什么是UML?
UML,Unified Modeling Language 统一建模语言,它是可视化软件系统设计的标准方法,UML 是一种经典的建模语言,包含了系统论、工程思想,以及架构学的元素。
UML 包含多种图表,用于表示系统的不同方面,以下是主要的 UML 图表类型:
- 用例图(Use Case Diagram):描述系统功能及其与外部实体(如用户或其他系统)的交互。
- 类图(Class Diagram):描述系统的静态结构,包括类、属性、方法及类之间的关系。
- 对象图(Object Diagram):展示特定时刻系统中对象的实例及其关系,通常是类图的实例化。
- 顺序图(Sequence Diagram):显示对象之间按时间顺序进行的交互,强调消息的发送和接收。
- 通信图(Communication Diagram):又称协作图,展示对象之间的交互,强调对象之间的连接和消息流。
- 状态图(State Diagram):描述对象在其生命周期中所经历的状态变化及状态之间的转移。
- 活动图(Activity Diagram):描述系统中的活动流程,强调并行和分支控制流。
- 组件图(Component Diagram):描述系统的物理组件及其相互关系,通常用于显示代码结构。
- 部署图(Deployment Diagram):描述系统的物理部署架构,包括硬件节点及其之间的通信关系。
- 包图(Package Diagram):组织类和其他模型元素,展示系统的包及其依赖关系。
- 定时图(Timing Diagram):描述对象状态或条件随时间变化的图表,常用于实时系统建模。
什么是 UML 类图?
UML Class Diagram(UML 类图),它是 UML 中使用最广泛的一种,提供了面向对象系统的静态视图,展示了它的类、属性、方法以及对象之间的关系。
在本文中,我们将探讨 UML 类图的构建块、如何表示它们、不同类型的类关系,并为每种表示形式提供真实世界的示例。
UML 类图的组成
UML 类图由以下构建基块组成:
- Class(类)
- Attributes(属性)
- Methods(方法)
- Interfaces(接口)
- Abstract Class(抽象类)
- Enumeration(枚举)
1.Class
类是定义对象的属性和行为的蓝图或模板。
如下示例,有一个 BankAccount 类以及用 UML 类图表示方式:
public class BankAccount {
private String accountNumber;
protected double balance;
public void deposit(double amount) {
this.balance = amount;
}
public void withdraw(double amount) {
balance += amount;
}
private void updateBalance(double amount) {
balance += amount;
}
String getAccountInfo() {
return accountNumber;
}
}
类表示为矩形,分为三个区间:
- 顶部:表示类的名称,类的唯一标识符(例如,BankAccount);
- 中间:表示与类关联的属性或数据(例如,accountNumber、balance);
- 底部:表示类对象可以执行的方法(例如,deposit()、updateBalance());
可见性标记:可见性标记指示类中属性和方法的可访问权限,可见性通常有以下 4种:
- + (Public):可以从任何类访问属性或方法。
- - (Private):属性或方法只能在同一类中访问。
- # (Protected):属性或方法在同一类及其子类中是可访问的。
- ~(Package):属性或方法在同一包中是可访问的。
2.Attributes
UML 类图中的属性表示类的属性或数据字段。
属性的定义通常为下面的形式:
- username : String
- -:代表属性的访问权限。
- username:代表属性的名称。
- String:代表属性的数据类型。
如下示例,有一个 Person类,以及用 UML 类图表示方式:
public class Person {
private String name;
protected int age;
public String email;
String phoneNumber = "187xxxx1234";
}
2.Methods
UML 类图中的方法(或操作)表示类可以执行的功能或行为。
属性的定义通常为下面的形式:
+ sum(int a, int b): int
- +,代表属性的访问权限;
- sum:代表方法的名称;
- (int a, int b),代表参数列表,以逗号分隔的参数列表,每个参数都指定为名称和类型;
- int,代表方法返回的数据类型。
如下示例,展示一个 Person类中 4种访问权限的方法:
3.Interfaces
接口被描述为一个类矩形,接口名称上方带有关键字 «interface»,接口中的方法大部分上是抽象的,但是也有一些 default 方法。
如下示例,定义了一个 Drawable 接口,以及用 UML 类图表示的方式:
public interface Drawable {
public void draw();
private void erase(){ }
}
4.Abstract Class
抽象类是无法实例化的类,在 UML 中的抽象类用斜体表示类名,在类名上方用关键字 《abstract》表示。类中的抽象方法通常也以斜体显示。
如下示例,定义了一个 Shape 抽象类,以及用 UML 类图表示的方式:
public abstract class Shape {
public double area;
public abstract double getArea();
}
5.Enumeration
枚举是一种数据类型,用于定义一组命名值(例如,颜色、星期、月份等)。在 UML 类图中,在枚举名称上方用关键字 «enumeration» 表示,枚举的值列在类框中。
如下示例,定义了一个 Color 枚举,以及用 UML 类图表示的方式:
public enum Color {
RED, GREEN, BLUE
}
UML 类图中的关系
在 UML 类图中,类之间的关系主要有以下 6种类型:
- Association(关联)
- Aggregation(聚合)
- Composition(组合)
- Inheritance(继承)
- Implementation(实现)
- Dependency(依赖)
这六种关系的箭头如下所示:
1.Association
Association(关联),表示两个类之间的 uses-a 关系,其中一个类使用另一个类或与另一个类交互。
如下示例:学生班级与课程班级相关联,因为学生可以注册多个课程。
2.Aggregation
Aggregation(聚合),表示 has-a关系, 一个类(整体)包含另一个类(部分),但包含的类可以独立存在。
如下示例:Car 类具有 Engine 类,但 Engine 类可以在没有 Car 类的情况下存在。
3.Composition
Composition(组成),代表了一种强烈的 has-a 关系,在这种关系中,没有整体,部分就无法存在。如果整体被破坏,部分也被破坏。
如下示例:House 类由 Room 类组成,但 Room 类不能没有 House 类而存在。
4.Inheritance
Inheritance(继承或泛化),表示一种 is-a 关系,其中一个类(子类)继承另一个类(超类)的属性和方法。
如下示例:Dog 类和 Cat 类继承自 Animal 类,因为狗和猫都是动物。
5.Implementation
Implementation(实现),表示类和接口之间的关系,其中类实现接口中声明的方法。
示例:Rectangle 类和 Circle 类实现了 Shape 接口,该接口声明了 getArea() 方法。
6.Dependency
Dependency(依赖),代表一种 uses 关系,其中一个类别的变化可能会影响另一个类别。
如下示例:Customer 类使用 Order 类下订单。
最后,我们再对上面几种关系给出一个全面的示例:
总结
UML 类图是软件工作中很重要的一个知识点,作为程序员,我们一定要掌握,最后对 UML 类图做个总结:
UML 类图由以下构建基块组成:
- Class(类)
- Attributes(属性)
- Methods(方法)
- Interfaces(接口)
- Abstract Class(抽象类)
- Enumeration(枚举)
类之间的关系主要有以下 6种类型:
- Association(关联)
- Aggregation(聚合)
- Composition(组合)
- Inheritance(继承)
- Implementation(实现)
- Dependency(依赖)