UML学习（二）——类图

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1、什么是类图

　　类图(Class diagram)主要用于描述系统的结构化设计。类图也是最常用的UML图，用类图可以显示出类、接口以及它们之间的静态结构和关系。

2、类图的元素

　　在类图中一共包含了以下几种模型元素，分别是：类（Class）、接口（Interface）、依赖（Dependency）关系、泛化（Generalization）关系、关联（Association）关系、聚合关系（Aggregation）、组合关系（Composition）和实现（Realization）关系。

2.1 类（Class)

　　在面向对象（OO) 编程中，类是对现实世界中一组具有相同特征的物体的抽象。

2.2 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，只可以被实现（继承）。在UML中，接口使用一个带有名称的小圆圈来进行表示。

2.3 依赖（Dependency）关系

　　依赖关系是指两个或多个类之间的依存关系，如植物类依赖于土壤类。 依赖关系还可以再细分为5种类型，分别是绑定（Binding）依赖、实现（Realization）依赖、使用（Usage）依赖、抽象（Abstraction）依赖和授权（Permission）依赖。

　　依赖关系用虚线箭头来表示，箭头指向为依赖的方向。

2.4 泛化（Generalization）关系

　　简单的讲就是类之间的继承关系。在UML中，泛化关系用空心三角形+实线来表示，箭头指向为父类。

2.5 聚合（Association）关系

　　聚合关系是类之间的一种较弱的耦合关系，如一个字符串数组和一个字符串就是一种聚合关系。在UML中类图中，聚合关系用空心的菱形+实线箭头来表示，箭头指向为被聚合的类。

　　

2.6 组合（Aggregation）关系

　　组合关系是类之间一种整体与部分之间的关系，如一只青蛙有四条腿，青蛙类与青蛙腿类之间的关系就是组合关系。在UML类图中，组合关系用实心的菱形+实线箭头来表示，箭头指向为被组合的类。

2.7 关联（Composition）关系

　　关联关系是类之间一种相互影响的关系，影响的方向就是关联的方向。在UML类图中，组合关系用实线箭头来表示。

2.8 实现（Realization）关系

　　一般来讲实现关系是针对类与接口之间的关系而言的。在UML类图中，实现关系用空心三角形+虚线来表示。

3、简单的类图示例

 

在UML 2.0的13种图形中，类图是使用频率最高的UML图之一。Martin Fowler在其著作《UML Distilled: A Brief Guide to the Standard Object Modeling Language, Third Edition》（《UML精粹：标准对象建模语言简明指南（第3版）》）中有这么一段：“If someone were to come up to you in a dark alley and say, 'Psst, wanna see a UML diagram?' that diagram would probably be a class diagram. The majority of UML diagrams I see are class diagrams.”（“如果有人在黑暗的小巷中向你走来并对你说：‘嘿，想不想看一张UML图？’那么这张图很有可能就是一张类图，我所见过的大部分的UML图都是类图”），由此可见类图的重要性。     

       类图用于描述系统中所包含的类以及它们之间的相互关系，帮助人们简化对系统的理解，它是系统分析和设计阶段的重要产物，也是系统编码和测试的重要模型依据。

      1. 类

      类(Class)封装了数据和行为，是面向对象的重要组成部分，它是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称。在系统中，每个类都具有一定的职责，职责指的是类要完成什么样的功能，要承担什么样的义务。一个类可以有多种职责，设计得好的类一般只有一种职责。在定义类的时候，将类的职责分解成为类的属性和操作（即方法）。类的属性即类的数据职责，类的操作即类的行为职责。设计类是面向对象设计中最重要的组成部分，也是最复杂和最耗时的部分。

      在软件系统运行时，类将被实例化成对象(Object)，对象对应于某个具体的事物，是类的实例(Instance)。

      类图(Class Diagram)使用出现在系统中的不同类来描述系统的静态结构，它用来描述不同的类以及它们之间的关系。

      在系统分析与设计阶段，类通常可以分为三种，分别是实体类(Entity Class)、控制类(Control Class)和边界类(Boundary Class)，下面对这三种类加以简要说明：

      (1) 实体类：实体类对应系统需求中的每个实体，它们通常需要保存在永久存储体中，一般使用数据库表或文件来记录，实体类既包括存储和传递数据的类，还包括操作数据的类。实体类来源于需求说明中的名词，如学生、商品等。

      (2) 控制类：控制类用于体现应用程序的执行逻辑，提供相应的业务操作，将控制类抽象出来可以降低界面和数据库之间的耦合度。控制类一般是由动宾结构的短语（动词+名词）转化来的名词，如增加商品对应有一个商品增加类，注册对应有一个用户注册类等。

      (3) 边界类：边界类用于对外部用户与系统之间的交互对象进行抽象，主要包括界面类，如对话框、窗口、菜单等。

      在面向对象分析和设计的初级阶段，通常首先识别出实体类，绘制初始类图，此时的类图也可称为领域模型，包括实体类及其它们之间的相互关系。

      2. 类的UML图示

      在UML中，类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的长方形来表示，如定义一个Employee类，它包含属性name、age和email，以及操作modifyInfo()，在UML类图中该类如图1所示：

图1 类的UML图示

      图1对应的Java代码片段如下：

[java] view plain copy

1. public class Employee {  
2.     private String name;  
3.     private int age;  
4.     private String email;  
5.       
6.     public void modifyInfo() {  
7.         ......  
8.     }  
9. }  

      在UML类图中，类一般由三部分组成：

      (1) 第一部分是类名：每个类都必须有一个名字，类名是一个字符串。

      (2) 第二部分是类的属性(Attributes)：属性是指类的性质，即类的成员变量。一个类可以有任意多个属性，也可以没有属性。

      UML规定属性的表示方式为：

可见性  名称:类型 [ = 缺省值 ]

      其中：

•       “可见性”表示该属性对于类外的元素而言是否可见，包括公有(public)、私有(private)和受保护(protected)三种，在类图中分别用符号+、-和#表示。
• ‚      “名称”表示属性名，用一个字符串表示。
• ƒ      “类型”表示属性的数据类型，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型。
• „      “缺省值”是一个可选项，即属性的初始值。

      (3) 第三部分是类的操作(Operations)：操作是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。

      UML规定操作的表示方式为：

可见性  名称(参数列表) [ : 返回类型]

      其中：

•       “可见性”的定义与属性的可见性定义相同。
•       ‚“名称”即方法名，用一个字符串表示。
•       ƒ“参数列表”表示方法的参数，其语法与属性的定义相似，参数个数是任意的，多个参数之间用逗号“，”隔开。
• „      “返回类型”是一个可选项，表示方法的返回值类型，依赖于具体的编程语言，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型，还可以是空类型(void)，如果是构造方法，则无返回类型。

      在类图2中，操作method1的可见性为public(+)，带入了一个Object类型的参数par，返回值为空(void)；操作method2的可见性为protected(#)，无参数，返回值为String类型；操作method3的可见性为private(-)，包含两个参数，其中一个参数为int类型，另一个为int[]类型，返回值为int类型。

图2 类图操作说明示意图

      由于在Java语言中允许出现内部类，因此可能会出现包含四个部分的类图，如图3所示：

图3 包含内部类的类图