1、（1.Engineering and Science College of Huaqiao University, Quanzhou 362000,China;2.Computer Major of Quanzhou Normal University, Quanzhou 362000,China）Abstract: The UML unified modeling language is a standard language in the software analysis design, and may be used in the software analysis, design a
2、nd all of the phase of realization. The article chooses the student information manage development example, introduced how to apply UML to design and develop a software model. It can solve the difficulty between the software designer and the users, speed up the software design and raise the developm
3、ent quality.Key words: UML; student information manage system; use case modeling; static modeling; dynamic modeling1 引言随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，信息产业的相关技术得到了突飞猛进的提升。而计算机软件作为信息产业技术的一个重要方面，也应不断更新，从而符合产业发展的需 求。这就要求软件设计人员在软件开发过程中能够更加人性化、友好化，从而提高软件设计人 员和客户之间交流水平，加快软件开发进程，提高软件开发质量。1.1 UML的简介Unified Model Langua
4、ge（简称 UML），是一种面向对象的可视化的标准建模语言。运用UML 中的图形符号可以表示系统中的对象及其之间的关系，从不同的角度描述待开发的系统，并进行相应的语法检查和一致性检查，保证系统模型的完整性。同时，在软件系统的分析 和设计中，UML 的合理运用能对项目开发、团队的合作以及与用户的交流起到重要的作用。首先，UML 用图形表示完整的系统，在实际应用时要反复审查和修改。虽然在分析和设计时会耗费一定的时间，但会提高编码的准确性和效率，从而有利于项目的整体开发。其次，目前，诸如像Rational Rose这样的建模工具，可以将UML 模型直接转换为高级语言代码，从而节约了软件开发的时间、减
5、少了软件代码的错误率。最后，UML 作为面向对象的分析和设计 技术具有与人的思维方式一致、稳定性好、可重用性好、可维护性好等优点，能大大提高系统 开发的效率和质量。1.2 UML产生背景早期的面向对象的建模语言具有如下不足之处：首先，面对众多的建模语言，用户由于没有能力区别不同语言之间的差别，因此很难找到 一种比较适合其应用特点的语言；其次，众多的建模语言实际上各有千秋；第三，虽然不同的 建模语言大多类同，但仍存在某些细微的差别，极大地妨碍了用户之间的交流。因此在客观上，极有必要在精心比较不同的建模语言优缺点及总结面向对象技术应用实践的基础上，组织 联合设计小组，根据应用需求，取其精华，去其糟
6、粕，求同存异，从而触发了UML（统一建模语言）的产生。1.3 UML的建模机制UML是一种面向对象的可视化的标准建模语言，以图形符号表示系统中的对象及其之间 的关系，从不同的角度描述待开发的系统。UML 提供了 5 类、9 种模型图：第一类，用例图： 从用户角度描述系统功能，指出各功能操作者，为需求分析提供标准化手段；第二类，静态图：描述系统静态结构，类或对角的属性、操作和相互的关系，是建立动态模型的基础，主要 有类图、对象图、包图；第三类，行为图：描述系统动态模型和组成对象间交互关系，有状态 图、活动图；第四类，交互图：描述对象间交互关系，有顺序图、合作图；第五类，实现图： 包括构件图和配置
7、图。UML的建模过程主要有以下几个步骤：1 ） 建立需求模型。即从功能需求出发建立用例模型；2 ） 建立对象模型，包括静态模型和动态模型。静态模型使用类图、对象图、包图描述系统的对象和对象之间的静态关系，得到系统的对象和对象之间的静态关系，得到系统的整体结构。动态模型使用状态图、活动图、顺序图、合作图等描述系统的对象和对象之间的动态关 系，得到系统的运行机制。3 ） 建立系统实现模型，使用配置图定义系统的软硬件结构及通讯机制，表示软硬件系统之间的合作关系；使用构件图描述系统由哪些构件组成；4 ） 检查模型之间的一致性，通常这个过程需要反复多次才能完整地描述系统；5 ） 在构件图的基础上生成开发
8、语言的代码框架。1.4 UML的应用领域UML的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统,具有很宽的应用领域。1） 建立软件系统的模型,但它同样可以用于描述非软件领域的系统,如机械系统、企业机构 或业务过程,以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之,UML 是一个通用的标准建模语言,可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。2） UML适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。 在需求分析阶段,可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模,描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。 分析阶段主要关心问题域中的主要概念（如抽象、类
9、和对象等）和机制,需要识别这些类以及它们相互间的关系,并用 UML 类图来描述。为实现用例,类之间需要协作,这可以用 UML 动态模型来描述。 在分析阶段,只对问题域的对象（现实世界的概念）建模,而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类）。这些技术细节将在设计阶段引 入,因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。 编程（构造）是一个独立的阶段,其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。在用UML 建立分析和设计模型时,应尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段,模型仅仅是理解和分析系统结构的工具,过早考虑编码问题
10、十分不利 于建立简单正确的模型。UML 模型还可作为测试阶段的依据。系统通常需要经过单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。不同的测试小组使用不同的UML 图作为测试依据:单元测试使用类图和类规格说明;集成测试使用部件图和合作图;系统测试使用用例图来验证系统的行为；验收测试由用户 进行,以验证系统测试的结果是否满足在分析阶段确定的需求。总之,标准建模语言UML 适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统,而且适用于系统开发的不同阶段,从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护。1.5 常用的 UML 建模工具自从 1997 年正式发布 UML 以后，大量商用UML 建模 CASE 工具不断涌现。C
11、ASE 是英文Computer Aided Software Engineering 的缩写，主要是指利用一整套的方法和工具对系统规则进行建模，并自动生成合适的程序。目前常用的CASE 工具主要有：Sparx Systems 的Enterprise Architect（EA）和 IBM Rational的 Rational Rose。大体上，EA 和Rose 在 UML 建模能力上有相似的功能，但Rose 比EA 支持更多的语言，如C#、VB 等。基于软件的实用性考虑，本文在系统设计过程中将选用Rational Rose 软件。2 系统分析2.1 系统功能简述系科综合管理系统是为了适应现代化学
12、校管理的需要，加快推进我校数字化校园建设、充 分利用校园网，利用网络、多媒体等计算机应用技术和手段，提高办公效率、改善质量的高效 管理信息系统。学生信息管理系统是系科综合管理信息系统的重要组成部分。主要用于对学生的基本信息 如入学登记、课程、班级、交费等问题进行管理。此系统用户主要涉及主管学生部门、主管教 务部门以上层领导。对于主管学生部门的工作人员来讲，需要掌握每个学生的基本情况，新生 入学时需要做好学生的入学登记、了解学生的学费交缴情况并登记学生的班级信息，即要掌握 学生及班级的所有信息。对于主管教务的工作人员来讲，需要掌握所有专业的公共基础课程、 学生的专业课程，并做好学生的所有课程的成
13、绩登记。2.2 学生信息管理系统的结构需求分析是定义系统功能及用户界面，使用户知道系统功能，开发人员知道系统的需求。 它的主要工作是寻找系统的用例，建立系统需求模型，主要成果是用例图和系统的参与者。下 面首先分析一个系统的主要功能。1） 管理员通过系统管理界面进入，建立学生基本档案、学生交费档案、学生选课档案等， 并将所有信息保存在数据库中，同时管理员还能够对以上信息进行添加、删除等基本操作。2） 学生可以通过使用该系统查询课程、修改用户密码等。2.2.1 学生信息管理系统的总体结构为了直观描述学生信息管理系统的各项功能，我们用图1 来大体讲述一下该系统的总体架构。2.2.2 学生信息管理系统
14、各模块的功能描述在上图学生信息管理系统总体架构的基础上，为使学生信息管理系统的各模块更为清晰， 我们接下来分别描述了学生信息管理系统的各模块功能。1） 系统管理模块系统管理模块用于对系统的用户的基本信息进行管理，如设定系统使用权限、进行新用户 注册、修改用户密码等。它是其它所有模块运行与否的前提条件。2） 班级管理模块班级管理模块主要用于对班级的基本信息（名称、教室、班主任等）进行管理，包括添加 班级信息、删除班级信息、修改班级信息、查询班级信息等。3） 档案管理模块档案管理模块主要用于对学生的档案信息即入学档案（姓名、班级、专业、家庭住址、班 主任等）进行管理，包括添加学生入学登记信息、删除
15、学生入学登记信息、修改学生信息、查 询学生信息等。4） 学生交费管理模块学生交费管理模块是用于对学生所在班级的基本学费、学生应缴学费、学生已缴学费等基 本信息进行管理，包括浏览和查询学生以及班级交费信息、添加学生交费信息等。5） 课程管理模块课程管理模块主要用于对学生所在班级的公共课程、学生的自选课程等进行管理，包括添 加班级基本课程信息、添加学生选修课程信息、删除班级基本课程信息、删除学生选修课程信 息等。6） 成绩管理模块成绩管理模块主要用于对学生所在班级的公共课程、学生的自选课程等科目成绩进行管理，包括添加学生成绩信息、删除学生成绩信息、查询学生成绩信息、浏览学生成绩信息等。2.3 学生
16、信息管理系统的基于UML 的详细设计下面利用Rational Rose工具，通过对学生信息管理系统的动态模型、静态模型（包括类图、序列图、协作图）的分析来进行学生信息管理系统的UML 建模。2.3.1 学生信息管理系统的用例建模学生信息管理系统的用例主要包括对学生基本信息、班级基本信息、学生交费信息、课程 信息、成绩信息进行操作的功能。其基本行为者为：管理员、教师、学生，如下图所示。对学 生信息管理系统的主体类图进行解释如下：在系统中管理员可以对课程信息、班级信息、学生 档案信息、成绩信息、交费信息等进行管理；学生可查询相关基本信息如：个人档案、成绩等；教师可以对所教课程的基本信息进行查询。1
17、 ）学生信息管理系统的主体用例图（如图2）问题描述：管理员（Administrator）可以对课程、学生成绩、学生档案信息、学生交费信 息以及系统进行管理。而一般用户（User）包括教师、学生、课程管理员、学生成绩管理员、 学生档案信息管理员、学生交费信息管理员等六个部分，其他类是User 类的泛化，继承了一般用户类（User）。2）班级管理模块的用例图（如图3）班级管理员能够浏览班级信息、查询班级信息、更新班级信息、打印班级信 息。班级管理员对班级信息的更新包括添加、删除、修改。2.3.2 学生信息管理系统的序列图序列图用于描述按时间顺序排列的对象之间的交互模式，它按照参与交互的对象所具有的
18、 基本属性和它们相互发送的消息来显示这些对象。当收到消息时，接收对象立即开始执行活动，即对象被激活了。通过在对象生命线上显示一个细长矩形框来表示激活。消息可以用消息 名及参数来标识。消息也可带有顺序号。在时序图的左边可以有说明信息，用于说明消息发送 的时刻、描述动作的执行情况以及约束信息等。下面是对学生信息管理系统的序列图的描述。1） 添加用户序列图（如图4）管理员登录系统主窗体；单击“系统管理”菜单及“添加用户”选项；加载“添加 用户”主窗体；输入用户基本信息；交信息提交到数据库；更新数据库。2） 档案添加序列图（如图5）用户登录系统主窗体；单击“档案管理”菜单及“添加档案”选项；加载“添加
19、档 案”主窗体；输入学生基本信息；将信息提交到数据库；更新数据库；返回窗体。2.3.3 学生信息管理系统的协作图协作图用于描述相互合作的对象间的交互关系和链接关系。虽然时序图和协作图都用来描 述对象间的交互关系，但侧重点不一样。时序图着重体现交互的时间顺序，协作图则着重体现 交互对象间的静态链接关系。协作图中对象的外观与时序图中的一样。对象间的链接关系类似 于类图中的联系。通过在对象间的连接上标志带有消息串的消息来表达对象间的消息传递。Rose 工具具有能够直接将设计好的序列图转化为协作图的功能，其具体实施步骤为：双击待转化的序列图，利用菜单栏中的Browse 菜单，接下来选择Create C
20、ollaboration Diagram选项。转化部分结果如下：1） 用户登录协作图（如图 6）。2） 添加用户协作图（如图7）。2.3.4 学生信息管理系统的类的关联图类图描述类和类之间的静态关系,在系统的整个生命周期都是有效的。与数据模型不同， 它不仅显示了信息的结构,同时还描述了系统的行为。类图是定义其它图的基础。在类图的基础上，状态图、协作图等进一步描述了系统其他方面的特性。通过分析类与类之间的关系，我们知道在上述设计的学生管理系统的功能描述中涉及到管理员类（Administrator）、学生类（Student）和教师类（Teacher），由于上述三个类具有相近的属性，因此建立一个基本
21、类（User），包括 Name、Password、Sex、Department、Username 五个属性，管理员类、学生类、教师类是基本类的泛化，继承了基本类。除此之外还应设计一些控制对象，例如登录（FrmLogin）、添加用户（FrmAddUser）等。具体关联如图8。3结束语结合学生信息管理系统的功能，通过Rational Rose 软件的使用，从用例图、序列图、协作图和关联图的抽象描述构建出满足软件功能要求的软件模型，从而提升了软件设计人员和客户 之间交流水平，加快了软件开发进程，提高了软件开发质量。参考文献：1 范晓平.UML 建模实例详解M.北京:清华大学出版社,2005.2 Ku
22、rBitttner.用例建模M.姜昊,译.北京:清华大学出版社,2003.3 张海藩.软件工程导论M.5 版.北京:清华大学出版社,2008.4 Fontoura M,Pree W, Rumpe B. The UML Profile for Framework ArchitecturesM.Boston:Addison-Wesley Publishing Co,2001.5 Dennis A, Wixom B H, Tegarden D. Systems Analysis and Design with UML Version 2.0M.Wiley,2004.6 王少锋.面向对象技术UML 教程M.北京:清华出版社,2004.
