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如同草稿：使用 UML 轉換重點成為簡短草稿，也就是使用 UML建立草圖。

• 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） UML最常使用的圖形，可以描述類別的靜態結構，包含型態、介面和類別之間的關係

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

3-5-1 安裝與啟動 Software Ideas Modeler 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

在專案新增模型後，就可以在指定模型新增 UML圖形，例如：在【邏輯觀點】模型加入 UML 類別圖【選課系統】，如下圖所示：

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