UML 建模语言 & 形式化方法 核心知识点整理
一、 UML 核心概述
UML（统一建模语言）是软件系统可视化建模的标准语言，核心由3 大要素构成：
- 基本构造块：事物（4 类）、关系（4 类）；
- 图：构造块的组合规则（14 种图）；
- 公用机制：贯穿整个语言的通用规则（如注释、修饰、扩展机制）。
二、 UML 四大事物（软考选择题高频）
事物是 UML 的基本建模元素，按功能分为 4 类，核心是 “静态结构 + 动态行为”：
| 事物类型 | 核心定位 | 典型元素 | 记忆要点 |
|---|---|---|---|
| 结构事物 | 名词、静态元素（描述 “是什么”） | 类、接口、协作、用例、主动类、构件、制品、节点 | 静态结构，8 个元素，核心是类、用例、构件 |
| 行为事物 | 动词、动态元素（描述 “做什么”） | 交互、状态机、活动 | 动态行为，3 个元素，核心是交互（时序 / 通信）、活动 |
| 分组事物 | 组织元素（模块化管理） | 包（唯一核心） | 仅包，用于归类结构 / 行为事物，降低复杂度 |
| 注释事物 | 说明元素（标注解释） | 注释（注解） | 无语义，仅用于文档说明，不影响模型逻辑 |
三、 UML 四大关系（软考核心难点，易混点重点）
关系是连接事物的纽带，4 类关系的优先级：泛化 > 实现 > 关联（聚合 / 组合） > 依赖
| 关系类型 | 核心定义 | 图形符号 | 典型场景 | 关键区别 / 记忆要点 |
|---|---|---|---|---|
| 依赖关系 | 「使用关系」：A 变化影响 B，B 依赖 A | 虚线 + 箭头（指向被依赖方） | 类调用另一个类的方法、参数传递 | 最弱的关系，临时使用，无 “拥有” 关系 |
| 关联关系 | 「拥有关系」：类之间的结构关系，实例长期连接 | 实线 + 箭头（双向可无箭头） | 学生 – 课程、订单 – 商品 | 基础关联，可标注多重度（如 1:n） |
| 聚合关系（关联特例） | 「整体 – 部分」：部分可属于多个整体，生命周期独立 | 空心菱形 + 实线（菱形指向整体） | 汽车 – 轮胎（轮胎可拆换，独立存在） | 弱整体部分，“可分离” |
| 组合关系（关联特例） | 「整体 – 部分」：部分仅属于一个整体，生命周期相同 | 实心菱形 + 实线（菱形指向整体） | 人 – 心脏（心脏不能脱离人存在） | 强整体部分，“不可分离” |
| 泛化关系 | 「特殊 – 一般」：子类继承父类，可替换父类 | 实线 + 空心三角（三角指向父类） | 学生 – 人、矩形 – 图形 | 即 “继承”，UML 中唯一的泛化表达 |
| 实现关系 | 「接口 – 实现」：类 / 构件实现接口，用例实现协作 | 虚线 + 空心三角（三角指向接口 / 用例） | 类实现 Runnable 接口、用例 “支付” 由协作实现 | 连接 “规范” 与 “实现”，仅两类场景：接口 – 类 / 用例 – 协作 |
关联子类记忆口诀：聚合空心菱，组合实心菱；聚合可分离，组合同生死
四、 UML 2.0 的 14 种图（按视图分类，软考高频）
14 种图按功能分为 5 大视图，核心考 “图的用途 + 典型场景”：
| 视图类型 | 包含的图 | 核心用途 | 记忆要点 |
|---|---|---|---|
| 用例视图（核心） | 用例图 | 描述系统功能边界，用户与系统的交互 | 核心元素：参与者、用例、扩展 / 包含关系 |
| 逻辑视图 | 类图、对象图、状态图、活动图、组合结构图 | 描述系统内部静态结构和动态行为 | 类图（静态核心）、活动图（流程）、状态图（状态变化） |
| 进程视图 | 交互图（序列图、通信图、交互概览图、计时图） | 描述系统进程 / 线程间的交互 | 序列图（时间顺序）、通信图（结构顺序）是核心 |
| 实现视图 | 构件图、制品图 | 描述系统的物理构件（如 Jar 包、DLL）和部署产物 | 构件图（逻辑构件）、制品图（物理文件） |
| 部署视图 | 部署图、包图 | 描述系统硬件节点和构件的部署关系 | 部署图（节点 + 连接）、包图（模块化管理） |
用例图特殊关系
- 包含关系（<<include>>）：基用例必须调用子用例（如 “下单” 包含 “支付”），子用例是公共功能，基用例不可独立完成；
- 扩展关系（<<extend>>）：子用例可选扩展基用例（如 “下单” 扩展 “优惠券抵扣”），基用例无扩展也能完整执行。
五、 形式化方法 & Z 语言
1. 形式化方法核心
- 定义：将系统概念转化为形式符号（数学语言），通过严格的数学推理分析系统的方法；
- 分类：
- 按描述方式：模型描述、性质描述；
- 按表达能力：模型方法、代数方法、进程代数、逻辑方法、网络模型方法；
- 特点：严格、无歧义，贯穿软件工程全生命周期（需求→设计→测试）。
2. Z 语言核心
- 基础：基于集合论 + 数理逻辑，强类型系统；
- 风格：“状态 — 操作”，通过模式表达系统结构；
- 特点：可结合自然语言，适合描述复杂系统的规格说明。
六、 总结
- UML 三要素：事物关系为块，图定规则，机制贯穿；
- 四大事物：结构静态（名），行为动态（动），分组包，注释说明；
- 四大关系：依赖用虚线，关联是实线，泛化三角实，实现三角虚；聚合空心菱，组合实心菱；
- 用例图关系：包含必调用，扩展是可选；
- Z 语言：集合逻辑为基，状态操作建模，强类型可自然语言。
七、 易混点区分（避坑重点）
- 类图 vs 对象图：类图描述类的静态结构（抽象），对象图是类图的实例（具体）；
- 序列图 vs 通信图：序列图强调 “时间顺序”，通信图强调 “对象结构”；
- 构件图 vs 部署图：构件图描述逻辑构件，部署图描述硬件节点 + 构件部署。