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
3-1
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
3-2 UML 的基礎
3-2-1 UML 簡介 3-2-2 UML 圖形
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 Engineerin
g ） 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
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
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 • BOUML3-5 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 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
