《30分钟学会UML类图》

UML图有很多种,但是并非必须掌握所有的UML图,才能完整系统分析和设计工作。一般…

UML图有很多种,但是并非必须掌握所有的UML图,才能完整系统分析和设计工作。一般说来,在UML图中,只要掌握类图、用例图、时序图的使用,就能完成大部分的工作。也就是说,掌握UML的20%,就能做80%的事情。对于程序员来说,最频繁使用的莫过于类图。因此,这里我们只讲解UML类图。至于其它UML图,请在以后的工作中参阅更多UML学习资料继续学习。

类图是面向对象系统建模中最常用和最重要的图,是定义其它图的基础。类图主要是用来显示系统中的类、接口以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。类图中最基本的元素是类、接口。软件设计师设计出类图后,程序员就可以用代码实现类图中包含的内容。

类图中具体类、抽象、接口和包的表示法

UML类图中具体类、抽象类、接口和包有不同的表示方法。

1)在UML类图中表示具体类

具体类在类图中用矩形框表示,矩形框分为三层:第一层是类名字。第二层是类的成员变量;第三层是类的方法。成员变量以及方法前的访问修饰符用符号来表示:

  • “+”表示 public
  • “-”表示 private
  • “#”表示 protected
  • 不带符号表示 default

2)在UML类图中表示抽象类

抽象类在UML类图中同样用矩形框表示,但是抽象类的类名以及抽象方法的名字都用斜体字表示,如图2所示。

3)在UML类图中表示接口

接口在类图中也是用矩形框表示,但是与类的表示法不同的是,接口在类图中的第一层顶端用构造型 <<interface>>表示,下面是接口的名字,第二层是方法,如图3所示。此外,接口还有另一种表示法,俗称棒棒糖表示法,就是类上面的一根棒棒糖(圆圈+实线)。圆圈旁为接口名称,接口方法在实现类中出现。

4)在UML类图中表示包

类和接口一般都出现在包中,UML类图中包的表示形式如图4所示。

在类图中表示关系

类和类、类和接口、接口和接口之间存在一定关系,UML类图中一般会有连线指明它们之间的关系。关系共有六种类型,分别是实现关系、泛化关系、关联关系、依赖关系、聚合关系、组合关系,如图6所示。

下面我们详细讲述这些关系,以及在UML类图中如何表示这些关系。

1)实现关系

实现关系是指接口及其实现类之间的关系。在UML类图中,实现关系用空心三角和虚线组成的箭头来表示,从实现类指向接口,如图1.9所示。在Java代码中,实现关系可以直接翻译为关键字 implements

2)泛化关系

泛化关系(Generalization)是指对象与对象之间的继承关系。如果对象A和对象B之间的“is a”关系成立,那么二者之间就存在继承关系,对象B是父对象,对象A是子对象。例如,一个年薪制员工“is a”员工,很显然年薪制员工Salary对象和员工Employee对象之间存在继承关系,Employee对象是父对象,Salary对象是子对象。

在UML类图中,泛化关系用空心三角和实线组成的箭头表示,从子类指向父类,如图8所示。在Java代码中,对象之间的泛化关系可以直接翻译为关键字 extends

3)关联关系

关联关系(Association)是指对象和对象之间的连接,它使一个对象知道另一个对象的属性和方法。在Java中,关联关系的代码表现形式为一个对象含有另一个对象的引用。也就是说,如果一个对象的类代码中,包含有另一个对象的引用,那么这两个对象之间就是关联关系。

关联关系有单向关联和双向关联。如果两个对象都知道(即可以调用)对方的公共属性和操作,那么二者就是双向关联。如果只有一个对象知道(即可以调用)另一个对象的公共属性和操作,那么就是单向关联。大多数关联都是单向关联,单向关联关系更容易建立和维护,有助于寻找可重用的类。

在UML图中,双向关联关系用带双箭头的实线或者无箭头的实线双线表示。单向关联用一个带箭头的实线表示,箭头指向被关联的对象,如图9所示。这就是导航性(Navigatity)。

一个对象可以持有其它对象的数组或者集合。在UML中,通过放置多重性(multipicity)表达式在关联线的末端来表示。多重性表达式可以是一个数字、一段范围或者是它们的组合。多重性允许的表达式示例如下:

  • 数字:精确的数量
  • *或者0..*:表示0到多个
  • 0..1:表示0或者1个,在Java中经常用一个空引用来实现
  • 1..*:表示1到多个

关联关系又分为依赖关联、聚合关联和组合关联三种类型。

4)依赖关系

依赖(Dependency)关系是一种弱关联关系。如果对象A用到对象B,但是和B的关系不是太明显的时候,就可以把这种关系看作是依赖关系。如果对象A依赖于对象B,则 A “use a” B。比如驾驶员和汽车的关系,驾驶员使用汽车,二者之间就是依赖关系。

在UML类图中,依赖关系用一个带虚线的箭头表示,由使用方指向被使用方,表示使用方对象持有被使用方对象的引用,如图10所示。

依赖关系在Java中的具体代码表现形式为B为A的构造器方法中的局部变量方法或构造器的参数方法的返回值,或者A调用B的静态方法

下面我们用代码清单1和代码清单2所示的Java代码来演示对象和对象之间的依赖关系。

  • 代码清单1所示的B类定义了一个成员变量 field1,一个普通方法 method1() 和一个静态方法 method2()

  • 代码清单2所示的A类依赖于B类,在A类中定义了四个方法,分别演示四种依赖形式。

5)聚合关系与组合关系

聚合(Aggregation)是关联关系的一种特例,它体现的是整体与部分的拥有关系,即 “has a” 的关系。此时整体与部分之间是可分离的,它们可以具有各自的生命周期,部分可以属于多个整体对象,也可以为多个整体对象共享,所以聚合关系也常称为共享关系。例如,公司部门与员工的关系,一个员工可以属于多个部门,一个部门撤消了,员工可以转到其它部门。

在UML图中,聚合关系用空心菱形加实线箭头表示,空心菱形在整体一方,箭头指向部分一方,如图11所示。

组合(Composition)也是关联关系的一种特例,它同样体现整体与部分间的包含关系,即 “contains a” 的关系。但此时整体与部分是不可分的,部分也不能给其它整体共享,作为整体的对象负责部分的对象的生命周期。这种关系比聚合更强,也称为强聚合。如果A组合B,则A需要知道B的生存周期,即可能A负责生成或者释放B,或者A通过某种途径知道B的生成和释放。

例如,人包含头、躯干、四肢,它们的生命周期一致。当人出生时,头、躯干、四肢同时诞生。当人死亡时,作为人体组成部分的头、躯干、四肢同时死亡。

在UML图中,组合关系用实心菱形加实线箭头表示,实心菱形在整体一方,箭头指向部分一方,如图12所示。

在Java代码形式上,聚合和组合关系中的部分对象是整体对象的一个成员变量。但是,在实际应用开发时,两个对象之间的关系到底是聚合还是组合,有时候很难区别。在Java中,仅从类代码本身是区分不了聚合和组合的。如果一定要区分,那么如果在删除整体对象的时候,必须删掉部分对象,那么就是组合关系,否则可能就是聚合关系。从业务角度上来看,如果作为整体的对象必须要部分对象的参与,才能完成自己的职责,那么二者之间就是组合关系,否则就是聚合关系。

例如,汽车与轮胎,汽车作为整体,轮胎作为部分。如果用在二手车销售业务环境下,二者之间就是聚合关系。因为轮胎作为汽车的一个组成部分,它和汽车可以分别生产以后装配起来使用,但汽车可以换新轮胎,轮胎也可以卸下来给其它汽车使用。如果用在驾驶系统业务环境上,汽车如果没有轮胎,就无法完成行驶任务,二者之间就是一个组合关系。再比如网上书店业务中的订单和订单项之间的关系,如果订单没有订单项,也就无法完成订单的业务,所以二者之间是组合关系。而购物车和商品之间的关系,因为商品的生命周期并不被购物车控制,商品可以被多个购物车共享,因此,二者之间是聚合关系。

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作者: HUI

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