基于UML的图书管理系统的分析与设计_uml与系统分析设计
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基于UML的图书管理系统的需求分析与设计
摘要：本文对面向对象的概念、UML产生的背景及其基本内容进行了阐述，在对图书馆图书管理系统进行功能描述和需求分析的基础上，结合软件工程和面向对象需求分析，设计了基于UML的用例图、包图和顺序图，状态图等语言机制的图书馆图书管理系统模型。关键词： UML；建模语言；面向对象；需求分析；图书管理系统 1关于面向对象
面向对象是一种的程序设计方法，或者说它是一种程序设计类型，其基本思想是使用对象，类，继承，封装，消息等基本概念来进行程序设计。它是从现实世界中客观存在的事物（即对象）出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式，强调直接以问题域（现实世界）中的事物为中心来思考问题，认识问题，并根据这些事物的本质特点，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位（而不是用一些与现实世界中的事物相关比较远，并且没有对应关系的其它概念来构造系统）。这可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面貌。它可以有不同层次的理解：
（1）从世界观的角度可以认为：面向对象的基本哲学是认为世界是由各种各样具有自己的运动规律和内部状态的对象所组成的；不同对象之间的相互作用和通讯构成了完整的现实世界。因此，人们应当按照现实世界这个本来面貌来理解世界，直接通过对象及其相互关系来反映世界。这样建立起来的系统才能符合现实世界的本来面目。
（2）从方法学的角度可以认为：面向对象的方法是面向对象的世界观在开发方法中的直接运用。它强调系统的结构应该直接与现实世界的结构相对应，应该围绕现实世界中的对象来构造系统，而不是围绕功能来构造系统。
（3）从程序设计的角度来看，面向对象的程序设计语言必须有描述对象及其相互之间关系的语言成分。这些程序设计语言可以归纳为以下几类：系统中一切皆为对象；对象是属性及其操作的封装体；对象可按其性质划分为类，对象成为类的实例；实例关系和继承关系是对象之间的静态关系；消息传递是对象之间动态联系的唯一形式，也是计算的唯一形式；方法是消息的序列。
面向对象的方法学包括了以下核心概念：对象（object）：即指现实世界中各种各样的实体。它可以指具体的事物也可以指抽象的事物。
类（cla）：类是具有相似内部状态和运动规律的实体的集合（或统称、抽象）。类的概念来自于人们认识自然、认识社会的过程。
消息（Meage）: 消息是指对象间相互联系和相互作用的方式。一个消息主要由5部分组成：发送消息的对象、接收消息的对象、消息传递办法、消息内容（参数）、反馈。
封装：对象间的相互联系和相互作用过程主要通过消息机制得以实现。对象之间并不需要过多的了解对方内部的具体状态或运动规律。面向对象的类是封装良好的模块，类定义将其说明（用户可见的外部接口）与实现（用户不可见的内部实现）显式地分开，其内部实现按其具体定义的作用域提供保护。类是封装的最基本单位。封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。在类中定义的接收对方消息的方法称为类的接口。
继承：类之间的继承关系是现实世界中遗传关系的直接模拟，它表示类之间的内在联系，以及对属性和操作的共享，即子类可以沿用父类的某些特征。
重载：重载是指类的同名方法在给其传递不同的参数是可以有不同的运动规律。在对象间相互作用时，即使接收消息对象采用相同的接收办法，但消息内容的详细程度不同，接收消息对象内部的运动规律也可能不同。关于UML UML(Unified Modeling Language)是在Booch方法、OOSE方法和OMT方法的基础上演化而来的基于面向对象技术的标准建模语言。它统一了面向对象建模的基本概念、术语和图示符号，描述了建模过程中所必须遵循的基本步骤，提供了一整套描述软件系统模型的概念和图形表示法，可从不同的视角为系统建模。统一建模语言UML是一种语义丰富、通用、可视化的建模语言和事实上的国际工业标准，易于理解和交流。UML提供的丰富的视图从多个视角描述系统的不同侧面，可以有效运用于软件的建模、分析与设计。标准建模语言UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分。UML语义通过其元模型来严格地定义。UML表示法定义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来建模提供标准。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。UML的主要内容通常用用例图、类图、对象图、状态图、活动图、构件图、配置图、顺序图、协作图和包图等l0种图来描述，它们从不同的角度和层次为系统建模提供支持，完全可以描述系统的方方面面。
与传统的软件建模方法相比, UML 有如下一些特点:(1)UML 是一个可视化建模语言, 是一种图形化的面向对象的设计工具语言,而不是可视化程序设计语言,但用UML描述的模型可与各种编程语言直接相连,把UML 模型映射成编程语言。在不同程序中使用同样的UML 图表类型, 因为UML 具有任意程序的独立性,定义一个标准程序不是一个UML 的目标。
(2)UML 是一种可用于详细描述的语言,其所建立的模型是精确、无歧义和完整的。同时UML是一种文档化的语言,对其各建模元素可进行详细说明,并能生成所建模型的文档。标准建模语言UML支持面向对象的分析与设计,定义良好、易于表达、功能强大。它的最大用途是利用图形来描述真实世界各个对象的符合表示,让所有系统设计者在构建系统需求分析、对象模型化定义到对象设计的整个开发过程完全标准化。3 本课题的研究意义
一个图书馆的图书资料库在正常运转中总是面对大量的读者信息、书籍信息以及两者相互作用产生的借书信息、还书信息。图书馆作为一个信息资源的集散地，图书和用户借阅资料繁多，包含着很多的信息数据。以前对信息管理的主要方式是基于文本、表格等纸介质的手工处理，对于图书借阅情况(如借书天数、超过限定借书时间的天数)的统计和核实等往往采用人工检查，对借阅者的借阅权限以及借阅天数等采用人工计算、手抄进行，数据信息处理工作量大，容易出错和丢失。因此，建立一个智能化、系统化、信息化的图书资料库是十分重要的。使用计算机软件对图书进行管理，是计算机应用的一部分。充分利用计算机的功能，实现对读者管理、书籍管理等自动化控制，将会使图书资料库的工作强度大大减弱，可以实现图书检索迅速、可靠性高、存储量大、寿命长、成本低，能最大限度地提高图书管理的效率，也是图书管理信息化、正规化管理的必然趋势。4 基于UML的图书管理系统的需求分析与设计过程
图书管理系统的开发和应用主要通过两个步骤来实现：首先是基于系统功能的需求分析，其次是系统模型的设计和实现。
4.1需求分析
需求分析是软件工程过程的一个重要阶段,其中一个主要任务是确定系统的功能需求,采用面向对象方法,基于UML的可视化系统需求分析,因为有用户的积极参与,既可以加快设计者对于问题的理解,又能够在系统描述方面减少语义差异,保证分析的正确性。需求分析的目标就是建立需求模型,即从功能需求出发建立用例模型, UML的用例视图从用户的需求中提取,以盒图的方式描述待开发的系统的功能需求。每个用例都指定了客户的需求即他们需要系统干什么。用例图为设计活动不仅记录需求而且还提供了一种挖掘的信息, 它记录了需求到设计结果之间的映射关系,能够确保设计结果具有明确的根据或者说具有可维护性,基于UML的软件开发过程是以用例驱动的。
首先我们进行角色识别，角色识别的任务是找出所有可能与系统发生交互行为的外部实体、对象、系统。它们的行为不受系统控制，但是可以提供输入给系统。对于一所大学的图书管理系统，基本的功能是完成图书的借阅和相关信息的管理，服务的对象有本科生，研究生，教师，及其他学校的学生，还有社会人员，这些人可归结为一类即读者。而为帮助读者顺利完成借还书的可以是工作人员，可以是自动借还书机，他们可以归结为一类即图书管理人员。因此对于一个图书管理系统主要有两类角色，读者、图书管理员。
其次，在主要角色的基础上，可以识别出与角色相应的用例，从而得到系统的用例模型。与读者相关的过程包括：借书、还书、预定、图书信息检索、借阅查询(如查询本人借书记录、还书期限、是否超期)、个人相关信息查询及修改(如学号、姓名、性别、年级、专业、家庭住址、联系电话、出生日期、民族、政治面貌、身份证号等)。与图书管理员相关的过程包括：办理借书、办理还书、解除预定、图书订购、读者信息管理（增加/删除读者、修改读者权限及密码、借阅超期罚款）、图书信息管理（增加/删除数目、图书类别等相关信息的修改、流通情况）。系统管理（系统的登陆、退出、日志维护、系统更新）。以上分析中，与读者，图书管理员相关的过程构成了本系统的基本用例。
4.2 系统的整体结构
综上所述一个图书管理系统的整体结构可以分为三大模块：图书管理模块、读者管理模块、系统管理模块。
（1）图书管理模块包括与图书相关的一些过程，主要有图书的借出、图书的归还、预定、图书信息检索、图书订购、图书相关信息管理。
（2）读者管理模块主要包括与读者有联系相关的过程，主要有增加/删除读者、修改读者权限及密码、借阅信息查询、个人信息查询及修该、借阅超期和丢失罚款。
（3）系统管理模块包括系统的登陆、退出、系统维护、系统更新。综上我们画出系统的整体结构，如图一所示：
图书管理系统图书管理读者管理图一 图书管理系统的整体结构
系统管理 4.3 图书管理系统的用例图
从以上分析中我们不难得出系统的基本用例图，如图二所示：
借书/还书预定/解除预定图书检索图书信息管理图书订购借阅信息查询个人信息查询/修改读者信息管理 读者借阅超期罚款 图书管理员系统管理图二 系统的基本用例图
图书管理和图书管理是图书管理系统的重要组成部分，为此我们按照前文所述将图书管理模块和读者模块以及系统管理模块详细精化得出如下的用例图，如图
三、图
四、图五所示：
按年代查询图书借入借出管理出版社查询图书购入作者查询图书查询书名查询图书管理模糊查询图书管理员图书信息管理类别查询信息删除信息添加
图三 图书管理模块的用例图
信息修改增加/删除读者修改权限个人信息查询/修改图书管理员读者管理读者借阅信息查询读者办理挂失图四 读者管理用例图
超期/丢失罚款
登陆/退出软件更新系统管理系统更新 管理员系统维护硬件更新日志维护 图五 系统管理模块的用例图
4.4 图书管理系统的行为图
我们再进行动态建模分析。对于图书管理系统借书还书是两个重要的过程，我们先来分析一下借书、还书的一般过程，并由借书的一般过程画出其顺序图、协作图以及活动图。
（1）借书的过程：读者刷卡进入图书馆，或者先查询图书及个人借阅信息，或者直接去挑选图书，选择好图书后进入借书程序，管理员先检查读者的借书证件，查验能否借阅，比如：证件是否无效或书籍是否已经借满等，即检验其借书的合法性和有效性，如果是非法用户或借书数量范围外，则该读者不能借阅图书。如果满足借阅要求，则再获取所借书的标题以进行库内搜索，获取书目查询此书的数量，看是否还有此书，如果没有则阻止其他借书者可能进行的预订活动，将此书借出，根据书号将此书的借阅标志位取反以表示此书已借出，并将此书的书目减1。并为此读者记录借阅日期，以及归还日期，在归还日期内未能归还和续借的，并为其记录超借天数及罚款数额。
（2）还书过程：在返还图书的过程中，管理员首先获取读者的借阅信息和被归还的书籍的信息，如书标题信息，数量等，并一一审核每本书的归还日期是否超过应归还日期。在完成阶段，将此书的书号登记并设计标志位为已归还，以便读者网上预订和继续借阅，同时将此类图书的数量加1，如果读者超期或丢失所借书籍，则要进行赔偿处理。
所以我们不难画出借书一般过程的顺序图，如图六所示：图书管理员读者信息图书信息修改图书借出刷卡进入并选书核对读者信息 图书扫描并消磁修改读者借阅信息图六 借书一般过程的顺序图
有顺序图可得到协作图，如图七所示。仔细分析借书过程的细节，可以画出如图八所示的活动图，它表示了复杂算法的过程，尤其是过程中的判断、并发和同步。
刷卡进入 读者挑选图书图书管理员 核对信息图书信息修改图书扫描 消磁读者借阅信息 修改读者信息图书借出
图七 借书一般过程的协作图读者 管理系统N禁止入内刷卡是否为本馆服务对象Y输入卡号/密码选择图书N卡号密码正确？Y个人信息查询/修改Y借阅信息查询图书检索刷条形码显示读者相关信息能否借阅N确定借书NY刷图书条码更改改读者及图书的借阅信息退出是否借阅完毕YN图八 借书过程活动图
以上我们用多种语言机制分析了读者的主要相关事件流，下面我们绘制图书管理员使用系统的状态图分析图书管理员的主要事件流。从以上分析可知，图书管理员相关的过程包括：办理借书、办理还书、解除预定、图书订购、读者信息管理（增加/删除读者、修改读者权限及密码、借阅超期罚款）、图书信息管理（增加/删除数目、图书类别等相关信息的修改、流通情况）。由此我们可绘制如图九所示的图书管理员使用系统的状态图： 登陆关闭办理借书修改图书信息办理还书增加数目图书预留取消增加加读者解除预定删除读者查询数目存储信息修改读者权限查询读者信息图九图书管理员使用系统的状态图
4.5 图书管理系统的静态图
定义并描述了各个类后，我们可以根据实际情况引入包来管理类，本图书馆管理系统可以划分为四个包：用户管理：对系统用户进行管理，为用户提供信息服务接口，便于对系统进行操作。借阅管理包括借书处理，还书处理和罚款处理等。读者管理包括对读者图书等信息进行维护，主要有读者信息的增删，对图书更新资料进行维护。系统服务：包括系统登录检查，安全维护等。系统的包图如图十所示：
用户管理借阅管理读者及图书管理系统服务 图十 系统包图4.6 图书管理系统的实现
经过系统分析和设计后，就可以根据设计模型在具体的环境中实现系统，生成系统的源代码、可执行程序和相应的软件文档，建立一个可执行系统。进而需要对系统进行测试和排错，保证系统符合预定的要求，获得一个无错的系统实现。测试结果将确认所完成的系统可以真正使用。参考文献
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本文以一个图书馆图书管理系统开发为背景，针对图书馆对图书资源进行有效利用和管理的功能需求，采用统一建模语言(UML)对图书资源进行面向对象的描述，通过利用统一建模语言UML中的各种图形，分析和设计图书管理系统，建起了图书管理的面向对象模型，探讨了基于UML的体系结构建模及其实现问题。由建模过程可以看出UML在体系结构建模方面存在很好的优势，不但从整体上正确描述了该图书管理系统的体系结构，并且可以充分利用UML面向对象的优势，从而实现整个软件系统面向对象的分析、设计与开发，大大缩短开发周期，最终使得项目成功完成，此管理系统节省了管理人员和读者的大量时间，有利于信息处理效率的提高。鉴于篇幅有限，本文只对主要部分和主要过程做了介绍，限于水平，欢迎各位读者对本文的缺点、错误提出批评。
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