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UML-类图

【文章】2021-04-26

简介UML-类图

面向对象设计

面向对象设计主要就是使用UML的类图,类图用于描述系统中所包含的类以及它们之间的相互关系,帮助人们简化对系统的理解,它是系统分析和设计阶段的重要产物,也是系统编码和测试的重要模型依据


类的UML画法

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子的功能,要承担什么样子的义务。一个类可以有多种职责,但是设计得好的类一般只有一种职责。

假如我现在定义了这么一个类那么此类对应的UML为:


看到该图分为三层:最顶层的为类名,中间层的为属性,最底层的为方法。

属性的表示方式为:【可见性】【属性名称】:【类型】={缺省值,可选}

方法的表示方式为:【可见性】【方法名称】(【参数列表】):【类型】 

可见性都是一样的,"-"表示private、"+"表示public、"#"表示protected

 

继承关系

继承也叫作泛化(Generalization),用于描述父子类之间的关系,父类又称为基类或者超类,子类又称作派生类。在UML中,泛化关系用带空心三角形的实线来表示。


抽象继承关系

上面的继承是普通的继承,在Java中,除了普通的继承之外,众所周知的还有一种抽象的继承关系,因此就再讲讲抽象继承关系,作为上面的继承的补充。

比方说我想实现一个链表(Link),插入(insert)与删除(remove)动作我想让子类去实现,链表本身只实现统计链表中元素个数的动作(count),然后有一个子类单向链表(OneWayLink)去实现父类没有实现的动作。

在UML中,抽象类无论类名还是抽象方法名,都以斜体的方式表示,因为这也是一种继承关系,所以子类与父类通过带空心三角形的实线来联系。

 

实现关系

很多面向对象的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中用与类类似的方法表示接口,假设我有一个Animal,那么它的UML应当表示为:


很简单,注意在方法上应当有<<interface>>表示这是一个接口。接口一般没有属性,所以这里中间层没有,有属性要注意也都是常量。

此时应当使用带空心三角形的虚线来表示。

两个抽象方法,Dog和Cat的实现将不一样,当然,在Dog和Cat之中,也可以增加Dog和Cat自己的变量和方法。


关联关系

关联(Assocition)关系是类与类之间最常见的一种关系,它是一种结构化的关系,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。在UML类图中,用实线连接有关联关系的对象所对应的类,在Java中通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量。关联关系分单向关联、双向关联、自关联,逐一看一下。

1、单向关联关系

单向关联指的是关联只有一个方向,比如顾客(Customer)拥有地址(Address)

2、双向关联关系

默认情况下的关联都是双向的,比如顾客(Customer)购买商品(Product),反之,卖出去的商品总是与某个顾客与之相关联,这就是双向关联。

3、自关联关系

自关联,指的就是对象中的属性为对象本身,这在链表中非常常见,单向链表Node中会维护一个它的前驱Node,双向链表Node中会维护一个它的前驱Node和一个它的后继Node。就以单向链表为例,它的Java写法为:

public class Node
{    
   private Node nextNode; }

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,如汽车(Car)与引擎(Engine)、轮胎(Wheel)、车灯(Light)

代码实现聚合关系,成员对象通常以构造方法、Setter方法的方式注入到整体对象之中


组合关系

组合(Composition)关系也表示的是一种整体和部分的关系,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,成员对象也不存在,整体对象和成员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。

比如人的头(Head)和嘴巴(Mouth)、鼻子(Nose),嘴巴和鼻子是头的组成部分之一,一旦头没了,嘴巴也没了,因此头和嘴巴、鼻子是组合关系。

代码实现组合关系,通常在整体类的构造方法中直接实例化成员类,这是因为组合关系的整体和部分是共生关系,如果通过外部注入,那么即使整体不存在,那么部分还是存在的,这就相当于变成了一种聚合关系了。

 

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。

比如,驾驶员(Driver)开车,Driver类的drive()方法将车(Car)的对象作为一个参数传递,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,因此也可以说Driver依赖Car,Java代码为:

public interface Car
{    
    public void move();
}

public class Driver
{    public void drive(Car car)
    {
        car.move();
    }
}

依赖关系通常通过三种方式来实现:

  1. 将一个类的对象作为另一个类中方法的参数

  2. 在一个类的方法中将另一个类的对象作为其对象的局部变量

  3. 在一个类的方法中调用另一个类的静态方法

  4. 将一个类作为另一个类中方法的返回类型

 

关联关系、聚合关系、组合关系之间的区别

从上文可以看出,关联关系、聚合关系和组合关系三者之间比较相似,本文的最后就来总结一下这三者之间的区别。

关联和聚合的区别主要在于语义上:关联的两个对象之间一般是平等的,聚合则一般是不平等的

聚合和组合的区别则在语义和实现上都有差别:组合的两个对象之间生命周期有很大的关联,被组合的对象在组合对象创建的同时或者创建之后创建,在组合对象销毁之前销毁,一般来说被组合对象不能脱离组合对象独立存在,而且也只能属于一个组合对象;聚合则不一样,被聚合的对象可以属于多个聚合对象

再举例子来说:

  • 你和你的朋友属于关联关系,因为你和你的朋友之间的关系是平等的,关联关系只是表示一下两个对象之间的一种简单的联系而已,就像我有一个朋友

  • 你和你借的书属于聚合关系,第一是因为书可以独立存在,第二是因为书不仅仅属于你,也可以属于别人,只是暂时你拥有

  • 你和你的心脏属于组合关系,因为你的心脏只是属于你的,不能脱离与你而存在

继承(泛化):类继承类,接口继承接口 ------------is a

实现:类实现接口 ------------like a

依赖:一个类作为另一个类的返回值类型,形参类型,局部变量类型

关联:一个类作为另一个类的成员变量类型 ------------has a

聚合:一个类作为另一个类的成员变量类型,但不能决定其生命周期

组合:一个类作为另一个类的成员变量类型,可以决定其生命周期

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