BUAA-OO-第四单元-UML层次化设计、课程总结

一、第四单元作业架构分析

　　面向对象-UML层次化设计

更多参考：https://www.cnblogs.com/jiangds/p/6596595.html
https://www.cnblogs.com/jiyuqi/p/4571543.html

UML顺序图https://www.cnblogs.com/yxx123/p/5227272.html
UML状态图https://blog.csdn.net/w36680130/article/details/81014032

　　通过StarUML和notepad++工具查看并总结

　　UML将类(class)、接口(interface)、方法操作(operation)、属性(attribute)等都视为对象元素（UMLelement），UMLModel容器管理着模型的所有元素

- UMLClass 对应用户所构造的类
- UMLAttribute 对应用户构造的类的属性
- UMLAssociation 对应用户构造类之间的关联性
- UMLAssociationEnd 对应用户构造类互相关联性
- UMLGeneralization 对应用户构造类的泛化/继承
- UMLInterface 对应用户构造的接口
- UMLInterfaceRealization 对应用户构造接口的实现
- UMLOperation 对应用户构造类的方法操作
- UMLParameter 对应用户构造类的方法操作的参数

何为模型？

UMLModel描述各种<UML***>类型元素及其关系(一种图数据结构）……图片来自同学大佬

UML与mdj代码解析

- 一个项目有一个Model容器，容器下直接有多个类和接口
- 每个类和接口下有孩子元素，其中Operation元素下还有Parameter元素，Association元素下有AssociationEnd元素
- 每个元素通常有成员_parentId, _id, _type, name, type, visibility, direction, source(源类), target(目标类), reference(相关的两个类，正常情况分两个end元素), navigable(关联方向)等property
- 类和接口（在mdj代码中属于同一级别）的parentId总是一致的，并且类和接口的parentId为Model的id(parentId不代表任何泛化，关联等意义，仅代表层次结构关系，所有类和接口的parentId都是一个)
- 那么如何确定顶级父类？
  利用id进行递归查找，或者并查集思想，主要是考虑递归边界：顶级父类的Generalization元素为空
- 一定情况下，生成的mdj代码是具有一定顺序的，类的操作元素和属性元素都承接在类元素后
- 实际的Operation出现在它自己的Parameter中，为了区分参数和操作，可通过Direction标志是否为return来区分，(void)类型的操作的Direction标志也是return，与具有返回类型的操作区分为type标志

类之间的关系

- 泛化/继承(Generalization)，Java单继承，UML可以多继承
- 接口(Interface)
- 接口实现(InterfaceRealization)
- 关联(Association)是一种拥有的关系，它使一个类知道另一个类的属性和方法
- 组合(Composition)是整体与部分的关系，但部分不能离开整体而单独存在
- 聚合(Aggregation)是整体与部分的关系，且部分可以离开整体而单独存在{none, shared, composite}
- 依赖(Dependency)表示一个类A依赖于另外一个类B的定义

UML：接口可以继承接口，也可以实现接口；
Java：接口可以继承接口，但不可以实现接口。

类属性和操作的数量

- 注意区分操作是类的还是接口的
- 类B通过继承而自动获得父类A的所有属性和操作（只是子类不能直接访问父类私有属性），因此
  B.attriCount = A.attriCount + B.self.attriCount (rule 1)
  B.operaCount = A.operaCount + B.self.operaCount (rule 2)
- 接口实现不会建立任何上层和下层在属性、操作和关联关系数量上的连接。类有多少属性/操作/关联时，可以直接无视接口实现关系。

关联关系

对于关联下的元素

- 一种是互相关联Association 关联正常情况下会有两个end元素，都是AssociationEnd类别
  - multiplicity对应的是该关联端对应的个数
  - reference代表UMLAssociationEnd所对应的类的id
- 另一种是直接关联Directed Association
  - navigable(关联方向)，reference同上，navigable为false(未打勾)的时候代表指向类，为true(打勾)时代表可被指向类
  - 聚合aggregation
- 两个类关联时，关联信息出现在其中一个类中，另外一个类需要通过Reference判断是否被关联
- 关联有两个端点，每个端点可以有一个基数，表示这个关联的类可以有几个实例。
  0..1 表示可以有0个或者1个实例
  * 表示对实例的数目没有限制
  1 表示只能有一个实例
  1..* 表示至少有一个实例
- 在代码层面，被关联的类B以类属性的形式出现在类A中，也可能是关联类A引用了被关联类B的全局变量。
- 在Java中，关联关系是使用实例变量来实现的，类定义
- UML和Java一致性：类能够和其他类或者接口相关联，接口也可以

关联性是否会被继承下来

答案是肯定的，子类拥有父类的所有关联关系，类可以自关联，自关联相当于两次关联
F.assoCount = D.assoCount + F.self.assoCount (rule 3)

依赖

- 依赖关系时是单向的，也是弱关系，在代码层面，A类中使用到了B类，类B作为参数被类A在某个方法中使用
- 在java中，依赖表现为：局部变量，方法中的参数和对静态方法的调用。

聚合关系是关联关系的一种，是强的关联关系

组合关系是关联关系的一种，是比聚合关系还要强的关系

UML与Java具有一致性

- 一个非抽象类必须实现接口中定义但未实现的所有操作
- 一个类可以实现多个接口
- 实现类需要显式列出要实现的操作，而继承则不需要显示列出父类的操作

将每个类和接口作为根节点建立树结构

实质上，UML层次已经显示出来了，通过ref（隐式指针）和_parentId来连接各个树结构形成森林

顺序图Sequence Diagram -> UMLCollaboration

　　collaboration和Model同层次,Role与interaction（交互行为）为该顺序图的上层，拥有以下的交互对象,sequence,participant 参与交互的对象

功能：获取参与对象数，获取消息数，获取对象的进入消息数

- UMLLifeline 生命线
- UMLMessage 消息传递
- UMLEndPoint 顺序图终结点

计算总的参与对象

每条生命线对应一个对象

计算总的交互消息

UMLMessage的数量

计算制定对象的incoming消息

接收到的消息数量

顺序图与mdj代码解析，并建立关系图

- UMLInteraction的下一层有UMLLifeline，UMLMessage

状态图StateChat Diagram -> UMLStateMachine

　　StateMachine和Model同层次

状态图表示一个类的行为，功能：获取状态数，获取状态机转移数，获取后继状态数

- UMLRegion 状态图范围，包括状态和转移信息
- UMLState 在UMLRegion下一个层次
- UMLPseudostate 初始状态，获取kind可得到initial标志
- UMLFinalState 结束状态
- UMLTransition 和UMLState同一个层次
  - UMLEvent 转移的响应事件
  - UMLOpeaqueBehaviour 状态转移的结果

状态的计数（包括初始和终态且只算作一个）

UMLState元素，可直接获得状态名称

一个状态的不同的后继状态（可达的状态，同样包括初始和终态，且只计算一次）

又是一个递归建图的问题，通过该状态UMLTransition元素查找
只要可达的状态都算后继状态，注意处理同名同类型的状态（有可能同名但不同类型）

状态转移计算

UMLTransition元素，source&target
- triggers中的UMLEvent 代表转移触发条件，可从UMLEvent元素中获得转移标志名称

状态图与mdj代码解析，并建立关系图

- 顶层UMLRegion，其parent_id为UMLStateMachine
- 下一层有UMLPseudostate，UMLState，UMLFinalState，UMLTransition
- UMLTransition的下一层有UMLEvent

模型有效性与一致性问题

具有UML检查规则，即应当满足状态图自身、顺序图自身、类图自身、三个图之间的对应规则

UML基本标准预检查功能
- UML002：不能含有重名的成员。针对类图中的类（UMLClass），其成员属性（UMLAttribute）和关联对端所连接的UMLAssociationEnd不能有重名
- UML008：不能有循环继承。该规则只考虑类的继承关系、类和接口之间实现关系，以及接口之间的继承关系。
- UML009：任何一个类或接口不能重复继承另外一个接口。该规则考虑类之间的继承关系、接口之间的继承关系，以及类对接口的实现关系，包括直接继承或间接继承。

第一次作业——UML类图解析

任务

　　实现一个UML类图解析器UmlInteraction，可以通过输入各种指令来进行类图有关信息的查询。

　　查询指令：模型中一共有多少个类、获取类中指定类型的操作(本类自己定义的)数量、类中的属性有多少个、类有几个关联、类的关联的对端是哪些类、类的操作可见性、类的属性可见性、类的顶级父类、类实现的全部接口、类是否违背信息隐藏原则。

设计思路

　　UML交互接口的实现类MyUmlInteraction
* 通过className建立树结构，每个class对自己类进行相应的计算
* 通过className映射类元素
* 通过元素自身id映射元素(id不会重复的原则)

架构设计

基础层

MyUmlInteraction 交互接口的实现类

数据结构层

ClassTree 类结构树。通过className建立树结构，并对树结构内进行相应计算

　　* 一个项目有一个Model容器，容器内有多个类、接口等
　　* 每个class下有孩子元素，其中Operation元素下还有Parameter元素
　　* 每个元素都有成员_parentId, _id, _type, name, type, visibility, direction, source(源),
　　* target(目标), reference(相关的两个类，正常情况分两个end元素), navigable(关联方向)等property

InterfaceTree 接口树，功能同ClassTree类
AssTree 关联树，仅保存关联对端，而忽略类本身
OperaTree 操作树

缓存计算层

MyUmlInteraction类通过关联其他数据结构类，当数据结构建立后获得数据结构得出计算结果并保存，方便下次查询。

应用层

UmlInteraction类图指令查询功能的接口

Debug

　　本次作业的bug：并不保证输入元素具有顺序性，id是唯一区分元素的标志，类和接口会同名（java中不同包内允许），父类和子类的属性可同名不同可见性。

　　容易出错：类实现的所有接口，包括接口的多继承接口，包括同名不同id的接口也要列出来；继承父类的关联（父类也可能有继承）。

　　大多数问题是对类图层次分析不够明确和彻底，对mdj代码和UML图型的对应关系没有理解透彻，造成很多考虑没到位，或者理解错误的地方。

度量分析

类图

　　本身实现接口的类不多，只有一个实现接口的类，满足用户查询需求。但需要建立数据结构的类非常多，也是本次作业的重点，查询功能的代码不难写，难在建立数据结构和UML层次关系的解析。只要建立好了数据结构，计算结果很容易得出。

代码分析

复杂度分析

　　通过树和图建立数据结构，通过递归或者dfs搜索计算，代码深度和类图层次关系较为复杂。

第二次作业——UML类图、顺序图、状态图解析及基本规则验证

任务

　　在第一次作业基础上，实现一个UML类图、状态图、顺序图解析器UmlGeneralInteraction，可以通过输入各种指令来进行类图有关信息的查询，并能够支持几个基本规则的验证。

　　查询指令：除第一次外还有：给定状态机模型中一共有多少个状态、给定状态机模型中一共有多少个迁移、给定状态机模型和其中的一个状态，有多少个不同的后继状态、给定UML顺序图，一共有多少个参与对象、给定UML顺序图，一共有多少个交互消息、给定UML顺序图和参与对象，有多少个incoming消息、模型有效性检查（针对下面给定的模型元素容器，不能含有重名的成员(UML002)、不能有循环继承(UML008)、任何一个类或接口不能重复继承另外一个接口(UML009)）。

设计思路

　　UML交互接口的实现类MyGeneralInteraction
* 通过className等信息建立树结构，每个class对自己类进行相应的计算
* 通过className映射类元素
* 通过元素自身id映射元素(id不会重复的原则)

　　实质上，UML层次已经显示出来了，通过ref（隐式指针）和_parentId来连接各个树结构形成森林。