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UML在面向对象程序设计中的应用

范文

周峰

摘要：UML（UnifiedModelingLanguage）是统一建模语言、标准建模语言的简称，它是支持模型化和软件系统开发的图形化语言，UML作为图像化语言，提供需求分析，建立模型的作用，得到可视化的软件设计。目前UML在面向对象程序化设计中的应用已经得到了推广，主要因UML简单和统一，且在软件设计中能灵活的表现静态和动态的信息，能对系统进行模块化分析，把整体分为每一小模块，建立模型，对可视化模型进行分析，使得每一块模型具体化，具有联系性，降低了程序设计的成本，提高了生产效率。该文将对UML在面向对象程序设计的应用进行分析。

关键词：标准建模语言；面向对象；应用；UML使用实例

UML不是开发过程，而是给软件工程带来了新的方法和思维。它是一种易于表达、功能强大、普遍使用的标准建模语言。标准建模语言运用的范围很广，在电信、航空航天、医疗、金融、电子、交通等很多领域中都有涉及。UML具有巨大的使用价值，不仅能实现整体和部分的关系连接，还能把复杂的事情简单化。本文从UML在面向对象程序设计中的应用进行介绍，简要介绍得到标准建模语言的优势及使用方向。本文将从多个方面进行分析，主要包括以下几个分析方面：UML的简介及优势、UML使用实例分析。经过这两个方面的系统分析，得到具有使用价值的语言工具，是人们运用起来简单，快速，进一步提高生产、管理方面的效率，得到統一协调的发展。

1UML简介及优势

面向对象的创建给人们的生活带来了极大的方便，通过虚拟创建，建立现实生活模型。创建对象需要定义的类，代表生活中一个具体的事物，每一个事物运用面向对象编码，形成一系列的可执行命令的编程，根据编程的操作，能对生活、经济类问题进行分析并得到解决方案。标准建模语言的开发，给原先面向对象软件的创建提供了很多的新思路、新方法，把传统面向对象容易出现的字符，用不同的图形进行表述。通过改进易错字符，降低出错率，促进了软件开发的经济效益，因此在很多领域上运用起来。UML运用了软件开发的新思维，提供一种可视的模型图思路，从不同的角度思考问题，进而得到解决问题的根本。根据UML本身带有强大的多种图形的特点，对事物进行多方面的描述，使得部分形成整体，每一个事物之间建立起密切的联系，通过单一的事物就可以快速的查找出整体的部署关系，使得事物更加简单，易于监控。UML改善了传统意义上的软件系统编程，使得编程过程中通俗易懂，容易操作，且UML的模型图能直观地从侧面中反映出整体的特点，这样就可以快速的得到整体的信息，从而对整体构造进行分析，做出相应的对策。UML定义了五类，十种模型图，包括用例图、静态图（包括类图、对象图、包图）、行为图（包括状态图、活动图）、交互图（包括顺序图、合作图）、实现图（包括配置图、构件图）。图形的相互衔接作用，使得每一个模块形成了整体，整体的形成，利于系统的进一步分析。

1.1UML的特征描述

第一，UML整合了过去面向对象的传统固定概念和表示方法。对于传统意义上的面向对象程序，UML取其精华，去其糟粕，吸收了多个系统的益处，消除了部分系统出现的弊端，善于整合多个系统所出现的不同的表示方法及其概念，使得大部分的系统能够相互依存，提高了软件的使用功能。UML运用新思路，用简单、不易出错的图形的表示方法换掉了经常出错、不易记住和使用的复杂字符，与其同时，引入了一些更加简便的字符，这是面向对象程序设计中质的飞跃。由于UML简单、通用的模型及易操作特点，使得它慢慢地被多数面向对象模型所使用。

第二，UML有很强的建模能力，模型种类多，且每种模型的不同特性，使得事物描述方式多样，根据每一个使用者不同的分析思维，可以选择不同的模型表示方法，具有大众化的特点。UML具有的多种模型的方式、十种模型图形，使得它能简单快速地提供多种模型方式的系统开发。适用范围广，通用性强，实用性高。

最后，UML是一种建模语言，准确地说是一种图形化的语言工具，图形化语言能够准确、真实的描述当前事物的特征，具有一目了然地作用。UML的图形，都有特定的代表意义，不是一群杂乱无序的字符、也不是简单随意的字符。每一种特定意义的字符在使用过程中可以代替一些冗杂的编程代码和易错字符，用户可以根据自己的逻辑思维和使用习惯，运用图形化语言的扩展机制，融合复杂的软件模型，建立自己实用性强了系统。确切地说UML具有表达能力强，可视化效果好的特点。

1.2统一建模语言图的分类

UML建模定义了5类，10种模型图。

1）用例图，是一组关系图，包括参与对象及用例和子用例之间的关系网图。此关系网，是建立模型的基础，关系网模型的建立，代表着整个系统事物之间的联系，参与者行为的一种描述，用例图是软件开发工作的准备阶段，能够为后续的开发工作提供需求分析。

2）静态图，包括类图、对象图、包图。类图主要代表系统中各个主件的结构，还有输入、输出端口之间的联系图形。对象图是对类的具体化称呼，根据类的具体实例，描述的实例就作为对象。包图是类的总称，是类的子集形成集合体，有多个相关元素组成的模型，具有包含和被包含的关系模型。

3）交互图，包含顺序图、合作图。交互图是一种动态关系图，是多种对象与对象之间的交叉产生的关系构成图，是对象之间信息传递的组成图。顺序图主要以时间和顺序作为动态关系图的关注点，强调的是传递信息的时间顺序。合作图主要是对象之间的关系网图。

4）行为图，包括活动图、状态图。活动图主要代表的是一种流程和工作活动的行为。状态图更注重的是每个对象之间的转换关系。软件系统的动态建模方面主要靠着行为图进行。

5）实现图，包含配置图和构件图。实现图是系统的一种静态模型图，主要描述系统的一些主要特征。配置图显示节点和在节点上活动的构件的配置。构件图则主要显示了一组构件及它们之间的相互关系。

此外，常用的图还包括：显示消息和对象状态的准确时间限制的时间图；显示生命周期中比较有趣或复杂的对象的各种状态的状态机图；显示安装已完成系统的机器、过程和部署制品的部署图；显示可重用的组件（对象或子系统）及期接口的组件图；显示在某种特定情形下对象之间发送的消息的通信图；显示使用顺序图活动步骤的交互总图；显示对象在聚合或复合中的相互关系、显示接口和协作的对象的复合结构图等。

常用的UML图可分静（态）图、动（态）图两类，静态图主要描绘软件的静态结构，而动态图主要描绘软件的动态行为。常用UML动态图（5个）包括用例图，活动图，状态机图，序列图，通信图。而常用UML静态图f4个）包括类图，包图，部署图，构件图。

以上的图形在很大程度上帮助软件开发者根据实际情况做出正确的需求分析，确定正确的流程建模，降低了开发的周期，使得开发设计更加标准化和流程化。这样一来，系统设计就不会因为设计者不同、所用程序语言之间的差异，而复杂化，总体来说UML提供了一种标准化的系统分析模型和流程化的表达方式。

2UML实例分析

以下将从买票进电影院看电影的流程来设计，进一步了解UML在面向对象程序设计的应用。更加明确UML五类模型图的作用。

2.1买票流程

买票需要通过相关的窗口进行购票，购票方式有以下几种：通过相APP网上购票，电影院窗口买票，他人赠票，等。本文将进一步选取电影院窗口买票作为例子进行研讨，且应用用例图进行举例。

2.2确定系统需求

在电影院窗口买票的例子中，参与者为：影迷、售票员，验票员。影迷根据广告或者其余的途径得到相关电影的放映时间，查找到附近的影院及查找合适的看电影时间。确认好后，在窗口前和售货员询问票的相关问题，影迷付钱后，在合适的时间段验票进场，验票过程中需要验票员确认无误方可入场。

2.3UML应用

通过UML五类模型图分析，由用例图分析中确定系统的角色，建立模型。在用例图中，得到与系统交叉的用户，称为角色。在此次的系统设计中，角色又影迷，售票员，验票员。而在用例中，还有VIP系统，票价信息查询系统，票价打印系统，系统维护维修系统。适当的用例图把相关的信息联系起来，交叉分析，使得建立模型在开发的过程中能有效地控制着交叉的软件开发过程，一目了然地确定了每者之间的交叉作用。文章中角色用“0”表示，表示应用程序交互关系的参与者。对系统的功能进行描述的外部功能系统，用椭圆表示。关联中，表示参与者和用例系统功能之间的联系，表示由一个方向另一个方向传递消息和接收消息的相互作用，用箭头表示。

如图1进行了详细说明：

通过以上用例模型的分析汇总后，可以得到相关的信息，运用UML的其他图分析，如静态图，部署图能进一步的确定可视化模型，对整个电影院的结构建立模型，得到电影院的静态和动态特征。统一建模语言用可视图来描述，可以精确的得到各个模块之间的相互联系，相互之间的衔接作用。根据UML的配置图确定物理结构，从而根据物理结构参数进行后续的安装和维护的活动。UML在面向對象程序设计中的应用作用相当的大，降低了系统开发的成本和维护费用。

3总结

科技的快速发展，人们的需求越来越多，需要更加复杂，强大的系统进行工作和案例的分析，传统的程序设计已经无法满足，而推出的UML具有的迭代增量就能替补传统程序设计的不足。UML通过建立模块化，实现可视化模型，根据可视化的模型，对事物进行模拟和分析实物的行为，确保结果的正确性，通过每一步的衔接，控制下一步的正确走向，能降低软件开发巨大的成本，且能起到降低后续维护系统费用的作用，总的来说，统一建模语言在未来的发展中一定会占有巨大的市场导向。

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