面向物件建模語言UML
| 自從面向物件程式語言在軟體開發中成為主流之後，遵循面向物件技術特點的軟體設計工作，也一併發展了起來。 |
面向物件設計
自從面向物件程式語言在軟體開發中成為主流之後，遵循面向物件技術特點的軟體設計工作，也一併發展了起來。
首先要提出一個問題，就是設計的工作是要做什麼?
它包括的範圍其實是很廣泛的，從蒐集使用者需求，進行業務分析，到繪製系統流程圖等。可以說，在動手編寫程式碼之前，程式設計師要做的都屬於設計工作。
就像建造房屋一樣，先確定要造的房屋型別，然後是選址，設計樣式。最後工程師帶領施工隊按照設計圖紙將房子造出來。
而面向物件技術，因為其封裝、繼承、多型等特點，在對現實世界建模時，可以方便地以自然思維將事物抽象為計算機可處理的資料。關於面向物件技術的詳細說明，可參看往期文章學好面向物件程式語言的關鍵，在於掌握它們的共通結構與特性 。
要做的事情清楚了，思維工具也有了，接下來就是如何將工作成果表述出來。一個相當有力的工具就是統一建模語言(Unified Modeling Language，簡稱UML)，下一節會對其進行入門級的介紹。
最後會以一個示例講述在面向物件設計中，如何應用UML來完成建模工作。
UML概述
UML雖然也是一門“語言”，但它其實是一套圖形化的符號系統。UML最主要的作用，就是在現實世界與程式程式碼之間建起一座橋樑。
這就是UML的“統一”所要求的，所以它的各種圖形都有著嚴格的定義。包括形狀、連線線的方向、方法與屬性的標明等。
遵循統一標準的好處，就是方便了溝通。當設計的各個階段的成果繪製成UML圖儲存下來時，那麼無論是團隊內部協作，還是對外交流，大家都省去了學習符號表示法的時間，可以直接掌握設計意圖。
UML 2 定義了13種圖形，我們可以瞭解一下，對於重要的圖形，會給出圖示。所有圖形採用bouml工具繪製。
用例圖：表示系統提供的功能和使用者之間的關係。
用例圖
類圖：表示類的規格和類之間的關係。
類圖
物件圖：表示例項之間的關係。
物件圖
時序圖：將例項之間的相互作用表示為時間序列。
時序圖
活動圖：表示一系列處理中的控制流程。
活動圖
通訊圖：將例項之間的相互作用表示為組織結構。
通訊圖
狀態機圖：表示例項的狀態變化。
狀態機圖
元件圖：表示檔案和資料庫、程序和執行緒等軟體的實現結構。
元件圖
部署圖：表示硬體、網路等系統的物理結構。
部署圖
複合結構圖：表示具有整體-部分結構的類的執行時結構。
包圖：表示包之間的關係。
互動概覽圖：將根據不同條件執行不同動作的時序圖放到活動圖中進行表示。
定時圖：採用帶數字刻度的時間軸來表示例項之間的狀態遷移和相互作用。
建模
什麼是統一說了，用到的圖形語言也說了，最後就得說一說怎麼建模了。我們進行面向物件的設計工作，終歸是要讓計算機來幫助我們處理那些繁瑣、重複性的工作。
那麼，接下來我們就以一個租車業務為示例，使用UML工具進行設計過程吧。我們模仿實現一個線上租車應用，為了簡化討論，只提及最關鍵的幾個功能點。
業務分析階段
使用者想要租一輛車開，第一步是要先挑選合適的車。例如是城市代步，還是郊遊遠行等。選好車之後，就是預約下單。使用者辦理好手續，將車開走使用，最後完成歸還手續。
那麼，對以上場景分析之後，可以通過活動圖把整體流程畫出來。
租車業務整體流程
需求定義階段
從上述業務分析可知，這個線上租車系統可以承擔的自動化工作，包括展示車輛資訊，處理預訂訂單，車輛出庫，跟蹤車輛行駛情況，以及車輛歸還入庫這些功能。
使用用例圖展示客戶與服務提供商可以使用的功能。
租車業務功能用例
系統設計階段
系統功能點梳理出來之後，就是對系統中的各個關鍵物件進行定義。車輛物件(Car)是基本單元，所有的租賃業務都要圍繞它展開。接下來是汽車展示物件(ShowCar)，它可以從車輛物件取得可供展示的資訊，例如車型、廠商、顏色等。
當用戶選定車輛之後，就可以執行預訂功能。租賃管理物件(RentServer)將會接受訂單、收取押金和預付款。使用者取車時RentServer則進行出庫處理，並通知車輛跟蹤物件(TraceCar)持續監控車輛執行情況。
使用者使用完，歸還車輛時，RentServer則從TraceCar查詢車況，確認無誤後則執行入庫處理，退還使用者押金。
據以上描述，我們可以先畫出類圖。
租車業務類圖
從上圖可以看到，Car作為系統的基本單元，被其他類聚合使用。關於聚合，這是一種整體與個體之間的關係，即has-a關係。而組合則要更高一級，是包含關係。例如汽車與發動機就是組合關係，因為離開了發動機，汽車就不可用了。
關聯關係則比聚合還要弱一級，但需要注意的是，在程式程式碼中，關聯與聚合的語法是一樣的，它們的差異是存在於語義上的。這也是UML設計能比程式碼包含更多資訊的優勢。
類圖表示的是類之間的靜態關係，要看到物件例項之間的訊息呼叫，則還要使用時序圖。下面分步驟繪製，先看預訂流程的時序圖。
租車預訂時序圖
接下來是使用者歸還車輛的時序圖。
歸還車輛時序圖
物件間的互動已經有了，接下來就是具體方法的實現過程。說明方法的執行過程，使用活動圖比較適合。下面選取CheckOut方法，對其繪製活動圖進行說明。
CheckOut流程活動圖
至於其他功能，有興趣的同學們可以自行繪製。實際專案所產出的UML設計，則會複雜得多，但只要掌握好面向物件設計的理念，以及UML工具的圖形細節，那麼無論是閱讀既有設計，還是自己通過繪圖表達設計想法，都能夠做到得心應手。