【设计模式】UML类图

目录

前言

一、类图概述

二、类图的作用

三、类图表示法

四、类之间关系的表示方法

[1. 关联关系](#1. 关联关系)

[1.1 单向关联](#1.1 单向关联)

[1.2 双向关联](#1.2 双向关联)

[1.3 自关联](#1.3 自关联)

[2. 聚合关系](#2. 聚合关系)

[3. 组合关系](#3. 组合关系)

[4. 依赖关系](#4. 依赖关系)

[5. 继承关系](#5. 继承关系)

[6. 实现关系](#6. 实现关系)

总结


前言

统一建模语言( Unified Modeling Language , UML )是用来设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。UML从目标系统的不同角度出发,定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等 9 种图。学习UML类图有助于理解设计模式中画出来的各种类图。

一、类图概述

类图 (Class diagram)是显示了模型的静态结构,特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。类图不显示暂时性的信息。类图是面向对象建模的主要组成部分。

二、类图的作用

在软件工程中,类图是一种静态的结构图,描述了系统的类的集合,类的属性和类之间的关系,可以简化了人们对系统的理解;类图是系统分析和设计阶段的重要产物,是系统编码和测试的重要模型。

三、类图表示法

在 UML 类图中,类使用包含类名、属性 (field) 和方法 (method) 且带有分割线的矩形来表示,比如
下图表示一个 Employee 类,它包含 name,age 和 address 这 3 个属性,以及 work() 方法。


属性 / 方法名称前加的加号和减号表示了这个属性 / 方法的可见性, UML类图中表示可见性的符号有三种:

  • +:表示public
  • -:表示private
  • #:表示protected

属性的完整表示方式是: 可见性 名称 :类型 [ = 缺省值]
方法的完整表示方式是: 可见性 名称(参数列表) [ : 返回类型]

注意:
1 ,中括号中的内容表示是可选的
2 ,也有将类型放在变量名前面,返回值类型放在方法名前面

四、类之间关系的表示方法

1. 关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系,用于表示一类对象与另一类对象之间的联系,如老师和学生、师傅和徒弟、丈夫和妻子等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系,分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。我们先介绍一般关联。关联又可以分为单向关联,双向关联,自关联。

1.1 单向关联


在 UML 类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。上图表示每个顾客都有一个地址,这通过让
Customer 类持有一个类型为 Address 的成员变量类实现。

1.2 双向关联


从上图中我们很容易看出,所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。在 UML 类图中,双向关联用一个不带箭头的直线表示。上图中在 Customer类中维护一个List<Product> ,表示一个顾客可以购买多个商品;在 Product 类中维护一个 Customer类型的成员变量表示这个产品被哪个顾客所购买。

1.3 自关联


自关联在 UML 类图中用一个带有箭头且指向自身的线表示。上图的意思就是 Node 类包含类型为 Node的成员变量,也就是 " 自己包含自己 " 。

2. 聚合关系

聚合关系是关联关系的一种,是强关联关系,是整体和部分之间的关系。聚合关系也是通过成员对象来实现的,其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而独立存在。例如,学校与老师的关系,学校包含老师,但如果学校停办了,老师依然存在。在 UML类图中,聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示,菱形指向整体。下图所示是大学和教师的关系图:

3. 组合关系

组合表示类之间的整体与部分的关系,但它是一种更 强烈的聚合关系 。在组合关系中,整体对象可以控制部分对象的生命周期,一旦整体对象不存在,部分对象也将不存在,部分对象不能脱离整体对象而存在。例如,头和嘴的关系,没有了头,嘴也就不存在了。在 UML 类图中,组合关系用带实心菱形的实线来表示,菱形指向整体。下图所示是头和嘴的关系图:

4. 依赖关系

依赖关系是一种使用关系,它是对象之间 耦合度最弱 的一种关联方式,是临时性的关联。在代码中,某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类(被依赖类)中的某些方法来完成一些职责。在 UML类图中,依赖关系使用带箭头的虚线来表示,箭头从使用类指向被依赖的类。下图所示是司机和汽车的关系图,司机驾驶汽车:

5. 继承关系

继承关系是对象之间 耦合度最大 的一种关系,表示一般与特殊的关系,是父类与子类之间的关系,是一种继承关系。在 UML类图中,泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示,箭头从子类指向父类。在代码实现时,使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如, Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类,其类图如下图所示:

6. 实现关系

实现关系是接口与实现类之间的关系。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所有的抽象操作。在 UML类图中,实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示,箭头从实现类指向接口。例如,汽车和船实现了交通工具,其类图如下图 所示。

总结

本文介绍了UML(统一建模语言)中的类图及其重要性,包括类图的基本概念、作用以及表示方法。类图主要用于描述系统的静态结构,展示了系统中各个类及其相互之间的关系,对于软件的设计、理解和维护具有重要作用。此外,熟悉这些概念还有助于团队成员之间的沟通,确保软件设计的一致性和可维护性。

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