UML之类图与时序图

1 当一个操作有参数时，参数被放在操作的括号内；每个参数都使用这样的格式：“参数名：参数类型”。

图 3：Flight类操作参数，包括可选择的“in”标识。

当文档化操作参数时，你可能使用一个可选择的指示器，以显示参数到操作的输入参数、或输出参数。这个可选择的指示器以“in”或“out”出现，如图3中的操作区域所示。一般来说，除非将使用一种早期的程序编程语言，如Fortran ，这些指示器可能会有所帮助，否则它们是不必要的。然而，在 C++和Java中，所有的参数是“in”参数，而且按照UML规范，既然“in”是参数的默认类型，大多数人将会遗漏输入/输出指示器。

继承

在面向对象的设计中一个非常重要的概念，继承，指的是一个类（子类）继承另外的一个类（超类）的同一功能，并增加它自己的新功能（一个非技术性的比喻，想象我继承了我母亲的一般的音乐能力，但是在我的家里，我是唯一一个玩电吉他的人）的能力。为了在一个类图上建模继承，从子类（要继承行为的类）拉出一条闭合的，单键头（或三角形）的实线指向超类。考虑银行账户的类型：图 4 显示 CheckingAccount 和 SavingsAccount 类如何从 BankAccount 类继承而来。

图 4: 继承通过指向超类的一条闭合的，单箭头的实线表示。

在图 4 中，继承关系由每个超类的单独的线画出，这是在IBM Rational Rose和IBM Rational XDE中使用的方法。然而，有一种称为 树标记的备选方法可以画出继承关系。当存在两个或更多子类时，如图 4 中所示，除了继承线象树枝一样混在一起外，你可以使用树形记号。图 5 是重绘的与图 4 一样的继承，但是这次使用了树形记号。

图 5: 一个使用树形记号的继承实例

抽象类及操作

细心的读者会注意到，在图 4 和 图5 中的图中,类名BankAccount和withdrawal操作使用斜体。这表示，BankAccount 类是一个抽象类，而withdrawal方法是抽象的操作。换句话说，BankAccount 类使用withdrawal规定抽象操作，并且CheckingAccount 和 SavingsAccount 两个子类都分别地执行它们各自版本的操作。

然而，超类（父类）不一定要是抽象类。标准类作为超类是正常的。

关联

当你系统建模时，特定的对象间将会彼此关联，而且这些关联本身需要被清晰地建模。有五种关联。在这一部分中，我将会讨论它们中的两个 -- 双向的关联和单向的关联，而且我将会在Beyond the basics部分讨论剩下的三种关联类型。请注意，关于何时该使用每种类型关联的详细讨论，不属于本文的范围。相反的，我将会把重点集中在每种关联的用途，并说明如何在类图上画出关联。

双向（标准）的关联

关联是两个类间的联接。关联总是被假定是双向的；这意味着，两个类彼此知道它们间的联系，除非你限定一些其它类型的关联。回顾一下Flight 的例子，图 6 显示了在Flight类和Plane类之间的一个标准类型的关联。

图 6：在一个Flight类和Plane类之间的双向关联的实例

一个双向关联用两个类间的实线表示。在线的任一端，你放置一个角色名和多重值。图 6 显示Flight与一个特定的Plane相关联，而且Flight类知道这个关联。因为角色名以Plane类表示，所以Plane承担关联中的“assignedPlane”角色。紧接于Plane类后面的多重值描述0...1表示，当一个Flight实体存在时，可以有一个或没有Plane与之关联（也就是，Plane可能还没有被分配）。图 6 也显示Plane知道它与Flight类的关联。在这个关联中，Flight承担“assignedFlights”角色；图 6 的图告诉我们，Plane实体可以不与flight关联（例如，它是一架全新的飞机）或与没有上限的flight（例如，一架已经服役5年的飞机）关联。

由于对那些在关联尾部可能出现的多重值描述感到疑惑，下面的表3列出了一些多重值及它们含义的例子。

表 3: 多重值和它们的表示 可能的多重值描述表示含义0..1 0个或1个1只能1个0..*0个或多个* 0个或多个1..*1个或我个3只能3个0..50到5个5..15 5到15个

单向关联

在一个单向关联中，两个类是相关的，但是只有一个类知道这种联系的存在。图 7 显示单向关联的透支财务报告的一个实例。

图 7: 单向关联一个实例：OverdrawnAccountsReport 类 BankAccount 类，而 BankAccount 类则对关联一无所知。

一个单向的关联，表示为一条带有指向已知类的开放箭头（不关闭的箭头或三角形，用于标志继承）的实线。如同标准关联，单向关联包括一个角色名和一个多重值描述，但是与标准的双向关联不同的时，单向关联只包含已知类的角色名和多重值描述。在图 7 中的例子中，OverdrawnAccountsReport 知道 BankAccount 类，而且知道 BankAccount 类扮演“overdrawnAccounts”的角色。然而，和标准关联不同，BankAccount 类并不知道它与 OverdrawnAccountsReport 相关联。 2

软件包

不可避免，如果你正在为一个大的系统或大的业务领域建模，在你的模型中将会有许多不同的分类器。管理所有的类将是一件令人生畏的任务；所以，UML 提供一个称为 软件包的组织元素。软件包使建模者能够组织模型分类器到名字空间中，这有些象文件系统中的文件夹。把一个系统分为多个软件包使系统变成容易理解，尤其是在每个软件包都表现系统的一个特定部分时。 3

在图中存在两种方法表示软件包。并没有规则要求使用哪种标记，除了用你个人的判断：哪种更便于阅读你画的类图。两种方法都是由一个较小的长方形（用于定位）嵌套在一个大的长方形中开始的，如图 8 所示。但是建模者必须决定包的成员如何表示，如下：

• 如果建模者决定在大长方形中显示软件包的成员，则所有的那些成员 4 需要被放置在长方形里面。另外，所有软件包的名字需要放在软件包的较小长方形之内（如图 8 的显示）。

   

   

• 如果建模者决定在大的长方形之外显示软件包成员，则所有将会在图上显示的成员都需要被置于长方形之外。为了显示属于软件包的分类器属于，从每个分类器画一条线到里面有加号的圆周，这些圆周粘附在软件包之上（图9）。

 

图 8：在软件包的长方形内显示软件包成员的软件包元素例子

图 9：一个通过连接线表现软件包成员的软件包例子

了解基础重要性

在 UML 2 中，了解类图的基础更为重要。这是因为类图为所有的其他结构图提供基本的构建块。如组件或对象图（仅仅是举了些例子）。

 

 

 

 

 

5

图 10：Professor类和Student类实现Person接口的类图实例

在图 10 中显示的图中，Professor和Student类都实现了Person的接口，但并不从它继承。我们知道这一点是由于下面两个原因：1) Person对象作为接口被定义 -- 它在对象的名字区域中有“interface”文本，而且我们看到由于Professor和Student对象根据画类对象的规则（在它们的名字区域中没有额外的分类器文本）标示，所以它们是 类对象。 2) 我们知道继承在这里没有被显示，因为与带箭头的线是点线而不是实线。如图 10 所示，一条带有闭合的单向箭头的点 线意味着实现（或实施）；正如我们在图 4 中所见到的，一条带有闭合单向箭头的实线表示继承。

更多的关联

在上面，我讨论了双向关联和单向关联。现在，我将会介绍剩下的三种类型的关联。

关联类

在关联建模中，存在一些情况下，你需要包括其它类，因为它包含了关于关联的有价值的信息。对于这种情况，你会使用 关联类 来绑定你的基本关联。关联类和一般类一样表示。不同的是，主类和关联类之间用一条相交的点线连接。图 11 显示一个航空工业实例的关联类。

图 11：增加关联类 MileageCredit

在图 11 中显示的类图中，在Flight类和 FrequentFlyer 类之间的关联，产生了称为 MileageCredit的关联类。这意味当Flight类的一个实例关联到 FrequentFlyer 类的一个实例时，将会产生 MileageCredit 类的一个实例。

聚合

聚合是一种特别类型的关联，用于描述“总体到局部”的关系。在基本的聚合关系中， 部分类 的生命周期独立于 整体类 的生命周期。

举例来说，我们可以想象，车 是一个整体实体，而 车轮 轮胎是整辆车的一部分。轮胎可以在安置到车时的前几个星期被制造，并放置于仓库中。在这个实例中，Wheel类实例清楚地独立地Car类实例而存在。然而，有些情况下， 部分 类的生命周期并 不 独立于 整体 类的生命周期 -- 这称为合成聚合。举例来说，考虑公司与部门的关系。 公司和部门 都建模成类，在公司存在之前，部门不能存在。这里Department类的实例依赖于Company类的实例而存在。

让我们更进一步探讨基本聚合和组合聚合。

基本聚合

有聚合关系的关联指出，某个类是另外某个类的一部分。在一个聚合关系中，子类实例可以比父类存在更长的时间。为了表现一个聚合关系，你画一条从父类到部分类的实线，并在父类的关联末端画一个未填充棱形。图 12 显示车和轮胎间的聚合关系的例子。

图 12: 一个聚合关联的例子

组合聚合

组合聚合关系是聚合关系的另一种形式，但是子类实例的生命周期依赖于父类实例的生命周期。在图13中，显示了Company类和Department类之间的组合关系，注意组合关系如聚合关系一样绘制，不过这次菱形是被填充的。

图 13: 一个组合关系的例子

在图 13 中的关系建模中，一个Company类实例至少总有一个Department类实例。因为关系是组合关系，当Company实例被移除/销毁时，Department实例也将自动地被移除/销毁。组合聚合的另一个重要功能是部分类只能与父类的实例相关（举例来说，我们例子中的Company类）。

反射关联

现在我们已经讨论了所有的关联类型。就如你可能注意到的，我们的所有例子已经显示了两个不同类之间的关系。然而，类也可以使用反射关联与它本身相关联。起先，这可能没有意义，但是记住，类是抽象的。图 14 显示一个Employee类如何通过manager / manages角色与它本身相关。当一个类关联到它本身时，这并不意味着类的实例与它本身相关，而是类的一个实例与类的另一个实例相关。

图 14：一个反射关联关系的实例

图 14 描绘的关系说明一个Employee实例可能是另外一个Employee实例的经理。然而，因为“manages”的关系角色有 0..*的多重性描述；一个雇员可能不受任何其他雇员管理。

可见性

在面向对象的设计中，存在属性及操作可见性的记号。UML 识别四种类型的可见性：public，protected，private及package。

UML 规范并不要求属性及操作可见性必须显示在类图上，但是它要求为每个属性及操作定义可见性。为了在类图上的显示可见性，放置可见性标志于属性或操作的名字之前。虽然 UML 指定四种可见性类型，但是实际的编程语言可能增加额外的可见性，或不支持 UML 定义的可见性。表4显示了 UML 支持的可见性类型的不同标志。

表 4：UML 支持的可见性类型的标志 标志可见性类型+Public# Protected- Private~Package

现在，让我们看一个类，以说明属性及操作的可见性类型。在图 15 中，所有的属性及操作都是public，除了 updateBalance 操作。updateBalance 操作是protected。

图 15：一个 BankAccount 类说明它的属性及操作的可见性

1 delayFlight没有返回值，因为我作出了设计决定，不要返回值。有一点可以争论的是，延迟操作应该返回新的到达时间，而且，如果是这种情形，操作属性将显示为

delayFlight(numberOfMinutes : Minutes) : Date。

2可能看起来很奇怪， BankAccount 类不知道 OverdrawnAccountsReport 类。这个建模使报表类可以知道它们报告的业务类，但是业务类不知道它们正在被报告。这解开两个对象的耦合，并因此使系统变得更能适应变化。

3 软件包对于组织你的模型类是庞大的，但是记住重要的一点是，你的类图应该是关于建模系统的容易交流的信息。在你的软件包有许多类的情况下，最好使用多个主题类图，而不是仅仅产生一个大的类图。

4 要理解重要一点，当我说“所有的那些成员”时，我仅仅意味着在当前图中的类将显示出来。显示一个有内容的软件包的图，不需要显示它的所有内容。它可以依照一些准则，显示包含元素的子集，这个准则就是并非所有的软件包分类器都是必需的。

5 当画一个类图时，在 UML 规范中，全部要做的只是把类放入长方形的顶部区域，而你同理处理接口；然而，UML 规范认为，在这个区域放置“class”文本是可选的，如果类没有显示，那么它应该被假设。

 

--------------------------------------------------------------------

1 生命线画作一个方格，一条虚线从上而下，通过底部边界的中心（图 3）。生命线名字放置在方格里。

2

3 变体支持经典的“if then else”逻辑的建模（举例来说，如果 我买三个，然后 我得到 我购买的20% 折扣；否则 我得到我购买的 10% 折扣）。

就如你将会在图 8 中注意到的，一个变体的组合碎片元件使用框架来画。单词“alt”放置在框架的namebox里。然后较大的长方形分为 UML 2 所称的操作元。 4 操作元被虚线分开。每个操作元有一个约束进行测试，而这个约束被放置在生命线顶端的操作元的左上部。 5 如果操作元的约束等于“true”，然后那个操作元是要执行的操作元。

6 被放置在左上角。然后循环的消息序列被放在框架内容区的其余部分中。在一个循环中，除了标准的布尔测试外，一个约束能测试二个特定的条件式。特定的约束条件式是写作“minint = [the number]”（例如，“minint = 1”）的最小循环次数，和写作“maxint = [the number]”（例如，“maxint = 5”）的最大循环次数。通过最小循环检验，循环必须运行至少指定次数，而循环执行次数不能达到约束指定的最大循环次数。

 

在图 10 中显示的循环运行，直到 reportsEnu 对象的 hasAnotherReport 消息返回false。如果循环序列应该运行，这个序列图的循环使用一个布尔测试确认。为了阅读这个图，你和平常一样，从顶部开始。当你到达循环组合碎片，做一个测试，看看值 hasAnotherReport 是否等于true。如果 hasAnotherReport 值等于true，于是序列进入循环片断。然后你能和正常情况一样，在序列图中跟踪循环的消息。

 

 

 

 

 

7 在 UML 2 中开始，引进“交互进行”元件。追加交互进行的可以说是 UML 2 交互建模中的最重要的创新。交互进行增加了功能，把原始的序列图组织成为复杂的序列图。由于这些，你能组合（重用）较简单的序列，生成比较复杂的序列。这意味你能把完整的、可能比较复杂的序列，抽象为一个单一的概念单位。

一个交互进行元件使用一个框架绘制。文字“ref”放置在框架的 namebox 中，引用的序列图名字放置在框架的内容区里，连同序列图的任何参数一起。引用序列图的名字符号如下模式:

 

序列图名[(参数)] [: 返回值]

 

 

 

两个例子:

1.

 

Retrieve Borrower Credit Report(ssn) : borrowerCreditReport

 

 

或者

2.

 

Process Credit Card(name, number, expirationDate, amount : 100)

 

 

在例子 1 中，语法调用叫做Retrieve Borrower Credit Report的序列图，传递给它参数 ssn。序列Retreive Borrower Credit Report返回变量 borrowerCreditReport 。

在实例 2 中，语法调用叫做Process Credit Card的序列图，传递给它参数name，number，expiration date，和 amount。然而，在例子 2 中，amount参数将会是值100。因为例子2没有返回值标签，序列不返回值（假设，建模的序列不需要返回值）。

 

序列图是一个用来记录系统需求，和整理系统设计的好图。序列图是如此好用的理由是，因为它按照交互发生的时间顺序，显示了系统中对象间的交互逻辑。