UML规则笔记

 

一、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

 

二、类、接口的图示

  1.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对应的代码片段如下:

public class Employee {
    private String name;
    private int age;
    private String email;
    
    public void modifyInfo() {
        ......
    }
}


(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。在UML类图中,类一般由三部分组成:

(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。
    • “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。
    • “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。

 

2.接口图示

  

       
 
    接口图


上图表示一个接口图,它与类图的区别主要是顶端有<<interface>>显示,第一行是接口的名称,第二行是方法。

           

 
接口-棒棒糖表示法


接口还有另一种表示方法,俗称「棒棒糖表示法」,比如图中的唐老鸭类就是实现了讲人话的接口。 

 

三、类与类、类与接口之间的关系

1. 关联关系

关联(Association)关系是类与类之间最常用的一种关系,它是一种结构化关系,用于表示一类对象与另一类对象之间有联系,如汽车和轮胎、师傅和徒弟、班级和学生等等。在UML类图中,用实线连接有关联关系的对象所对应的类,在使用Java、C#和C++等编程语言实现关联关系时,通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量。在使用类图表示关联关系时可以在关联线上标注角色名,一般使用一个表示两者之间关系的动词或者名词表示角色名(有时该名词为实例对象名),关系的两端代表两种不同的角色,因此在一个关联关系中可以包含两个角色名,角色名不是必须的,可以根据需要增加,其目的是使类之间的关系更加明确。

(1) 双向关联在UML中,关联关系通常又包含如下几种形式:

(2) 单向关联

(3) 自关联

(4) 多重性关联

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)

(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。

(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。

 

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。

 

3. 泛化关系

泛化(Generalization)关系也就是继承关系,用于描述父类与子类之间的关系,父类又称作基类或超类,子类又称作派生类。在UML中,泛化关系用带空心三角形的直线来表示。在代码实现时,我们使用面向对象的继承机制来实现泛化关系,如在Java语言中使用extends关键字、在C++/C#中使用冒号“:”来实现。例如:Student类和Teacher类都是Person类的子类,Student类和Teacher类继承了Person类的属性和方法,Person类的属性包含姓名(name)和年龄(age),每一个Student和Teacher也都具有这两个属性,另外Student类增加了属性学号(studentNo),Teacher类增加了属性教师编号(teacherNo),Person类的方法包括行走move()和说话say(),Student类和Teacher类继承了这两个方法,而且Student类还新增方法study(),Teacher类还新增方法teach()。如图2所示:

 

4. 接口与实现关系

在很多面向对象语言中都引入了接口的概念,如Java、C#等,在接口中,通常没有属性,而且所有的操作都是抽象的,只有操作的声明,没有操作的实现。UML中用与类的表示法类似的方式表示接口,如图3所示:

图3 接口的UML图示

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。

 

四、实例分析

实例分析1——登录模块

某基于C/S的即时聊天系统登录模块功能描述如下:

用户通过登录界面(LoginForm)输入账号和密码,系统将输入的账号和密码与存储在数据库(User)表中的用户信息进行比较,验证用户输入是否正确,如果输入正确则进入主界面(MainForm),否则提示“输入错误”。

根据以上描述绘制初始类图。

参考解决方案:

参考类图如下:

考虑到系统扩展性,在本实例中引入了抽象数据访问接口IUserDAO,再将具体数据访问对象注入到业务逻辑对象中,可通过配置文件(如XML文件)等方式来实现,将具体的数据访问类类名存储在配置文件中,如果需要更换新的具体数据访问对象,只需修改配置文件即可,原有程序代码无须做任何修改。

类说明:

类 名
说 明
LoginForm 登录窗口,省略界面组件和按钮事件处理方法(边界类)
LoginBO 登录业务逻辑类,封装实现登录功能的业务逻辑(控制类)
IUserDAO 抽象数据访问类接口,声明对User表的数据操作方法,省略除查询外的其他方法(实体类)
UserDAO 具体数据访问类,实现对User表的数据操作方法,省略除查询外的其他方法(实体类)
MainForm 主窗口(边界类)

方法说明:

方法名
说 明
LoginForm类的LoginForm()方法 LoginForm构造函数,初始化实例成员
LoginForm类的validate()方法 界面类的验证方法,通过调用业务逻辑类LoginBO的validate()方法实现对用户输入信息的验证
LoginBO类的validate()方法 业务逻辑类的验证方法,通过调用数据访问类的findUserByAccAndPwd()方法验证用户输入信息的合法性
LoginBO类的setIUserDAO()方法 Setter方法,在业务逻辑对象中注入数据访问对象(注意:此处针对抽象数据访问类编程
IUserDAO接口的findUserByAccAndPwd()方法 业务方法声明,通过用户账号和密码在数据库中查询用户信息,判断该用户身份的合法性
UserDAO类的findUserByAccAndPwd()方法 业务方法实现,实现在IUserDAO接口中声明的数据访问方法

实例分析2——注册模块

某基于Java语言的C/S软件需要提供注册功能,该功能简要描述如下:

用户通过注册界面(RegisterForm)输入个人信息,用户点击“注册”按钮后将输入的信息通过一个封装用户输入数据的对象(UserDTO)传递给操作数据库的数据访问类,为了提高系统的扩展性,针对不同的数据库可能需要提供不同的数据访问类,因此提供了数据访问类接口,如IUserDAO,每一个具体数据访问类都是某一个数据访问类接口的实现类,如OracleUserDAO就是一个专门用于访问Oracle数据库的数据访问类。

根据以上描述绘制类图。为了简化类图,个人信息仅包括账号(userAccount)和密码(userPassword),且界面类无需涉及界面细节元素。

参考解决方案:

在以上功能说明中,可以分析出该系统包括三个类和一个接口,这三个类分别是注册界面类RegisterForm、用户数据传输类UserDTO、Oracle用户数据访问类OracleUserDAO,接口是抽象用户数据访问接口IUserDAO。它们之间的关系如下:

(1) 在RegisterForm中需要使用UserDTO类传输数据且需要使用数据访问类来操作数据库,因此RegisterForm与UserDTO和IUserDAO之间存在关联关系,在RegisterForm中可以直接实例化UserDTO,因此它们之间可以使用组合关联。

(2) 由于数据库类型需要灵活更换,因此在RegisterForm中不能直接实例化IUserDAO的子类,可以针对接口IUserDAO编程,再通过注入的方式传入一个IUserDAO接口的子类对象(在本书后续章节中将学习如何具体实现),因此RegisterForm和IUserDAO之间具有聚合关联关系。

(3) OracleUserDAO是实现了IUserDAO接口的子类,因此它们之间具有类与接口的实现关系。

(4) 在声明IUserDAO接口的增加用户信息方法addUser()时,需要将在界面类中实例化的UserDTO对象作为参数传递进来,然后取出封装在UserDTO对象中的数据插入数据库,因此addUser()方法的函数原型可以定义为:public boolean addUser(UserDTO user),在IUserDAO的方法addUser()中将UserDTO类型的对象作为参数,故IUserDAO与UserDTO存在依赖关系。

通过以上分析,该实例参考类图如图1所示:

图1 注册功能参考类图

注意:在绘制类图或其他UML图形时,可以通过注释(Comment)来对图中的符号或元素进行一些附加说明,如果需要详细说明类图中的某一方法的功能或者实现过程,可以使用如图2所示表示方式:

图2 类图注释实例

实例分析3——售票机控制程序

某运输公司决定为新的售票机开发车票销售的控制软件。图I给出了售票机的面板示意图以及相关的控制部件。

图I 售票机面板示意图

售票机相关部件的作用如下所述:

(1) 目的地键盘用来输入行程目的地的代码(例如,200表示总站)。

(2) 乘客可以通过车票键盘选择车票种类(单程票、多次往返票和座席种类)。

(3) 继续/取消键盘上的取消按钮用于取消购票过程,继续按钮允许乘客连续购买多张票。

(4) 显示屏显示所有的系统输出和用户提示信息。

(5) 插卡口接受MCard(现金卡),硬币口和纸币槽接受现金。

(6) 打印机用于输出车票。

(7) 所有部件均可实现自检并恢复到初始状态。

现采用面向对象方法开发该系统,使用UML进行建模,绘制该系统的初始类图。

参考解决方案:

参考类图如下:

类说明:

类 名
说 明
Component 抽象部件类,所有部件类的父类
Keyboard 抽象键盘类
ActionKeyboard 继续/取消键盘类
TicketKindKeyboard 车票种类键盘类
DestinationKeyboard 目的地键盘类
Screen 显示屏类
CardDriver 卡驱动器类
CashSlot 现金(硬币/纸币)槽类
Printer 打印机类
TicketSoldSystem 售票系统类

方法说明:

方法名
说 明
Component 的init()方法 初始化部件
Component 的doSeltTest()方法 自检
Keyboard的getSelectedKey()方法 获取按键值
ActionKeyboard的getAction()方法 继续/取消键盘事件处理
TicketKindKeyboard的getTicketKind()方法 车票种类键盘事件处理
DestinationKeyboard的getDestinationCode()方法 目的地键盘事件处理
Screen的showText()方法 显示信息
CardDriver的getCredit()方法 获取金额
CardDriver的debitFare()方法 更新卡余额
CardDriver的ejectMCard()方法 退卡
CashSlot的getCredit()方法 获取金额
Printer的printTicket()方法 打印车票
Printer的ejectTicket()方法 出票
TicketSoldSystem的verifyCredit()方法 验证金额
TicketSoldSystem的calculateFare()方法 计算费用
posted @ 2019-06-24 14:25  IceArrow  阅读(1613)  评论(0编辑  收藏  举报