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结构与行为:UML 图表的两种主要类型

UML,在其全面的软件系统可视化工具包中,将其众多的图表类型分为两个基本类别: 结构图行为图. 这种划分并非随意;它反映了任何复杂系统可以从两个核心视角来理解: 由什么构成, 以及它 做什么. 理解这一区别是有效利用 UML 进行设计、 分析, 以及文档化软件的关键。

结构图:系统是什么

结构图关注软件系统的静态方面。 它们展示了系统中在时间上基本保持稳定的元素, 重点在于构成系统的组件及其组织方式和相互关系。 可以将它们视为建筑物的蓝图和示意图;它们展示墙壁, 房间, 管道, 以及电气布线——这些定义了物理结构及其固有连接的要素, 无论谁在其中移动或内部正在进行什么活动。

结构图的主要目标是展示 架构 系统的:

  • 组件: 构成系统的各个部分或组件。

  • 关系: 这些组件是如何连接的, 相互作用, 或相互依赖。

  • 组织结构: 系统是如何被组织和划分为逻辑或物理单元的。

通过使用结构图, 开发人员和架构师可以理解系统的基础要素, 识别其构成中的潜在设计缺陷, 并确保各个部分被正确组装以满足整体需求。 它们回答如下问题: “我们的应用程序中的主要类有哪些?”“, “不同模块是如何连接的?”“, 或 “软件将在何处实际运行?”

常见的结构图包括:

  • 类图: 描绘类, 接口, 属性, 操作, 以及它们之间的关系, 构成面向对象设计的蓝图。

  • 对象图: 显示类在特定时间点的实例及其关系, 提供类图抽象结构的一个具体示例。

  • 组件图: 描述软件组件之间的组织结构和依赖关系, 展示它们如何组合在一起形成更大的系统。

  • 部署图: 展示软件构件在硬件节点上的物理部署, 将软件映射到其运行时环境。

  • 包图: 将模型元素组织成逻辑组(包),并展示它们之间的依赖关系, 帮助管理大型系统中的复杂性。

  • 组合结构图: 详细说明分类器(如类或组件)的内部结构, 包括其组成部分, 接口, 以及连接器。

行为图:系统的行为

与结构图相反, 行为图关注软件系统的动态方面。 它们展示了系统如何运作, 各个元素如何随时间相互作用, 以及它如何对各种事件和刺激做出响应。 如果结构图是建筑的蓝图, 那么行为图就像是实地考察, 流程图, 或使用说明——它们展示了人们或流程在建筑中如何移动, 他们采取的行动, 以及由此产生的结果。

行为图的主要目标是展示系统的功能动态

  • 交互: 系统的不同部分或外部用户如何进行沟通和信息交换。

  • 流程: 系统内部发生的步骤或活动的顺序。

  • 状态变化: 对象或系统本身如何在不同状态之间转换。

行为图对于理解系统的操作方面至关重要, 验证需求, 并确保系统按预期运行。 它们有助于回答如下问题: “用户如何登录?”“, “支付处理时会发生哪些步骤?”“, 或 “对象在其生命周期中如何改变其状态?”

常见的行为图包括:

  • 用例图: 从外部用户的视角描述系统的功能, 展示参与者及其执行的用例。

  • 顺序图: 显示对象之间传递消息的时间顺序,以执行特定功能或场景。

  • 活动图: 描述控制流或对象流, 描绘过程中动作和决策的顺序。

  • 状态机图 (状态图): 通过展示对象或系统的状态及其基于事件的转换来说明其行为。

  • 通信图(以前称为协作图): 与顺序图类似, 但侧重于发送和接收消息的对象的结构组织。

  • 时序图: 一种专门的交互图,用于显示分类器实例或角色随时间的状态或值的变化。

相互作用

虽然各自独立, 结构图和行为图通常一起使用,以提供软件系统的整体视图。 结构图可能定义类, 而行为图则展示这些类的实例如何交互以完成任务。 例如, 类图可能显示一个 订单 类和一个 客户 类, 而顺序图则说明客户下单时涉及的步骤。客户 下一个 订单.

理解这两个类别之间的区别,使软件专业人员能够为当前任务选择最合适的图表,从而实现更清晰的沟通、更优的设计,最终使软件项目更加成功。

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