第3章 UML統一塑模語言 3-1 塑模與塑模語言 3-2 UML的基礎 3-3 UML的4+1觀點 3-4 UML塑模工具 3-5 Software Ideas Modeler塑模工具

3-1 塑模與塑模語言 3-1-1 塑模的基礎 3-1-2 塑模語言

3-1-1 塑模的基礎-說明 模型（Models）就是一種抽象化的真實事物（Real Thing），以軟體系統來說，它是使用文字或圖形來描述系統規格和其環境，一種簡化的真實系統。當我們將現實生活中的真實事物抽象化成模型，這個過程稱為「塑模」（Modeling），如下圖所示：

3-1-1 塑模的基礎-基本原則 在進行軟體系統開發時，我們常常需要建立模型（Models）來進一步了解未來建立的系統，不過，我們建立的模型永遠不會等於真實系統，因為塑模有兩個基本原則，如下所示： 強調（Emphasizing）：強調哪些必要的部分。 省略（Omitting）：忽略哪些不相關的部分。

3-1-1 塑模的基礎-為什麼需要建立模型 我們替系統建立模型是為了執行三種工作，如下所示： 溝通（Communication）：在所有涉及系統開發專案的使用者建立一個溝通橋樑，因為不是所有使用者都了解資訊科技的專用術語，我們需要讓客戶了解需求；開發者了解需求，而且他們所認知的需求是一致的，有了模型，就算過了一段很長的時間，他們共通決定的需求一樣可以了解，而不會各說各話。 視覺化（Visualization）：為了讓所有參與者都了解系統，詳細的文字描述比不上一張圖形來的有效，換句話說，視覺化呈現的模型（即使用圖形來表示），更容易讓使用者了解系統。 驗證（Verification）：模型可以幫助我們驗證最後完成系統是否完整（Completeness）、一致（Consistency）和正確（Currectness）。

3-1-1 塑模的基礎-塑模方法 軟體塑模（Software Modeling）基本上可以使用兩種方式來替軟體系統建立模型，如下所示： 演算法塑模（Algorithmically Modeling）：傳統結構化程式設計的軟體分析就是建立演算法，這種方法建立的系統彈性很差，當需求變更或升級時，我們很難更新或維護系統。 物件導向塑模（Object-Oriented Modeling）：目前主流的軟體開發方式是物件導向方式，物件導向塑模是使用更接近真實世界的方式來建立模型，軟體系統就是物件集合，因為我們本來就是生活在物件的世界，思考模式也遵循著物件導向方式。

3-1-2 塑模語言-說明 「塑模語言」（Modeling Language）是一種使用字彙和規則來呈現概念和實際系統的語言，它可以使用虛擬碼（Pseudo-Code）、程式碼、圖形、一大段文字或任何可以幫助我們了解系統的方式來描述資訊或知識。 事實上，塑模語言就是使用一致的規則集合來定義系統結構，其元素稱為符號（Notation），而這些規則可以解釋結構中各元件的意義。

3-1-2 塑模語言-種類 一般來說，塑模語言分為圖形和文字兩種，其說明如下所示： 圖形塑模語言（Graphical Modeling Languages）：使用圖形加上命名的符號來呈現觀念，以連接線連接符號來表示之間的關係，和各種其他符號來表示限制條件，UML是一種圖形塑模語言。 文字塑模語言（Textual Modeling Languages）：主要是使用標準的關鍵字（Keywords）加上參數（Parameters）來建立電腦可理解的運算式。

3-2 UML的基礎 3-2-1 UML簡介 3-2-2 UML圖形 3-2-3 UML與方法論

3-2-1 UML簡介-說明 「UML」（Unified Modelling Language）並不是一種程式語言，它是一種塑模語言，可以讓我們使用圖形描述系統來建立模型。如同工程師閱讀藍圖來蓋房子，程式設計師只需看到UML圖形繪出的模型，就可以寫出所需的程式碼。 UML的中文名稱是統一塑模語言，UML的出現是三位OO理論大師：Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson（通稱3 Amigo）所提倡。三人本來各自提出物件導向的方法論（即OOA和OOD設計方法）和專屬表示的圖形和符號。換句話說，同樣問題，使用三人方法論建立的模型會有三種不同的表示方法。

3-2-1 UML簡介-歷史 UML的發展始於1994年10月Grady Booch和Jim Rumbaugh同在Rational軟體公司時，他們開始統一Booch（Grady Booch提出的方法論）和OMT（Object Modeling Technique，Jim Rumbaugh提出的方法論）。 UML草案版本0.8版在1995年10月提出，1995年底Ivar Jacobson加入Rational公司後，再整合他的OOSE（Object-Oriented Software Engineering）方法論，1997年1月UML正式產生。 UML規格在1998年1月推出1.2版，2000年3月推出1.3版，2001年9月是1.4版，2003年3月是1.5版，ISO是在2004年7月推出1.4.2版ISO/IEC 19501。2005年7月正式推出UML 2.0版，2007年8月和11月是UML 2.1.1和2.1.2版，2009年2月是UML 2.2版，2010年5月是2.3版。

3-2-1 UML簡介-如何使用UML UML的使用方法有很多，Martin Fowler描述三種我們最常使用UML的方式，如下所示： UML如同藍圖：使用UML圖形描述詳細的系統規格，如同藍圖，我們可以使用UML塑模工具將它轉換成程式碼，或使用反向工程（Reverse Engineering）將程式碼轉換成UML圖形，維持模型與程式碼之間的一致性。 UML如同程式語言：使用UML圖形建立的模型是一個可執行的程式碼，UML如同程式語言般可以將UML建立的模型變形轉換成不同平台環境的程式碼。

3-2-2 UML圖形-說明 UML圖形（UML Diagrams）是使用視覺化方式來描述不同的模型元素，可以建立物件導向分析和設計結果的模型。每一種UML圖形都有特殊的用途，它是使用符號來視覺化呈現系統的某些觀點。 UML 2.x版比1.x版支援更多種類的圖形，在本節如果沒有特別說明，表示這是從UML 1.x版就支援的圖形。UML 2.2版共有14種圖形，可以分成兩種：7種結構圖（Stucture Diagrams）和7種行為圖（Behavior Diagrams）。

※ 3-2-2 UML圖形- 結構圖 圖形 說明 類別圖（Class Diagrams） 物件圖（Object Diagrams） 描述物件實例的靜態結構，可以顯示某一個時間點，系統一組物件之間的關係 元件圖（Component Diagrams） 描述系統重要元件之間的組織架構，元件可以包含其他元件或多個類別 部署圖（Deployment Diagrams） 描述系統實際執行時的軟硬體環境配置 套件圖（Package Diagrams） 使用階層架構來組織一組類別和元件，UML 2.0版支援的圖形 組合結構圖（Composite Structure Diagrams） 描述模型元素類別或元件的內部結構，UML 2.0版支援的圖形 輪廓圖（Profile Diagrams） 處理meta-模型層次的模版（Stereotype）資訊，可以使用UML圖形來自訂模版、標籤和限制條件

※ 3-2-2 UML圖形- 行為圖 圖形 說明 活動圖（Activity Diagrams） 類似流程圖，可以描述系統商業流程、作業流程和系統各活動的流程，例如：使用案例的主流程和操作 使用案例圖（Use Case Diagrams） 描述系統功能和其提供的服務，和哪些使用者或外部系統會與之互動，可以幫助我們找出系統需求 循序圖（Sequence Diagrams） 使用時間軸方式描述物件之間的互動，強調物件之間訊息傳遞的時間順序 通訊圖（Communication Diagrams） 描述物件的互動，強調物件之間的關係、訊息流向和控制流程，在1.x版稱為合作圖（Collaboration Diagrams） 狀態機圖（State Machine Diagrams） 描述物件生命周期的事件與狀態轉換，1.x版稱為狀態圖（Statechart Diagrams） 時序圖（Timing Diagrams） 描述詳細的時間資訊，互動元素之間的條件資訊和狀態改變，UML 2.0版支援的圖形 互動概觀圖（Interaction Overview Diagrams） 使用循序、通訊和時序圖以高階方式來描述系統發生的重要互動，UML 2.0版支援的圖形

3-2-2 UML圖形- 圖形與模型之間的差異 模型和圖形的差異說明，如下所示： 模型（Models）：模型是使用抽象化方式來描述欲塑模事實的所有元素，包含所有關於商業、系統和關係等觀點。 圖形（Diagrams）：每一張圖形是使用一種特殊觀點來檢視我們欲了解系統的特定部分，換句話說，一張圖形只能使用一種觀點來檢視所有或部分模型。

3-2-3 UML與方法論-說明 UML統一塑模語言並不是方法論，其主要目的是使用統一的文字和圖形來建立模型。事實上，UML只統一Grady Booch、James Rumbaugh和Ivar Jacobson三人的表示方法，並沒有統一方法論，UML需要搭配適當的方法論，才能幫助我們進行軟體系統開發。 軟體系統開發方法（Methods）是一種可靠且可複製的方式來描述如何塑模和建立軟體系統的過程。

3-2-3 UML與方法論-說明 物件導向分析與設計的主要方法論，如下表所示： 方法論名稱 開發者 OMT（Object Modeling Technique） James E. Rumbaugh Booch方法（Booch Method） Grady Booch OOSE（Object Oriented Software Engineering） Ivar Jacobson Shlaer-Mellor方法（Shlaer-Mellor Method） Slly Shlaer與Stephen J. Mellor

3-3 UML的4+1觀點-說明 對於複雜的軟體系統來說，我們需要透過一組UML圖形才能完整描述系統的所有資訊，目前有相當多方法將UML模型建立的圖形分類成多種觀點或透視方式來取得系統的真實面貌，簡單的說，我們可以從不同觀點來檢視一個系統，每一個觀點使用特定種類的UML圖形來呈現。 Kruchten’s的4+1觀點（Philippe Kruchten，1995）能夠幫助我們呈現不同種類UML圖形在描述整個系統模型時扮演的角色，稱為「觀點模型」（View Model），它可以同時使用多個不同觀點來描述系統架構。

※ 3-3 UML的4+1觀點-圖例 圖例的4+1觀點是從使用者、開發者和專案管理者的角度來看這個系統，如下圖所示：

※ 3-3 UML的4+1觀點-觀點說明1 使用案例觀點（Use Case View）：使用一組使用案例（Use Cases）來描述系統，這是外面世界看到的系統功能，在此觀點需要描述系統準備要做什麼，與其他4個觀點都相關，所以稱為+1觀點。我們主要是使用UML使用案例圖和情節（Scenarios）來呈現此觀點。 邏輯觀點（Logical View）：這是使用結構元素描述系統功能的靜態結構和動態行為，說明系統組成的結構和之間的互動，此觀點關注系統提供使用者的服務和功能需求。我們主要是使用UML類別圖、物件圖、狀態機圖和互動圖來呈現此觀點。

※ 3-3 UML的4+1觀點-觀點說明2 開發觀點（Development View）：這是程式設計者角度的觀點，著重於程式碼管理的模組與元件，也就是描述系統內部模組和元件的結構。我們主要是使用UML套件圖和元件圖來呈現此觀點。 流程觀點（Process View）：此觀點是系統非功能需求的效能和可擴充性等，包含系統處理流程的並行和通訊，可以幫助我們了解系統發生了什麼事。我們主要是使用UML活動圖來呈現此觀點。 實際觀點（Physical View）：這是從系統工程師觀點呈現的系統，即真實世界的系統拓樸架構，可以描述最後部署的實際系統架構和軟體元件。我們主要是使用UML部署圖來呈現此觀點。

3-4 UML塑模工具-說明 UML塑模工具（UML Modelling Tool）是CASE工具（Computer-Aided Software Engineering Tools，CASE Tools）之一，可以幫助系統開發者使用UML圖形進行物件導向分析與設計，快速建立軟體系統所需的模型。 目前巿面上的UML塑模工具相當多，依使用者的授權方式，可以分為商業和免費版本UML塑模工具。

3-4 UML塑模工具-商業版本的UML塑模工具 一般來說，商業版本的UML塑模工具都提供強大功能，而且很多都提供Community社群版，可以讓非商業用途的使用者免費使用，不過，其功能會打一些折扣，而且通常都需要線上註冊啟動後才能使用。常見商業版本的UML塑模工具，如下所示： IBM Rational Software Architect（RSA） PowerDesigner MagicDraw UML Astah UML Visual Paradigm for UML（VP-UML） Poseidon for UML Enterprise Architect

3-4 UML塑模工具-免費版本的UML塑模工具 除了商業版本的UML塑模工具外，巿面上還有一些Open Source開放原始碼與類似授權的免費UML塑模工具，和一些非商業用途使用者可全功能免費使用的UML塑模工具，其說明如下所示： StarUML ArgoUML Umbrello BOUML Software Ideas Modeler

※ 3-5 Software Ideas Modeler塑模工具 3-5-2 建立與儲存專案 3-5-3 新增模型與UML圖形 3-5-4 SIM的使用介面說明 3-5-5 SIM塑模工具的基本操作

3-5 Software Ideas Modeler塑模工具 Software Ideas Modeler（SIM）塑模工具一套速度快、輕量、操作簡單和功能強大的CASE工具，其強大的UML繪圖功能，可以輸出漂亮的UML圖形和產生精美的模型文件。 SIM塑模工具是一套免費軟體（Freeware）的UML塑模工具，它是由Dušan Rodina開發，支援中文使用介面（筆者所翻譯），對於非商業用途的使用者可以全功能免費使用（如果覺得好用，記得捐助些款項支持此開發計劃）。

3-5-1 安裝與啟動Software Ideas Modeler-安裝 在書附光碟的SIM工具是免安裝版本，並不需要進行安裝程序，不過，因為SIM是一套.NET應用程式，在執行前，請先確認Windows作業系統已經安裝.NET Framework 3.5以上版本。

3-5-1 安裝與啟動Software Ideas Modeler-啟動 在書附光碟的SIM是免安裝版本，我們只需將ZIP檔解壓縮至硬碟的資料夾，就可以切換至SIM解壓縮至硬碟的資料夾，按二下【SoftwareIdeasModeler.exe】執行檔，稍等一下，因為是第一次啟動，需要選擇使用介面的語言，可以看到「Language」對話方塊。

3-5-2 建立與儲存專案 SIM是使用專案（其副檔名為.simp）來管理我們塑模的模型，在模型之中是繪製的各種UML圖形，如下圖所示：

3-5-3 新增模型與UML圖形-新增模型 在SIM建立專案後，我們就可以執行「檔案/開啟專案」指令開啟存在的SIM專案，新增模型與UML圖形。 在同一個SIM專案可以建立多個模型，例如：在Ch3_5.simp專案新增名為【邏輯觀點】的模型，如右圖所示：

3-5-3 新增模型與UML圖形-加入UML圖形

3-5-4 SIM的使用介面說明 SIM使用介面是由功能表、工具列、標籤頁的編輯視窗和各種功能視窗所組成，如下圖所示：

3-5-5 SIM塑模工具的基本操作 在這一節筆者準備簡單說明SIM塑模工具的基本操作，包含基本設定、樣式編輯、輸出圖檔、產生文件和UML註解與模版的編輯。 切換使用介面的語言 顯示格線與貼齊格線 樣式編輯 在UML符號加入註解 替UML符號元素新增模版 將UML圖形匯出成圖檔 產生報告或規格文件

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