram)是一种详细表示对
象之间以及对象与系统外部的参与者(actor)之间动态
联系的图形文档，有顺序图和协作图两种形式。
交互图常常用来描述一个用例的行为，显示该用例
中所涉及的对象和这些对象之间的消息传递情况。
顺序图和协作图从不同的角度表达了系统中的交互
和系统的行为，它们之间可以相互转化。
顺序图着重描述对象按照时间顺序的消息交换，协
作图着重描述系统成分如何协同工作。
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第6章 面向对象分析与设计
210/260
顺序图用来描述对象间的交互行为，它关注于消息的
顺序，即对象间消息的发送和接收的顺序。顺序图还揭示
了一个特定场景的交互，即系统执行期间发生在某时间点
的对象之间的特定交互。
适合于描述实时系统中的时间特性和时间约束。
顺序图有两个坐标，垂直坐标表示时间（从上到下），
水平坐标表示一组对象（用对象框表示）。
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第6章 面向对象分析与设计
Sequence图中的组成元素
• 顺序图中的一些主要元素：
––
––
––
––
Object (包括actor实例)
Lifeline (生命线)
activation(激活期)
Message
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211/260
第6章 面向对象分析与设计
• sequence图和collaboration图描述的是
对象之间的消息发送关系，而不是类之间
的关系。
• 在顺序图中并不包括系统中的所有类的对
象。也有可能某些对象属于同一个类。
• 交互图中的对象的常见命名方式：
显示对象名和类名 只显示类名
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只显示对象名
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212/260
第6章 面向对象分析与设计
213/260
生命线表示对象存在的时间，在顺序图中生命线表
示为从对象图标向下延伸的一条虚线。
activation(激活期)表示对象执行一个动作的期间，
也即对象激活的时间段。激活画成对象生存线上的一个
长方形框，表示该对象可能在执行自己的代码，可能在
等待另一对象的返回。
对象之间的消息发送用生命线之间的消息箭头表示。
按垂直坐标从上到下的次序读顺序图，可以观察到
随时间的前进消息通信的顺序。
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第6章 面向对象分析与设计
电话线
呼叫方
呼叫方拿起受话器
拨号音开始
拨数字（2）
拨号音结束
拨数字（2）
拨数字（8）
拨数字（2）
拨数字（1）
铃声
电话振铃
应叫方摘机
停止振铃
电话接通
铃声消失
电话接通
呼叫方挂机
电话被切断
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电话被切断
应叫方挂机
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214/260
应叫方
第6章 面向对象分析与设计
215/260
消息(message)
顺序图中描述消息的语法如下：
attribute = name (argument-list):return-value
其中：attribute是生命线的属性(对象名)，用以存储
返回值。name是消息名(信号或操作名)。argument-list
是一个参数值的表，每个参数值可有下列形式之一：
argument-value
parameter-name=argument-value
–
当参数值是“–”时，表示任何参数值都与模型一致。
name (argument-list) 可以用“*”替代，此时，它
表示任何消息都是与模型一致的。
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第6章 面向对象分析与设计
216/260
•消息的类型：在UML 1.4以上版本的规范说明中
消息分调用消息，异步消息，返回消息三种。
–其它消息类型：如阻止(balking)消息，超时
(time-out)消息等为UML核心的扩充。
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第6章 面向对象分析与设计
217/260
• 调用消息(Procedure call)。调用消息的发送
者把控制传递给消息的接收者，然后停止活动，
等待消息接收者放弃或返回控制。
• 调用消息也可以用来表示同步的意义。
例：调用消息的表示符号。
说明：
1. 调用消息的接收者必须是一个被动对象(passive object)，
即它是需要通过消息驱动才能执行动作的对象。
2. 一般调用消息必有一个配对的返回消息。
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第6章 面向对象分析与设计
218/260
•异步消息(asynchronous):异步消息的发送者通
过消息把信号传递给消息的接收者，然后继续
自己的活动，不等待接收者返回消息或控制。
例：异步消息的表示符号。
UML 1.3中的异步消息
UML 1.4/1.5中的异步消息
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第6章 面向对象分析与设计
219/260
• 返回消息(return):从过程调用返回。
例：返回消息的表示符号。
• 如果是从过程调用返回，则返回消息是隐含包括的，
所以返回消息可省略。
• 对于非过程调用，如果有返回消息，必须明确表示
出来。
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第6章 面向对象分析与设计
220/260
•Rose中的消息类型：分简单消息，同步消息，阻止消息，
超时消息，调用消息，异步消息和返回消息。
•可在消息的specification窗口中指定消息的类型。
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第6章 面向对象分析与设计
221/260
• 阻止(balking)消息。消息发送者发出消息给
接收者，如果接收者无法立即接收消息，则发
送者放弃这个消息。
例：阻止消息的表示符号。
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第6章 面向对象分析与设计
222/260
• 超时(time-out)消息。消息发送者发出消息给
接收者并等待指定时间，如果接收者无法在指
定时间内接收消息，则发送者放弃这个消息。
例：超时消息的表示符号。
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第6章 面向对象分析与设计
Some concepts used in a sequence diagram
循环
条件
返回消息
创建对象
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223/260
第6章 面向对象分析与设计
224/260
建立sequence图的步骤
1.确定交互过程的上下文(context)；
2.识别参与交互过程的对象；
3.为每个对象设置生命线，即确定哪些对象存在于整个交
互过程中，哪些对象在交互过程中被创建和撤销；
4.从引发这个交互过程的初始消息开始，在生命线之间从
顶到下依次画出随后的各个消息；
5.如果需要表示消息的嵌套，或/和表示消息发生时的时间
点，则采用FOC；
6.如果需要说明时间约束，则在消息旁边加上约束说明；
7.如果需要，可以为每个消息附上前置条件和后置条件。
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第6章 面向对象分析与设计
顺序图常见问题分析
• 顺序图中消息的循环发送
– 在消息名字前加循环条件
例：
1.1 *[ for all order lines]: message1()
2.1 *[i:=1..n]: message2()
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第6章 面向对象分析与设计
• 顺序图中消息的条件发送
1. 在消息名字前加条件子句；
2. 使用文字说明；
3. 分成多个Sequence Diagram。
例：
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第6章 面向对象分析与设计
• 顺序图中时间约束的表示
– 用constraint(约束)来表示。
例：
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第6章 面向对象分析与设计
• 顺序图中递归的表示
– 利用嵌套的FOC表示
例1. 单个对象自身的递归。
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第6章 面向对象分析与设计
例2. 多个对象间相互递归调用的表示。
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第6章 面向对象分析与设计
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带条件和分支的顺序图
消息上可附加条件，当条件为真时消息才被发送或接
收。条件可用于描述分支，当几个消息箭头上的条件互斥
时，表示某一时刻只有一个消息被发送。如果条件不是互
斥的，则消息会并行地发出。
Print (file)
:Computer
:Printer Server
print (file)
:Printer
[ printer free]
print(file)
[printer busy]
Store ( file )
带分支的
顺序图
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:Queue
第6章 面向对象分析与设计
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顺序图中可以用标记来定义循环和约束。
Print (ps-file)
:Computer
:Printer Server
Print(ps-file)
a
{b-a<5 sec}
b
{b'-b<1 sec}
b'
Print (ps-file)
顺序图中的标记
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:Printer
第6章 面向对象分析与设计
232/260
顺序图中还可出现递归，即一个对象发消息给自
身，这种消息通常是同步的。
op1 ( )
C1 : C
D1 : D
D2 : D
op2 ( )
send message op2
until…
op3 ( )
op4 ( )
顺序图中的循环标记
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第6章 面向对象分析与设计
233/260
创建对象和对象的消亡
一个对象可以通过一条消息创建另一个对象，
被创建的对象可在创建它的地方（垂直时间轴上）
画一个对象符号。当对象消亡时，在图中用一个
×符号表示。此时对象的生命线仅画到消亡的点
上。创建或消亡一个对象的消息通常是同步消息。
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第6章 面向对象分析与设计
NewCustomer(Data)
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：CustomerWindow
Customer(Data)
：Customer
DeleteCustomer()
创建对象和删除对象
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第6章 面向对象分析与设计
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6.6.4 协作图
顺序图清晰地展示了时间顺序，但不明确
显示对象之间的关系；协作图清晰地展示了对
象间的关系，但消息顺序和并发线程必须通过
顺序号来指明。
协作图包含一组对象和链(link)，用于描述
系统的行为是如何由系统的成分协作实现的。
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第6章 面向对象分析与设计
236/260
消息流
协作图中描述消息的语法如下：
seguence-expressionopt message
其中：message与顺序图中消息的语法相同，
Sequence-expression的语法如下：
integer iteration-expressionopt
或
name iteration-expressionopt
其中integer是指定消息顺序的顺序号，如：1、1.1、
1.2、2、2.1等。这种顺序号描绘了消息的顺序和嵌
套关系。如果是同步消息，则嵌套地调用操作并返回。
name表示并行的控制线程，如1.2a和1.2b是并行发送
的并发消息。
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第6章 面向对象分析与设计
237/260
iteration-expression表示有条件地或重复地执行，
它有如下两种形式：
*[iteration-clause] （表示重复）
[condrtion-clause]
（表示分支）
这里iteration-clause是重复条件(循环执行的条件)，
即循环执行，如1.1*[x=1..10]:dosomething( )。
第二种形式中的condition-clause用于指定分支，如
[x < 0]，[x >= 0]，表示仅执行条件为真的分支（发
送的消息连接到那个分支）。
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第6章 面向对象分析与设计
控制电梯运行的通信图
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第6章 面向对象分析与设计
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print(ps-file)
: computer
1:print(ps-file)
[printer free]
1.1: print(ps-file)
: printerserver
: printer
带警戒条件的通信图
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第6章 面向对象分析与设计
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协作图中对象的生存期
在通信图的对象框中，可用{new}或{destroyed}
表示该对象在协作期间被创建或消亡。{transient}
则表示对象在同一个协作期间被创建并消亡。
[free memory]1:Create()
NewCustomer()
:Customer{new}
:MainWindow
{parameter}
2:Create()
3: Show(Customer)
:CustomerWindow
{transient}
3.1:Update(data)
协作期间对象的创建或消亡
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第6章 面向对象分析与设计
241/260
6.7 物理体系结构建模
系统的体系结构用来描述系统各部分的结
构、接口以及它们用于通信的机制。
物理体系结构涉及系统的详细描述，它显
示了硬件的结构，包括不同的结点和这些结点
之间如何连接，它还图示了代码模块的物理结
构和依赖关系，并展示了对进程、程序、构件
等软件在运行时的物理分配。
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第6章 面向对象分析与设计
242/260
物理体系结构应回答以下问题：
⑴类和对象物理上位于哪个程序或进程？
⑵程序和进程在哪台计算机上执行？
⑶系统中有哪些计算机和其它硬件设备？它们
如何相互连接？
⑷不同的代码文件之间有什么依赖关系？如果
一个指定的文件被改变，那么哪些其它文件要重新
编译？
UML中物理体系结构用构件图、内部结构图
和部署图来描述。
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第6章 面向对象分析与设计
243/260
6.7.1 构件图
构件图显示构件类型的定义、内部结构和依赖。
构件是系统设计的模块化部分，它给出一组外部的接
口，而隐藏了它的实现。在系统中满足相同接口的构
件可以自由地替换。
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第6章 面向对象分析与设计
244/260
说明：
• 构件图是对OO系统的物理方面建模的两个
图之一。
• 构件图显示一组构件以及它们之间的相互
关系。
• 构件图可以显示软构件之间的依赖关系，
可以用来显示编译、链接或执行时构件之
间的依赖关系。
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第6章 面向对象分析与设计
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构件的分类
•一般说来，构件就是一个实际文件，可以有以
下几种类型：
(1) deployment component, 如dll文件, exe文件,
COM+对象, CORBA对象, EJB, 动态Web页, 数据库
表等。
(2) work product component，如源代码文件，数
据文件等，这些构件可以用来产生deployment
component。
(3) execution component，系统执行后得到的构件。
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第6章 面向对象分析与设计
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• 构件和类之间的不同点：
(1) 类是逻辑抽象，构件是物理抽象，即构件可
以位于节点(node)上。
(2) 构件是对其它逻辑元素，如类，协作
(collaboration)的物理实现。
(3) 类可以有属性和操作；构件通常只有操作，
而且这些操作只能通过构件的接口才能使用。
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第6章 面向对象分析与设计
• 构件和接口之间的两种关系：dependency和
realization。
例：
dependency
realization
说明：使用接口的是依赖关系
实现接口的是实现关系。
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第6章 面向对象分析与设计
构件图的一些例子
例1：对Source Code建模的例子。
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第6章 面向对象分析与设计
例2：对executable release建模的例子
(系统的一部分)。
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第6章 面向对象分析与设计
例3. 对physical database建模的例子。
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第6章 面向对象分析与设计
例4. 对adaptable system建模的例子。
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第6章 面向对象分析与设计
252/260
6.7.2 部署图
部署图也称配置图，用来描述系统硬件的物理
拓扑结构以及在此结构上执行的软构件。
部署图描述了处理器、设备和软件构件运行
时的体系结构。在这个体系结构上可以看到某个
结点上在执行哪个构件，在构件中实现了哪些逻
辑元素（类、对象、协作等），最终可以从这些
元素追踪到系统的需求分析（用例图）。
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第6章 面向对象分析与设计
253/260
部署图的基本元素有结点、连接、构件、对象、
依赖等。
结点是运行时的计算资源，通常计算资源至少有
一个存储器和良好的处理能力，如计算机、设备等。
结点既可看作类型，也可看作实例。结点用三维立方
体表示，中间写上结点名，当结点表示实例时，名字
应加下划线。结点通过版型来区分不同种类的资源，
如《computer》。
结点之间的关联表示通信路径，在UML中称为连接
(Connection)。可用版型来区分不同种类的通信路径，
如《TCP/IP》。
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第6章 面向对象分析与设计
ClientA:
Compaq Pro PC
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《TCP/IP》
Application
Server;
Silicon Graphics
O2
《DecNet》
《TCP/IP》
ClientB:
Compaq Pro PC
结点之间的通信连接
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Database
Server:
VAX
第6章 面向对象分析与设计
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在结点中可以包含制品(artifact)，制品是一个
物理实现单元，如文件。可以用版型来区分不同种
类的制品。如果一个制品实现了一个构件或其它类，
可以从制品到实现它的构件之间画一虚线箭头，并
在箭头上附加关键词《manifest》，这种关系称为
“体现” 。
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第6章 面向对象分析与设计
Server:Bank server
《database》
account DB
《artifact》
update
Transaction.jar
《manifest》
Transaction
Client:ATM Kiosk
《artifact》
ATM-GUI.jar
部署图
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第6章 面向对象分析与设计
部署图的一些例子
例1：PC和外设及ISP的连接的部署图的例子。
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第6章 面向对象分析与设计
例2：对fully分布式系统建模的例子。
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第6章 面向对象分析与设计
例3：课程注册系统中的部署图。
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第6章 面向对象分析与设计
260/260
教学小结
• 面向对象方法已成为主流的软件开发方法，受到软件人
员的广泛重视。从20世纪80年代到20世纪90年代期间出
现了许多面向对象方法，这些方法使用不同的术语和图
形符号，给面向对象的方法的应用造成了混乱。UML
的诞生统一了面向对象的术语和图形符号，促进了面向
对象方法的应用。
• 本章在介绍了面向对象的基本概念之后，先介绍面向对
象分析和设计的一般过程，然后以最新的UML2.0为标
准详细介绍面向对象分析和设计的建模，主要包括用况
建模、静态建模、动态建模和物理体系结构建模。
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