（计算机软件与理论专业论文）基于uml的学生信息管理系统的研究与设计.pdf

摘要 学生管理工作是一个系统工程，贯穿于学生在校学习期间的整个过程。本文从我校学生 管理工作实际需求出发，设计了一个高校学生信息管理系统，该系统包含了七大功能模块： 学籍管理模块、成绩管理模块、奖惩管理模块、贫困生管理模块、党员、干部管理模块、毕 业管理模块、系统管理模块。 本系统采用统一建模语言u m l 、建模过程r u p 、建模工具r a t i o n a lr o s e 进行系统建 模。提出了适合高校学生信息管理系统软件的建模过程，建立了包括用例图、类图、顺序图、 状态图和活动图、部署图的系统静态结构模型、动态行为模型和物理模型，进行了b s 和 c s 相结合的体系结构设计、数据库概念设计和关键表单的设计。 本文设计的高校学生信息管理系统是采用u m l 技术，以网络为服务平台，使分析和设 计变得直观、清晰，降低了系统的开发风险，有效地控制整个系统的开发过程，维护系统的 完整性，本系统将能高效、规范地管理大量纷繁复杂的学生信息，与其它管理部门的信息系 统紧密结合，轻松、条理、准确的完成学生从入学到就业的整个管理工作，有效地减轻学生 工作管理人员的工作负担，提高工作效率。 关键词： u m l ， 建模，学生信息管理 a b s t r a c t a d m i n i s t r a t i o no fs t u d e n t si sas y s t e m i ce n g i n e e r i n gt h r o u g ha l lt h e i ra d m i t t a n c ei ns c h 0 0 1 i n t h ed i s s e r t a t i o n , ah i g h e rl e a r n i n gi n s t i t u t i o n s t u d e n t si n f o r m a t i o na d m i n i s t r a t i o n s y s t e m i s d e s i g n e da c c o r d i n gt o t h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t so fs t u d e n t sa d m i n i s t r a t i o ni nz u n y in o r m a l c o l l e g e t h es y s t e m i n c l u d e ss e v e nm o d u l e s ：m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tm o d u l e ，r e s u l t s m a n a g e m e n tm o d u l e ，i n c e n t i v em a n a g e m e n tm o d u l e ，p o o rh y g i e n em a n a g e m e n tm o d u l e ，p a r t y m e m b e r sa n dc a d r e sm a n a g e m e n tm o d u l e ，g r a d u a t e df r o mt h em a n a g e m e n tm o d u l e s ，s y s t e m m a n a g e m e n tm o d u l e s y s t e mm o d e l l i n gi se s t a b l i s h e d ，u s i n gu n i t e dm o d e l l i n gl a n g u a g e ( u m l ) ，r a t i o n a lu n i f i e d p r o c e s s ( r u p ) a n dm o d e l l i n gt o o l - - - r a t i o n a lr o s e d u r i n gt h em o d e l l i n go fs t u d e n t si n f o r m a t i o n a d m i n i s t r a t i o ns y s t e m s t a t i cs t r u c t u r a lm o d e lo ft h es y s t e mi n c l u d i n gu 辩c a s ed i a g r a m ，c l a s s d i a g r a m ，s e q u e n c ed i a g r a m ，s t a t u sd i a g r a m ，a c t i v i t yd i a g r a m a n dd e p l o y m e n td i a g r a mi s e s t a b l i s h e d , a n dd y n a m i ca c t i v i t ym o d e la n dp h y s i c a lm o d e la r ea l s oi n t r o d u c e d s y g e ms t r u c t u r a l d e s i g ni sc o m b i n e dw i t h b o t hb sa n dc sc o n c e p t s ，a n dc o n c e p t u a ld e s i g no fd a t a b a s ea n d d e s i g n so fc r u c i a lt a b l e sa r eg i v e n i i lt h ed i s s e r t a t i o n , w i t ht h eu s i n go fu m lt e c h n o l o g ya n dt h eu s i n go fn e t w o r k 越as e r v i c e p l a t f o r m ，a n a l y s i s a n dd e s i g no ft h es y s t e mb e c o m ec l e a r , d e v e l o p m e n tc o s ti sl o w e r e d , a n d d e v e l o p m e n to ft h ew h o l es y s t e mi sw e l lu n d e rc o n t r 0 1 t h es y s t e mi sc a p a b l eo fp r o c e s s i n gl a r g e n u m b e r so fv a r i o u ss t u d e n t si n f o r m a t i o n se f f i c i e n t l ya n dc a n o n i c a l l y a n di tc a na l s ob ei n t e g r a t e d w i t ho t h e ri n f o r m a t i o ns y s t e mt oa d m i n i s t r a t et h ew h o l ep r o c e s sf r o ms t u d e n t s e n r o l l i n gt ot h e i r e m p l o y m e n te a s i l y , s y s t e m a t i c a l l ya n da c c u r a t e l y , f o rw h i c ht h es t u d e n t s a d m i n i s t r a t i o ns t a f f s w o r k i n gl o a d sw i l lb ee f f e c t i v e l yr e d u c e dw h i l e t h ew o r k i n ge f f i c i e n c yw i l lb er a i s e d k e yw o r d s ：u m l ，m o d e l i n g , s t u d e n t si n f o r m a t i o na d m i n i s t r a t i o n n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究曾做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丝煎煎 日 期： 至qq 星生芏旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权贵州大学- j - 以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，- q - 以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 菇文作者基名：叁煎查褥师签名：近日期：2 q q 坚坐旦 第一章引言 1 1 研究背景 高校学生管理工作是高校管理过程中的重要环节，涉及部门众多，事务繁琐，工作量巨 大。如学生在校信息、奖惩信息、成绩信息、毕业信息等事务管理，其中涉及大量数据信息 的输入、查询、统计、报表输出和分析评估工作。且学生工作各职能部门数据交流频繁，存 在着许多重复性的人工劳动，管理效率低下的情况。如果仅依靠手工管理或简单的办公自动 化工具来管理与学生相关的资料和数据，己经远远不能满足学生管理工作的需要。 遵义师范学院学生工作管理仍然处于传统的管理模式和手段己经远远不能适应新的发 展需要，主要体现在以下三个方面：一、易于出错，效率较低：在学生工作管理中，仍然有 采用手工填表，这种方式可靠性不高，因为手工填表一不小心就会造成数据遗漏，同时由于 学生的档案、学籍数量繁多，手工处理工作量极大，效率低下，进行数据的维护和检索都非 常的不便，不能满足日常的管理工作的要求。二、数据更新不够及时：学生日常管理工作仍 存在没有利用网络进行传送，在数据的更新上，仍采用各系部或各班级将数据上报，并由专 门的数据录入人员进行手工录入。这种方式不仅加大了学生信息管理的工作量，而且很容易 遗漏信息，并且造成信息的更新不及时。三、信息管理规范性不够：由于没有一个完善的学 生信息系统，学生的相关信息的数据库不够完善，使得对学生的信息管理上，缺乏规范性。 数据分散存放，定义的格式往往会各不相同，在数据处理时往往需要进行转换，给工作带来 很大的不方便。数据分散存放，数据之间没有相应的约束与关联，在进行数据维护的时候， 必须同时更新所有部门的相关数据，非常繁琐，稍不注意就会引起数据的不一致。学生的相 关数据分散在各个不同的部门，存储和管理的方式各不相同。有的是采用管理信息系统，有 的采用e x c e l 表格，有的仍然是采用卡片表格，很难实现数据的共享。 近年来，随着我国教育事业的蓬勃发展，升学率的提高、招生范围的不断扩大对学生管 理工作的高效性及规范化提出了新的要求。现代信息技术和网络技术的出现和不断发展给教 育现代化管理引入了新的定义，用信息技术和网络技术来改变传统教育管理模式是教育发展 的必然趋势。建立一套完善的高校学生信息管理系统，不但可以大大提高学生工作管理的效 率，而且可以构建起一套完整的学生信息资料库，可以和其它管理部门的信息系统紧密结合， 轻松、条理、准确的完成学生从入学到就业的整个管理工作。 本课题正是从我校学生管理工作实际需求出发，基于u m l 采用网络技术和数据库技术 来设计一个高校学生信息管理系统，该系统将有效地减轻管理人员的工作负担，高效、规范 地管理大量的学生信息。 1 2 国内外研究现状 在信息化社会和知识经济时代，信息化、数字化校园建设是国内外高校的建设热点i 引。 在国外，数字化校园建设具有发展早、起点高、投资大和速度快的特点。数字化校园概念最 早由美国的麻省理工学院在上世纪7 0 年代提出，经过多年的努力，已经构建出一个较成熟 的数字化校园模型。在欧美，由于政府的强力支持，各学校纷纷对教务管理和教学进行了数 字化改造。据调查，9 0 年代以来，西方发达国家大部分名牌高校均已较成功地完成了数字 化校园建设工作。而国外较关注数字资源的提供，较少强调高度的系统集成，关注学生的活 动本身，协同科研，信息管理系统在数字校园中相对弱化。根据国内的实际情况信息管理系 统应该是国内数字化校园建设的重点。 在国内，数字化校园建设具有以下几个特点l l j ：从整体来看，高等教育信息化仍处于 起步阶段。部分高校起步较早，多数高校已有相当基础。如清华大学和北京大学的校园网络 化建设是在90 年代初开始的，经过十几年的建设，现己基本建成了以高速校园网为核心， 包括以学术研究、网络教学、信息资源、社区服务和办公管理为功能的数字化教育系统。他 们也是最早提出建设数字化校园概念的学校之一。全国重点高校数字化校园建设研讨会于 2 0 0 2 年5 月份在珠海举行，全国4 0 余所高校参加了会议，会议决定在全国重点高校率先推 进数字化校园建设，并确定清华大学、北京大学、中山大学、浙江大学、重庆大学作为召集 单位。会后，全国很快出现了校园数字化建设的新高潮，各高校纷纷设立数字化校园建设项 目，在全国各个相关的研讨会上，关于数字化校园建设项目的研讨也更加火热，数字化校园 建设己经成了各高校进行信息化建设的新的热点。 目前国内外各类高校应用的学生管理信息系统各式各样，按照不同的开发方法分为：生 命周期法、原型法、面向对象系统法等；按照不同的结构形式又有：浏览器服务器( b s ) 和客户服务器( c s ) 以及两者结合的结构形式；按照不同的开发平台又包括n t 、n e t w a r e 等，同时系统所采用的前台开发软件和后台数据库管理系统又是各具特色的：按照不同的系 统使用的范围分为：单个部门使用、局域网部门间联合使用、整个校园使用以及在整个 i n t e r a c t 上使用等：按照不同的按系统开发主体又分为：通用信息管理系统和针对特定单位 2 的专用管理信息系统。 随着数字化校园建设和高校学生信息管理系统开发方法的发展，利用网络技术和计算机 技术对学生信息进行管理，具有人工管理无法比拟的优点，如检索迅速、查找方便、可靠性 高、存储量大、保密性好、寿命长、成本低等，这些优点能够极大的提高学生信息管理的效 率，也是科学化、正规化的体现。因此开发适应新形势需要的学生信息管理系统是很有必要 的。 1 3i j h l 建模的意义 随着计算机科学的发展，应用领域的不断扩大，对计算机技术的要求越来越高。提高软 件质量，缩短软件开发周期，提高软件可靠性、可扩充性和可重用性迫使软件界人士不断研 究新方法、新技术，探索新途径。由于用户对应用系统的要求越来越多、越来越复杂，而且 这样的系统不可能由少数几个人从头到尾地完成，这就需要一种完整的面向对象的系统模 型，需要一整套针对分析和设计阶段的方法、策略和技巧，还需要一整套便于分析人员、设 计人员、编程入员、管理人员以及用户彼此沟通的基本表示方法。建模1 7 i 的目的在于它以一 种清晰明了的方式促进项目参与人员之间的相互交流，它允许人们按照实际情况或人们所需 要的样式对系统进行可视化，允许人们详细说明系统的结构或行为，模型给出了一个指导人 们构造系统的模板。系统建模是进行系统开发、分析和设计的关键。 u m l 是一种通用的建模语言，它标准化的表示方法有效地促进了不同背景人们间的交 流i 捌。无论是软件设计人员、开发人员还是测试人员，无论他们采取何种不同的方法或过 程，他们提交的设计产品都是用u m l 来描述的。u m l 建模使得对系统的分析和设计变得 直观、清晰，降低了系统的开发风险，有效地控制整个系统的开发过程，维护系统的完整性。 1 4 本文的主要内容及结构 本文主要有六个部分： 第一部分是引言，简要介绍了学生信息管理系统的研究背景和国内外的研究现状，基于 u m l 建模的意义及本文的组织结构。 第二部分主要对统一建模语言( u m l ) 、建模过程( r u p ) 、建模工具( r a t i o n a lr o s e ) 做了一个较为全面的概述，说明了三者之间的联系。 第三部分讲述了学生信息管理系统的系统需求及u m l 在系统需求分析中的应用。 3 第四部分详细分析了学生信息管理系统的静态建模、动态建模和物理建模的过程，借助 r a t i o n a lr o s e 工具绘制了用例图、类图、顺序图、状态图、活动图及部署图。 第五部分是学生信息管理系统的设计、主要包括数据库设计和体系结构设计。 第六部分是结束语，对全文进行一个总结和回顾。 4 第二章基于u g l 的系统建模 模型是现实系统的简化。建模泓i 是对现实系统进行适当过滤，用适当的表现规则描绘 出简洁的模型。通过模型，人们可以了解所研究事物的本质，从而在形式上便于人们的分析 和处理。 系统建模主要由建模语言、建模过程及建模工具3 要素组成。本章主要介绍基于u m l 的系统建模3 个要素：建模语言u m l 、建模过程r u p 、建模工具。 2 1 统一建模语言u h l 2 1 1 哪l 的发展史 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) m 是一种面向对象的建模语言，它 是面向对象的分析和设计( o o a & d ) 方法发展到2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代中的产物， 它提供了描述软件系统模型的概念和图形表示法，同时由于它采用面向对象的技术、方法， 因此能准确方便地表达面向对象的概念，体现面向对象的分析与设计风格。 在u m l 问世之前，已经有不少人试图将各种建模方法中不同的概念进行统一，其中 c o l e m a n 和他的同事们曾努力统一o m t 、b o o c h 、c r c 方法中的概念。u m l 的开发始于 1 9 9 4 年8 月，g r a d yb o o t h 和j i mr u m b a u g h 着手进行统一b o o c h 方法和o m t 方法。1 9 9 5 年1 0 月发布了第一个公开版本，称之为统一方法u m0 8 ( u n t i e dm e t h o d ) 。 同年秋天，o o s e 的创始i v a rj a c o b s o n 加盟到这一工作，并力图把o o s e 方法也统一 起来。经过b o o t h 、r u m b a u g h 和3 a c o b s o n 三人的共同努力，于1 9 9 6 年6 月和1 0 月分 别发布了两个新的版本，即u m l 0 9 和u m l 0 9 1 ，并将u m 重新命名为u m l ( u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ) 。 1 9 9 7 年1 1 月1 7 日，o m g 采纳u m l1 1 作为基于面向对象技术的标准建模语言，然后 成立任务组进行不断的修订，并产生了u m l 的1 2 、1 3 和1 4 版本，其中u m l l 3 是较为 重要的修订版。2 0 0 3 年6 月1 2 日，巴黎的o m g 技术会议上，分析和设计专案小组( t h e a n a l y s i sa n dd e s i g nt a s kf o r c e ) 投票通过了u m l 2 0s u p e r s t r u c t u r e 规约。 u m l 的发展历程可以说是艰辛的，它是在反复的修改中不断成长的，其发展历程1 1 8 1 可 以用如图2 一l 来表示 5 i 加2 0 ， u m l1 4 7 1 3 # - 方- c h 1 1o m r 一o o 日量 图2 1im ，的发展史 在u m l 陆续发布的版本中，受到了计算机产业界的广泛重视和支持，o m g 的采纳和 大公司的支持把它推上了实际上的工业标准的地位，使它拥有越来越多的用户。它被广泛地 用于多种类型的系统建模。 2 1 2 堋l 的主要内容 1 u m l 的定义 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) 1 2 1 是一种对软件密集型系统进行 可视化、详述、构造和文档化的建模语言，主要适用于分析与设计阶段的建模工作。u m l 的表达能力丰富，因为它从各种方法中吸取了大量的概念，并在“u m l 语义”、“u m l 表示 法指南”、“对象约束语言规约”等u m l 文献中对这些概念的语义、图形表示法和使用规则 作了完整而详细的定义。可以说，u m l 对系统模型的表达能力超出了以往任何一种o o a & d 方法。 2 u m l 特点 ( 1 ) u m l 统一了各种方法对不同类型的系统、不同的开发阶段以及不同内部概念的各 d t 、一 一 ， 种观点，从而有效地消除了各种建模语言之间许多不必要的差异，它实际上是一种通用的建 模语言，可以为许多面向对象建模方法的用户广泛使用。 ( 2 ) u m l 的建模能力比其他面向对象建模方法更强。它不仅适合于一般系统的开发， 而且对并行、分布式系统的建模尤为适宜。 ( 3 ) u m l 是一种建模语言，而不是一个开发过程。 3 u m l 图组成 6 u m l 用图形符号描述模型，u m l 中包括9 种图，分别是用例图、类图、对象图、顺 序图、协作图、状态图、活动图、构件图和部署图1 2 4 1 。 ( 1 ) 用例图( u s ec 丛ed i a g r a m ) ，用于描述一组用例、参与者及它们之间的连接关系。 一个用例描述了一组动作序列，每一个序列表示系统的外部设施与系统本身的交互。 ( 2 ) 类图( c l a s sd i a g r a m ) ，用于描述一组类、接口、协作以及它们之间的静态关系。 在面向对象系统的建模中，类图是最为常用的图，它用来阐明系统的静态结构。 ( 3 ) 对象图( o b j e c td i a g r a m ) ，对象图是类图的一个实例，用来描述特定运行时刻一组 对象之间的关系，使用的符号与类图几乎一样。对象图和类图两者之间的区别是：对象图用 于显示类的多个对象实例，而不是实际的类。 ( 4 ) 顺序图( s e q u e n c e d i a g r a m ) ，用来描述对象消息发送的先后次序，阐明对象之间 的交互过程以及在系统执行过程中的某一具体将会发生什么事件。 ( 5 ) 协作图( c o m m u n i c a t i o nd i a g r a m ) ，和序列图一样，协作图也表达对象间的交互过 程，强调收发消息的对象的组织结构，显示多个对象及它们之间的关系，主要用来对单调的、 顺序的控制流建模。协作图和序列图合称为交互图。在实际建模时，选择使用顺序图还是协 作图通常由工作的主要目标来决定。如果时间或顺序是需要重点强调的方面，那么选择顺序 图，如果上下文是需要重点强调的方面，那么选择协作图。 ( 6 ) 状态图( s t a t ed i a g r a m ) ，状态图实际上是一种由状态、变迁、事件和活动组成的 图，状态图描述类的对象的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u m l 中，状态图可用来对一个对象按事件排序的行为建模。 ( 7 ) 活动图( a c t i v i t yd i a g r a m ) ， 活动图本质上是一种流程图，用于显示一系列顺序的 活动。它描述从活动到活动的控制流，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。 ( 8 ) 构件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) ，j 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。构件图 中也可以包括包或子系统，它们者用于将模型元素组织成较大的组块。 ( 9 ) 部署图( d e p l o y m e n td i a g r a m ) 。部署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( 用节点表示) 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。 从应用的角度看，统一建模语言u m l 的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建 模机制两大类，因此u i v l l 图也分为静态图和动态图。其中，静态图包括用例图、类图、对 7 象图、构件图和配置图，动态图包括状态图、顺序图、协作图、活动图，在u m l 的九种图 中，类图、顺序图和状态图是u m l 的核心子集。 4 t i t 功能 u m l 具有如下功能： ( 1 ) 为软件系统的产生建立可视化模型 u m l 的符号具有良好的语义，不会引起歧义。由于u m l 是标准的、广泛采用的建模 语言，因此用u m l 建模有利于交流。 u m l 是可视化的建模语言，它为系统提供了图形化的可视文档，使系统的结构变得直 观，易于理解。用u m l 为系统建立模型有利于交流，方便对软件的维护。 ( 2 ) 规约软件系统的产生 规约( s p e c i f y i n g ) 意味着所建立的模型是准确的、无歧义的、完整的。u m l 定义了在 开发软件系统过程中所做的所有重要的分析、设计和实现的规格说明。 ( 3 ) 构造软件系统的产生 u m l 不是可视化的编程语言，但是它的模型可以直接对应到各种编程语言，也就是说， 可以从u m l 的模型直接生成j a v a ，c + + 等语言的代码，甚至还可以生成关系数据库中的表。 ( 4 ) 为软件系统的产生建立文档 u m l 可以在软件的开发过程中为软件系统建立清晰、完整、准确的文档。 2 1 3 堋l 的应用领域 u m l 被用来为系统建模，它可应用的范围非常广泛，可以描述许多类型的系统，它也 可以用来系统开发的不同阶段，从需求规格说明到对已完成系统的测试i 。 1 在不同类型系统中的应用 u m l 的目标是用面向对象的方式描述任何类型的系统。最直接的是用u m l 为软件系 统创建模型，但u m l 也可用来描述其它非计算机软件的系统，或者是商业机构或过程。以 下是啪常见的应用： ( 1 ) 信息系统：向用户提供信息的储存、检索、转换和提交。处理存放在关系或对象 数据库中大量具有复杂关系的数据。 ( 2 ) 技术系统：处理和控制技术设备，如：电信设备、军事系统或工业过程。它们必 须处理设计的特殊接口，标准软件很少。技术系统通常是实时系统。 8 ( 3 ) 嵌入式实时系统：在嵌入到其它设备如：移动电话、汽车、家电上的硬件上执行 的系统。通常是通过低级程序设一进行的，需要实时支持。 ( 4 ) 分布式系统：分布在一组机器上运行的系统，数据很容易从一个机器传送到另一 台机器上。需要同步通信机制来确保数据完整性，通常是建立在对象机制上的，如：c o r b a ， c o m d c o m ，或j a v ab e a n s r m i 上。 ( 5 ) 系统软件：定义了其它软件使用的技术基础设施。操作系统、数据库和在硬件上 完成底层操作的用户接口等，同时提供一般接口供其它软件使用。 ( 6 ) 商业系统：描述目标、资源、规则、和商业中的实际工作过程。 u m l 具有描述以上这些类型的系统的能力。 2 在软件开发的不同阶段中的应用 u m l 的应用贯穿在系统开发的以下五个阶段： ( 1 ) 需求分析：u m l 的用例视图可以表示客户的需求。通过用例建模，可以对外部的 角色以及它们所需要的系统功能建模。角色和用例是用它们之间的关系、通信建模的。每个 用例都指定了客户的需求。不仅要对软件系统，对商业过程也要进行需求分析； ( 2 ) 分析：分析阶段主要考虑所要解决的问题，可用u m l 的逻辑视图和动态视图来 描述：类图描述系统的静态结构，协作图、状态图、顺序图、活动图和状态图描述系统的动 态特征。 ( 3 ) 设计：在设计阶段，把分析阶段的结果扩展成技术解决方案。加入新的类来提供 技术基础结构一用户接口，数据库操作等。分析阶段的领域问题类被嵌入在这个技术基础结 构中。设计阶段的结果是构造阶段的详细的规格说明； ( 4 ) 构造：在构造( 或程序设计阶段) ，把设计阶段的类转换成某种面向对象程序设计 语言的代码。 ( 5 ) 测试：系统通常需要经过单元测试，集成测试，：系统测试和验收测试。不同的测 试小组使用不同的u m l 图作为测试依据，单元测试使用类图和类规格说明；集成测试使用 部件图和协作图；系统测试使用用例图来验证系统的行为；验收测试山用户进行，以验证系 统测试的结果是否满足在分析阶段确定的需求。 总之，标准建模语言u m l 不仅适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统，而且适用 于系统开发的不同阶段，从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护。 u m l 也有它的局限性，它不适合用户图形界面设计、超大规模集成电路设计、基于规 则的人工智能等专业领域。u m l 是一种离散型建模语言，适合对由软件、固件或数字逻辑 9 构成的离散系统建模，不适合对工程和物理学领域中的连续系统建模。 2 2 建模过程- - r u p u m l 作为一种面向对象的标准建模语言，它不是一种方法，u i v i l 本身是独立于过程 的。对于系统的分析和设计，不可能在很短的时间内完成，这就意味在使用i m i 进行建模 时，需要选择一定的过程，且适合的过程对开发和设计的效率是很重要的。目前市场上领先 的软件过程主要有r a t i o n a l 统一过程( r a t i o n a lu n i t i e x ip r o c e s s 简称( r u p ) 、o p e np r o c e s s 和o o s p ( o b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r ep r o c e s s ) 。而r a t i o n a l 统一过程( r u p ) 就是一种特别适 应于u m l 的软件生命周期方法。 2 2 1r u p 概述 u m l 的创始人b o o c h 、 r u m b a u g h 和j a c o b s o n 在创建u i v i l 的同时，在r a t i o n a l 公司 的支持下综合了多种软件开发过程的长处，提出了一种新的面向对象的软件开发过程，称为 r a t i o n a l 统一过程。r u p 是一种以用例驱动、构架为中心、迭代和增量的开发过程舯i 。它与 u m l 在实际过程开发中的结合，使得对系统的分析和设计变得直观、清晰，降低了系统的 开发风险。它还具有控制整个系统的开发过程，维护系统完整性的优点。 1 r u p 的三个关键特征 r u p 的三个关键特征是用例驱动、以构架为中心、迭代和增量的开发1 2 l 。这是统一过 程所特有的突出特点。 ( 1 ) 统一开发过程是用例驱动的 用例是系统为了向参与者提供某些有价值结果而执行的动作序列，是系统与参与者的一 种交互。用例获取的是功能需求。所有的用例结合在一起构成用例模型，它描述了系统的全 部功能。然而，用例不仅仅是一种确定需求的工具，它们还能驱动系统设计、实现和测试的 、 ， 一 一 j 进行，也就是说，用例可以驱动开发过程。基于用例模型，开发人员可以创建一系列实现这 些用例的设计和实现模型。开发人员可以审查每个后续建立的模型是否与用例模型一致。测 试人员测试实现以确保实现模型的组件正确实现了用例。因此，用例不仅启动了开发过程， 而且使其结合为一体。用例驱动表明开发过程沿着一系列从用例得到的工作流前进的。用例 被确定，被设计，最后又成为测试人员构造测试用例的基础。 ( 2 ) 统一开发过程是以构架为中心的 软件构架概念包含了系统中最重要的静态和动态特征。构架是根据企业的需要逐渐发展 1 0 起来，受到用户和其他相关人员需求的影响并在用例中得到反映。同时，它也受到其他许多 因素的影响，如软件应用平台、是否有可重用的构造块、如何考虑实施问题以及其他非功能 性需求等。构架刻画了系统的整体设计，去掉了细节部分，突出了系统的重要特征。通过定 义良好的系统构架，可以更好的理解系统，更高效地组织开发，同时还可以促进软件的可重 用性以及可维护性，为系统的进化和升级奠定良好的基础。 ( 3 ) 统一开发过程是迭代和增量的 开发大型软件是一项艰巨的任务，可能会持续很长的一段时间。将这项工作划分为较小 的部分是切实可行的。每个较小的部分都是一次能够产生一个增量的迭代过程。迭代是指工 作流的步骤，增量是指产品中增加的部分。在每次迭代过程中，开发人员标识并详细描述有 关的用例，以选定的构架为指导进行设计，用组件来实现设计并验证这些组件是否满足用例。 如果一次迭代达到了目标，开发工作便可以进入下一次迭代。与传统的瀑布模型相比，迭代 过程具有很多优点：首先降低了在一个增量上的开发风险。其次加快了整个开发工作的进度。 此外由于用户的需求并不能在一开始就做出完全的界定，它们通常是在后续阶段中不断细 化的。因此，迭代过程模式可以使开发更易于适应需求的变化。构架提供一种结构来指导过 程中的工作，用例确定目标并驱动每次迭代开发过程的进行。 2 r u p 的生命周期 统一过程是在重复一系列组成系统生命周期的循环，r u p 中的软件生命周期在时间上 被分解为四个顺序的阶段，分别是：初始阶段、细化阶段、构造阶段和交付阶段( t r a n s i t i o n ) 。 每个阶段又可以进一步细分为多次迭代过程。 3 r u p 的核心工作流 阶段和迭代是从时间维度对统一开发过程进行描述，体现了过程的动态结构。统一过程 的静态结构是通过开发过程中的核心工作流来描述的，这些工作流分别是：需求、分析、设 计、实现和测试。一次典型的迭代过程要经历这五个核心工作流。 需求工作流的目标是描述系统应该做什么，并使开发人员和用户就这描述达成共识。 需求工作流的主要工作包括定义用例和参与者、详细描述用例并创建用例模型。 分析工作流是要分析系统的功能需求，定义应用领域的对象和类以及它们之间的关系， 进行构架分析及用例实现的分析。分析工作流的结果是分析模型，它是通过精化和组织 需求并对其进行分析的概念性对象模型。 设计工作流的工作是构造系统，并获得实现所有需求的系统构架。在此工作流中，要进 行构架设计，以及类、用例实现、子系统的设计并创建设计模型。设计模型是物理模型，受 1 l 分析模型的影响，它要保持系统的结构并作为实现的蓝图。 实现工作流的目的包括以层次化的子系统形式定义代码的组织结构：以组件的形式( 源 文件、二进制文件、可执行文件) 实现类和对象：将开发出的组件作为单元进行测试以及集 成由单个开发者( 或小组) 所产生的结果，使其成为可执行的系统，构造实现模型。 测试工作流要验证对象间的交互作用，验证软件中所有组件的正确集成，检验所有需求 己经被正确地实现，识别并确认缺陷在软件部署之前被提出并处理，构造测试模型。 这些核心工作流在整个生命周期中一次又一次被使用，在每一次迭代中以不同的重点和 强度重复。 2 2 2u u l 在r u p 中的应用 r u p 是由u m l 提出人开发的，所以与u m l 能够最好的结合。实际上，u m l 在r u p 中的应用表现在以下四个方面1 2 矗i ： ( 1 ) 用例驱动。传统的面向对象开发方法因为缺乏贯穿整个开发过程的线索，因此很难 阐述清楚一个软件系统是如何实现其功能的。r a t i o n a l 统一过程是一个用例驱动方法，为系 统定义的用例是开发过程的基础。用例模型贯穿于系统的各个阶段，驱动了r u p 大量的开 发活动。 ( 2 ) u m l 模型对工作流程的描述。模型是对系统架构进行可视化、指定、构造和编制文 档的手段和工具。统一过程的每个工作流程都有相应的一个或多个模型来描述。而这些模型 就是用l r m l 的图来表达的。 ( 3 ) u m l 对迭代开发过程的支持。r u p 支持迭代的开发，它的生命周期每个阶段都由 一个或多个连续的迭代组成，每一个迭代都是一个完整的开发过程，是一个具体的迭代工作 流从头到尾的执行。迭代的开发软件可以在生命周期的早期确定项目中存在的风险，能够容 易的变更管理，提高重用的程度和产品的整体质量。 三 - ( 4 ) u m l 外围。在u m l 的扩充中，定义了两个“u m l 外围”。外围就是一套预定的扩 展机制和表示法图。其作用是可以按照特定领域或过程的需要而特化和裁剪u m l 。第一个外 围叫做“用于软件开发过程的眦外围”。另一个外围是“用于业务建模的u m l 外围”。 第一个外围中所指的开发过程就是针对r i j p 过程。在该扩充中，定义了对r u p 建模过程中 所需要的特殊衍型、标记值、约束和表示法图标，并给出对u m l 概念的一些特殊应用规则。 1 2 2 2 3 本次分析和设计的建模过程 本论文主要是研究u m l 在学生信息管理系统建模中的应用。u m l 是一种语言，独立 于开发过程，r u p 过程能够很好地与u m l 结合。本论文中涉及了r u p 的需求分析、系统 分析、设计这三个工作流。r u p 过程是比较复杂的开发过程，因此需要在实际的项目开发 中对它进行裁剪。本文通过对r u p 的研究后，提出了学生信息管理系统的建模过程。具体 的步骤如下： 本论文主要是研究u m l 在学生信息管理建模研究与实现中的应用。通过对u m l 理论 研究后，提出了适合各级学生工作部门的学生信息管理系统软件的u m l 建模过程。具体的 分析、设计步骤如下： 1 进行功能需求分析。 2 进行需求建模。该阶段主要通过分析用户的需求，建立系统的高层用例模型。 3 进行系统分析与建模。主要涉及以下活动： ( 1 ) 建立分析模型的静态模型； ( 2 ) 建立分析模型的动态模型； ( 3 ) 建立分析模型的物理模型。 4 j 进行系统设计。主要涉及以下活动： ( 1 ) 确定系统的体系结构； ( 2 ) 进行数据库设计。 2 3 建模工：肿a t i o n a ir o s e 在分析和设计中，如果仅靠现有的图形、文字处理工具，那么更多的精力不是用于分析 和设计，而是繁琐的画图工作。由于u m l 的模型主要是通过图来表达的，一个系统往往需 要很多的图来从不同侧面进行建模。如果仅靠手工，要正确和一致的处理好它们不是一件简 单的事情。 ， r a t i o n a lr o s e 是由美国r a t i o n a l 公司开发的、面向对象的可视化建模工具1 1 2 i 。利用这个 工具，可以建立用u m l 描述的软件系统模型，而且可以自动生成和维护c + + 、j a v a 、v i s u a l b a s i c 和o r a c l e 等语言和系统的代码。r a t i o n a lr o s e 包括了统一建模语言、面向对象的软件 工程以及对象建模技术。r a t i o n a lr o s e 目前在面向对象分析、建模、设计工具市场上起着主 导作用。 1 3 1 r a t i o n a lr o s e 特点 ( 1 ) 支持u m l 对象建模符号标准r a t i o n a lr o s e 提供完整的u m l 支援。不论是在系 统需求阶段，还是在分析与设计、软件的实现与测试阶段，它都提供了清晰的u m l 表达方 法和完善的工具，方便建立起相应的软件模型，并支持r a t i o n a l 统一过程。 ( 2 ) 支持构件化软件发展对复杂系统而言，构件式的软件开发己跃升为最有效率的模 式。r a t i o n a lr o s e 允许使用者构件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) 清楚地表达构件及其界面之间的 关联。 ( 3 ) 支持多种语言的软件开发在大型软件开发中，使用数种的程序语言是很常见的。 r a t i o n a lr o s e 企业版提供了多种语言的支援，让使用者可以发展不同程序语言的构 件r a t i o n a lr o s e 可从模型产生c + + 、j a v a 、v b 、d e l p h i 、p o w e r b u i l d e r 、s m a l lt a l k 或a d a 的程序代码。 ( 4 ) 反复式工程( r o u n d t r i pe n g i n e e r i n g ) r a t i o n a lr o s e 具有正向工程( f o r w a r d e n g i n e e r i n g ) 、反向工程( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ) 等功能特性，可以在修改实际程序后将最新 的程序代码状况，迅速地反应到设计模型中，以保持对象设计模型与程序代码的一致性。 2 r a t i o n a lr o s e 用四个视图来描述u m l 模型： u s ec a s e 视图：从参与者的角度描述系统功能，可以表现用例之间以及用例与参与者之 间的关系，并可以通过活动图、交互图、文字说明、链接到文件等方式详细描述用例。 l o g i c 视图：描述为了实现用例的功能，系统所要具有的逻辑结构，主要由描述系统静 态结构的类图以及描述系统动态行为的交互图、活动图等组成。 c o m p o n e n t 视图：用组件图描述系统的实现模块( 即组件) ，通过它可以生成代码框架。 d e p l o y m e n t 视图：用配置图描述系统在网络结构中的物理分布。 通过使用r o s e 建模，可以使整个开发团队达成一致，更好的交流。同时，r o s e 本身可 以检查模型的一致性，而且r o s e 模型也是钟很好的文档组织方式，在r o s e 中可以对每个 事物进行必要的说明。 基于r a t i o n a lr o s e 的诸多特点，本文选用r a t i o n a lr o s e 工具作为的集成支持环境，建 立用u m l 描述的系统模型。 2