十一. UML 建模

UML 建模部分是下午场考试中第三个题目，分值 15 分。先介绍一下这类题目的考查形式。

1. 考察形式

（1）类图与对象图

• 填类名，方法名，属性名
• 填关系
• 填多重度

UML 中四种基本关系： 

依赖关系：

泛化关系：

关联关系：

聚合

组合

 

实现关系：

 （2）用例图 

• 参与者
• 用例名
• 关系
• 细化用例描述

用例图中的三种关系：

包含（必选）：

扩展（可选）：

泛化（必选）：

细化用例描述：

用例规约描述如下。

参与者：顾客。

主要事件流：

1. 顾客选择需要购买的饮料和数量，投入硬币；
2. 自动售货机检查顾客是否投入足够的硬币；；
3. 自动售货机检查饮料存储仓中所选购的饮料是否足够；
4. 自动售货机推出饮料；
5. 自动售货机返回找零。

备选事件流：

    2a. 投入的硬币不足，则给出提示并退回到1；

    3a. 若所选购的饮料数量不足，则给出提示并退回到1。 

（3）通信图

• 对象名
• 消息

（4）顺序图

• 对象名
• 消息
• 生命周期 

其中，实线代表调用消息，虚线代表返回消息， 实心箭头表示同步消息，空心箭头表示异步消息。

（5）状态图

• 状态名
• 触发事件、监护条件、动作

（6）活动图

• 活动名
• 开始、结束
• 并发分支、并发汇合
• 活动发起者

2. 例题

（1）例题 1

用例图与类图。

说明：

某出版社拟开发一个在线销售各种学术出版物的网上商店（ACShop），其主要的功能需求描述如下：

（1）ACShop 在线销售的学术出版物包括论文、学术报告或讲座资料等。

（2）ACShop 的客户分为两种：未注册客户和注册客户。

（3）未注册客户可以浏览或检索出版物，将出版物添加到购物车中。未注册客户进行注册操作后，成为 ACShop 注册客户。

（4）注册客户登录后，可将待购买的出版物添加到购物车中，并进行结账操作。结账操作的具体流程描述如下：

  ① 从预先填写的地址列表中选择一个作为本次交易的收获地址。如果没有地址信息，则可以添加新地址。

  ② 选择付款方式。ACShop 支持信用卡付款和银行转账两种方式。注册客户可以从预先填写的信用卡或银行账户中选择一个付款。若没有付款方式信息，则可以添加新付款方式。

  ③ 确认提交购物车中待购买的出版物后，ACShop 会自动生成与之对应的订单。

（5）管理员负责维护在线销售的出版物目录，包括添加新出版物或者更新在售出版物信息等操作。

采用面向对象方法分析并设计该网上商店 ACShop，分别得到下面所示的用例图和类图。

问题1：

根据说明中的描述，补充用例图中（1）~（4）对应的用例名。

问题2：

根据说明中的描述，补充类图中（1）~（7）对应的类名。

问题3：

根据说明中的描述，分别说明用例 “添加新地址” 和 “添加新付款方式” 会在何种情况下由用例图中的用例（3）和（4）扩展而来。

解析1：

首先明确，用例通常都是以名词+动词或动词+名词的形式存在。用例图中（3）和（4）用例都是扩展关系，并且在题干中指出，选择付款方式 …… 若没有付款方式信息，则可以添加新付款方式，所以可以得出（4）是选择付款方式，那么形式类似，（3）就是选择收获地址。（3）（4）和（2）属于包含关系，（2）同时也包含（1），那么继续分析题干，注册客户登录后，可将待购买的出版物添加到购物车中，并进行结账操作，因此注册客户进行结账操作后，可以将出版物添加到购物车，然后选择付款方式和收货地址。或者不先看（1），（2）处一定是结账，因为只有结账后才需要选择付款方式和收货地址，而将出版物添加到购物车后客户可以进行浏览或检索出版物。因此（2）是结账，（1）是将待购买出版物加入购物车。

（1）待购买出版物加入购物车  （2）结账  （3）选择收获地址  （4）选择付款方式

解析2：

类图中最明显的就是（3）~（6）类，明显的泛化关系，和付款方式类似，就是题干开头描述的ACShop 在线销售的学术出版物包括论文、学术报告或讲座资料等。因此（3）是学术出版物、（4）~（6）分别是论文、学术报告、讲座资料。接着看到（7），它与收货地址与付款方式具有依赖关系，因此（7）只能是订单。然后（2）与购物车和订单有聚合关系，并且购物车和订单是整体类，那么（2）只能是待购买的出版物，并且和学术出版物有依赖关系。最后看（1），也是稍难的一个类，它与 ACShop 有聚合关系，与购物车和客户平级，同时出版物与它也有聚合关系，那么只能是题干中最后提到的出版物目录。

（1）出版物目录（2）待购买的出版物（3）学术出版物（4）论文（5）学术报告（6）讲座资料（7）订单

解析3：

题目问什么情况下会扩展添加新地址和新付款方式，就是题干中描述的：

从预先填写的地址列表中选择一个作为本次交易的收获地址。如果没有地址信息，则可以添加新地址。

注册客户可以从预先填写的信用卡或银行账户中选择一个付款。若没有付款方式信息，则可以添加新付款方式。

（2）例题 2

状态图与类图。

说明：

某种出售罐装饮料的自动售货机（Vending Machine）的工作过程描述如下，

（1）顾客选择所需购买的饮料和数量。

（2）顾客从投币口向自动售货机中投入硬币（该机器只接收硬币）。硬币器收集投入的硬币并计算其对应的价值。如果所投入的硬币足够购买所需数量的饮料且饮料数量充足，则推出饮料，计算找零，顾客取走饮料和找回的硬币；如果投入的硬币不够或者所选购的饮料数量不足，则提示用户继续投入硬币或重新选择饮料及数量。

（3）一次购买结束后，将硬币器中的硬币移走（清空硬币器），等待下一次交易。自动售货机还设有一个退币按钮，用于退还顾客所投入的硬币。已经成功购买饮料的钱是不会被退回的。

采用面向对象方法分析和设计该自动售货机的软件系统，得到如下用例图。

其中，用例 “购买饮料” 的用例规约描述如下：

参与者：顾客。

主要事件流：

1. 顾客选择需要购买的饮料和数量，投入硬币；
2. 自动售货机检查顾客是否投入足够的硬币；；
3. 自动售货机检查饮料存储仓中所选购的饮料是否足够；
4. 自动售货机推出饮料；
5. 自动售货机返回找零。

备选事件流：

    2a. 投入的硬币不足，则给出提示并退回到1；

    3a. 若所选购的饮料数量不足，则给出提示并退回到1。

根据用例 “购买饮料” 得到自动售货机的 4 个状态：空闲、准备服务、可购买、饮料出售，对应的状态图如下，所设计的类图如下：

问题1：

根据说明中的描述，使用说明中的术语，补充状态图中 S1~S4 对应的状态名。

问题2：

根据说明中的描述，使用说明中的术语，补充状态图中 E1~E4 对应的事件名。

问题3：

根据说明中的描述，使用说明中的术语，补充类图中 C1~C5 对应的类名。

解析1：

自动售货机共有空闲、准备服务、可购买、饮料出售四种状态。根据图示，S1 处应该是初始状态，即空闲状态，当客户选择饮料并投入硬币后，进入 S2。注意 S2 处的描述，硬币不足仍然返回 S2，对应备选事件流 2a，所以 S2 处应当是客户选择购买的饮料并投入硬币，S2 处应该是准备服务，S2 与 S4 之间存在循环情况，根据题干描述，S4 应该是可购买状态，购买完成后饮料出售，然后计算找零，所以 S3 是饮料出售状态。

S1：空闲  S2：准备服务  S3：饮料出售  S4：可购买

解析2：

S4 状态再次返回 S2 状态，对应了备选事件流 3a，2a 已经在 S2 处描述，所以 S4 再返回 S2，即 E1 就是所选购的饮料数量不足；那么 S2 成功进入 S4，即准备服务成功到可购买状态，就是硬币和饮料数量都是足够的，那么 E2 为选择需要购买的饮料和数量，投入硬币；接着自动售货机推出饮料，即 E3；然后计算找零并返回找零，E4 就是返回找零，但注意，题干中最后还描述一次购买结束后，将硬币器中的硬币移走（清空硬币器），所以 E4 还包括清空硬币器。

E1：所选购的饮料数量不足  E2：选择需要购买的饮料和数量，投入硬币

E3：自动售货机推出饮料  E4：返回找零/清空硬币器

解析3：

一个技巧是，通常在题干中注明的英文名词都是其中涉及到的类。顾客使用 C1，顾客只能使用自动售货机，所以 C1 就是自动售货机；C2 与 C4 以及 C3 与 C5 之间都存在一对多的关系，并且与自动售货机都是聚合关系，题干中符合这种描述的只有硬币器与硬币，饮料存储仓与饮料，因此按照对应关系填入即可。（找题干中的名词）

C1：自动售货机  C2：硬币器  C3：饮料存储仓  C4：硬币  C5：饮料

（3）例题 3

通信图与类图。

说明：

某高校图书馆欲建设一个图书馆管理系统，目前已经完成了需求分析阶段的工作。功能需求均使用用例进行描述，其中用例 “借书（Check out Books）” 的详细描述如下。

参与者：读者（Patron）

典型事件流：

1. 输入读者ID；
2. 确认该读者能够借阅图书，并记录读者ID；
3. 输入所要借阅的图书ID；
4. 根据图书目录中的图书ID确认该书可以借阅，计算归还时间，生成借阅记录；
5. 通知读者图书归还时间。

重复步骤 3~5，直到读者结束借阅图书。

备选事件流：

   2a. 若读者不能借阅图书，说明读者违反了图书馆的借书制度。

   ① 告知读者不能借阅，并说明拒绝借阅的原因；

   ② 本用例结束。

   4a.  读者要借阅的书无法外借。

   ① 告知读者本书无法借阅；

   ② 回到步骤3。

采用面向对象方法开发该系统，得到下面所示类图和通信图。

问题1：

根据说明中的描述，以及上述通信图和类图，补充类图中 C1~C4 处对应的类名（类名使用两个图中给出的英文词汇）。

问题2：

根据说明中的描述，以及上述通信图和类图，补充通信图中 M1~M4 处对应的方法名（类名使用两个图中给出的英文词汇）。

问题3：

用例 “借书” 的备选事件流 4a 中，根据借书制度来判定读者能否借阅图书。若图书馆的借书制度会不断地扩充，并需要根据图书馆的实际运行情况来调整具体使用哪些制度。为满足这一要求，在原有类设计的基础上，可以采用何种设计模式？说明原因。

解析1：

首先明确两个图的含义，类图中给出了各个类之间的交互过程，上面是类名，下面是方法名；通信图中给出了各个类与方法作用的通信流程，并且箭头上方是方法，指向的是它所属的类，同时每个结点的表示，前面是对象名，后面是类名，如 b:Book，b 是对象名，Book 是类。题干中强调使用两个图中的英文词汇补充，因此两个图是可以互相借鉴补充的。

checkOut(bookID) 方法指向 CheckoutSessionController 类，因此 C4 是 CheckoutSessionController；checkOut(dd) 与 find(bookID) 方法均指向 Book 类，所以 C2 是 Book；此时通信图中还剩下两个类，分别是 Catalog 和 Patron，可以利用类中的方法去判断，Catalog 类中只有一个方法，因为箭头上方只有一个 M1，同理，Patron 类有两个方法，因此 C1 是 Patron，C3 就是 Catalog。

C1：Patron  C2：Book  C3：Catalog  C4：CheckoutSessionController

解析2：

补充方法与问题1类似，去寻找类对应的方法，C2 是 Book 类，只剩下一个 circulates() 方法，因此 M3 是 circulates；M1 是 Catalog 类的唯一方法，即 getForCheckOut(id)；M2 与 M4 是 Patron 类的两个方法，但注意区分先后顺序，根据题干的描述，应该是先判断读者是否能够借阅图书，然后才生成借阅记录，因此 M2 是 isFaculty，M4 是 recordBookLoan。

M1：getForCheckOut(id)   M2：isFaculty()  M3：circulates()  M4：recordBookLoan(b:CheckoutSessionController)

解析3：

若图书馆的借书制度会不断地扩充，并需要根据图书馆的实际运行情况来调整具体使用哪些制度。根据题干描述，适合使用策略设计模式。策略设计模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，而且使它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它们的客户而变化。适用于需要在不同情况下使用不同的策略。

UML 建模部分的内容至此结束，后续如果有补充或修改会直接添加。