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1. 课程定位：我们在哪里？

软件开发背景

  • 软件开发三阶段：计划阶段 $\rightarrow$ 开发阶段（需求分析、系统设计、开发、测试） $\rightarrow$ 运行阶段。本章主要处于开发阶段。
  • 软件危机：31.1%的项目因需求没做好而取消。
    • 核心痛点：需求不完整、缺乏用户交流、需求不现实。
  • 需求分析方法演变：
    • 结构化分析：数据流图 (DFD)、实体关系图 (E-R)、数据字典 (DD)。
    • 面向对象分析 (OOA)：本章重点，使用 UML 进行建模。

2. 面向对象分析与设计 (OOAD)

核心概念

  • OOAD (Object-Oriented Analysis and Design)：
    • OOA (分析)：从需求角度，用面向对象思想分析业务，识别“对象”和“本质”。
    • OOD (设计)：中间过渡，对 OOA 结果进行规范化整理，为编程做准备。
    • OOP (编程)：用代码（如 Java/Python）实现设计，像搭积木一样开发。
    • 公式：OOAD = OOA + OOD + OOP

为什么要画图 (UML)？

  • 消除鸿沟：连接“需求分析”与“系统设计”，提供一致的表示法。
  • 沟通工具：相比纯文字，图形化（如 UML）能更准确、直观地传达信息。

3. 用例图 (Use Case Diagram) —— ★ 考试重点

定义：从用户角度描述系统功能，展示“谁”使用了“什么功能”。

核心元素

  1. 参与者 (Actor)：
    • 系统外部的人、设备或其他系统。
    • 注意：Actor 永远在系统边界之外。
  2. 系统边界 (System Scope)：
    • 界定系统范围的矩形框，用例在框内，Actor 在框外。
  3. 用例 (Use Case)：
    • 椭圆表示，代表系统提供的功能/服务（如“借书”、“取款”）。
    • 助教补充：用例命名通常是“动宾结构”。

四大关系 (易混淆点)

  • 关联 (Association)：实线连接 Actor 和 Use Case。表示“谁启动了功能”。
  • 包含 (Include) <<include>>：
    • 必选动作。基础用例必须调用被包含用例才能完成。
    • 例子：“取款”包含“验证密码”。(不验证密码就无法取款)
    • 箭头方向：基础用例 $\rightarrow$ 被包含用例。
  • 扩展 (Extend) <<extend>>：
    • 可选动作。在特定条件下才执行的附加功能。
    • 例子：“点菜”扩展出“VIP打折”。(不是所有人都是VIP)
    • 箭头方向：扩展用例 $\rightarrow$ 基础用例。
  • 泛化 (Generalization)：
    • 即继承关系。子用例继承父用例的行为。
    • 例子：“转账”是父用例，“跨行转账”是子用例。

4. 类图 (Class Diagram) —— ★ 核心考点

定义：描述系统中类的静态结构及其相互关系。是面向对象的基石。

类的构成

  1. 类名：如果且斜体表示抽象类 (Abstract Class)。
  2. 属性 (Attributes)：描述特征。
  3. 操作 (Operations)：描述行为/方法。

可见性符号 (记忆口诀：加公减私井保)

  • + (Public)：公开，所有类可访问。
  • - (Private)：私有，仅本类可访问。
  • # (Protected)：受保护，本类及子类可访问。

类之间的关系 (六大关系)

  1. 泛化 (Generalization/Inheritance)：
    • 实线 + 空心三角。
    • 含义：is-a 关系 (文昌鸡 是 鸡)。
  2. 实现 (Realization)：
    • 虚线 + 空心三角。
    • 含义：类实现接口 (Interface) (鸡 实现 了“打鸣”接口)。
  3. 关联 (Association)：
    • 实线。
    • 含义：对象之间有连接 (文昌鸡 关联 气候)。
  4. 依赖 (Dependency)：
    • 虚线箭头。
    • 含义：Uses-a 关系。一个类作为另一个类的方法参数或局部变量。
    • 例子：动物新陈代谢依赖氧气和水。
  5. 聚合 (Aggregation)：
    • 空心菱形。
    • 含义：弱拥有关系 (has-a)。整体和部分生命周期不同，部分可以独立存在。
    • 例子：鸽群与鸽子。鸽群解散了，鸽子还活着。
  6. 合成/组合 (Composition)：
    • 实心菱形。
    • 含义：强拥有关系。整体和部分生命周期一致，同生共死。
    • 例子：鸟与翅膀。鸟死了，翅膀也就失去了意义。

5. 从模型到代码 (From Diagram to Code)

  • 映射原理：
    • 类 $\rightarrow$ class 文件。
    • 属性/方法 $\rightarrow$ 成员变量/函数。
    • 继承 $\rightarrow$ extends 关键字。
    • 接口实现 $\rightarrow$ implements 关键字。
    • 关联/聚合/组合 $\rightarrow$ 成员变量（引用类型）。
  • 正向工程：使用工具（如 Rose, StarUML）直接从图生成 Java/C++ 代码框架。

6. 活动图 (Activity Diagram)

定义：描述业务流程或操作的执行顺序，类似流程图但支持并发。

关键元素

  • 起始点/终止点：实心圆 / 实心圆加圈。
  • 活动 (Activity)：圆角矩形，表示一个步骤。
  • 分支 (Decision)：菱形，表示条件判断 (Yes/No)。
  • 分叉与汇合 (Fork & Join)：
    • 粗黑线。
    • 用于表示并发 (Concurrent) 行为。例如：小鸡一边“争抢啄米”一边“四处闲逛”。
  • 泳道 (Swimlane)：
    • 将活动分组，明确谁负责做什么。例如：泳道分为“用户”、“系统”、“数据库”。

7. 时序图 (Sequence Diagram) —— ★ 动态建模核心

定义：强调消息时间顺序的交互图。

核心元素

  1. 对象 (Object)：顶部的矩形。如果不位于顶部，表示在交互过程中被创建 (new)。
  2. 生命线 (Lifeline)：垂直虚线，表示对象的存在时间。
    • 销毁：生命线末端的 “X” 表示对象被销毁。
  3. 激活条 (Activation)：生命线上的细长矩形，表示对象正在执行操作（被占用）。
  4. 消息 (Message)：
    • 实线箭头：调用/发送消息。
    • 虚线箭头：返回结果。

8. 其他图表

  • 协作图 (Collaboration Diagram)：
    • 与时序图语义等价，可以相互转换。
    • 区别：时序图强调时间顺序；协作图强调对象间的空间/连接关系。
  • 组件图 (Component Diagram)：描述代码模块（物理结构）及其依赖关系。
  • 包图 (Package Diagram)：描述系统的分层结构（如 zoo 包包含 Animal 类）。

章节总结

本章的核心在于从“结构化思维”向面向对象思维的转变。

  1. 分析阶段 (OOA) 重点在于通过 用例图 明确“系统做什么”。
  2. 设计阶段 (OOD) 重点在于通过 类图 构建“系统的骨架”（静态结构），并通过 时序图 和 活动图 描述“系统的血液流动”（动态行为）。
  3. 考试时请务必分清 泛化、实现、聚合、组合 这四种关系在类图中的画法，以及 包含 (include) 和 扩展 (extend) 在用例图中的区别。