(Luận văn thạc sĩ) phát triển phần mềm hướng đối tượng sử dụng UML

Đ Ạ I HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ TUYẾT PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM HƯỚNG Đốl TƯƠNG ■ SỬ DUNG UML ■ Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN M ã số : 01.01.10 LUÂN sĩ ■ VĂN THAC • Người hướng dẫn khoa học : T S Đ O À N V Ã N BAN €>ẠI HỌC auc'c G iA HÀ NƠ! TRÌINGTÂMTIỈÕIiGTlN.THƯVIỆW No V' LO/ẨOũ HÀ NỘI - 2002 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tà i Mục đích nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Giới hạn đề tài Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn PHẨN NỘI DUNG Chương 1: PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG Đ ố i TƯỢNG VÀ CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ 1.1 Giới thiệu trình phát triển hướng đối tượng 1.1.1 Phương pháp 1.1.2 Phương pháp hướng chức 1.1.3 Phương pháp tạo mẫu thử 1.1.4 Phương pháp hướng đối tượng 1.2 Các công cụ hỗ trợ phát triển hướng đối tượng 1.2.1 Khái quát U M L 1.2.2 Rational Rose 10 Chương PHÂN TÍCH, THIÊT KÊ HƯỚNG Đ ố i TƯỢNG SỬ DỤNG U M L 12 2.1 Phân tích nắm bắt yêu cầu 13 2.1.1 Hiểu yêu cầu 13 2.1.2 Trường hợp sử dụng .17 2.2 Phân tích hệ thống 24 2.2.1 Mơ hình khái niệm 24 2.2.2 Mơ hình hành vi hệ thống 36 2.2.3 Các hợp đồng cho thao tác hệ thống 39 2.2.4 Mơ hình hố hành vi biểu đồ trạng thái 40 2.3 Thiết kế hệ thống 42 2.3.1 Biểu đồ cộng tác 42 2.3.2 Biểu đồ đối tượng 49 2.3.3 Thiết kế biểu đồ lớp 50 Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KÊ HỆ THỐNG QUẢN LÝ T H I TRÊN M Ạ N G 52 3.1 Các trường hợp sử dụng hệ thống 53 3.1.1 Trường hợp sử dụng mức cao 53 3.1.2 Biểu đồ trường hợp sử dụng mức tổng quát 54 3.2 Trường hợp sử dụng mức chi tiết 55 3.2.1 Mức chi tiết trường hợp sử dụng Quản trị danh mục 55 3.2.2 Mức chi tiết trường hợp sử dụng Quản trị thi 58 3.3 Mô hình khái niệm hệ thống 61 3.4 Các biểu đồ hệ thống 62 3.4.1 Biểu đồ hệ thống cho Use case Cập nhậtlớ p 62 3.4.2 Biểu đồ hệ thống cho Use case Quảntrị th i 62 3.4.3 Biểu đồ hệ thống cho Use case Thi 62 3.5 Một số hợp đồng cho hoạt động hệ thống 63 3.5.1 Hợp đồng cho Use case "Tổ chức th i" 63 3.5.2 Hợp đồng cho Use case "Cập nhật lớp" 63 3.6 Biểu đồ cộng tác 64 3.6.1 Biểu đồ cộng tác cho hoạt động chấm điểm 64 3.6.2 Biểu đồ cộng tác cho hoạt động tạo đề thi 64 3.6.3 Biểu đồ cộng tác cho hoạt động tạo danh sách thí sinh 65 3.6.4 Biểu đồ cộng tác cho hoạt động thêm lớp .65 3.6.5 Biểu đồ cộng tác cho hoạt động sửa lớp 65 3.7 Biểu đồ lớp 66 3.7.1 Biểu đồ lớp điều kh iể n 66 3.7.2 Biểu đồ lớp thực th ể 67 3.7.3 Biểu đồ lớp giao diện 68 3.8 Biểu đồ hệ thống 69 3.9 Biểu đồ triển khai 72 Chương 4: C ÀI ĐẶT HỆ THỐNG QUẢN LÝ TH I TRÊN M Ạ N G 73 4.1 Tóm tắt tốn hệ thống quản lý thi mạng 73 4.2 Kết phân tích, thiết kế hệ thống quản lý thi mạng 73 4.3 Phát sinh mã chương trình tự động Rose 75 4.3.1 Giới thiệu 75 4.3.2 Phát sinh mã chương trình hệ thống quản lý thi mạng 79 4.4 Cài đặt chi tiết số chức hệ thống quản lý thi mạng 81 PHẨN KẾT L U Ậ N 91 Những đóng góp đề tà i .91 Hướng phát triển để tài 92 T À I L IỆ U T H A M K H Ả O 93 PHẨN MỞ ĐẦU Lý dơ chọn đề tài Trong trình phát triển công nghệ phần mềm, nhiều dự án, nhiều chương trình phát triển phần mềm thực hiện, không kết thúc, xây dựng xong không sử dụng xây dựng xong cịn nhiều lỗi khơng đáp ứng u cầu người sử dụng Vì để xây dựng hệ thống phần mềm tốt phải giải ba vấn đề chính: - Dữ liệu, đối tượng cấu trúc chúng, - Những hành vi thể chức trình hệ thống, Điều khiển hành vi tổng thể hệ thống Trong thực tế, cấu trúc liệu hành vi hệ thống phải thường xuyên thay đổi theo yêu cầu người sử dụng Do vậy, việc khảo sát, phân tích, thiết kế hệ thống công việc phức tạp quan trọng q trình xây dựng hệ thống thơng tin Phải phân tích kỹ tốn, lựa chọn phương pháp phát triển hệ thống thích hợp hệ thống có tính mở, dễ thích nghi, chất lượng cao, giúp cho cơng việc bảo trì hệ thống đỡ tốn Trong tất giải pháp phát triển phần mềm nay, giải pháp hướng đối tượng xem giải pháp tốt cho phần mềm thơng dụng có nhiều ưu điểm so với phương pháp hướng chức truyền thống [6] Có thể giải pháp hướng đối tượng tiếp tục cải tiến với mơ hình phát triển phần mềm Nhưng tương lai, giải pháp tốt cho phần mềm mà cần phát triển Bên cạnh đó, UML (Uniíìel Modelling Language) ngơn ngữ mơ hình hố dùng để đặc tả, mơ hình, xây dựng trình bày báo cáo nhân tố, thành phần hệ thống phần mềm [3] Ngôn ngữ thể trực quan định hiểu biết hệ thống cần xây dựng Nó cịn dùng để thiết kế, cài đặt, bảo trì kiểm sốt thơng tin hệ thống ƯML chuẩn công nghiệp giới ngôn ngữ đặc tả cho ngành công nghệ phần mềm L J Phái triển phẩn mềm hướng đối tượng sử duiìỊ> UML hãng sản xuất phần mềm tiếng giới sử dụng như: Microsoft, Oracle, HP,.V.V Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp phân tích, thiết kế hướng đốitượng sử dụng UML để phát triển phần mềm cần thiết Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng sử dụng ƯML ứng dụng để xây dựng “Hệ thống quản lý thi mạng" Thực đề tài giúp hiểu sâu bước để phân tích, thiếtkế ứng dụng phương pháp mơ hình hố hệ thống phần mềm hướng đối tượng cơng cụ UML Rational Rose (còn gọi tắt Rose) Kết luận văn bước đầu nghiên cứu khoa học, chắn nhiều hạn chế Rất mong ý kiến đóng góp quý báu q thầy bạn Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài tìm hiểu phương pháp phân tích, thiết kế hướng đối tượng sử dụng UML - ngơn ngữ mơ hình hố thống sử dụng phỗ biến giới ứng dụng vào việc phân tích, thiết kế “Hệ thơng quản lý thi mạng” môi trường Rational Rose - Thực cài đặt chức hệ thống ngôn ngữ Java Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích đề ra, đề tài tập trung nghiên cứu giải nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu q trình phân tích hướng đối tượng công cụ hỗ trợ (UML Rational Rose) - Nghiên cứu bước phân tích thiết kế hệ thống trường hợp tổng quát trường hợp ứng dụng thực tế - Nghiên cứu bước phát sinh mã trình cho thiết kế tốt Rose - Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng với Java £U Pliát triển phần mềm hướng đối tượng sử dung UML Giới hạn đề tài Do điều kiện, yêu cầu thời gian có hạn, đề tài lại thuộc lĩnh vực mẻ, tài liệu Tiếng Việt lại ít, nên đề tài giới hạn nghiên cứu bước phân tích, thiết kế hệ thống ứng dụng cài đặt số chức hệ thống Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng kết cơng trình nghiên cứu khoa học ngồi nước có liên quan đến luận văn: Phương pháp giúp nhìn nhận để kế thừa phát huy cơng trình nghiên cứu khoa học nước giới - Phương pháp tìm hiểu thực tế: Thực phương pháp cách vấn, toạ đàm, lấy ý kiến chuyên gia nhằm thu thập thêm tài liệu, thông tin thực tế cần phục vụ cơng trình nghiên cứu đề tài - Phương pháp thực nghiệm: Thông qua thực nghiệm để kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết đề tài Câu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, luận văn gồm có chương, 17 bảng, 62 hình vẽ Chương 1: Giới thiệu phương pháp hướng đối tượng công cụ hỗ trợ sử dụng để phát triển hệ thống phần mềm Chương 2: Nêu bước phân tích, thiết kế hệ thống phương pháp hướng đối tượng sử dụng UML, với ví dụ minh hoạ hệ thống thi mạng Chương 3: Phân tích, thiết kế hệ thống quản lý thi mạng Chương 4: Giới thiệu bước cần thực để phát sinh mã chương trình cho phần thiết kế tốt Rose cài đặt số giao diện cho chương trình hệ thống quản lý thi mạng ngôn ngữ Java L J Phát triển phấn mềm hưởng đối tirợng sử dụng lì ML PHẨN NỘI DUNG chương PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG Đ ố i TƯỢNG VÀ CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ Hiện nay, thông tin thực trở thành nguồn tài nguyên quan trọng, nguồn cải to lớn xã hội Trong lĩnh vực, liệu, mối quan hệ hệ thống kinh tế xã hội xử lý cách nhanh máy tính Hệ thống phát triển, tức nhiều yếu tố hợp thành mối quan hệ qiữa chúng trở nên phức tạp Để xử lý lượng thông tin lớn cần phải có phương pháp cơng cụ đại 1.1 Giới thiệu q trình phát triển hướng đối tượng 1.1.1 Phưong pháp Đây phương pháp xuất lâu đời từ máy tính chưa phát triển mạnh, chia việc phân tích hệ thống thành bước thực tuần tự, bước tiến hành công phu, kết thúc bước trước thực bước sau Nhược điểm phương pháp cơng việc phân tích thực tay, hiệu suất cơng việc không cao, khả làm việc tập thể bị hạn chế, bảo trì phát triển hệ thống tốn 1.1.2 Phưong pháp hướng chức Đây phương pháp phân tích tiếp cận từ xuống thực kiểm tra chéo theo cách tiếp cận từ lên Những đặc trưng phương pháp này: - Nó bị ảnh hưởng mạnh mẽ ngơn ngữ lập trình truyền thống như: ALGOL, PASCAL c, hầu hết ngơn ngữ lập trình sử dụng chương trình (routines) trừu tượng mức cao chúng - Việc phân tích tiếp cận từ xuống điển hình chia nhỏ dần hệ thống thành chức đơn giản hơn, trái lại liệu sử dụng để trao đổi chức LU Phát triển phần mềm hướng đối tượng sử dụng UML - Những sản phẩm phát triển với cách tiếp cận khó bảo trì để đáp ứng u cầu thường xuyên thay đổi người sử dụng Vì tất chức chia sẻ số lượng lớn liệu, chúng cần phải biết liệu cần lưu trữ Để thay đổi cấu trúc liệu, cần phải sửa đổi hầu hết chức có liên quan đến cấu trúc - Q trình phát triển thường khơng ổn định thay đổi yêu cầu chủ yếu phản ảnh chức Tuy nhiên thật khó giữ lại cấu trúc thiết kế nguyên mà hệ thống cần phát triển theo yêu cầu cần thay đổi 1.1.3 Phương pháp tạo mẫu thử Mục đích phương pháp nhằm đưa cho người dùng mẫu thử hệ thống chưa hồn thiện, sau thực sửa chữa cần thiết đến đáp ứng yêu cầu người dùng Để tạo mẫu thử phải có bước khảo sát, phân tích, thiết kế thử nghiệm Trong trình phát triển hệ thống, vào đánh giá người dùng để tiến hành bổ sung, sửa chữa mẫu thử cho phù hợp với yêu cầu người dùng Điều có nghĩa giaiđoạn khảo sát, phân tích, thiết kế thử nghiệm thực lặp lại nhiều lần 1.1.4 Phương pháp hướng đối tượng Trong cách tiếp cận hướng đối tượng, hệ thống xem tập hợp thực thể tác động qua lại với để thực mục đích Các thực thể giới thực biểu diễn mơ hình hệ thống đối tượng Những đối tượng trao đổi thông tin với cách gửi nhận thơng điệp Phân tích hướng đối tượng (OOA) gồm bước sau: - Tìm hiểu kỹ toán, - Xác định rõ đặc tả yêu cầu người sử dụng hệ thống phần mềm, - Xác định đối tượng thuộc tính chúng, - Xác định hành vi đối tượng, - Xác định mối quan hệ tương tác đối tượng, thông điệp truyền thông điệp đối tượng Thiết kế hướng đối tượng (OOD) xác định kiến trúc hệ thống theo cách tiếp cận từ lên xác định chức hệ thống theo cách tiếp cận từ L U P h át triển phần m ềm hướng đ ố i tượng sử dụng UML xuống Đặc biệt xây dựng cấu trúc phân cấp lớp tận dụng khả sử dụng lại thiết kế có Thiết kế hướng đối tượng gồm bước: - Kiểm tra đối tượng tạo q trình phân tích, - Xây dựng đặc tả cho đối tượng, lớp mối quan hệ chúng, - Xây dựng cấu trúc phân cấp cho lớp, - Thiết kế chương trình Lập trình hướng đối tượng(OOP) tập trung vào phát triển thành phần độc lập gọi đối tượng Một đối tượng hình thành xây dựng từnhững đối tượng khác Trong hệ thống đối tượng trao đổi với cáchgửi vànhận thông điệp để thực nhiệm vụ đặt Mỗi đối tượng có liệu riêng hành vi xử lý liệu Khi trao đổi với đối tượng chi tiết liệu thuật toán xử lý đối tượng khác Các thông điệp phụ thuộc vào đối tượng, đối tượng nhận thông điệp phải làm v iệ c theo thơng điệp đó, việc gửi thông điệp cho đối tượng không ảnh hưởng đến thơng điệp khác Ngun tắc phương pháp hướng đối tượng xem hệ thống tập thực thể tác động qua lại với để thực số công việc Các thực thể giới thực biểu diễn mơ hình hệ thống đối tượng, gộp chung liệu hàm cần thiết vào đơn vị cấu trúc gọi lớp (class) để mô tả thực thể Trong lớp, liệu tổ chức cho đối tượng khác truy cập trực tiếp mà hàm xác định lớp có quyền truy cập Việc bao gói liệu để ngăn cấm việc truy nhập trực tiếp từ bên gọi che giấu thông tin Những ưu điểm tiếp cận hướng đối tượng: - Những đối tượng thiết kế tốt hệ thống sử dụng lại để kết hợp thành hệ thống có chất lượng cao - Quy ước truyền thông điệp đối tượng đảm bảo cho việc trao đổi thông tin đơn thể hệ thống hệ thống bên ngồi dễ dàng - Ngun lý che giấu thơng tin hỗ trợ cho việc xây dựng hệ thống thơng tin an tồn m Phát triển phần mềm hướng dối tượng sử dụng UML 79 4.3.2 Phát sinh mã chương trình cho hệ thơng quản lý thi mạng Phần thực hành tạo lập biểu đổ thành phần cho hệ thống quản lý thi mạng (lưu file chinh.mdl) Trong chương trước ta tìm lớp cần thiết cho hệ thống quản lý thi mạng Sau hồn chỉnh phân tích, thiết kế ta xây dựng biểu đổ thành phần tập trung vào gói thành phần hình 49 - chương - Tạo lập gói thành phần biểu đồ thành phần Main I LliaU'JillJ’Jl'M-liii'i'liilI Ili-liiyỉHlẳ ĩ ĩ M B lH ỊHỊ lị “3 LopThucThe LopDieuKhien LopGiaoDien Hình 60: Biểu đồ thành phần hệ thống quản lý thi mạng - Bổ sung thành phần cho gói vào biểu đồ thành phần Main vẽ phụ thuộc CauHoi HocPhan F o rm C N C a u H o i F o rm C N H o c Ể: r CauHoi T F o m iC N H o c P h HocPhan F o rm C N C a u H o i DKThi DKD anhM uc g & s T D KD anhM uc DKThi Hình 61: Biểu đ thành phần cá c g ó i LU Phcìt triển phần mềm hướng đối tượng sử dụng UML. _ 80 - Tạo biểu đồ thành phần System cài đặt thành phần bước vào System HocPhan HocPhan CauHoi > TUn DKThi -7— FormCNCauHoi CauHoi I ì: FormCNCauHoi T ~Ầ I 7T~ FT T DkDanhMuc DKThi WebSerusrExe r FormCNHocPhan DKDanhMuc /Ị FormCNHocPhan W ebtestExe Hình 62: Biểu đồ thành phần Hệ thống quản lý thi mạng - Phát sinh mã chương trình Java thực sau: + Mở biểu đồ System Component + Chọn toàn đối tượng biểu đồ System Component + Chọn Tools>Java>Generate Java Rotional Rose tự động phát sinh mã chương trình sang ngơn ngữ Java cho thành phần chọn Mã chương trình lưu tệp chinh.doc Mở tệp chinh.doc ta thấy thơng tin lớp, giao diện, thuộc tính, quan hệ, thành phần thiết kế phát sinh dạng mã ẾU P h át triển phẩn m ềm hướng đ ố i tượng sử dụ ng UML 81 4.4 Cài đặt chi tiết sô chức củahệ thống quản lý thi mạng //ChinhApp.java import java.awt.*; import java.lang.*; import java.io.*; public class ChinhApp extends Frame! TextArea textArea; public static void main (String args []){ ChinhApp app = new ChinhAppO; } public ChinhAppOl super("HE THONG QUAN LY THI TREN MANG"); setupPanels(); pack(); resize(400,400); setBackground(Color.pink); show(); } void setupPanels(){ Panel mainPanel = new PanelO; Panel panels[][]=new Panel [3][3]; for(int i=0;i