如何理解 UML 类图
UML 建模时常见的九种图分别为用例图、类图、活动图、状态图、时序图、协作图、组件图和部署图。其中 UML 类图是用来描述系统中的类以及各个类之间的关系。系统中可以有多个类图,单个类图则只是表达了系统的一个方面。类图可以帮助我们在正确编写代码之前对系统有个很全面的认识,是建模中最常见的一种类型图。本文主要讲解如何看类图。
常用的 UML 类图元素很少,我们只需要掌握各个类之间的线条、箭头的含义,就能看懂大多数类图中各个类之间的关系了。下面我们从一个类图的例子开始,分别讲解其中包含的泛化关系、实现关系、聚合关系、组合关系、关联关系和依赖关系。
图中车的类图结构为 <<abstract>>
,表示车是一个抽象类。图中类之间的关系包含以下六种。
- 车有两个继承类:小汽车和自行车。它们之间的关系为实现关系,使用带空心箭头的虚线表示。
- 小汽车与 SUV 之间也是继承关系,它们之间的关系为泛化关系,使用带空心箭头的实线表示。
- 小汽车与发动机之间是组合关系,使用带实心箭头的实线表示。
- 学生与班级之间是聚合关系,使用带空心箭头的实线表示。
- 学生与身份证之间是关联关系,使用一根实线表示。
- 学生上学需要用到自行车,与自行车是一种依赖关系,使用带箭头的虚线表示。
下面我们来分别看一下这六种类之间的关系:
实现关系 (realization)
类的继承结构表现在 UML 中为:实现(realization)和泛化(generalization)。自行车是车,SUV 是小汽车,都是表示类的继承关系。自行车是车表示的是实现关系,SUV 是小汽车表现的是泛化关系。在程序中,实现关系表现为继承抽象类,泛化关系表现为继承非抽象类。
实现关系用一条带空心箭头的虚线表示。例如,车为一个抽象概念,在现实中并无法直接用来定义对象,只有指明具体的子类(汽车还是自行车),才可以用来定义对象(车这个类在 C++ 中用抽象类表示,JAVA 中用接口这个概念会更容易理解)。
泛化关系 (generalization)
泛化关系用一条带空心箭头的实线表示。在例子中,小汽车是在现实中的实现,可用小汽车定义具体的对象。小汽车与 SUV 之间为泛化关系。
聚合关系 (aggregation)
聚合关系用一条带空心菱形箭头的实线表示,如下图表示 A 聚合到 B 上,或者说 B 由 A 组成。
聚合关系用于表示实体对象之间的关系,表示整体由部分构成的语义。例如一个部分由多个元素组成。与组合关系不同的是,整体和部分不是强依赖的,即使整体不存在了,部分仍然存在。例如,部门撤销了,人员不会消失,他们依然存在。
组合关系 (composition)
组合关系用一条带实心菱形箭头实线表示,如下图表示 A 组成 B,或者 B 由 A 组成。
与聚合关系一样,组合关系同样表示整体由部分构成的语义,比如公司由多个部门组成。但组合关系是一种强依赖的特殊聚合关系,如果整体不存在了,则部分也不存在了。例如,公司不存在了,部门将也不存在了。
关联关系 (association)
关联关系是用一条带箭头的实线表示的。它描述不同类的对象之间的结构关系,它是一种静态关系,通常与运行状态无关,一般由常识等因素决定的。它是一般用来定义对象之间静态的、天然的结构,所以关联关系是一种“强关联”的关系。比如,乘车人和车票之间是一种关联关系,学生和学校是一种关联关系。
关联关系默认不强调方向,表示对象相互知道。如果特别强调方向,如下图,表示 A 知道 B,但 B 不知道 A。在程序中,关联对象通常是以成员变量的形式实现的。
依赖关系 (dependency)
依赖关系是用一套带箭头的虚线表示的。如下图表示 A 依赖于 B,它描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系。
与关联关系不同的是,它是一种临时性的关系,通常在运行期间产生,并且随着运行时的变化。依赖关系也可能发生变化。显然,依赖也有方向,双向依赖是一种非常糟糕的结构,我们总是应该保持单向依赖,杜绝双向依赖的产生。在程序中,依赖关系体现为类构造方法及类的方法的传入参数,箭头的指向为调用关系。依赖关系除了临时知道对方外,还是使用对方的方法和属性。