UML类图
UML类图
1、UML概述
UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是当前面向对象软件系统建模的标准语言，通过一系列标准的图形符号来描述系统。UML是一个通用的可视化建模语言，不同于编程语言，它通过一些标准的图形符号和文字对系统进行建模，用于对软件进行描述、可视化处理、构造和建立软件系统制品的文档。
结构：
- 视图（View）：UML视图用于从不同角度来表示待建模系统。视图是由许多图形组成的一个抽象集合，在建立一个系统模型时只有通过定义多个视图，每个视图显示该系统的一个特定方面，才能构造出该系统的完整蓝图，视图也将建模语言链接到开发所选择的方法和过程。UML视图包括用户视图、结构视图、行为视图、实现视图和环境视图。
- 图（Diagram）：UML图是描述UML视图内容的图形。UML2.0提供了13种图，分别是用例图（Use Case Diagram）、类图（Class Diagram）、对象图（Object Diagram）、包图（Package Diagram）、组合结构图（Composite Structure Diagram）、状态图（State Diagram）、活动图（Activity Diagram）、顺序图（Sequence Diagram）、通信图（Communication Diagram）、定时图（Timing Diagram）、交互概览图（Interaction Overview Diagram）、组件图（Component Diagram）、部署图（Deployment Diagram），通过它们之间的相互组合可提供待建模系统的所有视图。
- 模型元素（Model Element）：模型元素是指UML图中所使用的一些概念，它们对应于普通的面向对象概念，如类、对象、消息以及这些概念之间的关系，例如关联关系、依赖关系、泛化关系等。同一个模型元素可以在多个不同的UML图中使用，但无论在哪个图中，同一个模型元素都必须保持相同的意义并具有相同符号。
- 通用机制（General）：UML提供的通用机制为模型元素提供额外的注释、语义和其他信息，这些通用机制也提供了扩展机制，允许用户对UML进行扩展，如定义新的建模元素、扩展原有元素的语义、添加新的特殊信息来扩展模型元素的规则说明等，以便适用于一个特定的方法或过程、组合或用户。
2、类与类的UML表示
在UML2.0的13种图形中，类图是使用最广泛的图形之一，它用于描述系统中所包含的类以及它们之间的相互关系，每一个设计模式的结构都可以使用类图来表示。
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，设计得好的类通常仅有一种职责。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。
类的UML图示
在UML中类使用包含类名、属性、和操作且带有分割线的长方形来表示。如定义一个Employee类，它包含属性name、age和email以及操作modifyInfo()，在UML类图中该类如图所示：
对应的Java代码片段如下：
public class Employee {
private String name;
private int age;
private String email;
public void modifyInfo(){
...
}
}
在UML类图中，类一般由3个部分组成：
-
类名，帕斯卡命名法（Pascal Case），即类名中每个单词的首字母都大写。
-
类的属性（Attributes），表示方式如下：
[可见性] 名称 ：类型 [ = 默认值 ]
可见性：“+”，公有（public）；“-”，私有（private）；“#”，受保护（protected）；“*”，默认的包内可见。
名称：驼峰命名法（Camel Case），即属性中的第一个单词全小写，之后每个单词的首字母大写。
默认值：可选项
-
类的操作（Operations），表示方式如下：
[可见性] 名称（[参数列表]）[ ：返回类型]
可见性：同属性的可见性
名称：驼峰命名法
参数列表：多个参数用逗号隔开
返回类型：可选项，如果是构造方法，则无返回类型
3、类之间的关系
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。在UML类图中用实线连接有关联关系的对象所对应的类，在在使用Java、C#、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。
例如在一个登录界面类LoginForm中包含一个JButton类型的注册按钮loginButton，它们之间可以表示为关联关系，代码实现可以在LoginForm中定义一个名为loginButton的属性对象，其类型为JButton，如图所示：
对应Java代码片段如下：
public class LoginForm {
private JButton loginButton;
...
}
public class JButton {
...
}
在UML类图中，关联关系通常又包含以下几种形式：
-
双向关联
在默认情况下关联是双向的。例如顾客购买商品并拥有商品，反之，卖出的商品总有某个顾客与之相关联。
对应Java代码片段如下：
public class Customer { private Product[] products; ... } public class Product { private Customer customer; ... } -
单向关联
类的关联关系也可以是单向的，单向关联用带箭头的实线表示。例如顾客拥有地址。
对应Java代码片段如下：
public class Customer { private Address address; ... } public class Address { ... } -
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型本身，这种特殊的关联关系称为自关联。例如一个节点类的成员又是节点Node类型的对象。
对应Java代码片段如下：
public class Node { private Node subNode; ... } -
多重性关联
多重性关联关系又称为重数性关联关系，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下所示：
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。
对应Java代码片段如下：
public class Form { private Button[] buttons; ... } public class Button { ... } -
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。例如汽车发动机是汽车的组成部分，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。
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，对应Java代码片段如下：
public class Car { private Engine engine; //构造注入 public Car(Engine engine) { this.engine = engine; } //投值注入 public void setEngine(Engine engine) { this.engine = engine; } ... } public class Engine { ... } -
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。例如人的头与嘴巴，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。
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，对应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 { ... }
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。在大多数情况下，依赖关系体现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driver()方法中能够调用car的move()方法，驾驶员的driver()方法依赖车的move()方法，因此类Driver依赖类Car。
在系统实现阶段，依赖关系通常通过3种方式来实现：第一种（最常用），将一个类的对象作为另一个类中方法的参数；第二种，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，在一个类的方法中调用另一个类的静态方法。上图对应的Java代码片段如下：
public class Driver {
public void drive(Car car) {
car.move();
}
...
}
public class Car {
public void move() {
...
}
...
}
泛化关系
泛化（Generalization）关系也就是继承关系。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，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。
对应Java代码片段如下：
//父类
public class Person {
protected String name;
protected int age;
public void move() {
...
}
public void say() {
...
}
}
//子类
public class Student extends Person {
private String studentNo;
public void study() {
...
}
}
//子类
public class Teacher extends Person {
private String teacherNo;
public void teach() {
...
}
}
接口与实现关系
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。在UML中用与类的表示法类似的方式表示接口。
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。
对应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() {
...
}
}
