系统分析与设计实验教程

1、实验指导书课程简介1实验大纲2实验一 用例图及用例描述4实验二 活动图19实验三 系统顺序图29实验四 域模型类图37实验五 设计类图46实验六、七 交互图52实验八 包图62课程简介自20世纪90年代以来，面向对象技术以其显著的优势成为计算机软件领域的主流技术。越来越多的软件企业认识到，要在激烈的市场竞争中立于不败之地，采用面向对象技术是势在必行的选择。软件行业需要大量掌握面向对象方法与技术的人才，这些人才不仅仅是能够使用一种或几种面向对象编程语言来编程，更重要的是能运用面向对象方法进行系统建模，即通过面向对象的分析（OOA）和面向对象的设计（OOD）建立系统的分析模型和设计模型。信息系统分

2、析与设计作为信息管理与信息系统专业本科生的一门重要专业课，其主要学习目标是：通过本课程的教学，使学生较熟练地掌握面向对象方法基础知识，能使用面向对象技术进行需求采集、需求表示、需求分析和系统设计；熟悉对象、类、继承、聚合、封装、多态性等面向对象的基本概念，能用use case来分析和描述需求；掌握面向对象的系统分析和设计方法，能够正确使用UML语言进行系统设计。学生在完成本课程学习后，应掌握面向对象分析与设计基本理论和方法且能较熟练地使用Microsoft Office Visio或Rational Rose等建模工具进行系统分析和设计，为今后从事信息系统开发工作奠定坚实的面向对象技术基础。实

3、验大纲实验课程名称：面向对象分析与设计 英文名称：Object-Oriented Analysis and Design实验学时数：16一、 实验教学目的和要求本大纲根据面向对象分析与设计教学大纲对学生实际动手能力的培养要求而制定。作为计算机科学与技术学院软件工程专业的专业必修课程，面向对象分析与设计实验拟通过实际操作对课堂讲授理论知识进行验证、巩固和补充，培养学生运用所学理论分析和解决实际问题的能力，培养学生严谨、求实的工作作风。面向对象分析与设计实验在介绍Microsoft Office Visio环境以及Visio绘图的基本方法和技巧的基础上，掌握使用Visio进行UML建模的基础知识，

4、能够使用Visio的UML基本模型元素进行UML用例图、活动图、序列图等的分析与设计。二、 主要仪器设备与实验环境1. 微型电子计算机2. Windows操作系统3. Microsoft Office Visio和Rational Rose软件三、 实验项目名称和学时分配序号实验项目名称学时分配实验类型实验要求1用例图及用例描述4设计必做2活动图2设计必做3系统顺序图2设计必做4域模型类图2设计必做5设计类图2设计必做6交互图3设计必做7包图1设计必做四、 实验课考核方式1. 考核准则根据学生的实验预习、实验纪律、实际编程能力及实验报告进行综合考核评定，考核成绩为百分制。2. 实验报告要求实验

5、报告内容包含有：实验目的、实验要求、实验步骤、实验结果分析以及实验创新（与实验指导书不同的实现方法）。3. 考核方式实验结束后，要求学生写出实验报告，并给出成绩（该成绩与作业、课堂提问等成绩共同占信息系统分析与设计课程最终成绩的30%）。实验一 用例图及用例描述一、实验目的1熟悉用例图的基本功能和使用方法。2掌握如何使用建模工具绘制用例图方法。3学习如何进行用例描述。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三、实验内容根据学生宿舍日常生活管理系统开发分析，在完成对系统的需求建模，得到用例模型后，应针对每个用例进行业务分析，说明其具体的业务流程，现系统

6、分析部指派您完成该项任务。要求：（1）确定学生宿舍日常生活管理系统的用例。（2）绘制学生宿舍日常生活管理系统的用例图。（3）对学生宿舍日常生活管理系统的用例进行描述 。四、实验步骤1 确定系统涉及的总体信息 参与者学生宿管学工操作查看宿舍公告宿舍事务日常登记处理学生宿舍信息处理广告处理学生宿舍信息处理学生留言建议社团、组织管理人员事务处理维护公告维护公告编辑修改学生个人信息维护广告处理报修信息2 确定系统的参与者学生、宿管、学工。3 确定系统的用例学生请求服务的用例(1) 学生请求服务的用例 登录系统 查看学生留言建议 编辑宿舍个人信息 处理宿舍广告 宿舍报修 查看宿舍公告 社团、组织管理人员

7、登录 处理社团活动广告(2) 宿管处理宿舍事务的用例 登录系统 查询学生宿舍信息 维护宿舍广告 维护公告 处理报修信息 (3) 学工进行系统维护的用例 登录系统 查询学生留言建议 查询学生宿舍信息 维护公告4 使用Rational Rose绘制用例图的步骤以“学生初步请求服务”用例为例：a.绘图步骤:(1)在模板类别中选取并双击“UML模型图”,出现如图1.1所示,为绘制用例图做好准备。图1.1(2) 在左边的形状栏中，选取“UML 用例”的类别，选择“参与者”图标，在右边的图中添加一个参与者，并输入名称:学生,如图1.2所示。 图1.2(3)在左边的形状栏中，选取用例的图标，在右边的图中画出

8、一个用例，并输入用例的名称：登录系统 。如图1.3。图1.3(4)按照步骤（3），绘制出如图1.4和图1.5的两个用例。 图1.4图1.5（5）在绘出了用例后，接下来的是绘制参与者与用例实现，如图1.6所示。图1.6（6）根据步骤（5），同时完成如图1.7和图1.8。此时，学生初步请求服务用例图就到此完成。其他的功能会在时序图和活动图中描绘。图1.7图1.8（7）根据分析情况，进一步添加或细化用例图。b.描述用例“学生初步请求服务”用例的用例描述：（1）学生登录系统；（2）如果登录成功则显示系统界面以提示学生选择自己需要进行的工作；（3）如果登陆错误，则显示出错信息，返回步骤（1）；（4）学生

9、可以浏览检索相应的广告公告信息；（5）如果检索不到，则显示出错信息，返回步骤（8），如果可以则继续；（6）查看需要的广告，并加以编辑或删除；（7）显示编辑或删除成功信息；（8）结束。分析:在学生宿舍日常生活管理系统中,学生首先登录系统,系统验证通过后,学生方可使用系统浏览公告广告,在检索后,系统会给出提示,有没有找到相关的信息,学生根据系统查询的返回结果,进行下一步的操作,就是查看宿舍公告广告,查看过程中,学生可以根据自己的需求进行相应的编辑操作，系统也会给予学生相应的提示信息和回馈。同样方法可以得到其他用例图和书面用例。5 学生宿舍日常生活管理系统的用例图采用上述步骤，得到学生宿舍日常生活管

10、理系统的用例图，包括学生请求服务的用例图、宿管处理宿舍事务的用例图、学工进行系统维护的用例图这三个主要的用例图。学生请求服务的用例图学生请求服务的用例图：以删除留言建议用例为例：用例名称：删除留言建议 执行者：学生目的：完成一次宿舍报修的完整过程。类型：主要的、基本的过程描述：（1）学生输入登录信息，系统识别信息的有效性；（2）对学生进行注册识别；（3）浏览系统中现有的留言建议；（4）选择需要借删除的留言建议并确认；（5）退出系统。异常事件流处理：（1）登录信息有效性检查失败，允许学生重新输入（3次机会）。（2）注册识别失败，没有注册的学生不能使用系统功能。（3）选择所要删除的留言建议确认失败

11、，所选留言建议不存在或者正在被查阅，系统提示重选。 其他用例类似。宿管处理宿舍事务的用例图宿管处理宿舍事务的用例：以来访登记用例为例：用例名称：来访登记 执行者：宿管目的：完成一次来访登记的完整过程。类型：主要的、基本的过程描述：（1）宿管输入登录信息，系统识别信息的有效性；（2）登录成功后，请求进行宿舍日常生活登记；（3）判断学校是否有该同学。（4）根据学生宿舍信息，来访人信息进行登记；（5）退出系统。异常事件流处理：（1）登录信息有效性检查失败，允许宿管重新输入。（3）确认学生信息时失败，学校没有该学生，系统提示宿管注意。 宿管处理其他用例类似。学工进行系统维护的用例图学工进行系统维护的用

12、例：以学工修改公告用例为例：用例名称：修改公告 执行者：学工目的：修改公告的完整过程。类型：主要的、基本的过程描述：（1）学工输入登录信息，系统识别信息的有效性；（2）登录成功后，请求进行公告维护；（4）检索公告列表，查找需要修改的公告；（6）如果找到需要修改的公告，勾选并打开公告进行相关修改；（7）显示更新成功信息；（8）退出系统。异常事件流处理：（1）登录信息有效性检查失败，允许学工重新输入。（2）查找公告失败，如果数据库中不存在，则显示出错信息。 系统管理员的其他的书面用例类似。6 用例描述用例描述可以分为三个独立的详细描述等级：简单描述、中间描述和完全展开描述。简单描述：简单描述被用于

13、非常简单的用例，特别是当要开发的系统是一个很小且易于理解的应用时。中间描述：中间等级的用例描述扩展了简单描述，它包括用例的内部活动流。如果有多个场景，那么其中的每个活动流都被单独进行描述。如果它们需要，还可以记录下其他条件。完全展开描述：完全展开描述是记录用例的最正式的方法。虽然它要花费较多的工作在这个层次上定义所有的组件，但是它仍然是描述用例内部活动流的首选方法以下抽取了系统中宿舍管理员出借物品和学生删除宿舍广告两个用例进行用例完全展开描述的举例。表1-1 宿舍管理员出借物品用例完全展开描述表用例名称宿舍管理员出借物品场景学生像管理员借取物品，宿舍管理员进行登记触发事件宿舍管理员登陆系统，请

14、求进行借取物品登记简单描述宿舍管理员登陆，请求创建新的借取物品登记，宿舍管理员检索拥有并选择物品，核实学生身份后，成功创建借取物品单。参与者宿舍管理员相关用例包括：宿舍日常生活登记用例，查询学生宿舍信息用例系统相关者学生：像宿舍管理员请求借取物品宿舍管理员：进行借取物品相关登记前提条件目录，物品以及剩余条目对于需求项必须存在后续条件借取物品单必须创建剩余物品数量必须实时更新借取物品单必须与某个学生相关联事件流参与者系统1. 宿舍管理员访问系统，并连接到登陆页面2. 如果宿舍管理员已存在，宿舍管理员登陆3. 宿舍管理员请求新建借取物品单4. 宿舍管理员搜索目录5. 当宿舍管理员搜索到剩余物品时，

15、请求将其放入新借取物品单6. 宿舍管理员请求查看学生宿舍信息页面7. 宿舍管理员搜索学生学号8. 宿舍管理员确定学生身份9. 宿舍管理员确定借取物品单，新建成功2.1验证宿舍管理员编号密码3.1创建一个新的借取物品单4.1按照搜索项和选项显示目录中的物品5.1 将条目加入新借取物品单6.1显示学生宿舍信息搜索页面7.1按照搜索项和选项显示学号目录中的学生8.1确认学生身份成功9.1新建借取物品单成功。异常情况5.1 如果有条目没有剩余，宿舍管理员可以a取消借取物品单的创建b查看物品目前状态8.1如果有学号但是照片不符合，宿舍管理员可以a取消借取物品单的创建b进行报警五、实验结果1实验结果见上，

16、“实验步骤”中的第5步：学生宿舍日常生活管理系统的用例图。2实验心得体会：经过本次试验，熟悉用例图的基本功能和使用方法，掌握如何使用建模工具绘制用例图方法。根据学生宿舍日常生活管理系统，针对每个用例进行业务分析，确定学生宿舍日常生活管理系统的基本用例，绘制学生宿舍日常生活管理系统的用例图，并对学生宿舍日常生活管理系统的用例进行描述，对学生宿舍日常生活管理系统的功能有了更清晰的了解，对UML建模语言的理解更深一步。实验二 活动图一、实验目的1熟悉活动图的基本功能和使用方法。2掌握如何使用建模工具绘制活动图方法。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三

17、、实验内容根据学生宿舍日常生活管理系统开发进度，在完成对系统的需求建模，得到用例模型后，应针对每个用例进行业务分析，说明其具体的业务流程，现系统分析部指派您完成该项任务。要求：用活动图来描述系统中已知用例的业务过程：1宿舍管理员出借物品用例。四、实验步骤绘制“宿舍管理员出借物品”用例的活动图。宿舍管理员出借物品一般按照以下步骤进行：（1）宿管登录系统；（2）在系统中查找可借的物品条目；（3）如果物品不存在，则显示出错信息，返回步骤（2），如果存在则继续；（4）选中要出借的物品，并创建新出借物品单；（5）填写相应的物品信息及借取同学的信息；（6）在学生信息中核对借取学生身份；（7）创建出借物品单

18、成功；（8）结束。绘图步骤：（1）在模板类别中选取并双击“UML活动”,出现如图2.1所示,为绘制用例图做好准备。图 2.1 (2)新建好活动图后，在左边的工具栏内点击“泳道“，在右边的图添加一个泳道，如图2.2所示，并命名为“宿管”按照此步骤，再添加另一个泳道，并命名为“系统”，得到图2.3。图2.2图2.3（3）接着在左边的工具上选取“初始状态”点，并在“宿管”的泳道上添加，如图2.4所示；添加完开始结点后，再来为此活动图添加活动，图2.5所示，在左边的工具栏上选中“动作状态”这个图标，在“宿管”这边的泳道上添加一个活动，命名为登录“链接到宿管登录页面”，再在开始结点和活动“链接到宿管登录

19、页面”之间添加活动关系，如图2.6所示。图2.4 图2.5 图2.6（4）完成步骤（3）后，继续在左边的工具栏上选中“动作状态”这个图标，这次在“系统”这边的泳道上添加一个系统活动，命名为登录“显示系统登陆页面”，如图2.7所示，再在“链接到宿管登录页面”活动和 “显示系统登陆页面”之间添加活动关系，如图2.8所示。图2.7图2.8（5）依照上面的方法， 反复（2）（3）步骤，将“宿舍管理员出借物品”用例活动，按顺序表示出来，如图2.9所示。图2.9（5）待所有活动都完成后，在左边形状栏中选择“最终状态”图标，在“系统”泳道中增加一个结束节点，如图2.10所示，并在结束节点和最后一个活动之间增

20、加活动关系，如图2.11和2.12所示图2.10图2.11图2.12（6）根据分析设计情况，进一步添加或细化活动图。得到最终活动图2.13图2.13五、实验报告要求1 整理实验结果。2 小结实验心得体会。实验三 系统顺序图一、实验目的1熟悉系统顺序图的基本功能和使用方法。2掌握如何使用建模工具绘制系统顺序图方法。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三、实验内容通过前面内容的学习，完成了对学生宿舍日常生活管理系统的需求的初步分析，得出系统的用例图和相应的活动图。通过这两类图我们可以初步了解系统的业务处理过程，但对业务处理过程的处理状态间转换了解仍不

21、够，这不利于设计人员对系统业务的进一步理解，而系统顺序图能从对象的动态行为的角度去描述系统的业务活动。因此，指派你运用本节所学的系统顺序图，完成如下任务：1. 完成宿管出借物品用例的系统顺序图。四、实验步骤1业务分析：由前面章节对学生宿舍日常生活管理系统中的还书主要业务的描述和分析可知，宿管出借物品的动态行为是由：登录、查询物品、核对学生信息和创建出借物品单四种状态及激活相互转换的事件。2绘制系统顺序图：请您根据分析运用UML绘制宿管出借物品用例的系统顺序图。分析：宿管出借物品的系统顺序图，出借的主要动作都是由宿管来完成，首先宿管必须先登录系统，并通过验证后，便可以进行下一步的操作，查找该物品

22、的相关信息，如存在，则进行核对学生并出借物品操作，如不存在该物品，则给出提示信息；绘图步骤：（1）在模板类别中选取并双击“UML序列”,出现如图3.1所示,为绘制用例图做好准备。图3.1（2）在图中分别增加参与者“宿管”与系统两个对象，如图3.2和3.3所示。图3.2图3.3（3）选中左侧形状栏中的“消息”图标，在右图中画出宿管登陆系统的操作活动，如图3.4所示。图3.4（4）再选中左侧形状栏中的“消息（返回）”图标，在右图中画出宿管操作后，系统对宿管请求作出反馈的活动，如图3.5所示。图3.5（5）反复按照（3）、（4）两步操作，增加之后的相互活动，如图3.6所示。图3.6（6）倘若操作中有

23、反复重复的活动，如该用例中，宿管反复添加需要出借的物品时，可在图中增加一浅灰色框进行标注，框中条目循环，如图3.7所示。图3.7（7）根据分析设计情况，进一步添加或细化系统顺序图。最终得到3.8。图3.8五、实验报告要求1整理实验结果。2小结实验心得体会。实验四 域模型类图一、实验目的1理解类的基本概念。2掌握如何从需求分析中抽象出类的方法。3掌握在Microsoft Office Visio中绘制类的操作方法。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三、实验内容通过前面内容的学习，完成了对学生宿舍日常生活管理系统的需求的初步分析，得出系统的用例图和

24、相应的活动态和状态图。通过这两类图我们可以初步了解系统的业务处理流程。现在需要对系统进行静态建模，这就需要从系统的用例图、活动图和系统顺序图去寻找和发现类。因此，指派你运用本节所学的有关如何抽象出类的知识，完成如下任务：1 寻找和抽象学生宿舍日常生活管理系统中的类。四、实验步骤1分析：由前面章节对学生宿舍日常生活管理系统功能介绍可知，该系统是学生类、学工类、宿管类、公告界面类、广告界面类、留言建议界面类、保修信息类，借取物品信息类和访客管理类9个类组成。2绘制类的步骤：（1）打开前面初步构建的UML模型文件;（2）打开visio形状栏，选择“UML 静态结构”，如图4.1所示。图4.1（3）选

25、中形状栏中的类图标，用鼠标在图中拖出一个类图，并命名为“学生”，如图4.2所示。图4.2（4）接下来的一步为设置类的属性，在新的类中双击该类，在打开属性面板中，可以看到在此可以设置类的属性和方法等其他的信息，图4.3所示；后选中“特性”这个栏目，此栏目为设置类的属性的选项，如图4.4所示。右侧可以看到有一个名为“新建”的图标，选中这个选项，图4.5所示；后在出现的对话框中输入相关信息，如学生的学号，在“类型”这个选框内选择此属性的类型值，同时可以看到下一栏可以设置此属性的“可见性”，一般这些属性都设置Private这个权限，如图4.6所示。这个类的其他属性也可以按照以上的做法设置，最后得到的结

26、果是图4.7所示。图4.3图4.4图4.5图4.6图4.7（5）至此，类的方法就设置好了，如图4.8所示。图4.8（6）可以依照上面的操作来添加其他的类，如：用户类、界面类,添加完后结果如图4.9所示；图4.9（7）其他的类添加完后，就可以为各个类添加关系了，由关联、泛化、依赖等关系相互协作来静态描述业务系，所以，各个类的关系也由这几个关系来完成。广告类是宿舍广告类和社团广告类两个类的父类，他们之间为泛化关系，如图4.10、4.11所示。其他的类为一般的依赖关系如图4.12所示（一个学生可以发布许多广告，也可以选择不发布广告，因此学生与广告之间的关系为1:0n），最后，连接完线条便得到图4.1

27、3。图4.10图4.11图4.12图4.13（8）根据分析设计情况，进一步细化各类之间的关系。五、实验报告要求1整理实验结果。2小结实验心得体会。实验五 设计类图一、实验目的1理解域模型类图的基本概念。2掌握描绘类间关系的方法。3掌握在Microsoft Office Visio中绘制域模型类图的操作方法。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三、实验内容通过对前面内容的学习，使我们完成了学生宿舍日常生活管理系统的需求分析，并从业务对象中抽象出了类。我们知道类通常是不会单独存在，而是由关联、泛化、依赖等关系相互协作来静态描述业务系的。因此，我们在找

28、出系统中所存在的类的前提下，需要进一步对业务对象间如何联系进行建模。现指派你运用本节所学的相关知识，完成如下任务： 1对书籍管理功能中的类的关系建模。四、实验步骤1分析：由前面章节对学生宿舍日常生活管理系统中抽象出来的类可知，图书馆的主要静态模型类图是由学生类、学工类、宿管类、各种信息类和各种界面操作类组成。其中宿舍广告类、社团广告类与广告类是泛化的关系，而其它类之间均是关联关系。2请根据教材中示例部分在Microsoft Office Visio中绘制类间的关系。绘图步骤：（1）设置好类的属性和关系之后，现在来设置类的方法，也就是操作，双击类后在弹出的类别菜单上选“操作”这个选项，可以看到图

29、5.1所示，依然在右侧点击“新建”按钮，见图5.2，接着输入方法名，同时可以设置该方法的返回类型，也可以在“范围”的方框内填写一些相关的方法说明，并设置好该方法的访问权限，设置好该方法的访问权限，见图5.3。类的其他方法也可以按上面来设置好，最后，得到该类的其他方法见类5.4。图5.1 图5.2图5.3图5.4（2）至此，类的方法和属性都设置好了，如图5.5所示。图5.5（3）接下来为宿管类设置，按照上面的步骤可以设置好该类的属性和方法，如图5.6和图5.7所示。图5.6图5.7（4）最后，绘制出由分析得出的各个类，如图5.8所示。图5.8（5）为了和域模型类图区分，我们用导航可见性来表示类与

30、类之间的关系，如图5.9所示。图5.9（6）按照上述方法补充完善设计类图，最终得到图5.10。图5.10五、实验报告要求1整理实验结果。2小结实验心得体会。实验六、七 交互图一、实验目的1理解顺序图的基本概念。2理解协作图的基本概念。3掌握在Microsoft Office Visio中绘制交互图的操作方法。二、实验器材1计算机一台。2Microsoft Office Visio 工具软件。三、实验内容通过对教学内容的学习，使我们完成了学生宿舍日常生活管理系统的需求分析，并从业务对象中抽象出了类。现在需要对前面所给出的用例进行实现，而用例的实现主要由交互图来指定和描述系统的动态特性。现指派你运用本节所学的相关知识，完成如下任务：1对学生宿舍日常生活管理系统中的用例进行动态建模。四、实验步骤1分析：根据演示部分对学生宿舍日常生活管理系统中的交互操作进行动态建模的操作步骤和方法，请你对学生宿舍日常生活管理系统中宿管出借物品的交互操作进行动态建模。该模块中主要存在登录、查询物品、核对学生信息和创建出借物品单四种交互操作。2请根据教材中示例部分在Microsoft Office Visio中绘制上述的交互图。绘图步骤：（1）在Visio软件的左边形状栏上选择“UML 序列”，新建一个初步顺序图，