UML概述及UML类图详解

2023-11-08

引言

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

这里也不会将UML的所有元素都提到,我会在学习过程中逐步整理更新用到的UML图形

一、UML基础

UML介绍

  • UML这三个字母的全称是Unified Modeling Language,翻译就是统一建模语言,是一种用于软件系统分析和设计的语言工具,它用于帮助软件开发人员进行思考和记录思路的结果

  • UML 本身是一套符号的规定,就像数学符号和化学符号一样,这些符号用于描述软件模型中的各个元素和他们之间的关系,比如类、接口、实现、泛化、依赖、组合、聚合等

UML分类

结构型UML

  • 类图(常用):用来分析业务概念
  • 对象图(基本不用)
  • 构件图
  • 部署图

构件图、部署图用来分析IT基础架构、软件架构等方面的需求。

  • 包图(基本不用)

行为型UML

活动图、状态机图、顺序图,使用至少其中一种图来分析业务流程,大部分情况下至少会用到其中两种图

  • 活动图

  • 状态机图

  • 顺序图

  • 通信图(基本不用)

  • 用例图(常用)

  • 时序图

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、UML类图学习

我只想讲讲类图中各个类之间的关系; 能看懂类图中各个类之间的线条、箭头代表什么意思后,也就足够应对日常的工作和交流;同时,我们应该能将类图所表达的含义和最终的代码对应起来;

在UML类图中表示一个具体类

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

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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

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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的是,接口在类图中的第一层顶端用构造型 <>表示,下面是接口的名字,第二层是方法,如图3所示。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

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在UML类图中表示包

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在类图中表示关系

接口与类的关系

  • 实现关系

类与类的关系

  • 泛化关系
  • 关联关系
    • 聚合关系
    • 依赖关系
    • 组合关系

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。

在Java代码中,实现关系可以直接翻译为关键字 implements

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泛化关系

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,如图8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

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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,这就是导航性(Navigatity)

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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。

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

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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

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