物件導向系統分析與設計與UML

目錄 物件導向的基本觀念 物件導向塑模語言UML簡介 UML各圖形介紹 結論

物件導向的基本觀念 物件導向的優點： 由於物件導向技術之引進，使軟體之開發與維護更有效率，亦提升了程式的再用性與可維護性。 物件導向技術(Object-Oriented Technique) 是繼結構化技術之後，系統開發上另一新的典範(Paradigm) 。 物件導向的優點： 更接近人類思維方式 程式的重複使用 程式易維護 程式易擴展 由於物件導向技術之引進，使軟體之開發與維護更有效率，亦提升了程式的再用性與可維護性。

物件導向的基本觀念(c.2) 物件導向的重要基本觀念包括： 物件 類別 封裝 繼承 同名異式

物件導向的基本觀念(c.3) 物件(Object) 物件是物件導向的基本思維單位，物件是一個具有識別(Identity)、狀態(State)與行為(Behavior) 的實體(Entity)或抽象化概念(Abstract Concept)，物件的行為會影響其狀態。 物件包括： 名稱(Name)─識別 屬性(Attributes)─資料，其內容代表物件的狀態 操作 (Operations)或稱方法(Methods)─行為 例如物件名稱李四，有生日、年齡、住址、身高、體重與性別等為其屬性，而跳躍與走路為其操作。

物件導向的基本觀念(c.4) 類別(Class) 類別是具有相同結構及行為的物件所組成的集合。一個類別是一種定義(Definition)、樣板(Template)或模子(Mold)，它是許多物件共同特徵的一種描述。 類別是物件經分類與抽象化後所得的結果。 將物件抽象化，就是剔除物件間的差異，而只考慮其相同的性質，然後組成一個群體，稱為類別。

物件導向的基本觀念(c.5) 類別包括： 例如：人類是一類別名稱，有生日、年齡、住址、身高、體重與性別等為其屬性，而跳躍與走路為其操作。 名稱(Name) 屬性(Attributes) 操作 (Operations)或稱方法(Methods) 例如：人類是一類別名稱，有生日、年齡、住址、身高、體重與性別等為其屬性，而跳躍與走路為其操作。 class name attributes: operations: 類別的表示法

物件導向的基本觀念(c.6) 封裝(Encapsulation) 將資料及使用此資料的所有方法包裝成一個物件，謂之。 也就是，物件是資料與方法『封裝』的結果。 資料與方法被 封裝在一起

物件導向的基本觀念(c.7) 封裝將物件的實作細節隱藏，使其與外界環境隔離，而只允許該物件之方法修改其資料，稱為資訊隱藏(Information Hiding)。 物件中的資料必須透過物件的方法取用，只要物件的方法對存取作控制，外界的物件便無法取用內部的資料，而達成物件保護的目的。 封裝之特性使物件導向的系統較容易維護。

物件導向的基本觀念(c.8) method # 1 data # 2 # 4 # 5 # 6 # 3 修改存取內部的資料

物件導向的基本觀念(c.9) 繼承(Inheritance) 繼承是類別間之關係，在此關係中某類別之資料結構與行為可供其關係中之類別分享。 繼承者稱為子類別(Subclass)，被繼承者稱為父類別(Superclass)。 子類別將由父類別繼承來的屬性(變數、資料結構)或方法(行為)重新定義的動作稱為覆寫(overriding)。

物件導向的基本觀念(c.10) 男人 女人 人類 繼承

物件導向的基本觀念(c.11) 繼承之特性可利用一般化(Generalization) 的原則，萃取相關子類別的相同屬性和操作，並將之歸類為一個父類別來達成。 相反的，利用特殊化(Specialization)的原則，可以找出一個父類別的相關子類別。

物件導向的基本觀念(c.12) 類別的方法供本身及其所有子類別共用，因而達到程式的重用效果。 在物件導向技術中，繼承概念之運用對軟體工程有革命性之影響，如達成程式碼重用(Reuse)，及產生可靠度較高的軟體等。

物件導向的基本觀念(c.13) 同名異式(Polymorphism) 多型的目的是希望簡化系統發展的複雜性並增加其彈性。 Polymorphism意指多種型式，簡稱多型，指的是一個方法可以有許多型式，也就是，相同的方法名稱，定義以不同的實作(implementation)。   多型的目的是希望簡化系統發展的複雜性並增加其彈性。

物件導向的基本觀念(c.14) 物件導向程式語言 如Java、C++、Ada、Small Talk、Object Pascal等。

物件導向塑模語言UML簡介 統一塑模語言(Unified Modeling Language, UML)是一種規格化(Specifying) 、視覺化(Visualizing)及文件化(Documenting)的軟體塑模語言，第一版UML包含以下九種圖形： 使用個案圖 類別圖 物件圖 循序圖 合作圖 狀態圖 活動圖 元件圖 部署圖

物件導向塑模語言UML簡介(c.2) 需求分析主要以使用個案圖作為表達工具。 而系統分析與設計主要以類別圖、物件圖、循序圖、、狀態圖、合作圖、元件圖與部署圖表達。

物件導向塑模語言UML簡介(c.3) 1. 使用個案圖 2. 類別圖 表示系統的使用個案和行為者之間互動的關係。

物件導向塑模語言UML簡介(c.4) 3. 物件圖 4. 循序圖 是用予描述一系統於某一時間點的靜態結構，該圖由一群相關之物件及其連結所組成，以表示系統在某一時間點之一例子。 4. 循序圖 用以描述系統運作時，物件間的互動行為且著重以時間為主軸的處理程序。

物件導向塑模語言UML簡介(c.5) 5. 合作圖 6. 狀態圖 該圖能同時展現物件間的資料流程、控制流程與訊息傳遞的活動。因此，合作圖是一個宏觀的總流程，能同步表達資料的產生與資料轉變的過程。 6. 狀態圖 用以表達物件在其生命週期中的狀態變化。狀態圖是以微觀物件為主，細分物件所發生的各項事件，並表達物件生命週期之狀態轉變及活動結果。

物件導向塑模語言UML簡介(c.6) 8.元件圖 7. 活動圖 9. 部署圖 該圖表達涉及於執行某一作業行為中之活動。一個活動圖描述一群循序與同步的活動，一個活動狀態表示一個工作流程步驟或一個運算的執行活動。 8.元件圖 它用來說明一群實體的軟體元件間的靜態結構關係，及說明其建構之細節。 9. 部署圖 它用來說明系統各軟硬體元件的配置與關聯。

分析與設計的流程

使用個案圖 使用個案圖主要是由行為者（Actors）和使用個案（Use Cases）兩個元件所組成，它標示行為者與使用個案間之互動，及使用個案間之關聯。

使用個案圖(c.2) 一個使用個案是系統中一系列相關的事件，以完成某一特定工作，並對系統之行為者產生可衡量的價值。 一個使用個案就是行為者透過介面要求系統所做一系列相關的事件，有起點亦有終點。 範例:

使用個案圖(c.3) 行為者

使用個案圖(c.4)

使用個案圖(c.5) 使用個案之描述：

類別圖與物件圖 類別是具有相同結構及行為的物件所組成的集合。 一個類別是一種定義(Definition)、樣板(Template)或模子(Mold)，它是許多物件共同特徵的一種描述。

類別圖與物件圖(c.2) 類別具有名稱、屬性與操作。類別常由矩形表示。 物件亦常用矩形表示，名稱下加底線。

類別圖與物件圖(c.3) 類別圖是用來描述系統中的類別，以及類別間之關係。 物件圖是用於描述一系統於某一時間點的系統影像(Snapshot) 。

類別圖與物件圖(c.4) 類別間之關係與表示符號 相依(Dependency) 一般化(Generalization)/繼承 關聯(Association) 實現化(Realization)

類別圖與物件圖(c.5) 類別圖

類別圖與物件圖(c.6) 物件圖

循序圖 循序圖主要表達類別圖中各類別之物件間的訊息傳遞及操作。 基本上，描述各類別之物件間互動行為，需對每一個使用個案之類別圖建構一個對應的循序圖。

循序圖(c.2) 循序圖基本上是由下列元件所組成： 物件、 訊息、 操作、 生命線、 控制焦點、 框架 (UML 2 加入)。

循序圖(c.3)

循序圖(c.4) 框架 框架(Frame)是一種圖示標記，用以表達循序圖中，某一區段範圍內的一連串訊息與操作組合之控制流程、輸入、輸出等。 在循序圖中，框架之表達並非必須，使用者可依情況自行決定是否要表達。

循序圖(c.5) 多選一(Alternative)

合作圖 合作圖主要也是用於描述物件間之互動行為。 合作圖與循序圖合稱為互動圖。 循序圖著重以時間發生順序來表達物件間的訊息傳遞與處理之程序； 合作圖著重表達物件間之連結結構，並能同時展現物件間的訊息傳遞與處理之程序。

合作圖(c.2) 合作圖基本上是由下列元件所組成： 物件 連結 訊息 操作

狀態圖 若某物件或系統在其生命週期（從行為開始到結束）中有較複雜的狀態改變時，而這些改變在互動圖中不易表達，則可以用狀態圖詳細表達其所有狀態與狀態間之轉換。 對較單純者，不一定需要用狀態圖表達。 狀態圖也可用於表達某一使用個案、許多使用個案、子系統、使用者介面等等。 除軟體外，也可表達硬體之狀態轉換。

具深度的狀態：其內部的子狀態組成一狀態圖，描述其細部狀態轉換。 狀態圖(c.2) 狀態圖之主要元件包括： 狀態(states) 轉換(transitions) 一個狀態是一個被描述者在其生命週期中之一個情況（situation），在此情況中，它滿足某條件，可能正等待某些事件的發生，且可能正在執行某活動。 具深度的狀態：其內部的子狀態組成一狀態圖，描述其細部狀態轉換。

狀態圖(c.3) 狀態之轉換： 事件[成立條件]／動作 Event [Guard] ／ Action 此三個部分是具有選擇性的，不一定要同時都具備。

狀態圖(c.4) 描述洗衣機的狀態圖

狀態圖(c.5)

活動圖 若物件或系統涉及執行某些較複雜之行為時，例如循序的(sequential)或同時的(concurrent) 活動等，因為這些活動不易在互動圖中描述清楚，則可以用活動圖表達。 此外，也可用於表達某一使用個案、許多使用個案、子系統等之循序或同時的作業流程或行為。

活動圖(c.2) 銷售作業之活動圖

元件圖 元件圖(component diagrams)表達系統中，一群實體的軟體元件間的靜態結構關係，及說明其建構之細節。 元件圖之主要元素包括 元件 介面 關係

元件圖(c.2) – 元件以一個矩形貼上兩個小標籤表示，且需有一個唯一的名稱，名稱置於矩形內部。

元件圖(c.3) 介面 – 用來說明元件所提供的服務。 元件實作介所提供的服務，而其它元件透過介面來使用這個服務。 – 介面常以一小空心圓表示（稱簡單型式），介面也可以類別的符號表達（稱延伸型式）。

元件圖(c.4)

元件圖(c.5) 關係 – 關係（Relationships）是描述元件與元件間或元件與介面間的結合關係。 – 包括 相依（Dependency） 一般化（Generalization） 關聯（Association） 實現化（Realization）

元件圖(c.6)

元件圖(c.7) 上圖表示網路購物系統之元件圖。 「使用者介面模組」需透過iBook、iCart、iOrder三個介面使用系統所提供的功能。 三個ActiveX-DLL：「書籍產品型錄物件類別模組」、「購物車物件類別模組」、及「訂單物件類別模組」皆可存取後端資料庫。 書籍產品型錄、購物車與訂單三個元件屬執行檔，且皆可存取後端資料庫，因此這三個執行檔與資料庫間有相依關係。 使用者介面需透過iBook、iCart、iOrder三個介面完成訂購功能，所以使用者介面與這三個介面間也分別有相依關係。

元件圖(c.8) 下圖表示人力資源資料庫(database) 元件是由員工、獎懲、薪資、教育訓練、出勤考核五個資料表(tables)元件所組成。

部署圖 部署圖(deployment diagrams)表達系統中軟硬體元件間的靜態結構關係，及說明其建構之細節。 部署圖之主要元件包括 節點 連接

部署圖(c.2) 節點 – 節點（Nodes）代表著一種計算資源，也可說是一個硬體。 – 節點是以正方體圖形來表示，它必須有一個唯一的名稱以示區別。

部署圖(c.3) 連接 – 連接（Connections）表示節點間的溝通方式或路徑，也表示節點間之關係，包括相依（Dependency）、關聯（Association）等。 此外，節點與軟體元件間可能有相依關係。

部署圖(c.4) 區域網路之部署圖

部署圖(c.5) 主從式架構之部署圖

部署圖(c.6) WWW之部署圖

結論 物件導向為現今最廣為使用的開發技術，而UML又是目前物件導向開發最常使用的分析與設計的塑模工具。