UML图学习之二 类图

类图（ClassDiagrams）是根据系统中的类以及各类之间的关系描述系统的静态视图。类图不仅显示系统内信息的结构，还描述系统内这些信息的行为。类图的一个重要目的是为其他图（如顺序图、交互图）定义一个基础。类图由多个类以及这些类之间的关系组成。

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。

　1：类图知识概要：

2：结合机房收费系统绘制的类图，（原本是应该先画图后编程才对，以后努力的方向）

UML学习笔记（二）【类图】

类图：性质与操作 [属性attribute、关联association、双向关联、多重性mulitiplicity、操作operation、属性与方法性质property-string]

类图：关系和各种类 [泛化generalization、多重分类multiple classification、依赖dependency、实现聚合aggregation、组合composition、关联类association、派生属性derived property、模板类template、主动类active class、枚举enumeration、信号singnal、异常exception

接口：空心圆+直线（唐老鸭类实现了‘讲人话’）；
依赖：虚线+箭头（动物和空气的关系）；
关联：实线+箭头（企鹅需要知道气候才迁移）；
聚合：空心四边形+实线+箭头（雁群和大雁的关系）；
合成/组合：实心四边形+实线+箭头（鸟和翅膀的关系）；
泛化/继承：空心三角形+实线（动物和鸟的继承关系）；
实现：空心三角形+虚线（实现大雁飞翔的接口）；

UML类图

解释UML类图：

1.      首先看“动物”矩形框，它代表一个类。该类图分为三层，第一层显示类的名称，如果是抽象类就要用斜体显示。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，通常是方法和行为。

   注意前面的符号，‘+’表示public, ‘—’表示private, ‘#’表示protected.   

                                           

2.      “飞翔”矩形框表示一个接口图，它与类图的区别主要是顶端有《interface》显示，第一行是接口名称，第二行是接口方法。接口还有另一种表示方法，俗称棒棒糖表示法，就是唐老鸭类实现了“讲人话”的接口。

              

interfaceIFly                             interfaceIlanguage                              
{                                              {
   voidFly();                                   voidSpeak();
}                                             }

3.      动物，鸟，鸭，唐老鸭他们之间都是继承的关系，继承关系用空心三角形+实现来表示。   

                 

4.“大雁”实现了“飞翔”接口。实现接口用空心三角形+虚线来表示。（注：下面的图中应为空心三角形）

classBird:Animal                      classWideGoose:IFly
{                                        {
   //继承动物类                                 //实现飞翔接口
}                                        }

5.      企鹅与气候有很大的关系，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)关系。关联关系用实线箭头来表示。  

classPenguin :Bird
{
   privateClimate climate;//在企鹅Penguin中，引用到气候Climate对象
}

6.      “大雁”和“雁群”这两个类。大雁是群居动物，每只大雁都属于一个雁群，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+实线箭头表示。

classWideGooseAggregate
{
   privateWideGoose[] arrayWideGoose;
   //在雁群WideGooseAggregate类中，有大雁数组对象arrayWideGoose
}

7.      “鸟”和“翅膀”这两个类。鸟和翅膀似整体和部分的关系，并且翅膀和鸟的生命周期是相同的，在这里鸟和其翅膀就是合成关系。合成(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。合成关系用实心的的菱形+实线箭头来表示。另外，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，一个鸟应该有两支翅膀。如果一个类可能有无数个实例，则就用“n”来表示。关联关系，聚合关系也可以有基数的。

classBird
{
  privateWing wing;
  publicBird()
   {
      wing=newWing();
    //在鸟Bird类中，初始化时，实例化翅膀Wing,它们之间同时生成
   }
}

8.      “动物”、“氧气”与“水”之间。动物有几大特征，比如有新陈代谢，能繁殖。而动物要有生命，需要氧气，水以及食物等。也就是说动物依赖于氧气和水。它们之间是依赖关系(Dependency),用虚线箭头来表示。

abstract classAnimal
{
   publicbolism(Oxygen oxygen,Water water)
    {
    }
}

在UML 2.0的13种图形中，类图是使用频率最高的UML图之一。Martin Fowler在其著作《UML Distilled: A Brief Guide to the Standard Object Modeling Language, Third Edition》（《UML精粹：标准对象建模语言简明指南（第3版）》）中有这么一段：“If someone were to come up to you in a dark alley and say, 'Psst, wanna see a UML diagram?' that diagram would probably be a class diagram. The majority of UML diagrams I see are class diagrams.”（“如果有人在黑暗的小巷中向你走来并对你说：‘嘿，想不想看一张UML图？’那么这张图很有可能就是一张类图，我所见过的大部分的UML图都是类图”），由此可见类图的重要性。

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。

      1. 类

      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的功能，要承担什么样的义务。一个类可以有多种职责，设计得好的类一般只有一种职责。在定义类的时候，将类的职责分解成为类的属性和操作（即方法）。类的属性即类的数据职责，类的操作即类的行为职责。设计类是面向对象设计中最重要的组成部分，也是最复杂和最耗时的部分。

在软件系统运行时，类将被实例化成对象(Object)，对象对应于某个具体的事物，是类的实例(Instance)。

      类图(Class Diagram)使用出现在系统中的不同类来描述系统的静态结构，它用来描述不同的类以及它们之间的关系。

在系统分析与设计阶段，类通常可以分为三种，分别是实体类(Entity Class)、控制类(Control Class)和边界类(Boundary Class)，下面对这三种类加以简要说明：

(1) 实体类：实体类对应系统需求中的每个实体，它们通常需要保存在永久存储体中，一般使用数据库表或文件来记录，实体类既包括存储和传递数据的类，还包括操作数据的类。实体类来源于需求说明中的名词，如学生、商品等。

  (2) 控制类：控制类用于体现应用程序的执行逻辑，提供相应的业务操作，将控制类抽象出来可以降低界面和数据库之间的耦合度。控制类一般是由动宾结构的短语（动词+名词）转化来的名词，如增加商品对应有一个商品增加类，注册对应有一个用户注册类等。

(3) 边界类：边界类用于对外部用户与系统之间的交互对象进行抽象，主要包括界面类，如对话框、窗口、菜单等。

在面向对象分析和设计的初级阶段，通常首先识别出实体类，绘制初始类图，此时的类图也可称为领域模型，包括实体类及其它们之间的相互关系。

      2. 类的UML图示

在UML中，类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的长方形来表示，如定义一个Employee类，它包含属性name、age和email，以及操作modifyInfo()，在UML类图中该类如图1所示：

图1 类的UML图示

图1对应的Java代码片段如下：

1. public class Employee {
2. private String name;
3. private int age;
4. private String email;
5. public void modifyInfo() {
6. ......
7. }
8. }

public class Employee {
	private String name;
	private int age;
	private String email;

	public void modifyInfo() {
		......
	}
}

在UML类图中，类一般由三部分组成：

(1) 第一部分是类名：每个类都必须有一个名字，类名是一个字符串。

(2) 第二部分是类的属性(Attributes)：属性是指类的性质，即类的成员变量。一个类可以有任意多个属性，也可以没有属性。

UML规定属性的表示方式为：

可见性  名称:类型 [ = 缺省值 ]

其中：

• “可见性”表示该属性对于类外的元素而言是否可见，包括公有(public)、私有(private)和受保护(protected)三种，在类图中分别用符号+、-和#表示。
• ‚      “名称”表示属性名，用一个字符串表示。
• ƒ      “类型”表示属性的数据类型，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型。
• „      “缺省值”是一个可选项，即属性的初始值。

(3) 第三部分是类的操作(Operations)：操作是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。

UML规定操作的表示方式为：

可见性  名称(参数列表) [ : 返回类型]

其中：

•       “可见性”的定义与属性的可见性定义相同。
• ‚“名称”即方法名，用一个字符串表示。
• ƒ“参数列表”表示方法的参数，其语法与属性的定义相似，参数个数是任意的，多个参数之间用逗号“，”隔开。
• „      “返回类型”是一个可选项，表示方法的返回值类型，依赖于具体的编程语言，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型，还可以是空类型(void)，如果是构造方法，则无返回类型。

在类图2中，操作method1的可见性为public(+)，带入了一个Object类型的参数par，返回值为空(void)；操作method2的可见性为protected(#)，无参数，返回值为String类型；操作method3的可见性为private(-)，包含两个参数，其中一个参数为int类型，另一个为int[]类型，返回值为int类型。

图2 类图操作说明示意图

由于在Java语言中允许出现内部类，因此可能会出现包含四个部分的类图，如图3所示：

图3 包含内部类的类图