设计模式之UML类图

时间:2021-7-21 作者:qvyue

UML简介

统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)是用来设计软件蓝图的可视化建模语言,它的特点是简单、统一、图形化,能表达软件设计中的动态和静态信息。

UML从目标系统的不同角度出发,定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等9种图。

本教程主要介绍软件设计模式中常用的类图以及类之间的关系,其中部分内容及类图等资源源自网络。

类、接口和类图

类(class)

类是面向对象程序设计的基础,它封装了数据和行为,具有封装性、继承性和多态性三个特性。在UML中,类使用包含类名、属性和操作且带有分割线的矩形来表示。

  • 类名:是一个字符串,例如:People

  • 属性:指类的特性,即类的成员变量。UML按以下格式表示:

    [可见性]属性名:类型[=默认值]     例如:-age:int
    
  • 方法/操作:类的成员方法。UML按以下格式表示:

    [可见性]名称(参数列表)[:返回类型]  例如:+display():void
    

注意:可见性”表示该属性对类外的元素是否可见,包括公有(Public)、私有(Private)、受保护(Protected)和朋友(Friendly,包)4 种,在类图中分别用符号+、-、#、~表示。抽象方法要用斜体表示,响应的类即为抽象类,类名也必须斜体

以下是表示学生类的类图:

设计模式之UML类图
Student类

接口(interface)

接口是一种特殊的类,具有类的结构但不可被实例化,只可以被子类实现。它包含抽象操作,不包含属性,在UML中,接口使用一个带有名称的小圆圈来表示,或者是棒棒糖表示法。

例如:

设计模式之UML类图
interface_graph.gif

类图

类图是用来显示系统中的类、接口、协作以及他们之间的静态结构和关系的一种静态模型。它主要用于描述软件系统的结构化设计,帮助人们简化对软件系统的理解、

类图中的类可以通过某种编程语言直接实现,它是面向对象系统中最常见的图。

类与类间的关系

跟现实生活一样,在软件系统中,类并不是孤立存在的,类与类之间存在着各种关系。根据类与类之间的耦合度从弱到强的排列,UML中的类图有以下几种关系:依赖关系、关联关系、聚合关系、组合关系、泛化关系和实现关系。其中泛化和实现的耦合度是一样的,他们是最强的。

依赖关系

依赖关系是一种使用关系,它是对象之间耦合度最弱的一种关系,是临时性的一种关系。某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另外一个类(被依赖的类)中的某些方法完成一些职责。

在UML中,依赖关系使用带箭头的虚线来表示,箭头从使用类指向被依赖的类。下图是人与手机的依赖关系类图。人依赖手机打电话,所以手机是被依赖的类,箭头指向手机;手机仅仅作为人打电话方法的参数,所以是依赖关系。

设计模式之UML类图
rely.gif

关联关系

关联关系是对象间的一种引用关系,用于表示一类对象与另一类对象之间的联系,如老师与学生、师傅和徒弟、丈夫和妻子等。

关联关系可以是双向的,也可以是单向的。在UML类图中,双向的关联关系可以用两个带箭头或者不带箭头的实现来表示。单向的关联关系用一个带箭头的实现关系来表示,箭头指向被关联的类。

在代码中通常一个类的对象作为另一个类的成员变量来实现关联关系。下图表示的是老师和学生的关系图,每个老师可以教多个学生,每个学生也可向多个老师学,他们是双向关联。

设计模式之UML类图
association.gif

聚合关系

聚合关系是关联关系的一种,是强关联关系,是整体与部分的关系,是has-a的关系

聚合关系也是通过成员变量来实现的,其中成员对象是整体对象的一部分,但是成员对象可以脱离整体对象而单独存在,即他们有各自的生命周期。比如大雁和大雁群的关系,大雁可以属于大雁群,也可以脱离大雁群而单独存在。

在UML中,聚合关系可以用空心菱形的实现来表示,菱形指向整体。下图表示的是大学和老师的关系图:

设计模式之UML类图
aggregation.gif

组合关系

组合关系也是关联关系的一种,也表示类之间的整体和部分的关系,它是更强烈的聚合关系,是cxmtains-a的关系。

在组合关系中,整体对象可以控制部分对象的生命周期,一旦整体不存在,部分对象也将不存在,他们具有相同的生命周期,是同生共死的关系。部分对象不能脱离整体对象,例如身体和手臂的关系。

在UML类图中,组合关系用实心菱形的实线来表示,菱形指向整体。图7是头和嘴的关系。

设计模式之UML类图
composition.gif

泛化关系

泛化关系是对象之间耦合度最高的一种关系,表示一般与特殊的关系,是父类和子类的关系,是一种继承关系,是is-a的关系

在UML类图中,泛化关系用带空心三角形的实线来表示,箭头从子类指向父类。在代码的实现中,使用面向对象的继承关系来实现泛化关系。例如:学生(Student)和老师(Teacher)都是人类(Person)的子类,其类图如下所示:

设计模式之UML类图
generalization.gif

实现关系

实现关系是接口和实现类之间的关系。在这种关系中,类实现了接口,类中的操作实现了接口中所申明的所有的抽象操作(抽象方法)。

在UML类图中,实现关系用带空心三角箭头的虚线来表示,箭头从实现类指向接口。例如:汽车和船实现了交通工具这个接口,类图如下:

设计模式之UML类图
realization.gif

总结

名称 表示方法 备注
依赖关系
设计模式之UML类图
yilai.png
人依赖手机打电话,手机被依赖,箭头指向手机
关联关系
设计模式之UML类图
guanlian.png
人与身份证的关系,身份证作为人的属性,箭头指向身份证
聚合关系
设计模式之UML类图
juhe.png
大雁和大雁群的关系,拥有各自独立的生命周期,菱形箭头指向整体
组合关系
设计模式之UML类图
zuhe.png
公司与部门的关系,组成部分不具有独立的生命周期,菱形指向整体
泛化/继承
设计模式之UML类图
fanhua.png
鸟与动物的关系,鸟是动物的子类,动物是鸟的父类,箭头指向父类
实现
设计模式之UML类图
shixian.png
移动是接口,飞行、游泳是移动的具体实现,箭头指向移动
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