使用 XML: UML、XMI 和代码生成，第 2 部分

本专栏当前的话题是建模、UML 和 XML。具体而言，即研究 UML 建模在 XML 开发中的应用，特别是如何用 XSLT 样式表实现自动派生。

随 着 XML 成为开发项目的一种常见特性，很多开发人员对把 XML 和开发过程中的其他部分结合起来越来越感兴趣。尽管许多组织仍然依靠专门的工具进行 XML 开发，但大的趋势是在 XML 的开发中采用其他开发需求已经使用的方法论，或者至少是一组通用的工具，比如 Java 技术、数据库和 Web。

自动派生

上一期已经指出，模型是帮助计算和预测的系统简化描述。在本文的环境中，所谓系统指的都是 XML 词汇表。

图 1 表示的是模型连续体（continuum）的建模过程。第一个模型是画在白板（或者一沓纸）上的，一般不那么正规。这个阶段的目标是让所有的参与者（用户、开发人员和设计人员）有机会自由地表达自己的观点。

图 1. 模型连续体



下一步是绘制一个 UML 模型（如果词汇表很复杂可能要画多个模型）。UML 模型更加精确和形式化，但仍然是综合性的和可阅读的，因为其主要目的是作为小组成员之间的交流工具。

最后一个模型是 XML 模式，这是最精确的模型。它的目标是使解析器能够针对词汇表的定义验证 XML 文档，因此在保持可读性的同时更强调精确性。

这些模型之间的主要区别在于目标不同：从非正式的交流到通过解析器进行精确的、形式化的验证。区别 不在于模型的性质（XML 词汇表的简化描述），而在于模型提供的帮助层次。

既然把模型看作是从最不准确到最形式化的连续体，探讨模型的 自动派生就合情合理了，即从早期模型自动生成新的模型的过程。显然，只有当两个模型具有等同的描述性时才能很好地自动派生，这和一些模型比另一些更富于描述性的观点有几分冲突。如何解决模型中的不同描述层次将在下一期讨论，现在讨论的重点是派生。

XML 元数据交换（XMI）

您也许还能记得上一期文章中，我通过 XMI 和 XSLT 实现了自动派生。假设您熟悉 XML 模式（否则请参阅 参考资料），我们用这一节来介绍 XML 元数据交换（XML Metadata Interchange，XMI）。

词汇表和兼容性

XMI 是一个非常复杂的规范（1.2 版有 400 多页），本文基于实现自动派生的需要做尽可能简单的介绍。

XMI 并没有规定一种 XML 词汇表，而是定义了从元模型生成词汇表的一种 算法。换句话说，XMI 没有定义

Class

、

Attribute

、

Association

或者其他您期望看到的标签。相反，XMI 规定了如何为元模型中的概念创建标签。当然这需要处理大量的模型，先暂时忍耐一下--您很快就会明白。

因 此，与其说是词汇表，XMI 更像是一个框架。不幸的是，这意味着不同的工具会以不同的方式解释这个框架。即使同一种工具的不同版本也有差别：Rational Rose 最初通过 Unisys 开发的一个插件支持 XMI。最新版本的 Rational XDE 提供了 XMI 的内在支持，但却是一个略有不同的变体。差别尽管不一定很大，但也可能造成不兼容。在实践中，合理的做法是针对社区中使用的一两种工具设计样式表，而不必 顾及其他的工具。

本文中没有采用特定的 XMI 版本，而是选择采用 OMG 发表的例子。虽然没有直接支持这些例子的工具，但作为很好的起点，针对选用的工具进行适当调整并不困难。

XMI 头

虽然 XMI 主要是规定了一种算法，但是也定义了少量的标签和属性。将要用到的包括：

XMI

一定是根元素。它必须包括

xmi.version

属性（合法的版本有 1.0、1.1、1.2 和 2.0）。

XMI.header

用于存放关于模型的信息。最重要的子元素有

XMI.documentation

和

XMI.metamodel

。

XMI.documentation

保存最终用户的信息，其子元素有（这些子元素的名字含义非常明显）：

XMI.owner

XMI.contact

XMI.longDescription

XMI.shortDescription

XMI.exporter

XMI.exporterVersion

XMI.exporterID

XMI.notice

XMI.metamodel

记录应用 XMI 算法的元模型--在这里即 UML 元模型（XMI 也用于其他元模型，如同样由 OMG 发布的 Metaobject Facility，MOF）

XMI.content

包含实际的模型。

xmi.id

和

xmi.idref

是用于链接的属性：

xmi.id

是一个元素标识符，必须是唯一的；

xmi.idref

是通过标识符对元素的因素的引用。

元模型

UML 元模型是描述 UML 语言的模型--具体而言，它描述类、属性、关联、包、协作、用况、参与者、消息、状态和 UML 语言中所有其他概念。为了保持一致性，元模型使用 UML 编写。

前缀“meta”表明元模型（metamodel）描述的是模型的模型。类似地，XML 是一种元语言，因为它是一种描述语言的语言。

UML 元模型在 UML 规范中发布。具体而言，XMI 使用 UML 规范（请参阅 参考资料）第5章中所描述的“UML Model Interchange”。

要注意，UML 元模型庞大得吓人。本文中只能简略地提一提。图 2 摘自描述类的元模型，类是类图中的核心概念。

图 2. 类的元模型



这个元模型中，类的概念用元类 Class建模，后者继承自抽象元类 Classifier。Classifier 是 Class、Interface 和 Datatype 的祖先（后两者没有在 图 2中表示出来）。继承链再往上推： GeneralizableElement代表所有可以泛化（被继承）的概念； ModelElement代表模型中的所有抽象（如名称空间、约束和类）；最后是 Element，最高层次的元类。这些元类都有 Class 继承的属性。

XMI 的变体 少数供应商描述了他们的 XMI 变体。根本的办法是建立一个小模型然后导出，在用文本编辑器打开文件查看。 XMI 元素和属性（ XMI.header 、 XMI.content 或 xmi.id ）就像是文件中路标。 观察元模型中的主要元素（如 Class、Attribute、Association），看看它们是如何映射到 XML 中的。如果手头上有元模型的片段会非常方便。 区别只是表面性的：似乎没有两个应用程序使用同样的名称空间。一些应用程序使用 XML 元素编码元模型中的属性，而另一些则使用属性（如 清单 1所示）。实际上，通过比较元模型很容易就看出其中的区别。

Classifier 和 Feature之间存在组合，后者是 StructuralFeature的祖先。 Attribute派生自 StructuralFeature。

这个元模型令您感到迷惑吗？尝试忘掉它是一个元模型，一个关于 UML 的元模型，把它看作是一个普通的模型吧。 图 2简单地指出了 Class 的概念，这是一种和接口以及数据类型有关（通过从 Classifier 继承）的高度专业化的元素。Class 拥有名称、可见性以及其他许多性质。最后，Class 和 Attribute 之间存在关联。

因此， 图 2形式化地表示一个类可以有名称、可见性和其他特性，还可以具有属性。事实上，图 2 是 UML 类的定义。如果您觉得迷惑，可能是因为这个定义本身是用 UML 编写的！

为了简单起见，我在 图 1中有意省略了名称空间、约束、原型、继承以及使类之所以成为类的其他因素。请相信我，这些都包括在完整的 UML 元模型中，但是对本文而言没有用处。

何必为元模型费心呢？因为在交给 XMI 算法时您得到的是 UML 的 XML 词汇表。作为一个例子，清单 1 是图 3 的一种 XMI 表示（应用规范中所示范的 XMI 变体，参见 前述）：

图 3. 地址的 UML 模型



清单 1. 导出到 XMI 的地址

<?xml version="1.0"?> <XMI xmi.version="1.2" xmlns:UML="org.omg/UML/1.4"> <XMI.header> <XMI.documentation> <XMI.exporter>ananas.org stylesheet</XMI.exporter> </XMI.documentation> <XMI.metamodel xmi.name="UML" xmi.version="1.4"/> </XMI.header> <XMI.content> <UML:Model xmi.id="M.1" name="address" visibility="public" isSpecification="false" isRoot="false" isLeaf="false" isAbstract="false"> <UML:Namespace.ownedElement> <UML:Class xmi.id="C.1" name="address" visibility="public" isSpecification="false" namespace="M.1" isRoot="true" isLeaf="true" isAbstract="false" isActive="false"> <UML:Classifier.feature> <UML:Attribute xmi.id="A.1" name="name" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> <UML:Attribute xmi.id="A.2" name="street" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> <UML:Attribute xmi.id="A.3" name="zip" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> <UML:Attribute xmi.id="A.4" name="region" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> <UML:Attribute xmi.id="A.5" name="city" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> <UML:Attribute xmi.id="A.6" name="country" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> </UML:Classifier.feature> </UML:Class> </UML:Namespace.ownedElement> </UML:Model> </XMI.content> </XMI>

要注意， 清单 1中的 XML 元素和属性是如何与 图 2中的类和属性匹配的。您现在又回到了原地：XMI 文档是 UML 元模型的直接表示，因为 UML 元模型是 UML 本身的描述。

表示的问题

UML 元模型的一部分处理概念的可视化表示--把概念画到屏幕的何处。由于两方面的原因我的样式表中没有处理这些信息：

从 UML 模型派生出 XML 模式不需要这些信息。

从 XML 模式派生 UML 模型时生成可视化的输出非常困难。更合理的选择是用建模工具打开模型，花几分钟准备模型在屏幕上的可视化表示。最困难的工作（正确的定义）已经由样式表完成了。

XSLT 样式表

现在您已经掌握了阅读 XMI 文件的要点，很容易就能把 XMI 标签映射成等价的 XML 模式。一种可能的映射是：

UML:Model

变成

xs:schema

；目标名称空间从模型名导出。

UML:Class

变成全局 XML 元素声明（

xs:element

）。

UML:Attribute

变成本地 XML 元素声明（

xs:element

）。

清单 2 是实现这种映射的 XSLT 样式表：

清单 2. XML 模式派生

<?xml version="1.0"?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:UML="org.omg/UML/1.4" exclude-result-prefixes="UML" version="1.0"> <xsl:output indent="yes"/> <xsl:template match="XMI[@xmi.version='1.2']"> <xsl:apply-templates select="XMI.content/UML:Model"/> </xsl:template> <xsl:template match="XMI"> <xsl:message terminate="yes">Unknown XMI version</xsl:message> </xsl:template> <xsl:template match="UML:Model"> <xs:schema targetNamespace="http://psol.com/uml/{@name}"> <xsl:apply-templates/> </xs:schema> </xsl:template> <xsl:template match="UML:Namespace.ownedElement/UML:Class"> <xs:element name="{@name}"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xsl:apply-templates/> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> </xsl:template> <xsl:template match="UML:Attribute"> <xs:element name="{@name}" type="xs:string"/> </xsl:template> <xsl:template match="text()"> <xsl:value-of select="normalize-space(.)"/> </xsl:template> </xsl:stylesheet>

显然， 清单 2中 的样式表功能非常有限（只进行了很少的错误检查），因为它仅仅支持 UML 元模型很小的一个子集。它没有考虑包、接口、关联等等。只需要对上面描述的过程稍加扩展，就可以进一步完善这个样式表以支持上述概念：研究 UML 元模型中相应的部分、定义到 XML 模式的映射然后实现它。

反过来一样

如果遵循常规的建模流程，很容易得到 清单 2。您经常会发现已经存在一个 XML 模式，可以作为工作的起点。重新建立 UML 模型太麻烦了，如果由一个样式表实现逆映射会非常方便。清单 3 是一个例子：

请但 3. 逆派生（从 XML 模式到 UML）

<?xml version="1.0"?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:UML="org.omg/UML/1.4" exclude-result-prefixes="xs" version="1.0"> <xsl:output indent="yes"/> <xsl:template match="xs:schema"> <XMI xmi.version="1.2"> <XMI.header> <XMI.documentation> <XMI.exporter>dW simple stylesheet</XMI.exporter> </XMI.documentation> <XMI.metamodel xmi.name="UML" xmi.version="1.4"/> </XMI.header> <XMI.content> <UML:Model xmi.id="{generate-id()}" name="{substring-after(@targetNamespace,'http://psol.com/uml/')}" visibility="public" isSpecification="false" isRoot="false" isLeaf="false" isAbstract="false"> <UML:Namespace.ownedElement> <xsl:apply-templates/> </UML:Namespace.ownedElement> </UML:Model> </XMI.content> </XMI> </xsl:template> <xsl:template match="xs:element"> <UML:Class xmi.id="{generate-id()}" name="{@name}" visibility="public" isSpecification="false" isRoot="true" isLeaf="true" isAbstract="false" isActive="false"> <xsl:apply-templates/> </UML:Class> </xsl:template> <xsl:template match="xs:sequence"> <UML:Classifier.feature> <xsl:apply-templates/> </UML:Classifier.feature> </xsl:template> <xsl:template match="xs:sequence/xs:element"> <UML:Attribute xmi.id="{generate-id(.)}" name="{@name}" visibility="private" isSpecification="false" ownerScope="instance"/> </xsl:template> </xsl:stylesheet>

更复杂的样式表

如果要说本文中介绍的样式表很简单，就太过谨慎了。这些例子一般不到 50 行，只能处理 UML 元模型的一个子集。实际的样式表能够识别多得多的 UML 概念，通常需要 500 行甚至更多。本期文章的目标是介绍自动化模型派生背后的概念：

这些模型（UML、XML 模式）都用一个数据集表示，这种特殊的数据集称为元模型。

可以建立 UML 元模型和 XML 模式之间的映射。

可以通过 XSLT 样式表实现这种映射。

UML 和 XML 模式仅仅是同一事实的不同表示，区别在于服务于不同的目标。

本文中，我不得不作一些简化。如果您尝试扩展 清单 2和 清单 3中的样式表，可能会遇到两个问题：

UML 模型可能不够具体（因为是一种高级视图），无法派生出有意义的 XML 模式（低级的、详细的模型）。

UML 元模型和 XML 模式之间可能存在多种合理的映射。

如何解决这两个问题在后面两期文章中讨论。

参考资料

您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文.

请参与本文的 讨论论坛。（您也可以单击本文顶端或下端的 讨论来访问论坛。）

在对象管理组织（OMG）的网站上阅读 UML 规范，其中包括完整的 UML 元模型。

同样在 OMG 网站上可以找到 XMI 规范，其中包括一些 UML 数据的样例。虽然没有完全支持这些例子的工具，但可以作为一个很好的起点，很容易针对各种工具的特点进行调整。

回顾本专栏的上一期文章“ UML, XMI, and code generation, Part 1”（ developerWorks，2004 年 3 月），那篇文章中 Benoit Marchal 讨论了 UML 和 XML 模式的关系。

如果不熟悉 XML 模式，教程“ XML Schema Infoset Model”（ developerWorks，2004 年 11 月）可以帮助您快速入门。

研究 IBM Rational Rose，一流的 UML 建模产品。在 developerWorks 的 Rational 栏目中可以找到大量关于 Rational 和 UML 的资源。

在 developerWorks XML 专区 可以找到数百篇 XML 资源，包括 Benoit Marchal 使用 XML 专栏以前的各期文章。

了解如何才能成为一名 IBM 认证的 XML 及相关技术的开发人员。

原文http://www.ibm.com/developerworks/cn/xml/x-wxxm24/