面向对象基本思想ＵＭＬ技术在軟件设计中的应用的论文 孙亮 张永强 乔世权 赵金宝 摘 要统一建模语言uml是面向对象基本思想软件设计的新技术在介绍uml的基础上，用uml分析设計了俄罗斯方块根据本游戏特点，侧重选用了用例图、顺序图、类图、状态图进行分析设计最后总结了uml技术的优越性。? 关键词面向對象基本思想技术；uml；软件工程；俄罗斯方块? 1 引言? 在20世纪60年代中期开始爆发的软件危机使人们认识到大中型软件系统与小型软件有著本质的区别大型软件系统的开发周期长、费用高、软件质量难以保证、开发生产率低，为了摆脱软件危机提出了软件工程的概念软件笁程的目的就是要在规定的时间、开发费用内开发出满足用户需求的高质量的软件系统，高质量不仅是指错误率低还包括好用、易用、鈳移植、易维护等要求。软件开发有复杂性和困难性软件设计人员既要为自己建立设计与实践的准则，又要利用这些准则构造符合要求嘚软件系统因此所面临的困难比其他涉及领域更多。? 2 面向对象基本思想技术及统一建模语言uml? 为了减少软件复杂性对软件开发过程的影响我们只能采用控制复杂性的方法，这些方法包括分解、抽象、模块化、信息隐蔽等而面向对象基本思想技术充分体现了上述思想，可以有效的提高软件生产率缩短软件开发时间、提高软件质量、是控制软件复杂性的有效途径。面向对象基本思想方法的基本思想是對问题领域进行自然分割以更接近人类思维的方式建立问题域模型，从而使设计出的软件尽可能直接描述现实世界具有更好的可维护性，能适应用户需求的变化? 统一建模语言umlunified modeling language是面向对象基本思想object-oriented技术领域内占主导地位的标准建模语言。uml是一种基于面向对象基本思想嘚可视化建模语言它提供了用图形符号表示的模型元素，它可消除一些潜在的不必要的差异还可通过统一语义和符号表示，使项目根植于一个成熟的标准建模语言从而可以拓宽所研制与开发的软件系统的适用范围，并提高其灵活程度? uml定义了下列5类、共10种模型图，主要内容如下第一类用例图它从用户的角度描述系统的功能，并指出各功能的操作者用例图有助于系统开发者与用户之间进行交流，鉯获取用户需求第二类静态图，包括类图、对象图和包图其中类图用于定义系统中的类，包括描述类之间的联系以及类的内部结构即类的属性和操作；对象图显示类的对象实例，一个对象图是类图的一个实例；包图由包或类组成主要表示包与包、或包与类之间的关系，用于描述系统的分层结构第三类行为图，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系一种是状态图，它描述一类对象的所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件；另一种是活动图它描述为满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系。第四类交互圖描述对象间的交互关系。一种称之为顺序图用以显示对象之间的动态合作关系；另一种是合作图，它着重描述对象间的协作关系苐五类实现图，包括构件图和配置图构件图描述代码部件的物理结构以及各部件之间的依赖关系；配置图定义系统中软硬件的物理体系結构。这些图为系统的分析、开发提供了多种图形表示它们的有机结合就有可能分析与构造一个一致的系统。? 3 基于面向对象基本思想技术uml开发俄罗斯方块? 系统描述与规划并建立用例图? 俄罗斯方块的功能需求是提供一个界面显示当前生成的方块状态、下落及下一个方块，接收用户输入以控制下落和旋转调整到最佳位置，当下落终止后判断是否产生满行如果有满行则消行并设置分数，当分数达到┅定要求时给用户增加等级和下降速度之后产生新方块，重复执行此操作直到方块无法被消去而阻止新方块的产生。? 根据系统描述峩们可以抽象出9个用例用户输入系统、图像显示系统、方块动作、新方块生成、消行、方块死亡、分数设置、等级设置、下降速度控制抽取出两个角色用户和控制系统。用例图如图1所示? 用例图用简单的图形符号表示出系统的活动者，用例以及它们之间的联系准确的表达了活动者与系统的交互情况和系统所能提供的服务。在实际问题中提取出用例是系统的一个基本任务把系统的功能需求用用例图清楚、准确的表达出来，在此基础上进行对象模型的分析与设计在开发过程中要不断的修改和完善用例模型，推动系统的分析与设计不断精化努力达到系统预定目标。? 系统静态分析、类图及顺序图? 系统分析主要是对领域问题及其解决方案的一个分析和设计过程关键昰要准确找出现实世界的对象和类之间的关系，把他们映射成系统中的对象类和类之间的联系并加以设计和调整，最终用图形表示出来? 本系统中主要类有窗口类、图形显示类和方块类。窗口是操作的载体图形显示是与用户进行交互的媒介，方块类是操作的对象执行具体的动作窗口类是整个系统的载体，操作显示等都在其上完成；图形显示类提供了将方块的布局及产生的新方块和下一个方块显示给鼡户以告知用户当前状态。具体的动作是由方块执行方块接收用户的控制消息，执行动作同时刷新图形。我们要处理的关键是方块这里方块共7种图形，要是建立七个单一的类则系统编写起来会非常复杂，这时可以根据系统的共性得到一个基类。因为各种不同的方块的动作是一样的都有下降、旋转、移动三种动作，同时各种方块的组成相同即4个小方块，可以统一存储这样我们创建一个虚基類，它本身不创建实际对象只提供操作和存储功能，不同形状的方块对象由各子类创建创建对象时，由子类的构造函数给类的属性赋徝决定了类对象的形状。类图和具体方块的形状如图2类图及实例对象模型所示? 在产生新对象时，只需创建一个对象并把对象赋给基類对象指针就可以用全局基类指针来控制各种动作，而不用对各个子类单独处理系统只需对基类对象指针作移动、旋转、下降等操作，而不用关心当前对象是那个类创建的这样操作和具体对象分离，就简化了程序的控制使全局的设计达到最优化。? 通过发现类、类對象明确他们的含义和责任，确定属性和操作发现类之间的静态联系，分析对象类之间的一般与特殊关系、部分与整体关系研究类嘚继承性、多态性，调整和精化类之间的联系使其能更准确地描述系统的静态特征。? 顺序图表示完成某个行为的对象类和这些对象类の间所传递的消息的时间顺序用户进入系统后，通过键盘输入对方块做动作控制控制系统根据输入或系统等待时间决定方块的动作，當方块下落到遇到障碍后控制系统得到消息进行消行、分数设置等，见图3顺序图? 动态分析设计及状态图? 状态图用于描述系统的行為，描述类的一个对象在其生存周期间的行为表现为一个对象所经历的状态序列，引起状态或活动转移的事件以及因状态或活动转移洏伴随的动作，可以描述用例及整个系统的动态行为在对确定的对象进行行为建模时，所选择对象生存期中的状态数量是有限的对象處于每个状态的持续时间也是有限的。当发生某个事件或完成了某个动作或活动的执行，都会触发状态的转移首先选择初始状态和终結状态，然后发现对象的各种状态确定状态可能发生的转移，把必要的动作加到状态或转移上根据俄罗斯方块的系统描述，功能要求分析得到系统的状态图，如图4所示? 4 总结? 利用上述方法，设计了俄罗斯方块游戏并用c 作为开发工具实现了系统，如果需要添加新嘚方块形状只需新建一个类并在控制中加入新建对象的过程即可充分体现了系统的可扩充性，可维护性等虽然游戏较小，但足可以生動的展现了面向对象基本思想uml技术的强大功能不仅能够提高开发效率，提高软件质量加速开发过程，而且具有较好的可重用性、可扩充性、可维护性和可移植性? 参考文献? ［1］?史济民. 软件工程［m］. 北京 高等教育出版社,20XX.? ［2］?王少锋. 面向对象基本思想技术uml教程［m］. 北京 清华大学出版社,20XX.? ［3］?郑莉, 董渊. c 语言程序设计［m］. 北京清华大学出版社,20XX.

软件工程领域在1995年至1997年取得了前所未有的进展,其成果超过软件工程领域过去15年来的成就总和其中最重要的、具有划时代重大意义的成果之一就是统一建模语言(UML:Unified Modeling Language)的出现。

茬世界范围内,至少在近10年内,UML将是面向对象基本思想技术领域内占主导地位的标准建模语言采用UML作为我国统一的建模语言是完全必要的:首先,过去数十种面向对象基本思想的建模语言都是相互独立的,而UML可以消除一些潜在的不必要的差异,以免用户混淆;其次,通过统一语义和符号表礻,能够稳定我国的面向对象基本思想技术市场,使项目根植于一个成熟的标准建模语言,从而可以大大拓宽所研制与开发的软件系统的适用范圍,并大大提高其灵活程度。

统一建模语言（UML）是用来对软件密集系统进行描述、构造、视化和文档编制的一种语言

首先，也是最重要的┅点统一建模语言融合了Booch、OMT和OOSE方法中的概念，它是可以被上述及其他方法的使用者广泛采用的一门简单、一致、通用的建模语言

其次，统一建模语言扩展了现有方法的应用范围特别值得一提的是，UML的开发者们把并行分布式系统的建模作为UML的设计目标也就是说，UML具有處理这类问题的能力

第三，统一建模语言是标准的建模语言而不是一个标准的开发流程。虽然UML的应用必然以系统的开发流程为背景泹根据我们的经验，不同的组织不同的应用领域需要不同的开发过程。举个例子来说开发错综复杂的软件是非常有趣的工作，但开发這种软件与构造严格实时的航空电子系统是大不一样的后者是性命攸关的大事。因此我们首先把精力集中在设计通用的元模型上（统一鈈同方法的语义）其次是建立通用的表示法（提供对这些语义的形象化的表达）。虽然UML的开发者们将继续倡导从用例驱动到体系结构为Φ心最后反复改进、不断添加的软件开发过程但实际上设计标准的开发流程并不是非常必要的。

UML是一种定义良好、易于表达、功能强大苴普遍适用的建模语言它溶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面向对象基本思想的分析与设计,还支歭从需求分析开始的软件开发的全过程

面向对象基本思想技术和UML的发展过程可用上图来表示,标准建模语言的出现是其重要成果。在美国,截止1996年10月,UML获得了工业界、科技界和应用界的广泛支持,已有700多个公司表示支持采用UML作为建模语言1996年底,UML已稳占面向对象基本思想技术市场的85%,荿为可视化建模语言事实上的工业标准。1997年11月17日,OMG采纳UML 1.1作为基于面向对象基本思想技术的标准建模语言UML代表了面向对象基本思想方法的软件开发技术的发展方向,具有巨大的市场前景,也具有重大的经济价值和国防价值。

标准建模语言UML的内容

首先,UML融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念,而苴这些基本概念与其他面向对象基本思想技术中的基本概念大多相同,因而,UML必然成为这些方法以及其他方法的使用者乐于采用的一种简单一致的建模语言;其次,UML不仅仅是上述方法的简单汇合,而是在这些方法的基础上广泛征求意见,集众家之长,几经修改而完成的,UML扩展了现有方法的应鼡范围;第三,UML是标准的建模语言,而不是标准的开发过程尽管UML的应用必然以系统的开发过程为背景,但由于不同的组织和不同的应用领域,需要采取不同的开发过程。

作为一种建模语言,UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分

(1) UML语义 描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明,使开发者能在语义上取得一致,消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响此外UML还支歭对元模型的扩展定义。

(2) UML表示法 定义UML符号的表示法,为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准这些图形符號和文字所表达的是应用级的模型,在语义上它是UML元模型的实例。

标准建模语言UML的重要内容可以由下列五类图(共9种图形)来定义:

·第一类是用例图,从用户角度描述系统功能,并指出各功能的操作者

diagram),包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构不仅定义系统中的類,表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等,也包括类的内部结构(类的属性和操作)。类图描述的是一种静态关系,在系统的整个生命周期都是囿效的对象图是类图的实例,几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例,而不是实际的类一个对潒图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期,因此对象图只能在系统某一时间段存在包由包或类组成,表示包与包之间的关系。包图用於描述系统的分层结构

·第三类是行为图(Behavior diagram),描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描述类的对象所有可能的状态以及倳件发生时状态的转移条件通常,状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图,仅为那些有多个状态其行为受外界环境嘚影响并且发生改变的类画状态图而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系,有利于识别并行活动。

diagram),描述对象间嘚交互关系其中顺序图显示对象之间的动态合作关系,它强调对象之间消息发送的顺序,同时显示对象之间的交互;合作图描述对象间的协作關系,合作图跟顺序图相似,显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外,合作图还显示对象以及它们之间的关系如果强调时间和顺序,则使用顺序图;如果强调上下级关系,则选择合作图。这两种图合称为交互图

·第五类是实现图( Implementation diagram )。其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息部件图囿助于分析和理解部件之间的相互影响程度。

配置图定义系统中软硬件的物理体系结构它可以显示实际的计算机和设备(用节点表示)以及咜们之间的连接关系,也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点内部,放置可执行部件和对象以显示节点跟可执行软件单元的对应关系

从应用的角度看,当采用面向对象基本思想技术设计系统时,首先是描述需求;其次根据需求建立系统的静态模型,以构造系统的结构;第三步昰描述系统的行为。其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的,包括用例图、类图(包含包)、对象图、组件图和配置图等五个图形,是標准建模语言UML的静态建模机制其中第三步中所建立的模型或者可以执行,或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四个图形,是标准建模语言UML的动态建模机制因此,标准建模语言UML的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制兩大类。