一文带你看懂类图

目前大多数APP都是迭代开发,但是需求在不断增长,那么整个应用系统变得很庞大,我们就急需一种可视化表格的形式表示设计与架构,方便开发与后期维护人员参考,帮助他们了解运行时的交互和编译的依赖关系。这里不会将UML的各种元素都提到,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;

从一个示例开始
请看以下这个类图,类之间的关系是我们需要关注的:
一文带你看懂类图

车的类图结构为<>,表示车是一个抽象类;
它有两个继承类: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;
小汽车为与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;
学生与身份证之间为关联关系,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;

类图

类图(Class Diagram)包含系统中所有的类、接口,以及它们之间的相互关系,是系统结构的静态表示。

类图中的元素

1 类
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第一部分是类名称

第二部分是类的属性

最后部分是对属性的操作
注意,属性和方法名前面的+和-号一般表示是否可见。+号表示共有,-号表示私有的。或者不能从该类的外部访问这个属性。同样,也要注意的是, 你可以选择是否指定的数据类型,方法的返回值类型以及参数。

  • 接口:只有声明没有实现。

第一行:接口名称,接口需要添加《Interface》

第二行:特性(字段或者属性)
格式为:可见性 特性名称:特性类型

第三行:操作(方法或者行为)
格式为:可见性 操作名称(参数类型):返回值类型
可见性:+表示public,-表示private,#表示protected
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  • :把功能关联的类/接口聚合到一起,增强可读性。
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类图中类之间的关系

泛化关系(generalization)
类的继承结构表现在UML中为:泛化(generalize)与实现(realize):

继承关系为 is-a的关系;两个对象之间如果可以用 is-a 来表示,就是继承关系:(..是..)

eg:自行车是车、猫是动物

泛化关系用一条带空心箭头的直接表示;如下图表示(A继承自B);
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eg:汽车在现实中有实现,可用汽车定义具体的对象;汽车与SUV之间为泛化关系;

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注:最终代码中,泛化关系表现为继承非抽象类;

实现关系(realize)
实现关系用一条带空心箭头的虚线表示;

eg:”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,在JAVA中有接口这个概念,更容易理解)
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注:最终代码中,实现关系表现为继承抽象类;

聚合关系(aggregation)

聚合关系用一条带空心菱形箭头的直线表示,如下图表示A聚合到B上,或者说B由A组成;
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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;例如一个部门由多个员工组成;

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直线表示,如下图表示A组成B,或者B由A组成;
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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,部门也将不存在了;

关联关系(association)
关联关系是用一条直线表示的;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,乘车人和车票之间就是一种关联关系;学生和学校就是一种关联关系;

关联关系默认不强调方向,表示对象间相互知道;如果特别强调方向,如下图,表示A知道B,但 B不知道A;

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有多重值的双向关联(Multiplicity): 表示出两个类之间的数量关系,一对多、多对多等等。
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单向关联(Directed Association): 表示是单向关联。
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自身关联(Reflexive Association): 类有多种身份,且类的一个实例与另一个实例相关。比如一个人既是经理也是职员。

注:在最终代码中,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;他描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系;
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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;

注:在最终代码中,依赖关系体现为类构造方法及类方法的传入参数,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;

序列图主要用于展示对象之间交互的顺序。

序列图将交互关系表示为一个二维图。纵向是时间轴,时间沿竖线向下延伸。横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色。类元角色用生命线表示。当对象存在时,角色用一条虚线表示,当对象的过程处于激活状态时,生命线是一个双道线。

消息用从一个对象的生命线到另一个对象生命线的箭头表示。箭头以时间顺序在图中从上到下排列。

序列图中涉及的元素:

  1. 生命线:

生命线名称可带下划线。当使用下划线时,意味着序列图中的生命线代表一个类的特定实体。

  1. 同步消息

发送人在它继续之前,将等待同步消息响应

  1. 异步消息

在发送方继续之前,无需等待响应的消息

  1. 注释
  1. 约束

约束的符号很简单;格式是: [Boolean Test]

  1. 组合片段

组合片段 用来解决交互执行的条件及方式。 它允许在序列图中直接表示逻辑组件,用于通过指定条件或子进程的应用区域,为任何生命线的任何部分定义特殊条件和子进程。

常用的组合片段有:

a. 抉择(Alt)

抉择用来指明在两个或更多的消息序列之间的互斥的选择,相当于经典的if..else..。

抉择在任何场合下只发生一个序列。 可以在每个片段中设置一个临界来指示该片段可以运行的条件。 else 的临界指示其他任何临界都不为 True 时应运行的片段。 如果所有临界都为 False 并且没有 else,则不执行任何片段。

b. 选项(Opt)

包含一个可能发生或不发生的序列

c. 循环(Loop)

片段重复一定次数。 可以在临界中指示片段重复的条件。

d. 并行(Par)

下表列出了常用的组合片段:

片段类型

名称

说明

Opt

选项

包含一个可能发生或可能不发生的序列。 可以在临界中指定序列发生的条件。

Alt

抉择

包含一个片段列表,这些片段包含备选消息序列。 在任何场合下只发生一个序列。

可以在每个片段中设置一个临界来指示该片段可以运行的条件。 else 的临界指示其他任何临界都不为 True 时应运行的片段。 如果所有临界都为 False 并且没有 else,则不执行任何片段。

Loop

循环

片段重复一定次数。 可以在临界中指示片段重复的条件。

Loop 组合片段具有“Min”和“Max”属性,它们指示片段可以重复的最小和最大次数。 默认值是无限制。

Break

中断

如果执行此片段,则放弃序列的其余部分。 可以使用临界来指示发生中断的条件。

Par

并行

并行处理。 片段中的事件可以交错。

Critical

关键

用在 Par 或 Seq 片段中。 指示此片段中的消息不得与其他消息交错。

Seq

弱顺序

有两个或更多操作数片段。 涉及同一生命线的消息必须以片段的顺序发生。 如果消息涉及的生命线不同,来自不同片段的消息可能会并行交错。

Strict

强顺序

有两个或更多操作数片段。 这些片段必须按给定顺序发生。

有关如何解释序列的片段

默认情况下,序列图表明可能发生的一系列消息。 在运行的系统中,可能会出现您未选择显示在关系图上的其他消息。

以下片段类型可用于更改此释义:

片段类型

名称

说明

Consider

考虑

指定此片段描述的消息列表。 其他消息可发生在运行的系统中,但对此描述来说意义不大。

在“Messages”属性中键入该列表。

Ignore

忽略

此片段未描述的消息列表。 这些消息可发生在运行的系统中,但对此描述来说意义不大。

在“Messages”属性中键入该列表。

Assert

断言

操作数片段指定唯一有效的序列。 通常用在 Consider 或 Ignore 片段中。

Neg

否定

此片段中显示的序列不得发生。 通常用在 Consider 或 Ignore 片段中。

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用例图主要用来描述 用户、需求、系统功能单元 之间的关系。它展示了一个外部用户能够观察到的系统功能模型图。

【用途】:帮助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求。

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