设计模式系列之UML类图
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UML是统一建模语言的简称,其中最重要的三种分别是,用例图、时序图、类图。本篇只整理类图,因为后面的设计模式文章会用得到。
类图是使用频率最高的UML图之一。因此很有必要了解相关知识。
1、类图:用来描述类与类之间的关系。
- class Dummy {
- - private field1
- # protected field2
- ~ package method1()
- + public method2()
- }
2. 类的UML图示
在UML中,类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的长方形来表示,如定义一个Employee类,它包含属性name、age和email,以及操作modifyInfo(),在UML类图中该类如图1所示:
图1对应的Java代码片段如下:
- public class Employee {
- private String name;
- private int age;
- private String email;
- public void modifyInfo() {
- ......
- }
- }
在UML类图中,类一般由三部分组成:
(1) 第一部分是类名:每个类都必须有一个名字,类名是一个字符串。
(2) 第二部分是类的属性(Attributes):属性是指类的性质,即类的成员变量。一个类可以有任意多个属性,也可以没有属性。
UML规定属性的表示方式为:
可见性 名称:类型 [ = 缺省值 ] |
其中:
(3) 第三部分是类的操作(Operations):操作是类的任意一个实例对象都可以使用的行为,是类的成员方法。
UML规定操作的表示方式为:
可见性 名称(参数列表) [ : 返回类型] |
其中:
在类图2中,操作method1的可见性为public(+),带入了一个Object类型的参数par,返回值为空(void);操作method2的可见性为protected(#),无参数,返回值为String类型;操作method3的可见性为private(-),包含两个参数,其中一个参数为int类型,另一个为int[]类型,返回值为int类型。
由于在Java语言中允许出现内部类,因此可能会出现包含四个部分的类图,如图3所示:
3、类与类之间的关系
类与类的关系已经在设计模式第一篇详细介绍过了,这里就不再这么细致,直接给出主要概念和UML图。
1)、依赖关系
大多数情况下,依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数、或者局部变量和静态调用。在UML中,依赖关系用带箭头的虚线表示,由依赖的一方指向被依赖的一方。例如:驾驶员开车,在Driver类的drive()方法中将Car类型的对象car作为一个参数传递,以便在drive()方法中能够调用car的move()方法,且驾驶员的drive()方法依赖车的move()方法,因此类Driver依赖类Car,如图所示:
在系统实施阶段,依赖关系通常通过三种方式来实现,第一种也是最常用的一种方式是如图1所示的将一个类的对象作为另一个类中方法的参数,第二种方式是在一个类的方法中将另一个类的对象作为其局部变量,第三种方式是在一个类的方法中调用另一个类的静态方法。上图对应的Java代码片段如下:
- public class Driver {
- public void drive(Car car) {
- car.move();
- }
- ……
- }
- public class Car {
- public void move() {
- ......
- }
- ……
- }
2)、关联关系
关联(Association)关系是类与类之间最常用的一种关系,它是一种结构化关系,用于表示一类对象与另一类对象之间有联系,如汽车和轮胎、师傅和徒弟、班级和学生等等。在UML类图中,用实线连接有关联关系的对象所对应的类,在使用Java、C#和C++等编程语言实现关联关系时,通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量。在使用类图表示关联关系时可以在关联线上标注角色名,一般使用一个表示两者之间关系的动词或者名词表示角色名(有时该名词为实例对象名),关系的两端代表两种不同的角色,因此在一个关联关系中可以包含两个角色名,角色名不是必须的,可以根据需要增加,其目的是使类之间的关系更加明确。
如在一个登录界面类LoginForm中包含一个JButton类型的注册按钮loginButton,它们之间可以表示为关联关系,代码实现时可以在LoginForm中定义一个名为loginButton的属性对象,其类型为JButton。如图1所示:
对应的Java代码片段如下:
- public class LoginForm {
- private JButton loginButton; //定义为成员变量
- ……
- }
- public class JButton {
- ……
- }
前面我们知道,在UML中,关联关系通常又包含如下几种形式:
(1) 单向关联
类的关联关系可以是单向的,单向关联用带箭头的实线表示。例如:顾客(Customer)拥有地址(Address),则Customer类与Address类具有单向关联关系,如图所示:
对应的Java代码片段如下:
- public class Customer {
- private Address address;
- ……
- }
- public class Address {
- ……
- }
(2) 双向关联
默认情况下,关联是双向的。例如:顾客(Customer)购买商品(Product)并拥有商品,反之,卖出的商品总有某个顾客与之相关联。因此,Customer类和Product类之间具有双向关联关系,如图所示:
对应的Java代码片段如下:
- public class Customer {
- private Product[] products;
- ……
- }
- public class Product {
- private Customer customer;
- ……
- }
(3) 自关联
在系统中可能会存在一些类的属性对象类型为该类本身,这种特殊的关联关系称为自关联。例如:一个节点类(Node)的成员又是节点Node类型的对象,如图所示:
对应的Java代码片段如下:
- public class Node {
- private Node subNode;
- ……
- }
(4) 多重性关联
多重性关联关系又称为重数性(Multiplicity)关联关系,表示两个关联对象在数量上的对应关系。在UML中,对象之间的多重性可以直接在关联直线上用一个数字或一个数字范围表示。
对象之间可以存在多种多重性关联关系,常见的多重性表示方式如表所示:
例如:一个界面(Form)可以拥有零个或多个按钮(Button),但是一个按钮只能属于一个界面,因此,一个Form类的对象可以与零个或多个Button类的对象相关联,但一个Button类的对象只能与一个Form类的对象关联,如图5所示:
对应的Java代码片段如下:
- public class Form {
- private Button[] buttons; //定义一个集合对象
- ……
- }
- public class Button {
- ……
- }
3)、聚合关系
聚合(Aggregation)关系表示整体与部分的关系。在聚合关系中,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独立存在。在UML中,聚合关系用带空心菱形的直线表示。在现实世界中,分子是由原子组成的,汽车是由各种零部件组成的等,这都是聚合关系的最好说明.这里要注意,组成A类型分子的原子也可以组成B类型的分子,这说明什么呢?也就是部分可以单独存在,换句话说就是整体和部分两者的生命周期不是同步的.比如:水分子是由氧原子和氢原子组成的,你不能说没有水分子就没有氧原子和氢原子吧.
有如下UML:
在代码实现聚合关系时,成员对象通常作为构造方法、Setter方法或业务方法的参数注入到整体对象中,上图对应的Java代码片段如下:
- public class Car{
- private Tyre tyre;
- private Engine engine;
- public void setTyre(Tyre tyre){
- this.tyre=tyre;
- }
- public void setEngine(Engine engine){
- this.engine=engine;
- }
- }
有些人写成以下样子:
- public class Car{
- private Tyre tyre=new Tyre();
- private Engine engine=new Engine();
- }
咋眼一看在代码层次上符合啊,那这算不算是聚合关系呢?首先呢,我们肯定的说这是聚合关系.但仅仅是形势上聚合的关系.为什么这么说呢?我们从真实世界中抽象汽车这个概念,进而将其转化为软件世界中的Car,这也是java中提倡的面向对象编程的,但是呢,在从真实世界到软件世界的这个过程中需要保证物体静态属性和动态属性没变.什么意思呢,换言之就是,你将真实世界中的汽车转成换成软件世界中Car,反过来,也要保证从软件世界中Car能够转换成真实世界中的汽车.如果不能保证转换的一致性,那么就说明,抽象过程中出现了问题.
现在将上边的代码中的Car转成现实世界中的汽车,我们发现转换后的汽车竟然不能换车轮了?这可能吗?很显然,在对抽象汽车到Car这个类的过程中出现了问题.那么应该怎么样的呢?
除了一开始我们写的那样,还可以如下:
- public class Car{
- private Tyre tyre=new Tyre();
- private Engine engine=new Engine();
- public void setTyre(Tyre tyre){
- this.tyre=tyre;
- }
- public void setEngine(Engine engine){
- this.engine=engine;
- }
- }
4)、组合关系
组合(Composition)关系也表示类之间整体和部分的关系,但是在组合关系中整体对象可以控制成员对象的生命周期,一旦整体对象不存在,成员对象也将不存在,成员对象与整体对象之间具有同生共死的关系。在UML中,组合关系用带实心菱形的直线表示。例如:人的头(Head)与嘴巴(Mouth),嘴巴是头的组成部分之一,而且如果头没了,嘴巴也就没了,因此头和嘴巴是组合关系,如图所示:
在代码实现组合关系时,通常在整体类的构造方法中直接实例化成员类,图对应的Java代码片段如下:
- public class Head {
- private Mouth mouth;
- public Head() {
- mouth = new Mouth(); //实例化成员类
- }
- ……
- }
- public class Mouth {
- ……
- }
5)、泛化(继承)关系
泛化(Generalization)关系也就是继承关系,用于描述父类与子类之间的关系,父类又称作基类或超类,子类又称作派生类。在UML中,泛化关系用带空心三角形的直线来表示。在代码实现时,我们使用面向对象的继承机制来实现泛化关系,如在Java语言中使用extends关键字、在C++/C#中使用冒号“:”来实现。例如:Student类和Teacher类都是Person类的子类,Student类和Teacher类继承了Person类的属性和方法,Person类的属性包含姓名(name)和年龄(age),每一个Student和Teacher也都具有这两个属性,另外Student类增加了属性学号(studentNo),Teacher类增加了属性教师编号(teacherNo),Person类的方法包括行走move()和说话say(),Student类和Teacher类继承了这两个方法,而且Student类还新增方法study(),Teacher类还新增方法teach()。如图所示:
对应的Java代码片段如下:
- //父类
- public class Person {
- protected String name;
- protected int age;
- public void move() {
- ……
- }
- public void say() {
- ……
- }
- }
- //子类
- public class Student extends Person {
- private String studentNo;
- public void study() {
- ……
- }
- }
- //子类
- public class Teacher extends Person {
- private String teacherNo;
- public void teach() {
- ……
- }
- }
6)、接口与实现关系
在很多面向对象语言中都引入了接口的概念,如Java、C#等,在接口中,通常没有属性,而且所有的操作都是抽象的,只有操作的声明,没有操作的实现。UML中用与类的表示法类似的方式表示接口,如图3所示:
如果是使用StartUml画图的话,定义接口可以是下面样子:
直接声明标注了叫接口。
接口之间也可以有与类之间关系类似的继承关系和依赖关系,但是接口和类之间还存在一种实现(Realization)关系,在这种关系中,类实现了接口,类中的操作实现了接口中所声明的操作。在UML中,类与接口之间的实现关系用带空心三角形的虚线来表示。例如:定义了一个交通工具接口Vehicle,包含一个抽象操作move(),在类Ship和类Car中都实现了该move()操作,不过具体的实现细节将会不一样,如图4所示:
实现关系在编程实现时,不同的面向对象语言也提供了不同的语法,如在Java语言中使用implements关键字,而在C++/C#中使用冒号“:”来实现。图4对应的Java代码片段如下:
- public interface Vehicle {
- public void move();
- }
- public class Ship implements Vehicle {
- public void move() {
- ……
- }
- }
- public class Car implements Vehicle {
- public void move() {
- ……
- }
- }
了解了UML类图,再看到一些设计模式之间类关系的时候,至少不会完全看不懂了。
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来源: http://mp.weixin.qq.com/s/OjMxNJ84hddcW3GPJ_bCww