UML系统建模及系统分析与设计（第二版）

本书以软件工程的基本概念、原理为出发点，研究了软件开发的过程和方法。软件开发方法很多，面向对象技术以其显著的优势成为计算机软件领域的主流技术。UML不仅统一了Booch、Rumbaugh和Jacobson的表示方法，而且可为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持。学术界和产业界不断完善UML，它被OMG和ISO采纳为标准。UML已经成为面向对象技术领域占主导地位的标准建模语言。

软件工程大师James Rumbaugh认为：“UML的最大贡献是在设计与建模上。有了UML标准，最大的好处是大家愿意在建模上发挥自己的能力，把软件开发从原来的写程序‘拉’到结构良好的建模上来，这是软件最应该发展的方向，也是UML的最大意义。”他还认为：“UML就像一本很厚的书，一下子把每个章节、每一页都看完相对来讲是不容易的。学习UML的最好用、最基础、最根本的方式，是从图像化的东西开始学习，把握一个要点，当你要扩展更多功能时再从原来的基础向那个方向扩展学习的内容。不要想一次读完书中所有的内容，这样会让你在吸收时产生困扰。”本书就是从UML的基本符号开始介绍，然后讲述图形，再通过实例详细介绍各种模型的建模技术。本书由浅入深，逐步展开，便于读者更好地理解概念、图形和建模技术。

本书以UML 2.5为基础，对与UML 1.x版本的不同进行了介绍，使读者对UML 2.x与UML 1.x的不同有更深刻的理解，对UML 2.x的新特征有更进一步的了解。

本书在系统地介绍面向对象技术基本概念和方法的基础上，重点介绍了UML模型及其建模技术、UML建模工具与应用，以及目前热门的软件复用和软件构件技术。本书是编者多年进行软件工程和管理信息系统教学以及软件系统开发实践的经验总结，书中的许多实际问题和应用案例都取自编者的科研项目和软件系统开发实践，并根据学习的难易程度、教材的实用性等对实际案例进行了内容的取舍。案例展示的内容相对简单，并没有把所有的细节描述出来，但对于提高软件系统分析与设计教学的实践性和实用性具有较好的示范作用。

本书共9章，内容概括如下：

第1章为软件工程与面向对象开发方法，重点介绍了面向对象系统分析与设计、典型的面向对象方法等，目的是通过对不同的面向对象方法的介绍，使读者了解面向对象方法存在的问题。

第2章为统一建模语言（UML），介绍了UML的发展历史、UML的构成，UML中的视图、图、关系、公共机制和UML工具等。

第3章为UML模型图，基于UML 2.5标准介绍了UML模型图。本章从结构图和行为图两个方面进行介绍，并详细介绍了每种图使用的符号和关系等。

第4章为面向对象系统分析，介绍了软件需求分析方法，并以实例阐述业务用例建模、类与对象建模、用例描述工具以及活动图构建技术。

第5章为面向对象系统设计，介绍了软件系统设计的方法和模型构建。本章通过实例详细讲述了用例模型、交互模型和状态机图的构建技术。

第6章为系统体系结构建模，通过实例讲述了与体系结构相关的架构建模基础知识、方法和技巧。本章通过案例重点介绍了构架建模的步骤。

第7章为信息系统开发实例，通过一个较完整的实际案例剖析，展现对软件系统进行面向对象分析与设计的具体应用过程，使读者加深对UML建模语言的理解，体会如何将理论知识应用于开发实际，以便更好地在面向对象分析与设计中理解和使用UML建模语言。

第8章为UML建模工具—Rational Rose，对Rational Rose的安装、使用以及如何绘制UML各种图形、正向工程和逆向工程进行了详细的介绍。

第9章为软件复用与软件构件技术，重点介绍了软件复用技术、可复用软件的生产和使用、软件构件技术和软件再工程等理论，使读者更好地了解现代的软件开发技术。

本书深入浅出、图文并茂、案例丰富、通俗易懂、实用性强。每种图均配有示例，每章均有工程实践中的案例分析，最后还有一个较完整的UML建模案例。本书以案例引导为主，不介绍过多的理论。

本书第1～5章由王欣编写，第6～9章由张毅编写，全书由王欣统稿。本书在校稿过程中得到了朱智勇、王亚欣、谢文华和曲睿鑫的大力支持。本书的再版得到了中国水利水电出版社万水分社石永峰总编辑的鼓励和支持，得到了东北电力大学经济管理学院众多教师的支持，在此表示衷心的感谢！

在本书的编写过程中，编者参阅了大量国内外相关文献，在此对所有文献的编著者表示衷心的感谢！

由于本书涉及的内容面广，加之作者的水平有限，书中难免有疏漏、谬误及欠妥之处，敬请广大读者和同行批评指正。

编 者

2020年2月

第二版前言
第一版前言

第1章 软件工程与面向对象开发方法 1
1.1 软件发展与软件工程 2
1.1.1 软件的发展与特征 2
1.1.2 软件危机与软件工程 3
1.2 软件开发模型与方法 9
1.2.1 软件开发模型 9
1.2.2 软件开发方法 16
1.3 面向对象开发方法概述 18
1.3.1 面向对象的基本概念 18
1.3.2 面向对象方法的基本思想 22
1.4 典型的面向对象开发方法 23
1.4.1 Coad/Yourdon方法 23
1.4.2 Booch方法 25
1.4.3 OMT方法 25
1.4.4 OOSE方法 26
1.4.5 Rational 统一过程 27
1.4.6 几种方法的比较 31
1.5 面向对象软件开发 32
1.5.1 可行性分析 32
1.5.2 面向对象分析 35
1.5.3 面向对象设计 36
1.5.4 面向对象实现 36
1.5.5 面向对象测试与面向对象维护 37
1.6 面向对象开发方法的特点 37
小 结 38
复习思考题 39
第2章 统一建模语言（UML） 41
2.1 UML概述 42
2.1.1 UML的发展与应用 42
2.1.2 UML的特点 48
2.1.3 UML建模工具 49
2.2 UML模型概念结构 50
2.2.1 基本构造块 50
2.2.2 规则 62
2.2.3 公共机制 62
2.3 UML视图 68
小 结 69
复习思考题 70
第3章 UML模型图 73
3.1 UML模型图概述 73
3.1.1 UML结构图 74
3.1.2 UML行为图 74
3.2 类图和对象图 75
3.2.1 类图和对象图的图符 75
3.2.2 对象/类的关系 82
3.2.3 类图的抽象层次 84
3.2.4 对象图的构成 84
3.2.5 类图与对象图的区别 85
3.3 包图 86
3.3.1 包图的图符 86
3.3.2 包图的关系 88
3.3.3 包的嵌套 88
3.3.4 包的设计原则 89
3.4 构件图 92
3.4.1 构件图的图符 92
3.4.2 构件的分类与接口 94
3.4.3 类与构件的关系 96
3.4.4 构件图的分类 97
3.5 部署图 98
3.5.1 部署图的图符 98
3.5.2 结点之间的关系 100
3.6 组合结构图 102
3.6.1 组合结构图的图符 102
3.6.2 组合结构图的绘制 102
3.7 外廊图 102
3.8 用例图 103
3.8.1 用例图的图符 103
3.8.2 用例之间的关系 105
3.8.3 用例描述 107
3.9 状态机图 109
3.9.1 状态机图的图符 109
3.9.2 状态机图的组成元素 109
3.9.3 高级状态和转移 113
3.9.4 子状态机 115
3.10 活动图 117
3.10.1 活动图的图符 118
3.10.2 活动图的组成 118
3.11 交互图 121
3.11.1 顺序图 121
3.11.2 通信图 127
3.11.3 定时图 129
3.11.4 交互概览图 131
3.12 UML各种图的应用 132
3.12.1 结构图应用 133
3.12.2 行为图应用 134
小 结 137
复习思考题 137
第4章 面向对象系统分析 140
4.1 系统需求分析 141
4.1.1 系统需求分析概述 141
4.1.2 系统需求获取 144
4.1.3 系统需求陈述 148
4.2 系统需求建模 150
4.2.1 业务用例建模 151
4.2.2 确定系统边界和范围 152
4.2.3 确定参与者 153
4.2.4 确定业务用例 154
4.2.5 绘制业务用例图 155
4.2.6 业务用例描述 156
4.2.7 活动图的构建 159
4.3 需求分析规格说明 160
4.4 类与对象建模 164
4.4.1 类图的构建 164
4.4.2 对象图的构建 170
4.5 面向对象系统分析建模实例 172
4.5.1 需求陈述 172
4.5.2 需求分析 173
4.5.3 系统开发方案 174
4.5.4 系统可行性分析 176
4.5.5 系统类建模 177
小 结 178
复习思考题 179
第5章 面向对象系统设计 183
5.1 面向对象系统设计概述 184
5.1.1 面向对象系统体系结构设计 184
5.1.2 系统对象设计 185
5.1.3 面向对象系统设计优化 188
5.2 系统用例建模 190
5.2.1 构建系统用例模型的步骤 191
5.2.2 确定系统参与者 191
5.2.3 确定系统用例 192
5.2.4 系统用例图构建实例 194
5.3 系统交互建模 195
5.3.1 顺序图的构建 195
5.3.2 通信图的构建 197
5.3.3 交互建模的选择 198
5.4 状态机图的构建 199
5.4.1 状态机图的绘制步骤 200
5.4.2 状态机图的应用 201
5.4.3 UML活动图与状态机图的区别 202
5.5 系统设计实例 202
5.5.1 建立系统用例模型 203
5.5.2 顺序图建模 204
5.5.3 通信图建模 206
5.5.4 状态机图建模 208
小 结 208
复习思考题 209
第6章 系统体系结构建模 212
6.1 系统体系结构模型 213
6.1.1 信息系统体系结构 213
6.1.2 面向对象系统体系结构模型 215
6.2 软件系统体系结构建模 217
6.2.1 子系统组织的体系结构 217
6.2.2 构件图建模 220
6.3 硬件系统体系结构建模 221
6.3.1 硬件系统体系结构建模概述 221
6.3.2 硬件系统体系结构建模步骤 222
6.3.3 部署图建模技术 222
6.4 系统体系结构建模案例 224
6.4.1 软件系统体系结构建模案例 224
6.4.2 硬件系统体系结构建模案例 225
小 结 227
复习思考题 227
第7章 信息系统开发实例 229
7.1 可行性研究 230
7.1.1 概述 230
7.1.2 系统开发的背景、必要性和意义 230
7.1.3 现行系统需求分析 230
7.1.4 新系统开发方案 237
7.1.5 可行性研究 245
7.1.6 结论 246
7.2 面向对象分析与建模 246
7.2.1 业务用例建模 247
7.2.2 系统对象类建模 248
7.3 面向对象设计与建模 250
7.3.1 系统设计 250
7.3.2 系统用例构建 252
7.3.3 系统交互模型构建 254
7.3.4 系统行为模型构建 255
7.4 面向对象的体系结构建模 257
7.4.1 系统体系结构设计 257
7.4.2 系统部署图设计 258
小 结 259
复习思考题 259
第8章 UML建模工具—Rational Rose 260
8.1 Rational Rose概述 261
8.1.1 Rational Rose的版本 261
8.1.2 Rational Rose的主要功能 261
8.1.3 Rational Rose模型视图 262
8.1.4 Rational Rose工具简介 263
8.2 Rational Rose建模 270
8.2.1 用例图建模 270
8.2.2 活动图建模 275
8.2.3 对象类建模 277
8.2.4 顺序图建模 280
8.2.5 通信图建模 283
8.2.6 状态机图建模 284
8.2.7 构件图建模 287
8.2.8 部署图建模 291
8.3 用Rational Rose生成代码 293
8.3.1 选择待转换的目标模型 293
8.3.2 检查Java语言的语法错误 293
8.3.3 设置代码生成属性 294
8.3.4 生成代码 295
8.4 Rational Rose逆向工程 297
小 结 299
复习思考题 299
第9章 软件复用与软件构件技术 302
9.1 软件复用技术的发展与应用 303
9.1.1 软件复用技术的发展 303
9.1.2 软件复用的形式 304
9.1.3 软件复用的类型与优点 306
9.1.4 可复用软件构件的生产与使用 306
9.1.5 可复用软件的生产与复用 308
9.1.6 面向对象技术与软件复用的关系 310
9.2 软件构件技术 311
9.2.1 软件构件技术 311
9.2.2 软件架构 316
9.3 软件再工程 319
9.3.1 软件运行维护遇到的问题 319
9.3.2 软件再工程的概念 320
9.3.3 软件再工程的模型 321
9.3.4 实用的重用战略 323
9.3.5 软件再工程的过程与好处 324
9.3.6 软件再工程活动类型级别 324
9.3.7 再工程活动的步骤 324
9.3.8 软件再工程的相关软件技术 325
小 结 326
复习思考题 326
参考文献 328

1. C程序设计实践教程 [刘卫国]
2. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
3. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
4. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
5. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
6. MySQL数据库项目式教程 [陈亚峰]
7. C语言程序设计习题与实验指导（第二版） [主编 甄增荣 张宾]
8. C语言程序设计（第二版） [主编 甄增荣 田云霞]
9. Unity3D虚拟现实应用开发实践 [主 编 刘龙]
10. Python程序设计 [主编 姜春磊 陈虹洁]
11. C语言程序设计实践教程（活页式） [主编 郑茵 陈巍 滕泓虬]
12. 面向对象程序设计 [主编 张勇 张平华 赵小龙]
13. Python程序设计基础及实战 [主编　刘健]
14. C语言程序设计 [姜雪]
15. Python程序设计实践教程 [王鹤琴 蔡正保]
16. C++程序设计实践教程（第三版） [主编 刘卫国 曹岳辉]
17. C++程序设计（第三版） [主编 曹岳辉 刘卫国]
18. C语言程序设计项目化教程（活页式） [主编 张利华 潘晓利]
19. 机器人流程自动化（RPA）实战——基于UiPath [主编　金鑫]
20. Python 语言程序设计实践指导 [主编　张双狮]
21. Python程序设计案例教程 [主编 毛锦庚 钟肖英 周贤来 ]
22. 基于.NET Core框架的分布式系统架构设计 [汤佳 著]
23. Python语言程序设计教程 [郭其标 房宜汕]
24. Python程序设计 [李国燕 王新强 刘佳 等编著]
25. Python程序设计项目化教程（活页式） [主编　卢凤伟]
26. Java编程基础案例式教程 [主编 陈艳华 唐春兰]
27. Python语言同步案例习题精解 [主编 肖朝晖]
28. Unity应用开发与实战（微课版） [主 编 程永恒]
29. PHP程序设计项目化教程 [主 编 杜海颖]
30. 简单易懂的Python入门教程 [［日］大泽文孝　著]