UML之类图

一.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。

二.类图的定义

类图（Class Diagram）: 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。

类图的表示：

(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 ]

(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]

 

三.建立类图

在软件开发不同阶段使用的类图具有不同的抽象层次，即概念层、说明层、和实现层。使用UML进行应用建模也应该是一个迭代的过程，所以我们应该建立一个类图的层次的概念。

概念层类图描述应用领域中的概念，这些概念与实现它们的类有联系。通常没有直接的映射关系。画概念层类图时很少考虑或不考虑实现问题，因此概念层类图应独立于具体的编程语言。下面是一个概念层类的表示。

说明层类图。此时我们考察的是类的接口部分，而不是实现部分。这个接口可能因为实现环境、运行特性等有多种不同的实现。下面是一个说明层类的表示。

实现层类图才真正考虑类的实现问题，提供实现的细节。此时的类的概念才应该是真正的严格意义上的类。它揭示了软件实体的构成情况。实现层的类是最常用的，在很多的时候说明层的类更有助于人们对软件的理解。

UML的最终目标是识别出所有必须的类，并分析这些类之间的关系，类的识别贯穿于整个建模过程，分析阶段主要识别问题域相关的类，在设计阶段需要加入一些反映设计思想、方法的类以及实现问题域所需要的类，在编码实现阶段，因为语言的特点，可能需要加入一些其他的类。

建立类图的步骤：

（1）研究分析问题领域确定系统需求。

（2）确定类，明确类的含义和职责、确定属性和操作。

（3）确定类之间的关系。

 

4类之间的关系与JAVA实现： 关联关系、依赖关系、泛化关系

1.关联关系

在UML中，关联关系通常又包含如下几种形式：

(1) 双向关联

默认情况下，关联是双向的。例如：顾客(Customer)购买商品(Product)并拥有商品，反之，卖出的商品总有某个顾客与之相关联。因此，Customer类和Product类之间具有双向关联关系，如图2所示：

图2 双向关联实例

图2对应的Java代码片段如下：

public class Customer {
private Product[] products;
……
}

public class Product {
private Customer customer;
……
}

(2) 单向关联

1、单向关联

A1->A2: 表示A1认识A2，A1知道A2的存在，A1可以调用A2中的方法和属性

图3 单向关联实例

图3对应的Java代码片段如下：

public class Customer {
private Address address;
……
}

public class Address {
……
}

(3) 自关联

在系统中可能会存在一些类的属性对象类型为该类本身，这种特殊的关联关系称为自关联。例如：一个节点类(Node)的成员又是节点Node类型的对象，如图4所示：

图4 自关联实例

图4对应的Java代码片段如下：

public class Node {
private Node subNode;
……
}

(4) 多重性关联

多重性关联关系又称为重数性(Multiplicity)关联关系，表示两个关联对象在数量上的对应关系。在UML中，对象之间的多重性可以直接在关联直线上用一个数字或一个数字范围表示。

对象之间可以存在多种多重性关联关系，常见的多重性表示方式如表1所示：

表1 多重性表示方式列表

表示方式	多重性说明
1..1	表示另一个类的一个对象只与该类的一个对象有关系
0..*	表示另一个类的一个对象与该类的零个或多个对象有关系
1..*	表示另一个类的一个对象与该类的一个或多个对象有关系
0..1	表示另一个类的一个对象没有或只与该类的一个对象有关系
m..n	表示另一个类的一个对象与该类最少m，最多n个对象有关系 (m≤n)

例如：一个界面(Form)可以拥有零个或多个按钮(Button)，但是一个按钮只能属于一个界面，因此，一个Form类的对象可以与零个或多个Button类的对象相关联，但一个Button类的对象只能与一个Form类的对象关联，如图5所示：

图5 多重性关联实例

图5对应的Java代码片段如下：

public class Form {
private Button[] buttons; //定义一个集合对象
……
}

public class Button {
……
}

(5) 聚合关系

聚合(Aggregation)关系表示整体与部分的关系。在聚合关系中，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独立存在。在UML中，聚合关系用带空心菱形的直线表示。例如：汽车发动机(Engine)是汽车(Car)的组成部分，但是汽车发动机可以独立存在，因此，汽车和发动机是聚合关系，如图6所示：

图6 聚合关系实例

在代码实现聚合关系时，成员对象通常作为构造方法、Setter方法或业务方法的参数注入到整体对象中，图6对应的Java代码片段如下：

public class Car {
	private Engine engine;

    //构造注入
	public Car(Engine engine) {
		this.engine = engine;
	}
    
    //设值注入
public void setEngine(Engine engine) {
    this.engine = engine;
}
……
}

public class Engine {
	……
} 

(6) 组合关系

组合(Composition)关系也表示类之间整体和部分的关系，但是在组合关系中整体对象可以控制成员对象的生命周期，一旦整体对象不存在，成员对象也将不存在，成员对象与整体对象之间具有同生共死的关系。在UML中，组合关系用带实心菱形的直线表示。例如：人的头(Head)与嘴巴(Mouth)，嘴巴是头的组成部分之一，而且如果头没了，嘴巴也就没了，因此头和嘴巴是组合关系，如图7所示：

图7 组合关系实例

在代码实现组合关系时，通常在整体类的构造方法中直接实例化成员类，图7对应的Java代码片段如下：

public class Head {
	private Mouth mouth;

	public Head() {
		mouth = new Mouth(); //实例化成员类
	}
……
}

public class Mouth {
	……
} 

组合与聚合的区别：

聚合和组合的区别在于：聚合关系是“has-a”关系，组合关系是“contains-a”关系；聚合关系表示整体与部分的关系比较弱，而组合比较强；聚合关系中代表部分事物的对象与代表聚合事物的对象的生存期无关，一旦删除了聚合对象不一定就删除了代表部分事物的对象。组合中一旦删除了组合对象，同时也就删除了代表部分事物的对象。

 

2. 依赖关系

依赖(Dependency)关系是一种使用关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物，在需要表示一个事物使用另一个事物时使用依赖关系。大多数情况下，依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。在UML中，依赖关系用带箭头的虚线表示，由依赖的一方指向被依赖的一方。例如：驾驶员开车，在Driver类的drive()方法中将Car类型的对象car作为一个参数传递，以便在drive()方法中能够调用car的move()方法，且驾驶员的drive()方法依赖车的move()方法，因此类Driver依赖类Car，如图1所示：

图1 依赖关系实例

在系统实施阶段，依赖关系通常通过三种方式来实现，第一种也是最常用的一种方式是如图1所示的将一个类的对象作为另一个类中方法的参数，第二种方式是在一个类的方法中将另一个类的对象作为其局部变量，第三种方式是在一个类的方法中调用另一个类的静态方法。图1对应的Java代码片段如下：

public class Driver {
	public void drive(Car car) {
		car.move();
	}
    ……
}

public class Car {
	public void move() {
		......
	}
    ……
}  

 

3. 泛化（Generalization）

泛化表示一个更泛化的元素和一个更具体的元素之间的关系。泛化是用于对继承进行建模的UML元素。在Java中，用extends关键字来直接表示这种关系。

4. 实现（Realization）

实例关系指定两个实体之间的一个合同。换言之，一个实体定义一个合同，而另一个实体保证履行该合同。对Java应用程序进行建模时，实现关系可直接用implements关键字来表示。

    接口之间也可以有与类之间关系类似的继承关系和依赖关系，但是接口和类之间还存在一种实现(Realization)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声明的操作。在UML中，类与接口之间的实现关系用带空心三角形的虚线来表示。例如：定义了一个交通工具接口Vehicle，包含一个抽象操作move()，在类Ship和类Car中都实现了该move()操作，不过具体的实现细节将会不一样，如图4所示：

图4 实现关系实例

实现关系在编程实现时，不同的面向对象语言也提供了不同的语法，如在Java语言中使用implements关键字，而在C++/C#中使用冒号“：”来实现。图4对应的Java代码片段如下：

public interface Vehicle {
public void move();
}

public class Ship implements Vehicle {
public void move() {
    ……
    }
}

public class Car implements Vehicle {
public void move() {
    ……
    }
}

 

参考：http://www.uml.org.cn/oobject/201211231.asp?artid=3992，http://www.uml.org.cn/oobject/201008311.asp?artid=3996，http://www.uml.org.cn/oobject/201104212.asp?artid=3995，http://www.uml.org.cn/oobject/201210081.asp?artid=3966，http://www.uml.org.cn/oobject/201610282.asp?artid=18576，http://www.uml.org.cn/oobject/201007275.asp?artid=3968