UML类图介绍以及关系详解

时间:2024-04-03 10:03:37

1.什么是UML

Unified Modeling Language (UML)又称统一建模语言或标准建模语言,是始于1997年一个OMG标准,它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言,为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持,包括由需求分析到规格,到构造和配置。 
UML规范用来描述建模的概念有,类(对象的)、对象、关联、职责、行为、接口、用例、包、顺序、协作,以及状态。

2.什么是UML类图

UML类图是一种结构图,用于描述一个系统的静态结构。类图以反映类结构和类之间关系为目的,用以描述软件系统的结构,是一种静态建模方法。类图中的类,与面向对象语言中的类的概念是对应的。

在系统设计阶段,类图直接引导面向对象的编程语言实现类。类图是生成代码的核心要图。如果类图设计得好,整个系统的代码框架可以有类图自动生成,大大简化了系统编码所耗费的时间。因此,我们进一步:利用类图,使得代码的编写编程一种自动化工作,而整个信息系统的建设中心都可以集中到分析设计上来。

绘制UML工具

3.类结构

在类的UML图中,使用长方形描述一个类的主要构成,长方形垂直地分为三层,以此放置类的名称属性方法

UML类图介绍以及关系详解

其中,一般类的类名用正常字体粗体表示,如上图;抽象类名用斜体字粗体,如User;接口则需在上方加上<<interface>>

属性和方法都需要标注可见性符号,+代表public#代表protected(friendly也归入这类),-代表private

另外,还可以用冒号:表明属性的类型和方法的返回类型,如+$name:string+getName():string。

(1)属性的完整表示方式是这样的:

可见性  名称 :类型 [ = 缺省值]

中括号中的内容表示是可选的。

(2)方法的完整表示方式如下:

可见性  名称(参数列表) [ : 返回类型]

同样,中括号中的内容是可选的。

4.类关系

类与类之间的关系主要有六种:继承实现组合聚合关联依赖,这六种关系的箭头表示如下,

UML类图介绍以及关系详解

41.继承

继承关系也称泛化关系(Generalization),用于描述父类与子类之间的关系。父类又称作基类,子类又称作派生类。

继承关系中,子类继承父类的所有功能,父类所具有的属性、方法,子类应该都有。子类中除了与父类一致的信息以外,还包括额外的信息。

【箭头指向】:带三角箭头的实线,箭头指向父类

例如:公交车、出租车和小轿车都是汽车,他们都有名称,并且都能在路上行驶。

UML类图介绍以及关系详解

4.2 实现

实现关系(Implementation),主要用来规定接口和实现类的关系

接口(包括抽象类)是方法的集合,在实现关系中,类实现了接口,类中的方法实现了接口声明的所有方法。

【箭头指向】:带三角箭头的虚线,箭头指向接口(还有一种棒棒糖表示法,在下面大话设计模式举例中有)

例如:汽车和轮船都是交通工具,而交通工具只是一个可移动工具的抽象概念,船和车实现了具体移动的功能。
UML类图介绍以及关系详解

4.3 组合关系

组合关系(Composition):整体与部分的关系,但是整体与部分不可以分开

组合关系表示类之间整体与部分的关系,整体和部分有一致的生存期。一旦整体对象不存在,部分对象也将不存在,是同生共死的关系。

【代码体现】:成员变量

【箭头及指向】:带实心菱形的实线,菱形指向整体

例如:人由头部和身体组成,两者不可分割,共同存在。

UML类图介绍以及关系详解

4.4 聚合关系

聚合关系(Aggregation):整体和部分的关系,整体与部分可以分开。

聚合关系也表示类之间整体与部分的关系,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独立存在。

【代码体现】:成员变量

【箭头及指向】:带空心菱形的实心线,菱形指向整体

例如:公交车司机和工衣、工帽是整体与部分的关系,但是可以分开,工衣、工帽可以穿在别的司机身上,公交司机也可以穿别的工衣、工帽。

UML类图介绍以及关系详解

4.5 关联关系

关联关系(Association):表示一个类的属性保存了对另一个类的一个实例(或多个实例)的引用

关联关系是类与类之间最常用的一种关系,表示一类对象与另一类对象之间有联系。组合、聚合也属于关联关系,只是关联关系的类间关系比其他两种要弱。

关联关系有四种:双向关联单向关联自关联多重数关联

【代码体现】:成员变量

【箭头及指向】:带普通箭头的实心线,指向被拥有者

例如:汽车和司机,一辆汽车对应特定的司机,一个司机也可以开多辆车。

UML类图介绍以及关系详解

在UML图中,双向的关联可以有两个箭头或者没有箭头,单向的关联或自关联有一个箭头

4.6 依赖关系

依赖关系(Dependence):假设A类的变化引起了B类的变化,则说名B类依赖于A类。

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

依赖关系是一种“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。

【代码表现】:局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用

【箭头及指向】:带箭头的虚线,指向被使用者

例如:汽车依赖汽油,如果没有汽油,汽车将无法行驶。

UML类图介绍以及关系详解

各种关系的强弱顺序:

继承 > 实现 > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖

上述关系的完整类图如下:

UML类图介绍以及关系详解

最后作为复习,我们借鉴《大话设计模式》一书上举例子来通俗且完整的说明:

UML类图介绍以及关系详解

首先,看动物矩形框,它代表一个类(Class)。类图分三层,第一层显示类的名称,如果是抽象类,则就用斜体显示。第二层是类的特性,通常就是字段和属性。第三层是类的操作,通常是方法或行为。前面的符号,表示public表示private表示protected

UML类图介绍以及关系详解

右下角的飞翔,它表示一个接口图,与类图的区别主要是顶端的<<interface>>显示。第一行是接口名称,第二行是接口方法。

UML类图介绍以及关系详解

接口还有另一种表示方法,俗称棒棒糖表示法,如下图。唐老鸭是能讲人话的鸭子,实现了讲人话的接口。

UML类图介绍以及关系详解

接下来的是类与类,类与接口之间的关系了。首先注意动物、鸟、鸭、唐老鸭之间的关系符号。它们都是继承的关系,继承关系用空心三角形 + 实线来表示的。

UML类图介绍以及关系详解

       上述所列举的几种鸟中,大雁最能飞,让它实现了飞翔接口。实现接口用空心三角形 + 虚线来表示。

UML类图介绍以及关系详解

       企鹅和气候两个类,企鹅是很特别的鸟,会游不会飞。更重要的是,它与气候有很大的关联。我们不去讨论为什么北极没有企鹅,为什么它们要每年长途跋涉。总之,企鹅需要知道气候的变化,需要了解气候规律。当一个类知道另一个类时,可以用关联(association)。关联关系用实线箭头来表示。

UML类图介绍以及关系详解

       再来看大雁和雁群这两个类,大雁是群居动物,每只大雁都是属于一个雁群,一个雁群可以有多只大雁。所以它们之间就满足聚合(Aggregation)关系。聚合表示一种弱的拥有关系,体现的是A对象可以包含B对象,但B对象不是A对象的一部分。聚合关系用空心的菱形 + 实线箭头来表示。

UML类图介绍以及关系详解

       组合(Composition)是一种强的拥有关系,体现了严格的部分和整体的关系,部分和整体的生命周期一样。在这里鸟和其翅膀就是组合关系,因为它们是部分和整体的关系,并且翅膀和鸟的生命周期是相同的。组合关系用实习的菱形 + 实线箭头来表示。另外,你会注意到合成关系的连线两端还有一个数字1和数字2,这被称为基数。表明这一端的类可以有几个实例,很显然,一个鸟应该有两只翅膀。如果一个类可能有无数个实例,则就是n来表示。关系关系、聚合关系也可以有基数的。

UML类图介绍以及关系详解

       动物的几大特征,比如有新陈代谢,能繁殖。而动物要有生命力,需要氧气、水以及食物等。也就是说,动物依赖于氧气和水。他们之间是依赖关系(Dependency),用虚线箭头来表示。

UML类图介绍以及关系详解

参考,感谢以下大佬的资料:

UML类图几种关系的总结

UML类图详解

UML详解之二——类图

五分钟读懂UML类图

大话设计模式——UML图