软件建模与文档写作第2章 软件开发工具

软件建模与文档写作第2章软件开发工具2.1visio2.2starUML2.3RationalRose2.4建模工具的比较第二章软件开发工具2.1visio2.1.1Visio简介2.1.2Visio2013基本操作2.1.3Visio2013建模示例2.1.1Visio简介Visio是一款就复杂信息、系统和流程进行可视化处理、分析和交流的专业商用矢量绘图软件，其提供了大量的矢量图形基本素材，帮助用户绘制各种流程图、结构图或软件开发模型，可以促进对系统和流程的了解，深入了解复杂信息并利用这些知识做出更好的业务决策。使用Visio，软件开发人员能够进行项目前期阶段的组织建模（组织结构图）和业务建模（业务流程图）、粗略设计的软件系统体系（体系结构图）、硬件配置（网络拓扑图）、系统框架（系统架构图）、系统组成（系统流程图）、功能结构（功能结构图）；可以绘制需求分析阶段的分析模型（数据流图）；总体设计阶段的系统组成（系统流程图）、功能结构（功能结构图）、软件模块构成（IPO图）、数据构成（ER模型）；还可用于描述详细设计阶段的模块细节（程序流程图）。2.1.1Visio简介图2-1Visio软件的启动界面2.1.1Visio简介图2-2软件的基本界面2.1.1Visio简介图2-3软件界面2.1.1Visio简介Visio软件的界面主要由6部分组成，其作用如下：标栏由Visio标志、快速访问工具栏、窗口管理按钮3个部分组成；其中，快速访问工具栏是Visio提供的一组快捷按钮。窗口管理按钮提供了4种按钮供用户操作Visio窗口；工具选项卡是一组重要的按钮栏，其提供了多种按钮，允许用户切换功能区及应用Visio中的各种工具。主要包括【开始】、【插入】、【设计】、【数据】、【进程】、【审阅】、【视图】等选项卡。选项卡中的工具通常按组的方式排列，各组之间以分隔线的方式隔开。例如，【开始】选项卡就包括了【剪贴板】、【字体】、【段落】、【工具】、【形状格式】、【排列】和【编辑】等组；功能区中提供了Visio软件的各种基本工具。单击工具选项卡中的特定按钮，即可切换功能区中的内容；【形状】窗格，在使用Visio的功能创建Visio绘图之后，会自动打开【形状】窗格，并在该窗格中提供各种模具组供用户选择，可将其拖动添加到Visio绘图中；绘图窗格是Visio中最重要的窗格，在其中提供了标尺、绘图页以及网格等工具，允许用户在绘图页上绘制各种图形，并使用标尺来规范图形的尺寸；在绘图窗格的底部，还提供了页标签的功能，允许用户为一个Visio绘图创建多个绘图页，并设置绘图页的名称；状态栏的作用是显示绘图页或其上各种对象的状态，以供用户参考和编辑。2.1.2Visio2013基本操作图2-3模板选择窗口2.1.2Visio2013基本操作图2-4Visio软件操作界面2.1.3Visio2013建模示例图2-5Visio绘制组织结构图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期，组织结构图用于描述目标单位的组织岗位构成，为后续的业务分析打下基础。需要注意的是，Visio提供的组织结构图基本形式，通常都是体现上层元素对下层元素的领导、管理关系，与本要求的组织结构图应体现组织机构的包含关系有一定的差异，需要进行一定的改进，以体现组织机构的包含关系，才能够更好地用于组织分析的结果描述。面向对象方法的RationalRose及StarUML工具，没有提供相应元素进行组织结构的描述，此时可以借助Visio进行组织结构描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-6Visio绘制业务流程图2.1.3Visio2013建模示例项目前期业务分析的结果，以业务流程图的形式进行描述。业务流程将是后续粗略设计以及需求分析阶段进行需求分析的基础。Visio提供的业务流程图有多种，其中的“跨职能流程图”样式，能够最好地满足结构化业务建模的需要。跨职能流程图有横向、纵向两种方式，为方便用户直观观察和理解，建议选择纵向的跨职能流程图描述业务分析的结果。2.1.3Visio2013建模示例图2-7Visio绘制系统体系结构图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期的粗略设计阶段，体系结构图反映目标系统的抽象构成及构成部分之间的相互关系，这些构成既包括硬件网络，也包括软件。Visio没有提供专门的体系结构图样式，可借助其中的“基本框图”和“基本流程图”元素，进行系统的体系结构描述。面向对象工具RationalRose及StarUML，没有提供专门模型来支持体系结构图的绘制，此时可以借助Visio进行系统体系结构图的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-8Visio绘制网络拓扑图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期的粗略设计阶段，网络拓扑图反映目标系统的硬件网络构成和它们之间的连接方式。Visio提供了各种丰富的网络节点元素，方便开发人员绘制直观的网络拓扑图。面向对象方法的RationalRose及StarUML工具，提供的配置图元素很少，往往不足以全面完整地描述复杂系统中的硬件设施及网络配置，此时可以借助Visio进行系统的网络拓扑结构描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-9Visio绘制系统架构图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期的粗略设计阶段，系统架构图体现软件部件之间的联系和部件的布局。Visio也没有提供专门模型来支持系统架构图的绘制，此时可以借助Visio“基本框图”、“基本流程图”中的部分元素，进行系统结构图的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-10Visio绘制系统流程图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期的粗略设计和总体设计阶段，系统流程图是结构化方法下描述系统物理构成的模型。Visio没有提供专门的系统流程图样式，可借助其中的“基本框图”、“基本流程图”、“网络拓扑图”部分元素，组合在一起进行系统流程图的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-11Visio绘制功能结构图2.1.3Visio2013建模示例在项目前期的粗略设计和总体设计阶段，功能结构图从用户角度反映目标系统的整体构成，也是体现一种包含关系。Visio没有提供专门的系统流程图样式，可借助其中的“基本框图”、“基本流程图”部分元素，组合在一起进行功能结构图的描述。面向对象工具RationalRose及StarUML，没有提供专门模型来支持功能结构图的绘制，此时可以借助Visio进行进行系统功能结构图的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-12Visio绘制数据流图2.1.3Visio2013建模示例在需求分析阶段，数据流图是结构化方法下需求模型的主要构成部分。通常绘制数据流图逐步细化、逐步精化的一个过程。Visio提供了专门的“数据流图表”样式，支持系统数据流图的的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-13Visio绘制IPO图2.1.3Visio2013建模示例在总体设计阶段，IPO图从软件角度描述了目标系统的构成，通常绘制IPO图是逐步细化、逐步精化的一个过程。Visio没有提供专门的IPO图，开发人员可借助其中的“基本框图”、“基本流程图”部分元素，组合在一起进行IPO图的描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-14Visio绘制E-R模型2.1.3Visio2013建模示例在总体设计阶段，ER模型用于描述数据的概念模型。Visio提供了专门的“数据库模型图”样式，支持系统的实体关系模型描述。2.1.3Visio2013建模示例图2-15Visio绘制程序流程图模型2.1.3Visio2013建模示例在项目的详细设计阶段，程序流程图描述各个模块的算法实现细节。Visio没有提供专门的“程序流程图”样式，可以用基本流程图进行模块算法的详细描述。2.2starUML2.2.1StarUML简介2.2.2StarUML基本操作2.2.3StarUML建模示例2.2.1StarUML简介StarUML严格遵循UML，提供包括用例图、类图、序列图、状态图、活动图、协作图、组件图、部署图以及复合结构图(CompositeStructureDiagram)、鲁棒图（RobustnessDiagram）、包图等十一种图。其中复合结构图、鲁棒图可以看成特殊的类图，复合结构图主要用于反映类之间继承、抽象、构成、组合之类的关系，鲁棒图主要按照MVC设计模式，反映同层次类中的抽象继承关系、不同层次类之间的调用关系。包图主要用来对系统的构成进行包含关系的描述。2.2.1StarUML简介根据图的特点，StarUML把所有的UML图分为五类，包括用例视、分析视、设计视、实现视和发布视。StarUML只支持图内部的语法检查，并不支持模型验证和一致性检查，这表明在各种图内部，工具能够很好地保证模型元素的合法使用，但不能保证图与图之间的联系是否合法正确。StarUML的缺陷在于不支持业务建模，当进行管理信息系统等事务处理软件的时候，可以借助Rationalrose进行业务分析和建模工作。2.2.2StarUML基本操作图2-16StarUML软件界面2.2.2StarUML基本操作图2-17添加新工程2.2.2StarUML基本操作图2-17工程选择2.2.2StarUML基本操作图2-18模型添加2.2.2StarUML基本操作图2-19通过菜单添加图2.2.2StarUML基本操作图2-20通过ModelExplorer添加图2.2.2StarUML基本操作图2-21通过菜单添加元素2.2.2StarUML基本操作图2-22通过ModelExplorer添加元素2.2.2StarUML基本操作图2-23保存后的模型2.2.3StarUML建模示例图2-24StarUML用例图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML提供用例图来支持需求建模。通常所有用例建立在一张用例图中，当系统规模庞大时，可以分别用包图来进行分割组织。通常每个用例还应该用活动图描述其过程细节。需求分析阶段用例图是需求分析模型的主要构成部分。2.2.3StarUML建模示例图2-25aStarUML类图绘制示例2.2.3StarUML建模示例图2-25bStarUML类图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML类图包括（普通的）类图、复合结构图、鲁棒图，复合结构图、鲁棒图是特殊形式的类图。图2-25a的类图以复合结构图的格式绘制，图2-25b的类图以鲁棒图的格式绘制。复合结构图可以用于需求分析阶段的分析类/实体类描述，鲁棒图可以用于设计阶段的三层类图描述。开发人员也可以（普通的）类图为基础，进行不同形式的类图绘制。2.2.3StarUML建模示例图2-26StarUML活动图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML不支持业务模型建模，因此使用StarUML只能用来描述用例过程和（详细设计阶段）的类方法进行建模。活动图可以在需求分析阶段用来从用例行为者角度描述用例的操作过程，为后续使用状态图、时序图、协作图给类填充方法提供基础；活动图也可以在详细设计中用来描述具体类方法的执行过程，在业务分析时也可以用来描述业务用例的活动过程。2.2.3StarUML建模示例图2-27StarUML状态图绘制示例2.2.3StarUML建模示例通常状态多的重要类对象才会用StarUML的状态图来描述。状态图反映一个对象在其生命期内经历的各个状态的顺序。状态图用来在设计阶段帮助找出类图中类的方法，每个状态图中的事件，实际上就是相应类的一个方法。2.2.3StarUML建模示例图2-28StarUML序列图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML使用序列图来显示某个用例中参与交互的对象的某个交互场景（全部场景可以由活动图进行描述），这个交互场景中的事件是按时间顺序排列的。设计阶段，时序图是用例活动图的一个场景，可以很好地帮助开发人员找出类的方法。2.2.3StarUML建模示例图2-29StarUML协作图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML使用协作图全面反映一组对象之间的协作关系，对象之间的事件交互顺序关系不再一目了然，除非对事件进行编号；当协作图反映多个场景下对象之间的交互事件时，将无法进行编号，此时协作图只能单纯反映类对象之间的调用关系了。设计阶段，协作图全面反映各种类之间的调用关系。2.2.3StarUML建模示例图2-30StarUML组件图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML使用使用组件图编译后系统构成（由组件为单位），组件指系统中的可分配实现单元。在系统设计和系统配置阶段，配置图描述系统的物理构成。2.2.3StarUML建模示例图2-31StarUML部署图绘制示例2.2.3StarUML建模示例StarUML使用部署图显示运行时系统结构的实现图。在设计阶段和配置阶段，从部署图中可以了解到软件和硬件组件之间的物理关系以及处理节点的组件分布情况。2.3RationalRose2.3.1RationalRose简介2.3.2RationalRose基本操作2.4.3RationalRose建模示例2.3.1RationalRose简介RationalRose是基于UML的面向对象可视化建模工具，可以用来进行软件系统的面向对象业务分析、需求分析与设计，是当前最流行的可视化软件开发工具之一。RationalRose和现有的各种建模环境和开发环境（数据建模，Web开发，VisualStudio和C++）很好地结合起来，支持灵活性需求、快捷方便沟通的一种迭代式开发解决。与StarUML一样，严格遵循UML规则，提供包括业务用例图、用例图、类图、序列图、状态图、活动图、协作图、组件图、部署图以及包图等十种图。根据各种图自身的特点，RationalRose把所有的UML图分为四类，包括用例视、逻辑视、实现视和发布视。用例视图：只关心系统的高级功能，不关心系统的具体实现细节。逻辑视图：关注系统实现什么功能、以及如何实现这些功能。构件视图：可看出系统实现的物理结构。部署视图：关心系统的实际部署情况。RationalRose支持图内部的语法检查，也支持模型验证和一致性检查，利用这一点，开发人员可以实现连贯一致的软件开发。2.3.2RationalRose基本操作RationalRose工程框架选择界面2.3.2RationalRose基本操作RationalRose的主界面2.3.2RationalRose基本操作在“rationalunifiedprocess”工程框架下，每个工程由“UseCaseView”、“LogicalView”、“ComponentView”、“DeploymentView”等四个视图构成，“UseCaseView”包括“BusinessUseCaseModel”和“UseCaseModel”两种模型组成，“LogicalView”由“AnalysisModel”、“BusinessObjectModel”、“DesignModel”三种模型组成，“ComponentView”由“ImplementationModel”模型，“DeploymentView”由配置图构成。为了方便开发团队人员交流沟通，减少图的冗余，建议开发团队按照开发过程不同阶段的需要对不同模型下的图进行组织。在“BusinessUseCaseModel”中包括业务用例图以及描述每个用例过程的活动图；在“UseCaseModel”中包括用例图；在“AnalysisModel”中包括描述每个用例的活动图；在“BusinessObjectModel”中描述问题域的系统类；这三个模型合在一起，构成完整的需求分析模型。在“DesignModel”中包括三层设计类图，并用时序图、状态图、交互图对三层设计类图进行辅助描述。设计过程是迭代进行的，开始的设计类图只有相应的类名，实体类只有属性，每个类的类方法是空白的。通过绘制时序图、状态图、交互图，可以不断给类找到方法并添加到类中，最终得倒的设计类图是较为完整的，既包括属性，也包括方法。2.3.2RationalRose基本操作RationalRose中创建新图或新的图元素对象2.4.3RationalRose建模示例RationalRose2.4.3RationalRose建模示例在RationalRose中，业务用例图本质上是用例图的特例。“BusinessUseCaseModel”，选择“NEW→用例图”，就可以建立业务用例图。选中欲操作的业务用例图，在图中添加角色、用例，并给建立的“用例”和“角色”选择“businessusecase”和“businessactor”版型，把“业务用例”和“业务角色”以不同于用例和角色的外观呈现。RationalRose中其他图的绘制，与StarUML中相应图的绘制雷同。具体可参照RationalRose的用户手册。2.4建模工具的比较Visio能够用来描述各种软件开发的模型，可以说是目前最能够用图形方式来表达各种商业图形用途的工具，不仅提供包括结构化模型的各种模型元素，也包括面向对象模型的各种UML模型元素。它跟微软的office产品的能够很好兼容，能够把图形直接复制或者内嵌到WORD的文档中。可以方便地用于结构化建模，也可用于面向对象建模。由于Visio本身没有提供模型语法检查（一个图内部，模型元素使用是否合法、模型元素是否能够放在特定图中）、模型验证（不同图之间，模型是否能够彼此组合，组合形式是否合法）和一致性检查（不同开发阶段的不同模型之间是否满足前后一致性）等功能，因此这些任务都只能由开发人员自己来完成，自动化程度不高。且Visio工具没有体现面向对象思想，用于面向对象方法下的迭代开发则有点牵强。当然，由于目前的面向对象建模工具在某些方面没有提供相应模型，或者某些建模功能不够强大，开发人员也可以使用Visio，开发面向对象迭代开发过程中的部分次要模型。Rose是市场上第一个提供对基于UML的面向建模工具。在面向对象应用程序开发领域，RationalRose自推出以来就受到了业界的瞩目，并一直引领着可视化建模工具的发展。越来越多的软件公司和开发团队开始或者已经采用RationalRose，用于大型项目开发的分析、建模与设计等方面。RationalRose支持包括业务建模、分析、设计等整个开发过程活动中的复杂系统建模；支持UML的模型语法检查、模型验证和一致性检查；其团队管理特性能够很好地支持大型、复杂的项目和分布式开发团队；支持有关模型文档的自动发布；允许利用双向工程技术可以实现面向对象的迭代式开发。此外，Rose还为其他一些领域提供支持，如用户定制和产品性能改进。2.4建模工具的比较StarUML可以视为RationalRose的简化版本，它支持了基本的面向对象需求分析、设计模型开发，但没有支持项目前期的业务过程分析。StarUML支持模型语法检查，但不支持模型验证和一致性检查，模型验证和一致性检查必须由用户自己完成；StarUML支持有关模型文档的自动发布；也支持RationalRose模型在工具中的重用。2.4建模工具的比较在具体实践中，Visio适用于建立结构化方法下的各种模型。在项目前期，Visio的组织结构图可以稍加改造，用于项目目标单位的组织结构模型构建（必须注意：Visio的组织结构图是以层次管理的形式来描述组织，不适于直接使用）；Visio的业务流程图可以用于描述目标单位的业务流程。其他的粗略设计模型（如体系结构图、网络拓扑图、系统架构图、系统流程图、功能结构图）均可用Visio描述。在需求分析阶段，可以描述层次化的数据流图；在总体设计阶段，可以描述系统构成（系统流程图）、功能结构图、IPO图和ER模型；在详细设计阶段，可以描述具体模块的程序流程。2.4建模工具的比较在具体实践中，StarUML和RationalRose用于面向对象方法下的各种模型构建，由于面向对象建模工具在模型上不够强大，因此采用面向对象思想进行软件项目开发时，依然需要使用Visio建立一些结构化模型。在项目前期，对Visio的组织结构图稍加改造，用于项目目标单位的组织结构模型构建；用RationalRose的业务模型中的业务用例图，建立目标系统概要性的业务服务，用活动图进一步描述每个业务用例的流程；用Visio描述系统体系结构；用配置图描述粗略设计的网络拓扑图和系统架构，用RationalRose的组件图描述系统构成；用Visio描述系统的功能结构图。在需求分析阶段，RationalRose的用例图、活动图分别描述系统所有用例和用例过程，用类图描述系统中的实体类/分析类。（3）在总体设计阶段，用三层类图描述系统构成，活动图、状态图、协作图、时序图用于查找类图中的方法；用Visio描述功能结构和ER模型；用组件图描述系统构成。在详细设计阶段，可以用活动图描述类中方法的程序流程。2.4建模工具的比较