软件工程的几种图

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#c++ #开发语言 #后端

本文介绍了软件工程中的五种重要图表：用例图、类图、活动图、状态图和时序图。用例图展示了系统中的角色、用例和子系统之间的关系；类图描绘了类的结构和它们之间的继承、关联等关系；活动图用于描述系统动态行为，类似流程图；状态图则反映了实体基于事件的动态行为；时序图尚未展开讨论。文章适合于理解和学习软件建模。

第一次更新: 2021/12/2 16:07
注意：本文很多内容尚不完整，主要用来应付考试。

用例图

概念

用例图主要用于描述角色以及角色与用例之间的链接关系，说明的是谁要使用系统，以及他们使用系统可以做些什么。
用例图的元素
- 用例图的三个元素 :
  
  {参与者(Actor)，用例(Use Case)，子系统}
- 参与者 Actor
  
  大多数系统具有多种类型的用户，每类用户表示为一个参与者。
  
  用一个火柴人表示：
- 用例 Use Case
  
  在不展现一个系统或子系统内部结构的情况下，对系统或子系统的某个连贯的功能单元的定义和描述。
  
  用椭圆表示
- 子系统
  
  用来展示系统的一部分功能，这部分功能联系紧密
  
  用方框表示
用例图的关系

关系类型	说明	表示符号
关联	参与者与用例之间的关系
泛化	参与者之间或用例之间的关系
包含	用例之间的关系
扩展	用例之间的关系

关联

表示参与者与用例之间的通信，用实线表示，指向消息接收方。
泛化

表示继承关系，指向父用例
包含

将一个复杂的用例的功能拆解成多个简单的步骤。

当用例事件流过于复杂时，要简化用例的描述，可以将一段事件流抽象成一个被包含的用例；另一种情况，当用例划分过于细致繁琐时，可以抽象出一个基用例。

箭头指向分解出来的功能用例。
- 扩展
  
  扩展是基础用例的一个延伸，为基础用例一个附加的功能。
  
  箭头指基础用例

用例图实例

超市信息管理系统

@startuml
left to right direction
Actor 超市管理员 as admin
Actor 收银员 as cashier
Actor 顾客 as customer

rectangle 超市商品管理系统 {
admin --> (商品录入)
admin --> (用户信息管理)
admin --> (OS登录)
admin --> (退出)
admin --> (进货管理)
admin --> (销售管理)
admin --> (库存管理)

(商品录入) --> cashier
(OS登录) --> cashier
(退出) --> cashier
(结账) -> cashier

(结账) <-- customer
}
@enduml

类图

概念

类图(Class diagram)是显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。
类图的元素
- 类(Class)
  
  类一般包含三个组成部分：{类名，属性，方法}
  
  第一行类名；第二行属性；第三行方法
  - 属性和方法之前可附加的可见性修饰符：
    
    加号("+")修饰 -> 公有成员 public
    
    减号("-")修饰 -> 私有成员 private
    
    井号("#")修饰 -> 保护成员 protected
  - 静态属性或方法具有下划线
    
    如
```
class Sample{
    private static double var=0;
    public static void add(double j){
        var +=j;
    }

    public static double getVar() {
        return var;
    }
}
```
    描述为类图中的类
  - 抽象方法或抽象类为斜体
    
    Shape.java
```
abstract class Shape{
    public abstract void draw();
}
```
    Star.java
```
public class Star extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("★");
    }
}
```
    Star类继承于抽象类Shape。
- 包(Package)
  
  包是一种常规用途的组合机制。UML中的一个包直接对应于Java中的一个包。
  
  用方框表示
- 接口(Interface)
  
  接口在类图中为斜体，如
- 关系
  - 常见的关系有：
    
    {继承(Inheritance)，共享关系(Associaion)，聚合关系(Aggregation)，复合关系(Compositon)，依赖关系(Dependency)，实现关系(Implementation)}
  - 其中 {聚合关系(Aggregation)，复合关系(Compositon)}属于关联关系(Association)。
  - 类图中的关系表示
  - 在类图中，关系还分一对一关系，一对多关系等。
    
    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Nddei0uL-1638431176635)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211201225902995.png)]
    
    图中，图中Professor和TeacherAssistant之间连线上的数字代表：
    
    一个教授(Professor)可以有多个教师助理(TeacherAssistant)，即教授对应教师助理是一对多关系。
    
    同理，Teacher和TeacherAssistan互为一对一关系。

活动图

概述

活动图是UML用于对系统的动态行为建模的另一种常用工具，它描述活动的顺序，展现从一个活动到另一个活动的控制流。活动图在本质上是一种流程图
活动图的元素

{开始结点，终止结点，活动状态图，分支与合并，动作流，对象，数据存储对象，对象流}
- ▞开始结点(Initial Node)
  
  实心黑色圆点
- ▞终止结点(Final Node)
  - 活动终止节点表示整个活动的结束
    
    圆圈+内部实心黑色圆点
  - 而流程终止结点是子流程的结束
    
    圆圈+内部X
- ▞活动状态图（Activity）
  
  有如下特点
  - 活动状态可以分解成其他子活动或者动作状态。
  - 活动状态的内部活动可以用另一个活动图来表示。
  - 和动作状态不同，活动状态可以有入口动作和出口动作，也可以有内部转移。
  - 动作状态是活动状态的一个特例，如果某个活动状态只包括一个动作，那么它就是一个动作状态。
  平滑的圆角矩形
- ▞动作流(Control Flow)
  
  动作之间的转换
  
  动作之间的转换称之为动作流活动图的转换
- ▞分支与合并
- 对象(Objects)
- 数据存储对象(DataStore)——关键字**<>**
- 对象流（Object Flows)
  
  对象流是动作状态或者活动状态与对象之间的依赖关系**，表示动作使用对象或动作对对象的影响**。
  
  状态图中的对象用矩形表示，矩形内是该对象的名称，名称下的方括号表明对象此时的状态。
实例

新雇员信息管理系统：

状态图

概述

状态图描述了一个实体基于事件反映的动态行为，显示了该实体是如何根据当前所处的状态对不同的事件作出反应的。
状态图的元素

{状态，转换，初始状态，终止状态，判定}
- 状态
  
  状态用于对实体在其生命周期中的各种状况进行建模，一个实体总是在有限的一段时间内保持一个状态。
- 转换
  
  在UML的状态建模机制中，转换用带箭头的直线表示，一端连接源状态，箭头指向目标状态。转换还可以标注与此转换相关的选项，如事件、监护条件和动作等，如下图所示。
- 判定
  
  活动图和状态图中都有需要根据给定条件进行判断，然后根据不同的判断结果进行不同转换的情况。实际就是工作流在此处按监护条件的取值发生分支，在UML中，判定用空心菱形表示。
- 初始状态
  
  每个状态图都应该有一个初始状态，它代表状态图的起始位置。
  
  初始状态用一个实心圆表示
- 终止状态
  
  终止状态是一个状态图的终点，一个状态图可以拥有一个或者多个终止状态。
  
  终止状态用一个含有实心圆的空心圆表示
3.实例

公共汽车状态图

时序图

待填坑…

包图

待填坑…