UML基础与Rose建模教程

第一部分：UML基础理论

第一章：UML简介

1 什么是UML？

• 全称：Unified Modeling Language,统一建模语言。
• 本质：它不是一种编程语言，而是一种图形化、可视化的建模语言，用于描述、可视化、构建和文档化软件密集型系统的制品。
• 核心思想：为软件开发人员提供一个标准、通用的建模方式，以降低沟通成本,提高开发效率和软件质量。
• 形象比喻：如果把软件开发比作建造一栋大楼，那么UML就是这张建筑设计图，它规定了各个房间的功能（类）、房间之间的连接关系（关联）、水电管线如何铺设（依赖）、以及整栋楼的蓝图（架构）。

2 UML的主要作用

• 需求分析：用用例图等模型来清晰描述系统需要为哪些“角色”（Actor）提供什么“功能”（Use Case）。
• 系统设计：用类图、序列图等来设计系统的静态结构和动态行为。
• 沟通桥梁：为项目经理、系统分析师、架构师、程序员、测试人员等所有项目相关人员提供一个统一的沟通平台。
• 文档化：将软件的设计思想、结构和行为以标准化的形式记录下来,便于后续维护和迭代。

3 UML的发展与标准

• UML由Grady Booch、Ivar Jacobson和James Rumbaugh（“三巨头”）在20世纪90年代末合并各自的方法论而创建。
• 目前由对象管理组织负责维护和发布其标准，最新的版本是UML 2.x。

第二章：UML的核心图

UML提供了多种图形，这些图可以分为两大类：结构图和行为图。

1 结构图

描述系统的静态结构，展示了系统的“骨架”。

2 行为图

描述系统的动态行为，展示了系统的“血肉”和“灵魂”。

第三章：UML核心概念详解

1 类图中的关系

这是理解UML的重中之重。

• 关联：两个类之间的结构关系，表示“知道”或“使用”。

  • 导航性：可以单向或双向。
  • 多重性：表示一个类的实例可以与另一个类的多少个实例相关联。.* (一个或多个)，.1 (零个或一个)。
  • 示例：Teacher (老师) 和 Student (学生) 之间是多对多的关联。

• 聚合：一种特殊的关联关系，表示“has-a”（有一个），是一种“整体-部分”关系,但部分可以独立于整体存在。

  • 特点：部分可以属于多个整体。University (大学) 和 Department (院系),院系可以独立于大学存在。

• 组合：更强的聚合关系，表示一种“owns-a”（拥有）关系,部分和整体的生命周期绑定。

  • 特点：部分只能属于这一个整体，如果整体被销毁，部分也一定会被销毁。House (房子) 和 Room (房间),房间不能脱离房子存在。

• 泛化：即继承关系，表示“is-a”（是一个）的关系。

  • 特点：子类继承父类的属性和操作，并可以扩展自己的功能。Dog (狗) 和 Animal (动物)。

• 依赖：两个类之间最弱的关系，表示一个类使用另一个类,但这种关系不是结构性的。

  • 特点：通常表现为一个类的操作中使用了另一个类的对象作为参数、局部变量或返回值。Driver (司机) 依赖 Car (汽车),因为司机开车。

2 序列图中的消息

• 同步消息：发送方等待接收方处理完消息后才继续执行，用实心箭头表示。
• 异步消息：发送方发送消息后立即继续执行，不等待接收方响应，用开放箭头表示。
• 返回消息：表示同步消息的返回结果，用虚线开放箭头表示,通常可以省略。

第二部分：Rational Rose建模实践

第四章：Rational Rose简介

1 什么是Rational Rose？

Rational Rose是由IBM Rational公司（原Rational Software）开发的一款UML可视化建模工具，它曾是业界最主流的UML建模工具之一，帮助开发者通过图形化界面创建UML模型，并能自动生成多种编程语言的框架代码（如Java, C++, VB等）。

2 Rose工作界面

启动Rose后,你会看到几个主要窗口：

1. 浏览器：左侧的树形结构，是模型的导航中心，包含了所有UML图、类、用例等元素。
2. 图窗口：中间的画布区域,用于绘制和编辑UML图。
3. 日志窗口：下方的文本窗口,显示操作记录和错误信息。
4. 文档窗口：可以用来为模型元素添加详细的文字描述。

第五章：使用Rose进行建模（案例：在线图书商城）

我们将通过一个简单的“在线图书商城”案例,来演示如何使用Rose创建核心的UML图。

案例背景：用户可以在该商城浏览图书、查询图书详情、将图书加入购物车、下单购买。

创建新模型

1. 打开Rational Rose。
2. File -> New Model...
3. 选择一个模板（如Java）,因为我们要生成Java代码。
4. 设置模型名称（如OnlineBookStore）和保存路径。

绘制用例图

目标：明确系统的功能范围和参与者。

1. 在浏览器中，右键点击 Use Case View -> New -> Use Case Diagram。
2. 双击新建的图,在图窗口中打开。
3. 添加参与者：
   • 从工具栏拖动 Actor 图标到画布上，命名为 顾客。
   • 再拖动一个 Actor，命名为 管理员。
4. 添加用例：
   • 从工具栏拖动 Use Case 图标，创建以下用例：浏览图书、查询图书、查看详情、加入购物车、下单、管理图书、查看订单。
5. 建立关系：
   • 使用 Unidirectional Association 工具，连接 顾客 和 浏览图书、查询图书、查看详情、加入购物车、下单。
   • 连接 管理员 和 管理图书、查看订单。
6. 使用<<include>>关系：
   • 下单 必然需要 加入购物车。下单 包含 加入购物车。
   • 从工具栏选择 Use Case Relationship (带<<include>>标签的箭头)，从 下单 用例拖到 加入购物车 用例。
7. 使用<<extend>>关系：
   • 查询图书 可以扩展 浏览图书 的功能。
   • 同样使用 Use Case Relationship (带<<extend>>标签的箭头)，从 查询图书 拖到 浏览图书。

最终用例图应清晰展示谁是使用者，他们能做什么,以及这些功能之间的包含和扩展关系。

绘制类图

目标：设计系统的静态数据结构。

1. 在浏览器中，右键点击 Logical View -> New -> Class Diagram。
2. 识别核心类：根据用例分析，我们可能需要以下类：
   • Customer (顾客)
   • Book (图书)
   • ShoppingCart (购物车)
   • Order (订单)
   • OrderItem (订单项)
   • Administrator (管理员)
3. 创建类并添加属性/操作：
   • 从工具栏拖动 Class 图标到画布上,创建上述类。
   • 双击一个类（如Book），在弹出的对话框中切换到 Attributes 标签页，添加属性：
     • bookId: String
     • title: String
     • author: String
     • price: double
   • 切换到 Operations 标签页，添加操作（方法）：
     • getBookInfo(): String
4. 建立类之间的关系：
   • 关联：一个Customer可以有多个ShoppingCart，一个ShoppingCart只属于一个Customer。
     • 使用 Association 工具连接 Customer 和 ShoppingCart。
     • 双击连接线，设置导航性（从ShoppingCart指向Customer）和多重性（Customer端为 1，ShoppingCart端为 .1）。
   • 组合：一个Order包含多个OrderItem，OrderItem不能脱离Order存在。
     • 使用 Aggregation 工具连接 Order 和 OrderItem。
     • 双击连接线，在 Role Details 中将 Aggregation 下拉框改为 Composition（组合），并设置多重性（Order端为 1，OrderItem端为 .*）。
   • 关联：OrderItem和Book是多对一的关系。
     • 使用 Association 工具连接它们，并设置多重性（OrderItem端为 .*，Book端为 1）。
   • 泛化：Administrator是Customer的一种。
     • 使用 Generalization (空心三角箭头) 从 Administrator 指向 Customer。

最终类图将展示系统的数据结构蓝图。

绘制序列图

目标：详细描述“顾客下单”这个用例的动态交互过程。

1. 在浏览器中，右键点击 New -> Sequence Diagram。
2. 确定参与对象：根据“下单”流程，参与的对象有：Customer、ShoppingCart、Order、Book。
3. 放置对象：从浏览器中拖动这些类到序列图的顶部,它们会自动变成对象。
4. 绘制生命线：对象下方会自动出现一条垂直的虚线,即生命线。
5. 绘制消息交互：
   • Customer -> ShoppingCart: addItem(book: Book) (异步)
   • ShoppingCart -> Book: getBookInfo() (同步)
   • Book -> ShoppingCart: 返回图书信息 (返回消息,可省略)
   • Customer -> Order: createOrder(cart: ShoppingCart) (同步)
   • Order -> OrderItem: new(...) (创建对象)
   • Order -> OrderItem: setBook(book: Book)
   • Order -> OrderItem: setQuantity(quantity: int)
   • Order -> Customer: 返回创建成功的订单 (返回消息)

最终序列图将清晰地展示下单过程中,各个对象是如何一步步协作完成任务的。

代码生成与逆向工程

1 从模型生成代码

1. 确保你的类图已经设计完成。
2. 在浏览器中，右键点击 Logical View -> Java -> Create New... (或类似选项)。
3. Rose会根据你的类图中的类、属性和操作，自动生成一个空的Java项目框架（.java文件）。
4. 你可以将这些生成的代码导入到IDE（如Eclipse, IntelliJ IDEA）中,进行后续的详细编码。

2 从代码生成模型（逆向工程）

1. 你已经有一个写好的Java项目。
2. 在Rose中，File -> Import Model... 或 Java -> Reverse Engineer...。
3. 选择你的Java源代码目录。
4. Rose会分析代码，并自动在Logical View中生成对应的类图,这对于理解现有项目结构非常有用。

第三部分：总结与最佳实践

第六章：UML与Rose的最佳实践

1. UML是沟通工具，不是画图工具：不要为了画图而画图,UML的目的是为了更好地沟通和理解系统。
2. 保持模型简洁：不要试图在一个模型中放入所有细节，根据不同的目的（如需求、设计、实现）创建不同详细程度的模型。
3. 选择合适的图：不是每个项目都需要所有UML图，根据项目规模和复杂度，选择最核心的几种图（如用例图、类图、序列图）。
4. 模型与代码同步：模型是蓝图，代码是最终的实现，两者应保持同步,使用Rose的代码生成和逆向工程功能可以极大地提高效率。
5. 迭代式建模：不要期望一开始就能设计出完美的模型，随着对需求理解的深入和开发的进行,不断迭代和完善你的UML模型。

第七章：进阶学习资源

• 书籍：
  • 《UML用户指南》：UML三巨头所著,经典入门。
  • 《UML精粹》：薄而精悍,快速掌握UML核心。
• 工具：
  • Eclipse with Papyrus：开源的UML建模插件，功能强大,是Rose的现代替代品。
  • StarUML：轻量级、跨平台的UML工具,界面友好。
  • Visual Paradigm：功能全面的商业UML套件。
• 在线资源：
  • IBM Developer：有大量关于Rose和UML的教程。
  • CSDN/博客园：搜索“UML教程”、“Rose教程”,有大量中文实践案例。

希望这份详尽的教程能帮助你顺利入门UML和Rational Rose！