设计模式从青铜到王者第三篇:UML类图

Posted 2022-06-24 森明帮大于黑虎帮

系列文章目录

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文章目录

• 系列文章目录
• 前言
• 一、UML类图
• 二、类图中具体类、抽象、接口和包的表示法
• • • 1. 在UML类图中表示具体类
    • 2. 在UML类图中表示抽象类
    • 3. 在UML类图中表示接口
    • 4. 在UML类图中表示包
• 三、在类图中表示关系
• • • 1. 实现关系
    • 2. 泛化关系
    • 3. 关联关系
    • 4. 依赖关系
• 四、示例
• 总结

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前言

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一、UML类图

UML图有很多种，但是并非必须掌握所有的UML图，才能完整系统分析和设计工作。一般说来，在UML图中，只要掌握类图、用例图、时序图的使用，就能完成大部分的工作。也就是说，掌握UML的20%，就能做80%的事情。对于程序员来说，最频繁使用的莫过于类图。因此，这里我们只讲解UML类图。至于其它UML图，请在以后的工作中参阅更多UML学习资料继续学习。

类图是面向对象系统建模中最常用和最重要的图，是定义其它图的基础。类图主要是用来显示系统中的类、接口以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。类图中最基本的元素是类、接口。软件设计师设计出类图后，程序员就可以用代码实现类图中包含的内容。

二、类图中具体类、抽象、接口和包的表示法

UML类图中具体类、抽象类、接口和包有不同的表示方法。

1. 在UML类图中表示具体类

• 具体类在类图中用矩形框表示，矩形框分为三层：
• ● 第一层是类名字。
• ● 第二层是类的成员变量。
• ● 第三层是类的方法。
• 成员变量以及方法前的访问修饰符用符号来表示：
• ● +表示public。
• ● -表示private。
• ● #表示protected。
• ● 不带符号表示default。
  

2. 在UML类图中表示抽象类

抽象类在UML类图中同样用矩形框表示，但是抽象类的类名以及抽象方法的名字都用斜体字表示。

3. 在UML类图中表示接口

• 接口在类图中也是用矩形框表示，但是与类的表示法不同：
• ● 第一层顶端用构造型 <>表示，下面是接口名字。
• ● 第二层是方法。

此外，接口还有另一种表示法，俗称棒棒糖表示法，就是类上面的一根棒棒糖（圆圈+实线）。圆圈旁为接口名称，接口方法在实现类中出现。

4. 在UML类图中表示包

类和接口一般都出现在包中，UML类图中包的表示形式如下图所示：

三、在类图中表示关系

类和类、类和接口、接口和接口之间存在一定关系，UML类图中一般会有连线指明它们之间的关系。关系共有六种类型，分别是实现关系、泛化关系、关联关系、依赖关系、聚合关系、组合关系，如下图所示：

1. 实现关系

实现关系是指接口及其实现类之间的关系。在UML类图中，实现关系用空心三角和虚线组成的箭头来表示，从实现类指向接口，如下图所示。在Java代码中，实现关系可以直接翻译为关键字 implements。

2. 泛化关系

泛化关系（Generalization）是指对象与对象之间的继承关系。如果对象A和对象B之间的“is a”关系成立，那么二者之间就存在继承关系，对象B是父对象，对象A是子对象。例如，一个年薪制员工“is a”员工，很显然年薪制员工Salary对象和员工Employee对象之间存在继承关系，Employee对象是父对象，Salary对象是子对象。

在UML类图中，泛化关系用空心三角和实线组成的箭头表示，从子类指向父类，如下图所示。在Java代码中，对象之间的泛化关系可以直接翻译为关键字 extends。

3. 关联关系

关联关系（Association）是指对象和对象之间的连接，它使一个对象知道另一个对象的属性和方法。在Java中，关联关系的代码表现形式为一个对象含有另一个对象的引用。也就是说，如果一个对象的类代码中，包含有另一个对象的引用，那么这两个对象之间就是关联关系。

关联关系有单向关联和双向关联。如果两个对象都知道（即可以调用）对方的公共属性和操作，那么二者就是双向关联。如果只有一个对象知道（即可以调用）另一个对象的公共属性和操作，那么就是单向关联。大多数关联都是单向关联，单向关联关系更容易建立和维护，有助于寻找可重用的类。

在UML图中，双向关联关系用带双箭头的实线或者无箭头的实线双线表示。单向关联用一个带箭头的实线表示，箭头指向被关联的对象，如下图所示。这就是导航性（Navigatity）。

• 一个对象可以持有其它对象的数组或者集合。在UML中，通过放置多重性（multipicity）表达式在关联线的末端来表示。多重性表达式可以是一个数字、一段范围或者是它们的组合。多重性允许的表达式示例如下：
• ● 数字：精确的数量。
• ● * 或者0…*：表示0到多个。
• ● 0…1：表示0或者1个，在Java中经常用一个空引用来实现。
• ● 1…*：表示1到多个。

关联关系又分为依赖关联、聚合关联和组合关联三种类型。

4. 依赖关系

依赖（Dependency）关系是一种弱关联关系。如果对象A用到对象B，但是和B的关系不是太明显的时候，就可以把这种关系看作是依赖关系。如果对象A依赖于对象B，则 A “use a” B。比如驾驶员和汽车的关系，驾驶员使用汽车，二者之间就是依赖关系。

在UML类图中，依赖关系用一个带虚线的箭头表示，由使用方指向被使用方，表示使用方对象持有被使用方对象的引用，如下图所示。

依赖关系在Java中的具体代码表现形式为B为A的构造器或方法中的局部变量、方法或构造器的参数、方法的返回值，或者A调用B的静态方法。

下面我们用代码清单1和代码清单2所示的Java代码来演示对象和对象之间的依赖关系。

代码清单1所示的B类定义了一个成员变量 field1，一个普通方法 method1() 和一个静态方法 method2()。

//代码清单1 B.java
public class B 
  public String field1;   //成员变量

  public void method1() 
    System.println("在类B的方法1中");
  

  public static void method2()                  //静态方法
    System.out.println("在类B的静态方法2中");
  

代码清单2所示的A类依赖于B类，在A类中定义了四个方法，分别演示四种依赖形式。

/* 代码清单2 A.java
  A依赖于B
*/

public class A 
  public void method1() 
    //A依赖于B的第一种表现形式：B为A的局部变量
    B b = new B();
    b.method1();
  

  public void method2() 
    //A依赖于B的第二种表现形式： 调用B的静态方法
    B.method2();
  

  public void method3(B b)  
    //A依赖于B的第三种表现形式：B作为A的方法参数
    String s = b.field1;
  

  //A依赖于B的第四种表现形式：B作为A的方法的返回值
  public B method4() 
    return new B();
  

### 5. 聚合关系与组合关系 聚合（Aggregation）是关联关系的一种特例，它体现的是整体与部分的拥有关系，即 “has a” 的关系。此时整体与部分之间是可分离的，它们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享，所以聚合关系也常称为共享关系。**例如，公司部门与员工的关系，一个员工可以属于多个部门，一个部门撤消了，员工可以转到其它部门。**

在UML图中，聚合关系用空心菱形加实线箭头表示，空心菱形在整体一方，箭头指向部分一方，如下图所示。

组合（Composition）也是关联关系的一种特例，它同样体现整体与部分间的包含关系，即 “contains a” 的关系。但此时整体与部分是不可分的，部分也不能给其它整体共享，作为整体的对象负责部分的对象的生命周期。这种关系比聚合更强，也称为强聚合。如果A组合B，则A需要知道B的生存周期，即可能A负责生成或者释放B，或者A通过某种途径知道B的生成和释放。

例如，人包含头、躯干、四肢，它们的生命周期一致。当人出生时，头、躯干、四肢同时诞生。当人死亡时，作为人体组成部分的头、躯干、四肢同时死亡。

在UML图中，组合关系用实心菱形加实线箭头表示，实心菱形在整体一方，箭头指向部分一方，如下图所示。

在Java代码形式上，聚合和组合关系中的部分对象是整体对象的一个成员变量。但是，在实际应用开发时，两个对象之间的关系到底是聚合还是组合，有时候很难区别。在Java中，仅从类代码本身是区分不了聚合和组合的。如果一定要区分，那么如果在删除整体对象的时候，必须删掉部分对象，那么就是组合关系，否则可能就是聚合关系。从业务角度上来看，如果作为整体的对象必须要部分对象的参与，才能完成自己的职责，那么二者之间就是组合关系，否则就是聚合关系。

例如，汽车与轮胎，汽车作为整体，轮胎作为部分。如果用在二手车销售业务环境下，二者之间就是聚合关系。因为轮胎作为汽车的一个组成部分，它和汽车可以分别生产以后装配起来使用，但汽车可以换新轮胎，轮胎也可以卸下来给其它汽车使用。如果用在驾驶系统业务环境上，汽车如果没有轮胎，就无法完成行驶任务，二者之间就是一个组合关系。再比如网上书店业务中的订单和订单项之间的关系，如果订单没有订单项，也就无法完成订单的业务，所以二者之间是组合关系。而购物车和商品之间的关系，因为商品的生命周期并不被购物车控制，商品可以被多个购物车共享，因此，二者之间是聚合关系。

四、示例

• ● 车的类图结构为<>，表示车是一个抽象类
• ● 车包含两个实现类：小汽车和自行车，用带空心箭头的虚线表示
• ● 小汽车和SUV之间是泛化关系，用带空心箭头的实线表示
• ● 小汽车与轮胎（或发动机）是组合关系，用带实心箭头的实线表示
• ● 学生和班级是聚合关系，用带空心菱形的实线表示
• ● 学生与身份证之间是关联关系，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

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文详细介绍了设计模式中UML类图介绍和使用，接下来的文章会详细讲解各种设计模式的使用，请多多关注，设计模式提供了大量的方法供我们使用，非常的便捷，我们务必掌握。希望大家多多支持！另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。加油啊！