第10章 考试系统的分析与设计 1

内容提要 本章介绍面向对象系统的分析与设计，介绍了目前最常用的建模语言UML以及如何用Rose绘制。 介绍常用项目评价标准：CMM（Capability Maturity Model For Software）和ISO9001。 介绍在线考试系统的设计与开发。利用这个案例进一步巩固本书前面各章节的内容。 分别介绍考试系统的数据库结构、考试系统的登录界面、考试系统的考试界面和考试的评分程序。

面向对象的项目分析与设计概述 系统分析（System Analysis）的主要任务是分析问题论域，找出问题解决方案，发现对象，分析内部构成和外部关系，建立软件系统的模型。 系统设计（System Design）的主要任务是根据已经确定的系统模型，进行软件体系、流程的设计。 OOA（Object Oriented Analysis）就是面向对象系统分析，OOD（Object Oriented Design）就是面向对象系统设计，统称为OOAD。UML（Unified Modeling Language：统一建模语言）是目前最好的OOAD工具。

面向对象建模语言与建模工具 目前面向对象建模语言一般采用国际上最流行的UML语言，建模工具一般目前专业的设计工具：Rational Rose。

UML发展史 自20世纪70年代面向对象技术出现以后，面向对象技术在软件业界得到了广泛的应用。为了解决复杂软件系统的开发，纷纷推出了各种面向对象的软件工程方法，比较流行的有Booch、Rumbaugh（OMT）、Jacoboson（OOSE）、Coad-Yourdon等等方法，它们各有长处，也各有缺陷。 1994-1996年软件工程学家Grady Booch、Ivar Jacobson和James Rumbaugh先后到Rational公司携手合作，以各自原有的方法为基础，并吸收其他方法的长处，共同提出了统一建模语言UML。UML0.9草案在1996年6月发布，它结合了三人方法的主要技术。1997年1月Rational公司向美国工业标准化组织OMG递交了UML1.0标准版本。1997年11月OMG宣布接受UML，并正式颁布了UML1.1作为官方的标准文本，此后，OMG的修改任务组（Revision Task Force：RTF）的专家负责对UML不断进行扩充与完善，相继推出了UML1.2、UML1.3、UML1.4版本。

UML的特点 UML的主要特点有4个。 （1）统一标准：UML融合了当前一些流行的面向对象开发方法的主要概念和技术，成为一种面向对象的标准化的建模语言，结束了以往各种方法的建模语言的不一致和差别。 （2）可视化、表示功能强大：UML是一种图形化语言，系统的逻辑模型或实现模型都能用UML的模型图形清晰地表示，UML不只是一堆图形符号，在每一个UML的图形表示符号背后，都有良好定义的定义。UML还可以处理与软件的说明和文档有关的问题，包括需求说明、体系结构、设计、源代码、项目计划、测试、原型和发布等等。 （3）独立于过程：UML是建模语言，独立于开发过程。虽然UML与Rational统一过程配合使用，将发挥强大的效用，但是UML也可以在其他面向对象的开发过程中使用，在常规的软件生命周期法中使用。 （4）容易掌握：UML的概念明确，建模表示法简洁明了，图形结构清晰，容易掌握使用。学习UML应着重它的三方面的主要内容：UML的基本模型元素，把这些模型元素组织在一起的规则，UML语言的公共机制。只要具备一定的软件工程和面向对象技术的基础知识，通过运用UML建立实际问题的系统模型的实践，很快就能掌握和熟悉UML。

UML绘制工具 目前有很多UML图的绘制工具，比如微软的Viso，Visual Modler和Rational Rose等等。其中最为专业和正规的是Rational Rose。Rose提供一套完整的绘图工具，是Rational公司研制的面向对象的CASE（Computer Asisted Software Engineering，计算机辅助软件工程）工具。Rose启动画面如图

系统分析与用例图 在计算机软件系统的分析与设计中，首先需要准确地描述用户需求中的功能需求，以便进一步确定系统中应该建立哪些对象。在很长的一段时间内，无论是传统的软件开发还是面向对象的开发方法，都是用自然语言来描述对系统的需求的，也就是把预期的人和系统之间写成剧本来描述这种功能需求。但是这样的做法没有统一的格式，缺乏描述的形式化，随意性比较大，常常容易产生理解上的含混和不准确性。 1992年Jacobson在他的著作中提出了Use Case的概念和可视化表示方法——Use Case图。作为软件项目的开发和规划中的一个基本模型元素，Use Case的概念和方法受到了IT界的欢迎，很快被广泛应用到许多领域中。

常用元素概述 图是一个标准的UML的Use Case图。

Use Case常用元素 可视化图形 名称 描述 用例 用例图中的用例 执行者(Actor) 可以是用户，也可以是外部系统 关联 连接执行者和用例

执行者 执行者（Actor）是用户作用于系统的一个脚色（Role），执行者有着自己的目标，通过与系统的交互达到目标。 执行者包括人执行者（Human Actor）和外部系统执行者（System Actor）。系统的用户是人执行者，用户通过与系统的交互，操纵系统，完成所需要的工作。执行者不一定是人，它也可以是一个外部系统，该系统与本系统相互作用，交换信息。Jacobson在著作中提出了在确定执行者时应该考虑的一些问题： 每一个执行者的主要任务是什么。 活动者是否要读、写或修改系统中的信息 活动者是否把系统外部的有关变化通知系统 凡是与系统进行信息交换（包括数据信息和控制信息交换）的外部事物可以确认为活动者。系统的外部事物包括：人员、设备和外部系统。

用例 Jacobson给Use Case下的定义有两个： 就是：Use Case描述了系统可能的用户和系统的功能模块的关系。脚色就是用户，而椭圆就是功能模块。打开Rational Rose，出现的界面如图

Rose主界面

左边的栏目中有Use Case View，Logic View和Component View等等。Use Case图是在Use Case View中绘制的，Logic View中主要绘制类图。双击Use Case View下面的Main选项。如图

在当前激活的窗口中就可以绘制Use Case图。界面的中栏有绘制Use Case图的工具。如图

点中执行者的图标在绘图区域绘制一个图标，修改图标的名称为管理员，选中椭圆在区域中绘制一个椭圆，修改椭圆的名称为添加用户。用实线连接小人和椭圆，绘制的Use Case图如图

系统设计与动态图 UML的动态图有4个：顺序图、合作图、状态图和活动图。

动态模型的必要性 静态图，如Use Case图和类图等只能反映对象的模块组成。系统都有具体事务的处理流程，利用UML图来表示这些处理流程需要使用动态图，需要动态模型因为它表达了系统在时间上的变化。 例如：到ATM机上取款，其顺序图如图10-7所示，从上到下按照时间的顺序揭示了取款的全过程

动态模型内容 利用Rose绘图工具可以直接将顺序图转化成合作图，只要学会绘制顺序图就可以。合作图只是顺序图的另一种表现方式。将图10-7直接转化为标准的合作图如图

绘制动态图 顺序图主要功能是完成某个行为的对象类和这些对象类之间所传递的消息的时间顺序。 顺序图的六个元素组成：（1）水平轴：对象轴（2）垂直轴：时间轴（3）对象类角色(Class Role)：表示在交互中对象可起的作用。（4）生命线(LifeLine)：表示对象存在的时间（5）激活期(Activation)：对象执行一个动作的期间（6）消息(Message)：表示对象之间的通信。

第一步，绘制一个取款的Use Case图

每一个椭圆都是一个处理过程或者是一个功能模块，所以应该每一个椭圆都对应着一个顺序图。也就是：椭圆和顺序图是一一对应的。用鼠标右点左边栏目中的椭圆图标，选择New菜单下的Sequence Diagram，如图

修改New Diagram名称为取钱

双击新建的“取钱”图标，就出现了顺序图的绘制界面

顺序图涉及到三个对象，用户，ATM机和帐户。首先将这三个对象加到绘图区域。用户就是Use Case中小人，可以从左边拖动到右边绘图区域。如图

这样用户就建立完毕，下面需要建立其他两个对象。选择如图

软件项目开发过程标准 世界范围内，对于一个软件公司有两种认证体系： ISO9001和CMM体系。 目前国内外比较流行的体系是CMM体系。

ISO9001简介 ISO9001质量体系认证着重于产品的生产即硬件部分，没有专门的针对软件开发和维护过程质量控制的方法、工具和流程，难以满足软件开发、生产和维护过程的特殊要求。 因此，需要寻找一种方法或手段系统、有效地保障软件质量。通过ISO9001认证相当于CMM2到CMM3之间。

CMM简介 CMM（Capability Maturity Model For Software，软件生产能力成熟度模型，以下简称“CMM”）是1987年由美国卡内基梅隆大学软件工程研究所研究出的一种用于评价软件承包商能力并帮助改善软件质量的方法，其目的是帮助软件企业对软件工程过程进行管理和改进，增强开发与改进能力，从而能按时地、不超预算地开发出高质量的软件。 其所依据的想法是：只要集中精力持续努力去建立有效的软件工程过程的基础结构，不断进行管理的实践和过程的改进，就可以克服软件生产中的困难。CMM它是目前国际上最流行、最实用的一种软件生产过程标准，已经得到了众多国家以及国际软件产业界的认可，成为当今企业从事规模软件生产不可缺少的一项内容。

CMM的5个级别 CMM标准共分五级。其中，五级为最高级，即优化级。四级称为已管理级。三级为已定义级，即过程实现标准化。二级为可重复级，在这一级，建立了管理软件项目的政策以及为贯彻执行这些政策而定的措施。 一级为初始级，过程无序，进度、预算、功能、质量不可预测，企业一般不具备稳定的软件开发与维护的环境。常常在遇到问题的时候，就放弃原定的计划而只专注于编程与测试，如图

在线考试系统的实现 考试系统数据库设计 首先介绍考试系统数据库的设计。该考试系统包含一个用户的成绩表和考试题目表，每个考试科目有一个表，保存考题信息。本考试系统实现两门科目的考试，加上成绩表，总共3个表。表结构如表10-2和10-3所示。

字 段 名 类 型 说 明 学号 Varchar(20) 学员的学号 姓名 学员的姓名，学号和姓名用来验证用户的合法性 ASP Int ASP科目的成绩，如果没有参加考试该字段为–1 XML XML科目的成绩，如果没有参加考试该字段为–1

字 段 名 类 型 说 明 类型 Varchar(20) 题目类型，单选或者多选 题号 题目 Varchar(1000) 考题的题干 选项1 Varchar(500) 选项一 选项2 选项二 选项3 选项三 选项4 选项四 分数 该题目的分值 解答 该题目的解答

考试系统由四个文件组成，功能如下。 （1）test.mdb：考试系统的数据库文件（Access2000/XP格式）。 （2）login.aspx：考试系统的登录界面。 （3）test.aspx：考试系统的考试界面。 （4）score.aspx：考试系统的评分界面。

小结 本章主要介绍面向对象分析与设计的基本概念，面向对象建模语言UML以及绘制工具Rose的使用。 理解系统分析与用例图、系统设计与动态图。 了解软件开发过程标准：ISO9001与CMM，掌握考试系统的开发。

本章习题 10-1 名称解释：OOAD UML CMM 10-2 列举UML常用的5个图，并说明其功能。 10-4. 在SQL Server中编写SQL脚本创建如表10-2和表10-3所示的数据库表。 10-5. 将Access版本的考试系统改编成SQL Server版本。（上机完成） 10-6. 扩充考试系统功能。 （1）【课程设计】需求一：为考试添加用户管理功能模块，管理员可以通过管理界面对用户进行添加删除和修改。 （2）【课程设计】需求二：为考试系统添加题库管理功能，管理员可以通过管理界面对题库进行添加删除和修改。