用PlantUML和语雀画UML类图

概述

首先阐述一下几个简单概念：

• UML：是统一建模语言（Unified Modeling Language）的缩写，它是一种用于软件工程的标准化建模语言，旨在提供一种通用的方式来可视化软件系统的结构、行为和交互。UML由Grady Booch、Ivar Jacobson和James Rumbaugh三位软件工程专家在1990年代初共同开发，并在1997年被对象管理组织（Object Management Group, OMG）正式采纳。
• PlantUML ：是一个开源工具，它允许我们用文本形式来描绘和创建UML图。在VSCode中可以安装扩展来绘制，而在语雀的MarkDown编辑器中，则可以用"文本绘图"形式直接在文档中创建。
• UML类图：在面向对象语言或开发中类图是最基础也最有用的一种图，它可以描述类的成员以及多个类之间的关系。

在Godot中，我们使用GDScript进行游戏或类库开发时，也需要涉及面向对象开发和类图等，用于清晰表达自己的思路或详实自己的文档。

因为语雀文档内部创建更方便，所以本文主要介绍在语雀中绘制UML类图的方式。

在语雀中创建PlantUML类图

在语雀文档中，在任意一行行首输入"/wbht"，可以找到"文本绘图"，回车即可插入"文本绘图"的Block。

默认插入的"文本绘图"块如下：

点击顶部的"模板"，在下拉列表中选择"类图"：

会自动填充和渲染一个如下的类图：

我们便可以在这个基础上进行UML类图的绘制。

PlantUML类图基础语法

起止标记

首先是起止标记，绘图描述的内容必须包裹在一对@startuml和@enduml标记之间。

@startuml

@enduml

申明元素

在@startuml和@enduml标记之间，我们可以使用特定的语法来申明类图的元素。PlantUML本身支持很多种元素申明，详见：类图的语法和功能

但在GDScript中最常用到的便是类和枚举，其他的元素类型并不支持。

@startuml
class a
enum skills
@enduml

其中：

• 以class为关键字，后面跟类名，可以声明一个类；
• 以enum为关键字，后面跟枚举名，可以声明一个枚举；

上面代码生成的类图如下：

添加类或枚举的成员

以类为例，我们可以使用:（注意前后都有一个空格）来为申明的类添加成员，名称不带()的被视为是属性，带()的被视为是方法。

@startuml
class a
a : name
a : sex
a : age
a : say_hello()
@enduml

上面的代码生成的类图如下：

也可以用花括号语法：

@startuml
class a{
    name
    sex
    age
    say_hello()
}
@enduml

这样的写法更接近于真实代码的形式，可以省去重复的类名和:。

申明成员类型

可以为类的成员申明数据类型。

@startuml
class a{
	String name
	bool sex
	int age
	void say_hello()
}
@enduml

可以采用C风格的前置类型声明：

也可以采用类似GDScript的冒号后置类型申明形式：

@startuml
class a{
	name:String 
	sex:bool
	age:int
	say_hello():void
}
@enduml

设定成员的可访问性

类图可以更具体的标记属性和方法的可访问性，也就是private、protected、public，如果是C++之类的或许可以用上，但是在GDScript中并不涉及这部分。

下面是具体的修饰符和意义。

字符	图标(属性)	图标(方法)	可访问性
-			private 私有
#			protected 受保护
~			package private 包内可见
+			public 公有

下面是一个简单的例子：

@startuml
class a{
	+name:String 
	-sex:bool
	~age:int
	+say_hello():void
}
@enduml

绘制效果如下：

表示静态变量或方法

Godot3.x就支持静态函数，Godot4.x更是支持了静态变量。

在PlantUML类图中我们可以精确的表示静态函数和静态变量成员，以与非静态成员区分。

方法也很简单就是在静态成员之前添加{static}修饰符。

@startuml
class a{
	+ {static} name:String 
	-sex:bool
	~age:int
	+{static}say_hello():void
}
@enduml

绘制效果如下：

可以看到静态成员的名称下添加了下划线。

使用分隔线对成员进行自定义分组

可以在成员之间用--、..、==、__进行自定义分割线的绘制

@startuml
class a{
	ame:String 
	--
	sex:bool
	==
	age:int
	..
	say_hello():void
	__
	say_yes():void
}
@enduml

实际效果如下：

可以看到：

• --是一条比较粗的横线，__是一条比较细的横线
• ==是双横线
• ..是虚线

你也可以在分割线基础上进行分组的命名。

@startuml
class a{
	ame:String 
	-- 性别  --
	sex:bool
	== 年龄 ==
	age:int
	.. 方法 ..
	say_hello():void
	__ 还是方法 __
	say_yes():void
}
@enduml

绘制效果如下：

这样我们可以将成员进行分组，让类的结构更清晰易懂。

多个类之间的关系表示

关系类型	符号	绘图
泛化关系	<|--
组合关系	*--
聚合关系	o--

• --代表实线，可以用..替代表示虚线。
• <|、*和o分别代表箭头的类型

类与类之间的关系可以查阅相关的视频或文档，这里不做赘述，这里只举例说明继承关系的表示。

@startuml
Car <|-- Bus
@enduml

这里我们直接省略class关键字，申明了Car和Bus两个类，并且使用<|--连接它们。

生成的类图如下：

它的含义就是，Car作为父类，Bus作为子类，Bus继承自Car。

• 新手注意：继承关系的箭头是由子类指向父类。

我们可以继续这个例子，添加Car的其他子类型：

@startuml
Car <|-- Bus
Car <|-- motorcycle
Car <|-- bicycle
@enduml

生成类图如下：

在箭头连线上添加文本

可以在整个箭头连线关系的最后，在:后面添加文本信息，用于显示在连线上。

@startuml
Car <|-- Bus:继承自
Car <|-- motorcycle:继承自
Car <|-- bicycle:继承自
@enduml

生成类图如下：

表示类之间的数量关系

也可以用双引号，在连线的起始端和末尾端添加文本，用于表示类似ER（实体关系图）中的"一对一"、"一对多"、"多对多"等关系。

在继承关系中可能使用这种描述不太恰当，可以在"组合"或"聚合"等关系中使用。

下面的代码表示，一个汽车有4个轮子组成：

@startuml
汽车 "1" *-- "4" 轮子:组成
@enduml

生成类图如下：

控制类绘制的位置

在连线之间可以使用up、down、left和right关键字来手动控制类的绘制位置。

以之前的Car派生的例子为例：

@startuml
Car <|-- Bus:继承自
Car <|-- motorcycle:继承自
Car <|-- bicycle:继承自
@enduml

默认绘制为：

通过在表示实线的--之间，指定上下左右方位的关键字：

@startuml
Car <|-left- Bus:继承自
Car <|-up- motorcycle:继承自
Car <|-right- bicycle:继承自
@enduml

就可以将类图渲染为如下形式：

绘制备注

note关键字用于绘制备注。

可以使用note 位置 of 元素的形式，为类、枚举或者其他类图元素设定备注。

@startuml
Car <|-left- Bus:继承自
Car <|-up- motorcycle:继承自
Car <|-right- bicycle:继承自

note bottom of Car:车，基类
note bottom of Bus:公共汽车
note bottom of bicycle:自行车
note left of motorcycle:摩托车
@enduml

绘制效果如下：

还有一种写法，可以省略of 元素，但是需要紧跟在class申明之后，或者指定两个类的关系之后。

@startuml
class Car
note bottom:车，基类

Car <|-left- Bus:继承自
note bottom:公共汽车

Car <|-up- motorcycle:继承自
note left:摩托车

Car <|-right- bicycle:继承自
note bottom:自行车
@enduml

绘制效果如下：

可以看到效果基本上无异。

还可以用note "备注内容" as 变量形式将备注申明为一个类似单独元素的东西。

再使用--或..进行连接：

@startuml
class Car
note "车，基类" as N1
Car -- N1
@enduml

效果如下：

另外，在备注中，可以使用\n进行多行文本的换行控制。

为类图添加标题

使用title关键字可以为类图添加标题。

@startuml
title 车类的继承关系类图
Car <|-left- Bus:继承自
Car <|-up- motorcycle:继承自
Car <|-right- bicycle:继承自

note bottom of Car:车，基类
note bottom of Bus:公共汽车
note bottom of bicycle:自行车
note left of motorcycle:摩托车
@enduml

绘制效果如下：

为类图添加页脚

如果你不喜欢顶部的标题，可以使用footer关键字指定一个底部的页脚。

@startuml

Car <|-left- Bus:继承自
Car <|-up- motorcycle:继承自
Car <|-right- bicycle:继承自

note bottom of Car:车，基类
note bottom of Bus:公共汽车
note bottom of bicycle:自行车
note left of motorcycle:摩托车
footer 车类的继承关系类图
@enduml

绘制效果如下：

Godot中的一些类图实例

上面我们已经学习了如何用PlantUML进行类图的绘制。下面就举一些Godot中的例子。

子类与父类（继承关系）

@startuml

Control <|-- Button
note bottom:泛化关系（继承关系）\n子类指向父类，\n实线空心三角箭头

@enduml

绘图效果：

成员引用（一般关联关系）

@startuml

class class01{
	attr:class02
}

class01 --> class02
note bottom:单向关联关系\n引用者指向被引用者

class class03{
	attr:class04
}

class class04{
	attr:class03
}

class03 -- class04
note bottom:双向关联关系\n箭头消失

class class05{
	sub_itm:class05
}

class05 --> class05
note bottom:自关联关系\n自己的成员变量引用自己

@enduml

绘制效果：

部分与整体（聚合与组合）

@startuml

class Player {
}
note left:玩家
Player -up-|> CharacterBody2D
Player o-- CollisionShape2D
note bottom:碰撞形状
Player o-- Sprite
note bottom:玩家长相
@enduml

绘制效果：

更复杂的可以有：

@startuml
title Godot中2D角色的节点组成结构（2）
class Player {
}
note left:玩家
Player -up-|> CharacterBody2D
Player o-- CollisionShape2D
note bottom:碰撞形状
Shape2D <-down- CollisionShape2D
Player o-- HitBox
note bottom:攻击判定区域
HitBox -up-|> Area2D
CollisionShape2D2 -down-o HitBox
Shape2D <-down- CollisionShape2D2

Player o-- Sprite
note bottom:玩家长相
@enduml

组合关系

@startuml
title Godot中的组合关系
class Tree {
}

Tree *-- TreeItem
note right:组合关系，\n父类由子类组成，\n父类消失，子类失去意义，\n子类消失，父类无法构成。

@enduml

依赖关系

@startuml
title Godot中类的依赖关系
class ShapePoints {
+static rect():PackedVector2Array
}

class myCanvas{
+ draw_rect():void
}


ShapePoints <.. myCanvas
note right: 依赖关系：\n一个类用**局部变量**、\n**方法参数**或者\n**对静态方法的调用**\n来访问另一个类

@enduml

总结

本文带领Godot使用者，学习和使用基础的PlantUML类图绘制技巧。

希望对Godoter们编写和设计自己的类以及类库有所帮助，你也可以用来绘制和讲解设计模式等。

本文不详之处，可以查阅其他大佬的文章或翻找PlantUML官方文档。

若有错误之处，还请指正。