面向对象编程原则(02)——UML与类图

Posted 2022-09-10 谷哥的小弟

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• 本文原创作者：谷哥的小弟
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参考资料

1. 《大话设计模式》 作者：程杰
2. 《Java设计模式》 作者：刘伟
3. 《图解设计模式》 作者：结城浩
4. 《重学Java设计模式》 作者：付政委
5. 《Head First设计模式》作者：埃里克·弗里曼

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UML概述

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是用来设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。

UML 从目标系统的不同角度出发，定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等 9 种图。

在此，我们重点介绍类图。

类图概述

类图(Class Diagram)用于显示模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它与其它类的关系等。类图是面向对象建模的主要组成部分。类图可以简化了人们对系统的理解。类图是系统分析和设计阶段的重要产物，是系统编码和测试的重要模型。

类的表示方式

在UML类图中，类包含：类名、属性(field) 和方法(method) 。例如，下图表示一个Employee类，它包含name,age和address属性以及work( )方法。

属性和方法名称前加的加号和减号表示了这个属性/方法的可见性，UML类图中表示可见性的符号有三种：

• +：表示 public
• -：表示 private
• #：表示 protected

属性的完整表示方式是： 可见性 名称 ：类型 [ = 缺省值]

方法的完整表示方式是： 可见性 名称(参数列表) [ ： 返回类型]

注意事项：

• 1、中括号中的内容表示是可选的

• 2、可将类型放在变量名前面，返回值类型放在方法名前面

请看如下Demo：

• method()方法：修饰符为public，没有参数，没有返回值。
• method1()方法：修饰符为private，没有参数，返回值类型为String。
• method2()方法：修饰符为protected，接收两个参数，第一个参数类型为int，第二个参数类型为String，返回值类型是int。

类之间关系的表示方式

在此，介绍常见的类之间的关系。

关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系，用于表示类对象与另一类对象之间的联系，如老师和学生、司机和汽车、丈夫和妻子等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。

关联又可以分为单向关联，双向关联，自关联。

单向关联

在UML类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。

上图表示每个顾客都有一个地址，可通过让Customer类持有一个类型为Address的成员变量实现。

双向关联

所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。

在UML类图中，双向关联用一个不带箭头的直线表示。

上图中在Customer类中维护一个List< Product >，表示顾客可以购买多个商品；在Product类中维护一个Customer类型的成员变量表示该产品被哪个顾客所购买。

自关联

所谓的自关联就是自己持有自己相同类型的成员变量。

在UML类图中用一个带有箭头且指向自身的线表示自关联。

上图表示Node类包含类型为Node的成员变量，也就是“自己包含自己”。

聚合关系

聚合关系描述的是整体和部分之间的关系。

聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中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而独立存在。例如，大学与老师的关系：大学包含老师，如果大学停办了，老师依然存在。

在 UML 类图中，聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。例如，下图表示大学和教师的关系图：

组合关系

组合表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系。

在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系：没有了头，嘴也就不存在了。

在 UML 类图中，组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图表示头和嘴的关系图：

依赖关系

依赖关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类(被依赖类)中的某些方法来完成一些职责。

在 UML 类图中，使用带箭头的虚线来表示依赖关系，箭头从使用类指向被依赖的类。下图表示司机和汽车的关系图：

继承关系

继承关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，也是是一种继承关系。

在 UML 类图中，用带空心三角箭头的实线来表示继承关系，箭头从子类指向父类。下图表示Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类，关系图如下：

实现关系

实现关系是接口与实现类之间的关系。

在 UML 类图中，使用带空心三角箭头的虚线来表示实现关系，箭头从实现类指向接口。下图表示汽车和船实现了交通工具接口，关系图如下：