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一篇文章讲清面向对象的UML类图

这篇文章来总结下UML类图,本来不打算讲UML类图的,因为我在学习设计模式的时候,一遇到有关UML的就会自动忽略,一看感觉就很复杂。但是随着学习的深入,发现不掌握UML类图,对设计模式或者某一个框架没有整体的把控。所以与其逃避,不如敢于面对,今天就让我们一起来了解下什么是UML类图。

说到UML类图,我们先来看下什么是UML。在维基百科上对它的定义如下:

UML即统一建模语言(Unified Modeling Language),它是一种开放的方法,用于说明、可视化、构建和编写一个正在开发的、面向对象的、软件密集系统的制品的开放方法。UML展现了一系列最佳工程实践,这些最佳实践在对大规模,复杂系统进行建模方面,特别是在软件架构层次已经被验证有效。

从定义上看可能有点抽象,说白了就是一种由图表组成的标准化建模语言,一般我们理解的语言都是由文字组成,而这种统一建模语言是由图表组成的。我们知道开发一个软件系统,不光只有程序员参与,另外还有分析师、设计师、测试人员等等,为了让不同人能够理解交流这个软件系统,就诞生出了这么一套语言。我们说过这个语言是有图表组成的,这里的图表有好几种类型,最常用的有:用例图、类图、序列图、状态图、活动图、组件图和部署图等。由于本文主要讲解类图,其他就不深入了解了,感兴趣的同学可以上网搜索这方面的内容。

好了言归正传,我们重点看下类图,类图描述了我们软件系统中类与类的关系。既然描述是类与类的关系,我们就先来看下一个类是如何表示的,再来看下他们之间的关系。首先我们定义一个非常简单的Person类,代码如下:

这个Person类很简单,定义了两个字段name和age其中age有一个初始化值1,另外定义name和age的set、get方法。很简单,然后我们来看下这个类在UML类图中是如何表示的:

单个类图

可以看到我们画了一个矩形,然后从上到下分割成三格,第一格为类名,第二格为类中字段属性,这里属性的表达也是有一定格式的,如下:

由于这里我们的name和age都是私有的,所以在前面加一个-,另外还有其他几种权限:public 、protected、default,它们分别对应+、#、~。由于我们这里的age有一个默认值1,所以在类型后面再加上‘=1’来表示。接下来来看下第三格,第三格为类的方法,其格式如下:

也很简单,相信你一看就会,其中返回类型是可选项,这里就不做过多的解释了。

类之间的关系

好了,上面我们简单了解了下,一个类在类图中的表示方式,接下我们来了解下类与类的关系,类与类一共有如下几种关系:泛化(Generalization)、实现(Realization)、依赖(Dependence)、关联(Association)、聚合(Aggregation)、组合(Composition)。

想必大家一定听过这么一首儿歌:我在马路边捡到一分钱然后交给警察叔叔。接下来我就根据这个故事来一个一个讲解下类与类之间的关系。

泛化关系

泛化关系在Java中也叫作继承关系,在UML中我们用带空心三角形的直线来表示,我们增加两个类,一个Studen类,一个警察Policemen类,两个类均继承自Person类,那么他们的类关系图表示如下:

泛化关系

实现关系

这里的实现关系就是Java中类与接口的实现关系,在UML中我们用带空心三角形的虚线表示。由于Student和Policeman都职业,学生的职业就是学习,而警察的职业为保护人民。所有这里我们定义一个接口,里面有一个职业的方法:

这个接口用UML类图表示如下:

接口

可以看到在接口名字上多了一个<<interfac>>字符来表示这个为接口。接下来我们让Student和Policeman都实现这个接口,UML类图如下:

实现关系

依赖关系

依赖关系是一种很弱的关系,一般是指一个类使用另一个类,这里学生捡到钱交给警察叔叔,学生和警察叔叔就是一种依赖关系。因为学生捡到钱给警察是一种偶然的事情,交给警察后他们之间就没有关系了。我们在学生类中加入一个交钱的方法,在警察类中加入一个收钱的方法,当调用学生的交钱方法时,就调用警察的收钱方法。Student的代码如下:

可以看到Student类中引用了Policemen类,也就是说Student依赖了Policemen,这种依赖关系我们用带箭头的虚线表示,箭头指向被依赖对象,这里也就是Policemen,UML类图表示如下:

依赖关系

关联关系

关联关系是一种比较强的关系,他们的关系是比较持久的,稳定的。比如学生从家里出来,学生和家就是一种关联关系。这种关系是比较稳定的。关联分单向关联和双向关联,如果一个类知道或者引用了另一个类,而另一个类不知道或者没有引用这个类,则这两个类是单向关联的。比如这里学生与家的关系就是单向关联的,因为每个学生都是有个家的(不考虑孤儿),但不能说每个家里都有学生。单向关联我们用带箭头的实线表示,箭头指向被引用或者被包含的类,这里也就是家这个类。示例如下:

单向关联

双向关联是两个类彼此都知道对方的存在,比如老师与学生的关系就是双向的。小明的语文老师是张老师,张老师的学生有小明。双向关联用不带箭头的实线来连接两个类。示例如下:

双向关联

聚合关系

聚合关系是一种特殊的关联关系,聚合关系强调的是整体和部分的关系,其中部分可以脱离整体而存在。比如雁群和一只大雁的关系,就是聚合关系,大雁离开雁群还是可以独立存在的。再比如警察与制服的关系,制服也是警察的一部分,制服可以脱离警察而存在。在UML类图中聚合用带空心菱形的直线表示,其中菱形指向整体:

聚合关系

组合关系

组合关系也是一种特殊的关联关系,它与聚合关系很像,也是强调整体与部分的关系,不同的是部分无法脱离整体存在。比如学生用手捡钱,其中手就是学生的一部分,但是手不能脱离学生而单独存在。要是手能独立存在想想就可怕。。。这里我们称学生与手为组合关系,用带实心的菱形直线表示,其中菱形指向整体:

组合关系

好了,这几种关系到这里也就差不多了,其实你会发现,依赖、关联、聚合、组合这几种关系强度是越来越强的:组合>聚合>关联>依赖。

最后,你会发现你已经不知不觉用UML类图完成上面小学生捡钱的故事:

完整类图

注:本文采用的画图工具为StarUML,有需要的可以上网下一下

本文分享自微信公众号 - Linyb极客之路(gh_c420b2cf6b47),作者:itworld123

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原始发表时间:2019-06-18

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