透過包含關係簡化大型用例圖

引言

在軟體工程中，用例圖有助於視覺化使用者（參與者）與系統之間的互動，以捕捉其功能需求。隨著系統規模擴大，用例圖可能變得難以管理，充滿重複或複雜的行為，從而掩蓋系統的核心功能。包含關係在UML中，這種關係透過允許將常見行為提取為可重用的模組化用例來解決此挑戰。本文深入探討包含關係如何簡化用例圖、其主要優勢，以及實際範例以展示其實用性。

什麼是包含關係？

一個包含關係在UML中，包含關係表示一個基本用例會整合另一個用例（稱為被包含用例）的行為。被包含用例代表一連串的動作，這些動作總是執行作為基本用例流程的一部分。視覺上，這種關係以一條帶有開放箭頭的虛線箭頭從基本用例指向被包含用例，並標註為「包含」的造型符號。

包含關係類似於程式設計中的子程序呼叫：基本用例「呼叫」被包含用例以執行特定任務，促進結構化與層次化建模。透過將常見或複雜的行為提取到獨立的用例中，包含關係可減少重複、提升清晰度，並改善可維護性。

包含關係的好處

在建模大型且複雜系統時，包含關係提供多項優勢：

1. 常見行為的重用：跨多個用例的共享功能可封裝於單一被包含用例中，消除重複。

2. 複雜用例的簡化：大型用例可拆分為較小且易於管理的模組，使圖表更清晰。

3. 強制執行：被包含用例總是作為基本用例的一部分執行，確保完整性，同時避免主流程過於複雜。

4. 提升清晰度與可維護性：透過分離關注點，基本用例專注於其獨特行為，而被包含用例則處理可重用的序列，簡化更新。

5. 結構化建模：包含關係支援層次化設計，類似於子程序，使系統更易理解與擴展。

包含關係的範例

為說明包含關係的強大之處，讓我們在不同領域中探討幾個實際範例。

範例 1：線上購物系統

考慮一個線上購物平台，使用者可瀏覽商品、將物品加入購物車並結帳。許多用例，例如「購買商品」、「預訂項目」和「贈送物品」，都要求使用者在繼續前先進行驗證。

• 基本使用案例: 「購買產品」、「預訂項目」、「贈送項目」

• 包含的使用案例: 「驗證使用者」

而不是在每個使用案例中重複驗證步驟，我們將其提取為單一的「驗證使用者」使用案例。此包含的使用案例處理提示登入憑證並驗證它們等任務。使用案例圖將顯示：

• 從「購買產品」到「驗證使用者」的虛線箭頭，標示為«include»。

• 從「預訂項目」和「贈送項目」到「驗證使用者」的類似箭頭。

此方法可減少重複，因為驗證邏輯僅定義一次，並可在多個使用案例中重複使用，使圖示保持簡潔且易於維護。

範例 2：銀行系統

在銀行系統中，客戶可以執行如「提取現金」、「存款」和「轉帳」等操作。每個使用案例在進行前都需驗證客戶帳戶。

• 基本使用案例: 「提取現金」、「存款」、「轉帳」

• 包含的使用案例: 「驗證帳戶」

「驗證帳戶」使用案例會檢查帳戶狀態、餘額和權限。透過在每個基本使用案例中包含此使用案例，圖示可避免重複驗證邏輯。視覺呈現包含從每個基本使用案例指向「驗證帳戶」的虛線箭頭，標示為«include»。這種模組化簡化了圖示，並確保帳戶驗證一致應用。

範例 3：圖書館管理系統

在圖書館系統中，使用者可以「借閱書籍」、「歸還書籍」或「預訂書籍」。每一項操作都需要檢查書籍的可借閱狀態。

• 基本使用案例: 「借閱書籍」、「歸還書籍」、「預訂書籍」

• 包含的使用案例: 「檢查書籍可借閱性」

「檢查書籍可借閱性」使用案例會驗證書籍是否庫存充足且未被預訂。透過在基本使用案例中包含此使用案例，圖示保持簡潔，且對可借閱性檢查邏輯的更新（例如整合新的庫存系統）只需在一個地方進行。

範例 4：醫院管理系統

在醫院管理系統中，病患可以「預約就診」、「取消就診」或「重新安排就診」。每個使用案例都需要驗證病患身份。

• 基本使用案例: 「預約就診」、「取消就診」、「重新安排就診」

• 包含的使用案例: 「驗證病患身份」

「驗證病患身份」使用案例處理檢查病患身分證或保險資料等任務。將此使用案例包含在基本使用案例中，可確保身份驗證一致執行，而無需在圖示中重複步驟。虛線的«include»箭頭將每個基本使用案例連接到「驗證病患身份」，提升清晰度。

範例 5：電子學習平台

在一個電子學習平台中，學生可以「參加測驗」、「提交作業」或「查看成績」。這些操作中的每一項都需要學生登入系統。

• 基本使用案例：「參加測驗」、「提交作業」、「查看成績」

• 包含的使用案例：「登入」

「登入」使用案例包含了使用者驗證的步驟。透過將其包含在基本使用案例中，圖示避免了重複登入步驟，使圖示更易於理解與維護。視覺化表示顯示從每個基本使用案例指向「登入」的虛線箭頭，並標示為«include»。

UML 中的視覺化表示

在 UML 使用案例圖中，包含關係的表示方式如下：

• 一條虛線箭頭搭配一個開放式箭頭頭從基本使用案例指向包含的使用案例。

• 箭頭標示有範型«include».

例如，在線上購物範例中：

• 購買產品 → «include» → 驗證使用者

• 圖示清楚顯示「驗證使用者」是「購買產品」流程中不可或缺的一部分。

這種視覺化規範確保利益相關者能快速掌握使用案例之間的關係及其依賴性。

與擴展關係的比較

值得注意的是「包含」與「擴展」關係之間的差異，以避免混淆：

• 包含：被包含的使用案例是始終執行 作為基本用例的一部分（強制性）。

• 延伸：延伸的用例是可選 且僅在特定條件下執行。

例如，在線上購物系統中，“驗證使用者”被包含，因為它是強制性的，但像“套用折扣碼”這樣的用例可能是延伸關係，因為它是可選的，且取決於使用者是否擁有有效的碼。

使用包含關係的最佳實務

為了最大化包含關係的好處，請考慮以下事項：

1. 識別共通行為：尋找在多個用例中重複出現的動作序列，例如驗證、驗證或記錄。

2. 保持被包含的用例專注：確保被包含的用例封裝具體且可重用的行為，而非整個流程。

3. 平衡模組化與簡化：避免過度拆分用例，因為太多被包含的用例會使圖表更難理解。

4. 使用清晰的命名規範：命名被包含的用例以反映其目的（例如，“驗證使用者”而非“登入流程”），以提升可讀性。

5. 驗證強制執行：確認被包含的用例始終是必要的；否則，應考慮使用延伸關係。

好處總結

下表總結了包含關係的主要好處：

結論

包含關係是UML中有效用例建模的基石，能夠實現常見且必需行為的重用與模組化。透過將共享功能提取到包含的用例中，開發人員可以建立更清晰、更易於維護的圖表，使其更易於理解與更新。所提供的範例——從線上購物到醫院管理——展示了包含關係在不同領域中的多功能性。透過利用此機制，團隊能夠以更高的清晰度和效率建模複雜系統，最終提升軟體設計的品質。

參考

• 在Visual Paradigm中記錄用例細節
  如何在Visual Paradigm中編輯和檢視用例細節的指南。
• 如何繪製用例圖？ – Visual Paradigm
  使用Visual Paradigm建立UML用例圖的逐步說明。
• 什麼是用例圖？ – Visual Paradigm
  用例圖的概覽及其在模擬系統行為中的角色。
• Visual Paradigm中的用例圖
  對用例圖元件的詳細說明，以及如何記錄用例事件。
• 用例圖符號指南 – Visual Paradigm
  Visual Paradigm支援的UML用例圖符號的全面指南。
• 使用Visual Paradigm建立用例圖的全面指南
  在Visual Paradigm中識別參與者、定義用例以及建模關係的詳細教程。
• Visual Paradigm中UML的用例描述 – Angelfire
  說明在Visual Paradigm中用例描述、排程、詳述及文件產生。
• 解密用例模型：連結文字細節與視覺洞察
  討論如何在Visual Paradigm中將文字型用例細節與視覺圖表結合。
• 用例圖 – UML建模工具 – Visual Paradigm
  Visual Paradigm官方頁面，展示用例圖功能與符號支援。