软件工程高效学 | 实战案例：在线选修课程管理系统设计

清华计算机学堂 2023-03-20

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软件工程是计算机领域的一门专业基础课，它对于培养学生的软件素质、提高学生的软件开发能力与软件项目管理能力具有重要意义。本篇介绍了利用Rational Rose进行“在线选修课程管理系统”面向对象的设计案例。

实战案例——在线选修课程管理系统设计

本文以“在线选修课程管理系统”案例为示例，利用Rational Rose进行面向对象设计实战。该系统的需求描述如下。

教师选择本学期要教授的课程。
教师选课结束后，教务管理人员进行协调和确认教师的课程，并创建本学期的课程目录表，向学生公布。
学生填写课程选修表。
学生按最终的课程表到财务处办理收费手续(Billing System)。
教师可查询所教课程的学生花名册(Roster)。
教务管理人员维护学生、教师和课程的信息。

构建用例模型

① “在线选修课程管理系统”中的执行者(Actors)。

注册选修课程的学生。
教授选修课程的教师。
教务管理人员必须汇总选修课程情况，制作课程表。
教务管理人员必须维护关于课程、教师和学生的所有信息。
财务管理系统从本系统中取出收费信息。

创建用例与主用例图

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② “在线选修课程管理系统”中的用例(Use Case)。

步骤1： 使用Rational Rose创建执行者(Actors)。

首先右击浏览器窗口中的Use Case View包，弹出快捷菜单后，选择New→Actor项，并输入执行者的名字(如果输入错误，可用Rename命令更改)；如果文档窗口不可见，选择菜单和工具栏中的View→Documentation菜单，然后在浏览器窗口中选中所需执行者，输入相应文档。创建结果如图4-15所示。

■ 图4-15执行者创建结果

步骤2： 使用Rational Rose创建用例(Use Case)。

首先右击浏览器窗口中的Use Case View包，弹出快捷菜单后，选择New→Use Case项并输入用例的名字；然后在浏览器窗口中选中所需用例；将光标置于文档框中，输入相应文档。创建结果如图4-16所示。

■ 图4-16用例创建结果

步骤3：使用Rational Rose创建主用例图(Main Use Case Diagram)。

首先双击浏览器窗口的Use Case View包中的Main条目，打开主用例图；然后单击选中浏览器窗口中的“执行者”，将其拖到主用例图中；随后单击选中浏览器窗口中的“用例”，并将其拖到主用例图中；最后，在工具栏中选择“单向关联”(Unidirectional Association)图标，单击一个“执行者”，并拖到相应的用例上；或单击一个“用例”，并拖到相应的执行者上。创建结果如图4-17和图4-18所示。

■ 图4-17主用例图创建结果（1）

■ 图4-18主用例图创建结果（2）

实践案例介绍与创建执行者

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构建活动图模型

本部分主要介绍建立选修课程目录表的步骤。

步骤1： 使用Rational Rose创建活动图(Activity Diagram)。

首先右击浏览器窗口中的Use Case View包，弹出快捷菜单后选择New→Activity Diagram项，然后输入活动图的名字；双击浏览器窗口中的Activity Diagram选项，打开该图。创建结果如图4-19所示。

■ 图4-19活动图创建结果

步骤2： 使用Rational Rose创建活动(Activity)。

首先在工具栏中选择Activity 图标，在活动图(Activity Diagram)中单击要放置“活动”(Activity)的位置，输入活动名字；然后在工具栏中选择State Transition图标，单击一个“活动”，并将其拖到相应的活动上。创建结果如图4-20所示。

■ 图4-20活动创建结果

步骤3： 使用Rational Rose创建决策点(Decision Points)。

首先，在工具栏中选择Decision图标，在活动图(Activity Diagram)中单击要放置决策点的位置，并输入决策的名字；其次，在工具栏中选择State Transition图标，单击一个“活动”，并将其拖到相应的决策点上；然后，在工具栏中选择State Transition图标，单击一个“决策点”选项，拖至拐角处单击左键，再将其拖到相应的活动上；随后，双击此条“转换线”，打开规格设定框，单击Detail 标签，在Guard Condition框中输入条件No，单击OK按钮，关闭规格设定框；最后，在此条转换线上单击左键，选中此条“转换线”，单击菜单和工具栏中的Format→Line Style→Rectilinear 选项，使其变得美观，调整过程如图4-21所示，调整完成后，创建结果如图4-22所示。

■ 图4-21创建决策点调整过程

■ 图4-22决策点创建结果

步骤4：使用Rational Rose创建同步条(Synchronization Bar)。

首先在工具栏中选择Horizontal Synchronization图标；然后在活动图(Activity Diagram) 中单击要放置同步条的位置；最后在工具栏中选择State Transition图标；创建结果如图4-23所示。

■ 图4-23同步条创建结果

步骤5：使用Rational Rose创建泳道(Swim lanes)。

首先在工具栏中选择Swim lanes图标，在活动图(Activity Diagram)中单击要放置泳道的位置；然后双击泳道，打开规格说明框，在Name框中输入泳道的名字，单击OK按钮，关闭规格设定框；最后对泳道的大小位置进行调整，将所需的活动和变换线拖至新泳道中。创建结果如图4-24所示。

■ 图4-24泳道创建结果

步骤6： 使用Rational Rose创建起始活动和终止活动。

首先在工具栏中选择“起始活动”或“终止活动”图标，在活动图(Activity Diagram)中单击要放置“起始活动”或“终止活动”的位置；然后在工具栏中选择State Transition图标，单击“起始活动”图标，拖到相应的活动上；最后单击一个“活动”图标，拖至“终止活动”图标上。创建结果如图4-25所示。

■ 图4-25创建起始活动和终止活动

构建相关的包和类以及简单类图

步骤1： 在Rational Rose的浏览器窗口中创建类(Class)。

首先右击浏览器窗口中的Logical View，弹出快捷菜单后，选择New→Class项，输入类的名字；然后在所建类上单击右键，弹出快捷菜单，选择Open Specification项，单击General标签；最后在Stereotype框中选择entity类；单击OK按钮关闭规格说明框。规格说明框的设置过程如图4-26所示。

■ 图4-26规格说明框设置过程

表4-3列出了边界类、控制类、实体类各自的功能。

■ 表4-3边界类、控制类、实体类功能

步骤2： 在Rational Rose的浏览器窗口中创建包(Packages)。

首先右击浏览器窗口中的Logical View选项，弹出快捷菜单后，选择New→Package选项，输入包的名字；然后新建相关类并设置其相应的类别，其中设置边界类和控制类的过程如图4-27和图4-28所示；最后单击浏览器窗口中的“类”选项，将其拖至相应的包中。

■ 图4-27设置边界类过程示意图

■ 图4-28设置控制类过程示意图

在Package项中，PeopleInfo包用来存放与人员有关的内容，Interfaces包用来存放与界面有关的内容，UniversityArtifacts包用来存放与学校工件有关的内容。

步骤3： 在Rational Rose中创建主类图(Main Class Diagram)。

首先双击浏览器窗口中Logical View中的Main类图，打开它；然后单击浏览器窗口中的包，将其拖到Main类图上；重复以上步骤后，创建结果如图4-29所示。

■ 图4-29主类图创建结果

步骤4： 在Rational Rose中创建包中的主类图(Package Main Class Diagram)。

首先双击Main 类图中的University Artifacts包，打开这个包，并创建这个包的主类图(Package Main Class Diagram)；然后，单击浏览器窗口中的“类”图标，将其拖到类图上；重复以上步骤，最后创建结果如图4-30所示。

■ 图4-30包中的主类图创建结果

(4) 构建用例实现图(Use Case Realization Diagram)。

使用Rational Rose创建逻辑视图中的用例图(Use Case Diagram)。

首先，右击浏览器窗口中的Logical View选项，弹出快捷菜单后，选择New→Use Case Diagram选项，输入用例图的名字“Realizations”；其次，右击浏览器窗口中的Logical View选项，弹出快捷菜单后，选择New→ Use Case选项，输入用例的名字；然后双击新建的“用例”选项，打开用例的规格设定框，单击Stereotype框，选择use-case realization选项，规格设定过程如图4-31所示。重复以上过程，用例的创建结果如图4-32所示。最后，打开实现用例图，将新建的“实现用例”拖入图中，创建结果如图4-33所示。

■ 图4-31用例规格设定过程

■ 图4-32用例创建结果

■ 图4-33用例实现图创建结果

构建顺序图(Sequence Diagram)与协作图(Collaboration Diagram)

步骤1： 使用Rational Rose创建顺序图(Sequence Diagram)。

首先，右击Logical View中的Maintain course information实现用例，弹出快捷菜单后，选择New→Sequence Diagram选项，然后输入顺序图的名字“Create a course”；创建结果如图4-34所示。

■ 图4-34顺序图创建结果图

步骤2：在顺序图中创建对象和分配类。

首先，双击顺序图名称，打开顺序图，将浏览器窗口中Use Case View包中的执行者Registrar拖入图中；其次，选择工具栏中的Object图标，单击图中放置对象的位置，并输入相应的名字，重复以上步骤；然后，选择工具栏中的Object Message图标，从信息发出者拖至信息接收者，并输入信息的名字，重复以上步骤，创建对象完成后结果如图4-35所示；最后，单击选中浏览器窗口中所需的类，将此类拖至顺序图相应的对象上，对象分配类后，结果如图4-36所示。

■ 图4-35创建对象结果

■ 图4-36对象分配类结果

步骤3：将顺序图转换为协作图。

首先，双击顺序图名称，打开顺序图；然后选择屏幕上方的菜单Browser→Create Collaboration Diagram选项，或者按F5键；最后调整图中的对象和信息，使其美观。创建结果如图4-37所示。

■ 图4-37顺序图转换为协作图创建结果

构建状态图(Statechart Diagram)

步骤1：使用Rational Rose创建状态图(Statechart Diagrams)。

首先，右击浏览器窗口中的CourseOffering类，弹出快捷菜单后，选择New→Statechart Diagrams选项；然后，输入状态图的名字“CourseOffering States”，创建结果如图4-38所示。

■ 图4-38状态图创建结果

步骤2： 使用Rational Rose创建状态(States)。

首先，在工具栏中选择State图标，在状态图中单击要放置状态的位置；然后，输入状态的名字。创建结果如图4-39所示。

■ 图4-39状态创建结果

步骤3： 使用Rational Rose创建状态转换(State Transitions)。

首先，在工具栏中选择State Transitions图标，单击“起始状态”，并拖至下一个状态；然后，输入状态转换的名字。创建结果如图4-40所示。

■ 图4-40状态转换创建结果

步骤4：使用Rational Rose创建起始、结束状态。

首先，在工具栏中选择Start图标，在状态图中单击要放置起始状态的位置；然后，用状态转换线进行连接。起始状态创建结果如图4-41所示。

■ 图4-41起始状态创建结果

同样地，在工具栏中选择Stop图标，在状态图中单击要放置结束状态的位置，用状态转换线进行连接，结束状态的创建结果如图4-42所示。

■ 图4-42结束状态创建结果

步骤5： 使用Rational Rose增加状态转换的细节部分。

首先，双击某条转换线，打开规格设定框，单击Detail标签；然后，在相应的框中输入action(/后的内容)、guard condition(［］里的内容)以及发出的event(^后的内容)；最后，单击OK 按钮，关闭规格设定框。创建结果如图4-43所示。

■ 图4-43状态转换规格设定结果

步骤6： 使用Rational Rose增加状态的Actions部分。

首先，双击某个状态，打开规格设定框，单击Actions标签；然后，右击Actions框中的任一位置，弹出快捷菜单后，选择Insert选项，将创建一个类型为Entry的action，规格设定过程如图4-44所示；

■ 图4-44状态的Actions设定过程

双击这个action，弹出action的规格设定框后，在when框中设定相应的类型，在type框中设定action或者send event(用^表示)，输入action的名字或event的信息；单击OK按钮，关闭Actions规格设定框。创建结果如图4-45所示。

■ 图4-45状态的Actions设定结果

构建构件图(Component Diagram)

步骤1： 使用Rational Rose创建Main构件图(Component Diagram)。

首先，在浏览器窗口中的Component View中创建图中的各个构件包，双击浏览器窗口中的Component View中的Main 构件图；然后，将浏览器窗口中的Component View中的构件包拖入图中；最后创建包之间的依赖线。创建结果如图4-46所示。

■ 图4-46Main构件图创建结果

步骤2： 创建University构件包中的构件。

首先，双击Main构件图中的University包，打开图形；然后，在工具栏中选择Component图标；最后，单击图中某一位置，放置构件，输入构件名称。创建结果如图4-47所示。

■ 图4-47University构件包中的构件创建结果

步骤3： 将类映射到构件上。

首先，右击浏览器窗口中的CourseOffering构件，弹出快捷菜单后，选择Open Specification项，单击Realizes标签；然后，右击所需的类，弹出快捷菜单，选择Assign项；最后，单击OK按钮，关闭规格设定框。创建过程如图4-48所示。

■ 图4-48将类映射到构件上

构建部署图(Deployment Diagram)

使用Rational Rose创建部署图(Deployment Diagram)。

首先，双击浏览窗口中的“部署图”(Deployment Diagram)选项，选择工具栏中的Processor图标，并单击图中某一位置，输入结点的名字；然后，选择工具栏中的Connection图标，单击某一结点，拖至另一结点；最后，选择工具栏中的Text 图标，在相应结点下写上文字。创建结果如图4-49所示。