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摘要：統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML是面向?qū)ο?/a>軟件設(shè)計(jì)的新技術(shù)。在介紹UML的基礎(chǔ)上，用UML分析設(shè)計(jì)了俄羅斯方塊。根據(jù)本游戲特點(diǎn)，側(cè)重選用了用例圖、順序圖、類(lèi)圖、狀態(tài)圖進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，最后總結(jié)了UML技術(shù)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο蠹夹g(shù)；UML；軟件工程；俄羅斯方塊

1引言

在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始爆發(fā)的軟件危機(jī)，使人們認(rèn)識(shí)到大中型軟件系統(tǒng)與小型軟件有著本質(zhì)的區(qū)別：大型軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、軟件質(zhì)量難以保證、開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率低，為了擺脫軟件危機(jī)提出了軟件工程的概念。軟件工程的目的就是要在規(guī)定的時(shí)間、開(kāi)發(fā)費(fèi)用內(nèi)開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足用戶(hù)需求的高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)，高質(zhì)量不僅是指錯(cuò)誤率低，還包括好用、易用、可移植、易維護(hù)等要求。軟件開(kāi)發(fā)有復(fù)雜性和困難性，軟件設(shè)計(jì)人員既要為自己建立設(shè)計(jì)與實(shí)踐的準(zhǔn)則，又要利用這些準(zhǔn)則構(gòu)造符合要求的軟件系統(tǒng)，因此所面臨的困難比其他涉及領(lǐng)域更多。

2面向?qū)ο蠹夹g(shù)及統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML

為了減少軟件復(fù)雜性對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的影響，我們只能采用控制復(fù)雜性的方法，這些方法包括分解、抽象、模塊化、信息隱蔽等。而面向?qū)ο蠹夹g(shù)充分體現(xiàn)了上述思想，可以有效的提高軟件生產(chǎn)率，縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高軟件質(zhì)量、是控制軟件復(fù)雜性的有效途徑。面向?qū)ο蠓椒ǖ幕舅枷胧牵簩?duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行自然分割，以更接近人類(lèi)思維的方式建立問(wèn)題域模型，從而使設(shè)計(jì)出的軟件盡可能直接描述現(xiàn)實(shí)世界，具有更好的可維護(hù)性，能適應(yīng)用戶(hù)需求的變化。

統(tǒng)一建模語(yǔ)言(UML：UnifiedModelingLanguage)是面向?qū)ο?Object-Oriented)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言。UML是一種基于面向?qū)ο蟮目梢暬ＵZ(yǔ)言，它提供了用圖形符號(hào)表示的模型元素，它可消除一些潛在的不必要的差異，還可通過(guò)統(tǒng)一語(yǔ)義和符號(hào)表示，使項(xiàng)目根植于一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，從而可以拓寬所研制與開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)的適用范圍，并提高其靈活程度。

UML定義了下列5類(lèi)、共10種模型圖，主要內(nèi)容如下：第一類(lèi)用例圖，它從用戶(hù)的角度描述系統(tǒng)的功能，并指出各功能的操作者。用例圖有助于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者與用戶(hù)之間進(jìn)行交流，以獲取用戶(hù)需求。第二類(lèi)靜態(tài)圖，包括類(lèi)圖、對(duì)象圖和包圖。其中類(lèi)圖用于定義系統(tǒng)中的類(lèi)，包括描述類(lèi)之間的聯(lián)系以及類(lèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即類(lèi)的屬性和操作；對(duì)象圖顯示類(lèi)的對(duì)象實(shí)例，一個(gè)對(duì)象圖是類(lèi)圖的一個(gè)實(shí)例；包圖由包或類(lèi)組成，主要表示包與包、或包與類(lèi)之間的關(guān)系，用于描述系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。第三類(lèi)行為圖，描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和組成對(duì)象間的交互關(guān)系。一種是狀態(tài)圖，它描述一類(lèi)對(duì)象的所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件；另一種是活動(dòng)圖，它描述為滿(mǎn)足用例要求所要進(jìn)行的活動(dòng)以及活動(dòng)間的約束關(guān)系。第四類(lèi)交互圖，描述對(duì)象間的交互關(guān)系。一種稱(chēng)之為順序圖，用以顯示對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系；另一種是合作圖，它著重描述對(duì)象間的協(xié)作關(guān)系。第五類(lèi)實(shí)現(xiàn)圖，包括構(gòu)件圖和配置圖。構(gòu)件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)以及各部件之間的依賴(lài)關(guān)系；配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)。這些圖為系統(tǒng)的分析、開(kāi)發(fā)提供了多種圖形表示，它們的有機(jī)結(jié)合就有可能分析與構(gòu)造一個(gè)一致的系統(tǒng)。

3基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)UML開(kāi)發(fā)俄羅斯方塊

3.1系統(tǒng)描述與規(guī)劃并建立用例圖

俄羅斯方塊的功能需求是，提供一個(gè)界面顯示當(dāng)前生成的方塊狀態(tài)、下落及下一個(gè)方塊，接收用戶(hù)輸入以控制下落和旋轉(zhuǎn)，調(diào)整到最佳位置，當(dāng)下落終止后判斷是否產(chǎn)生滿(mǎn)行，如果有滿(mǎn)行則消行并設(shè)置分?jǐn)?shù)，當(dāng)分?jǐn)?shù)達(dá)到一定要求時(shí)給用戶(hù)增加等級(jí)和下降速度，之后產(chǎn)生新方塊，重復(fù)執(zhí)行此操作，直到方塊無(wú)法被消去而阻止新方塊的產(chǎn)生。

根據(jù)系統(tǒng)描述我們可以抽象出9個(gè)用例：用戶(hù)輸入系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)、方塊動(dòng)作、新方塊生成、消行、方塊死亡、分?jǐn)?shù)設(shè)置、等級(jí)設(shè)置、下降速度控制。抽取出兩個(gè)角色：用戶(hù)和控制系統(tǒng)。用例圖如圖1所示。

用例圖用簡(jiǎn)單的圖形符號(hào)表示出系統(tǒng)的活動(dòng)者，用例以及它們之間的聯(lián)系，準(zhǔn)確的表達(dá)了活動(dòng)者與系統(tǒng)的交互情況和系統(tǒng)所能提供的服務(wù)。在實(shí)際問(wèn)題中提取出用例是系統(tǒng)的一個(gè)基本任務(wù)，把系統(tǒng)的功能需求用用例圖清楚、準(zhǔn)確的表達(dá)出來(lái)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)象模型的分析與設(shè)計(jì)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中要不斷的修改和完善用例模型，推動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)不斷精化，努力達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)。3.2系統(tǒng)靜態(tài)分析、類(lèi)圖及順序圖

系統(tǒng)分析主要是對(duì)領(lǐng)域問(wèn)題及其解決方案的一個(gè)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確找出現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象和類(lèi)之間的關(guān)系，把他們映射成系統(tǒng)中的對(duì)象類(lèi)和類(lèi)之間的聯(lián)系，并加以設(shè)計(jì)和調(diào)整，最終用圖形表示出來(lái)。

本系統(tǒng)中主要類(lèi)有窗口類(lèi)、圖形顯示類(lèi)和方塊類(lèi)。窗口是操作的載體，圖形顯示是與用戶(hù)進(jìn)行交互的媒介，方塊類(lèi)是操作的對(duì)象執(zhí)行具體的動(dòng)作。窗口類(lèi)是整個(gè)系統(tǒng)的載體，操作顯示等都在其上完成；圖形顯示類(lèi)提供了將方塊的布局及產(chǎn)生的新方塊和下一個(gè)方塊顯示給用戶(hù)，以告知用戶(hù)當(dāng)前狀態(tài)。具體的動(dòng)作是由方塊執(zhí)行，方塊接收用戶(hù)的控制消息，執(zhí)行動(dòng)作，同時(shí)刷新圖形。我們要處理的關(guān)鍵是方塊，這里方塊共7種圖形，要是建立七個(gè)單一的類(lèi)，則系統(tǒng)編寫(xiě)起來(lái)會(huì)非常復(fù)雜，這時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)的共性，得到一個(gè)基類(lèi)。因?yàn)楦鞣N不同的方塊的動(dòng)作是一樣的，都有下降、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)三種動(dòng)作，同時(shí)各種方塊的組成相同，即4個(gè)小方塊，可以統(tǒng)一存儲(chǔ)。這樣我們創(chuàng)建一個(gè)虛基類(lèi)，它本身不創(chuàng)建實(shí)際對(duì)象，只提供操作和存儲(chǔ)功能，不同形狀的方塊對(duì)象由各子類(lèi)創(chuàng)建。創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，由子類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)給類(lèi)的屬性賦值，決定了類(lèi)對(duì)象的形狀。類(lèi)圖和具體方塊的形狀如圖2類(lèi)圖及實(shí)例對(duì)象模型所示。

在產(chǎn)生新對(duì)象時(shí)，只需創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象并把對(duì)象賦給基類(lèi)對(duì)象指針，就可以用全局基類(lèi)指針來(lái)控制各種動(dòng)作，而不用對(duì)各個(gè)子類(lèi)單獨(dú)處理。系統(tǒng)只需對(duì)基類(lèi)對(duì)象指針作移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、下降等操作，而不用關(guān)心當(dāng)前對(duì)象是那個(gè)類(lèi)創(chuàng)建的。這樣操作和具體對(duì)象分離，就簡(jiǎn)化了程序的控制，使全局的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。

通過(guò)發(fā)現(xiàn)類(lèi)、類(lèi)對(duì)象，明確他們的含義和責(zé)任，確定屬性和操作，發(fā)現(xiàn)類(lèi)之間的靜態(tài)聯(lián)系，分析對(duì)象類(lèi)之間的一般與特殊關(guān)系、部分與整體關(guān)系，研究類(lèi)的繼承性、多態(tài)性，調(diào)整和精化類(lèi)之間的聯(lián)系，使其能更準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征。

順序圖表示完成某個(gè)行為的對(duì)象類(lèi)和這些對(duì)象類(lèi)之間所傳遞的消息的時(shí)間順序。用戶(hù)進(jìn)入系統(tǒng)后，通過(guò)鍵盤(pán)輸入對(duì)方塊做動(dòng)作控制，控制系統(tǒng)根據(jù)輸入或系統(tǒng)等待時(shí)間決定方塊的動(dòng)作，當(dāng)方塊下落到遇到障礙后，控制系統(tǒng)得到消息進(jìn)行消行、分?jǐn)?shù)設(shè)置等，見(jiàn)圖3順序圖。

3.3動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)及狀態(tài)圖

狀態(tài)圖用于描述系統(tǒng)的行為，描述類(lèi)的一個(gè)對(duì)象在其生存周期間的行為，表現(xiàn)為一個(gè)對(duì)象所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，引起狀態(tài)或活動(dòng)轉(zhuǎn)移的事件，以及因狀態(tài)或活動(dòng)轉(zhuǎn)移而伴隨的動(dòng)作，可以描述用例及整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。在對(duì)確定的對(duì)象進(jìn)行行為建模時(shí)，所選擇對(duì)象生存期中的狀態(tài)數(shù)量是有限的。對(duì)象處于每個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間也是有限的。當(dāng)發(fā)生某個(gè)事件，或完成了某個(gè)動(dòng)作或活動(dòng)的執(zhí)行，都會(huì)觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。首先選擇初始狀態(tài)和終結(jié)狀態(tài)，然后發(fā)現(xiàn)對(duì)象的各種狀態(tài)，確定狀態(tài)可能發(fā)生的轉(zhuǎn)移，把必要的動(dòng)作加到狀態(tài)或轉(zhuǎn)移上。根據(jù)俄羅斯方塊的系統(tǒng)描述，功能要求，分析得到系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如圖4所示。

4總結(jié)

利用上述方法，設(shè)計(jì)了俄羅斯方塊游戲，并用C++Builder6.0作為開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)，如果需要添加新的方塊形狀只需新建一個(gè)類(lèi)并在控制中加入新建對(duì)象的過(guò)程即可，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，可維護(hù)性等。雖然游戲較小，但足可以生動(dòng)的展現(xiàn)了面向?qū)ο骍ML技術(shù)的強(qiáng)大功能，不僅能夠提高開(kāi)發(fā)效率，提高軟件質(zhì)量，加速開(kāi)發(fā)過(guò)程，而且具有較好的可重用性、可擴(kuò)充性、可維護(hù)性和可移植性。

參考文獻(xiàn)

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