UML语义与表示法：简单一致的建模语言

UML融合了Booch、OMT和OOSE方法中的基本概念，而且，这些基本概念与其他面向对象技术中的基本概念大多相同。因而，UML必然成为这些方法，以及其他方法的使用者，乐于采用的一种简单一致的建模语言。UML不仅仅是上述方法的简单汇合，而是在这些方法的基础上，广泛征求意见，集众家之长，几经修改而完成的，UML扩展了现有方法的应用范围。UML是标准的建模语言，而不是标准的开发过程。尽管UML的应用必然以系统的开发过程为背景，但是，由于不同的组织和不同的应用领域，需要采取不同的开发过程。作为一种建模语言，UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分。

（一）UML语义

描述基于UML的精确元模型定义。元模型为UML的所有元素，在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外，UML还支持对元模型的扩展定义（王云等，1999）（表3-1）。

表3-1　UML的四层元模型

元元模型层是元模型结构的基础，定义元模型描述语言的模型，它比元模型具有更高的抽象层次，为准确定义元模型的元素和各种机制提供最基本的概念和机制。

元模型是元元模型的实例，定义模型描述语言的模型。一个系统往往是由多个模型的聚集、相互结合和通信组成的。元模型通过把属性、操作，结合和通信进一步抽象为结构元素、行为元素来表达模型，并提供表达系统的机制（包）。另外，为了准确地表达模型的语义，提供了版型、标记值和约束。在这样的元模型描述下生成的模型实例可确保语义的准确刻画。

模型是元模型的实例，定义特定信息域描述语言的模型。模型规定了对象的属性、操作以及聚集，结构和通信，保证用户对象层的语义正确描述。

用户模型（用户数据）是模型的实例，描述了一个特定的信息域。它是按照某一领域的域模型组织的。任何软件系统，在用户看来，都是相互通信的具体对象。如果排除面向对象语言表示的细节，这些具体对象构成一个对象体系结构，并完成具体的相互通信，其目的是实现软件系统的功能和性能。从表示的角度，功能、性能即表示的语义。因此，表示法系统必须能表达的第一个层次是用户对象层，即对象实例及其交互。

（二）UML表示法(www.xing528.com)

定义UML符号的表示法为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是UML元模型的实例。

图（Diagram）由图片（Graph）组成，图片是模型元素的符号化。把这些符号有机地组织起来形成的图，表示系统的一个特殊部分或某个方面。一个典型的系统模型应有多个各种类型的图。图是一个具体视图的组成部分，在画一个图时，就相当于把这个图分配给某个视图了。依据图本身的内容，有些图可能是多个视图的一部分。标准建模语言UML的重要内容可以由下列五类图来定义（James Rumbaugh et al.，2001）（表3-2）。

表3-2　UML的图

第一类，是用例图（Use Case Diagram），从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。

第二类，是静态图（Static Diagram），包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构，不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构（类的属性和操作）。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例而不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。包图由包或类组成，表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。

第三类，是行为图（Behavior Diagram），描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中，状态图描述类的对象所有可能的状态，以及事件发生时状态的转移条件。通常状态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态且其行为受外界环境的影响，并且发生改变的类画状态图。而活动图描述满足用例要求所要进行的活动，以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。

第四类，是交互图（Interactive Diagram），描述对象间的交互关系。其中，顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时，显示对象之间的交互；合作图描述对象间的协作关系，合作图跟顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外，合作图还显示对象，以及它们之间的关系。如果强调时间和顺序，则使用顺序图；如果强调上下级关系，则选择合作图。这两种图合称为交互图。

第五类，是实现图（Implementation Diagram）。其中，构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件，或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息。构件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备，以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点内部，放置可执行部件和对象，以显示节点跟可执行软件单元的对应关系。