UML关系图解 - 技术栈

UML关系图解：以实例说明

概述

UML（统一建模语言）类图是描述系统中类和接口及其关系的有力工具。本文档通过一个简单的图书馆管理系统示例，解释UML类图中的各种关系符号及其含义。

基本符号

类 (Class)

classDiagram class Book { -String title -String author -int year +getTitle() String +setTitle(String) void }

类用矩形表示，分为三个部分：

顶部：类名
中间：属性（字段）
底部：方法（操作）

访问修饰符用符号表示：

+ 表示 public
- 表示 private
# 表示 protected
~ 表示 package/default

类之间的关系

1. 继承/泛化 (Inheritance/Generalization)

继承关系用空心三角形箭头表示，指向父类。

classDiagram class LibraryItem { +String id +String title +checkOut() void +returnItem() void } class Book { +String author +int pages } class DVD { +int duration +String director } LibraryItem <|-- Book LibraryItem <|-- DVD

解释：

Book 继承自 LibraryItem
DVD 继承自 LibraryItem
子类继承父类的所有属性和方法

代码示例：

typescript 复制代码

abstract class LibraryItem {
  id: string;
  title: string;

  checkOut(): void { /* ... */ }
  returnItem(): void { /* ... */ }
}

class Book extends LibraryItem {
  author: string;
  pages: number;
}

class DVD extends LibraryItem {
  duration: number;
  director: string;
}

2. 实现 (Implementation)

实现关系用空心三角形+虚线箭头表示，指向接口。

classDiagram class Searchable { <> +search(query: String) Item[] } class Catalog { -items: LibraryItem[] +addItem(item: LibraryItem) void } Searchable <|.. Catalog

解释：

Catalog 实现了 Searchable 接口
实现类必须提供接口中定义的所有方法

代码示例：

typescript 复制代码

interface Searchable {
  search(query: string): LibraryItem[];
}

class Catalog implements Searchable {
  private items: LibraryItem[];

  search(query: string): LibraryItem[] {
    // 实现搜索逻辑
    return this.items.filter(item => item.title.includes(query));
  }

  addItem(item: LibraryItem): void {
    this.items.push(item);
  }
}

3. 关联 (Association)

关联关系用普通箭头表示，表示两个类之间有连接。

classDiagram class User { +String name +String id } class LibraryCard { +String cardNumber +Date expirationDate } User -- LibraryCard

解释：

用户和图书卡之间有关联关系
双向关联：两个类都可以访问对方

代码示例：

typescript 复制代码

class User {
  name: string;
  id: string;
  card: LibraryCard;
}

class LibraryCard {
  cardNumber: string;
  expirationDate: Date;
  owner: User;
}

4. 定向关联

关联可以是单向的，用单向箭头表示。

classDiagram class Book { +String title } class Author { +String name } Book --> Author

解释：

书籍知道它的作者是谁
但作者不一定知道他写了哪些书

代码示例：

typescript 复制代码

class Author {
  name: string;
}

class Book {
  title: string;
  author: Author; // Book引用Author
}

5. 聚合 (Aggregation)

聚合关系用空心菱形+箭头表示，表示"整体-部分"关系，但部分可以独立于整体存在。

classDiagram class Library { +String name +String location } class LibraryBranch { +String branchName +String address } Library o-- LibraryBranch

解释：

图书馆包含多个分馆
分馆可以独立存在，即使主图书馆不存在

代码示例：

typescript 复制代码

class LibraryBranch {
  branchName: string;
  address: string;
}

class Library {
  name: string;
  location: string;
  branches: LibraryBranch[] = [];

  addBranch(branch: LibraryBranch): void {
    this.branches.push(branch);
  }
}

6. 组合 (Composition)

组合关系用实心菱形+箭头表示，表示更强的"整体-部分"关系，部分不能独立于整体存在。

classDiagram class Book { +String title } class Chapter { +String title +int number } Book *-- Chapter

解释：

书籍由章节组成
章节不能独立于书籍存在，删除书籍时章节也会被删除

代码示例：

typescript 复制代码

class Chapter {
  title: string;
  number: number;

  constructor(title: string, number: number) {
    this.title = title;
    this.number = number;
  }
}

class Book {
  title: string;
  chapters: Chapter[] = [];

  constructor(title: string) {
    this.title = title;
  }

  addChapter(title: string): void {
    const number = this.chapters.length + 1;
    this.chapters.push(new Chapter(title, number));
  }
}

7. 依赖 (Dependency)

依赖关系用虚线箭头表示，表示一个类使用另一个类。

classDiagram class LibrarySystem { +generateReport() Report } class Report { +String content +Date generatedDate } LibrarySystem ..> Report

解释：

图书馆系统依赖于报告类
图书馆系统使用报告类，但不存储报告对象

代码示例：

typescript 复制代码

class Report {
  content: string;
  generatedDate: Date = new Date();
}

class LibrarySystem {
  generateReport(): Report {
    const report = new Report();
    report.content = "Library Status Report";
    return report;
  }
}

多重性 (Multiplicity)

关系线上的数字表示多重性，指示一个类的实例可以关联到另一个类的多少个实例。

classDiagram class User { +String name } class Book { +String title } User "1" -- "0..*" Book : borrows

常见多重性表示：

1 表示正好一个
0..1 表示零个或一个
* 或 0..* 表示零个或多个
1..* 表示一个或多个
m..n 表示最少m个、最多n个

完整的示例：图书馆管理系统

下面是一个更完整的图书馆管理系统UML类图示例，展示了各种关系类型。

classDiagram class LibraryItem { <> +String id +String title +boolean isAvailable +checkOut() void +returnItem() void } class Book { +String author +int pages +String ISBN } class DVD { +int duration +String director } class Searchable { <> +search(query: String) LibraryItem[] } class Library { +String name +addItem(item: LibraryItem) void +removeItem(id: String) void } class LibraryBranch { +String branchName +String address } class User { +String name +String id +borrowItem(item: LibraryItem) void +returnItem(item: LibraryItem) void } class Librarian { +String employeeId +processReturn(item: LibraryItem) void } class Catalog { -items: LibraryItem[] +addItem(item: LibraryItem) void } class ReportGenerator { +generateBorrowingReport() Report } class Report { +String content +Date generatedDate } LibraryItem <|-- Book LibraryItem <|-- DVD Searchable <|.. Catalog User <|-- Librarian Library o-- LibraryBranch Library *-- Catalog Library "1" -- "0..*" LibraryItem User "1" -- "0..*" LibraryItem : borrows > ReportGenerator ..> Report Catalog "1" -- "*" LibraryItem

小结

UML类图中主要的关系类型及其符号为：

关系	符号	含义
继承/泛化	空心三角形实线箭头 ◁---	子类继承父类
实现	空心三角形虚线箭头 ◁...	类实现接口
关联	普通箭头 --->	两个类之间有联系
聚合	空心菱形+箭头 ◇---	整体包含部分，但部分可独立存在
组合	实心菱形+箭头 ♦---	整体包含部分，部分不可独立存在
依赖	虚线箭头 ...>	一个类使用另一个类