UML类图详细教程

第4章UML类图·定义类图·为什么要建模类图·类图的主要标记符号·如何建模类图【学习目标】4.1UML基本类图面向对象设计的基础就是使用类。类是用来代表现实事务或者功能的构造块。在本节中，我们将要学习如何建模类及其相互之间的关系，以便在编写代码之前让你对系统拥有全面的认识。类图是由若干类关联在一起，反映系统或者子系统组成结构的静态图。类图的建模贯穿工程的分析和设计阶段的始终，通常从商务伙伴能够理解的类开始建模，最终往往成为只有开发小组才能够完全理解的类。一、类图的组成类图由如下元素组成：•类(Class)：是具有共同结构特征、行为特征、联系和语义的对象集合的抽象形式。•关联（Association）：它表示类与类之间的关系。二、UML类图中的符号（一）类类（Class）在UML中通常以实线矩形框表示，矩形框中含有若干分隔框，分别包含类的名字、属性、操作、约束以及其他成分等，如下图所示。类的图形表示和示例在类图中，根据建模的不同景象，类图标中不一定列出全部的内容。如在建立分析模型或设计模型时，甚至可以只列出类名，在图中着重表达的是类与类之间的联系；在建立实现模型时，则应当在类图标中详细给出类的属性和方法等细节。1.属性属性（Attribute）在UML类图标的矩形框中用文字串说明，如下图所示。可视性（Visibility）标记表示：+公共＃保护-私用可视性也可以用以下关键字表示：public（公共）、protected（保护）、private（私用）。•若可视性标记为“+”或“public”，则为公共属性，可以被外部对象访问。•若可视性标记为“#’或“protected”，则为保护属性，可以被本类或子类的对象访问。•若可视性标记为“-”或“private”，则为私用属性，不可以被外部对象访问，只能为本类的对象使用。•可视性可以缺省，表示该属性不可视。Student类属性类型表示：冒号“：”后跟属性值的数据类型。数据类型的表示依赖于实现语言，如有的程序设计语言规定浮点数用保留字“Float”表示，有的则规定用保留字“Real”表示。Student类数据类型可以是任何用户需要的内容，包括：•来自程序设计语言如VisualBasic、C＋＋、C＃和Java的任何标准数据类型。•一个已经定义的类。•接口定义语言（InterfaceDefinitionLanguage，IDL）中的数据类型列表中的数据类型。•读者在自己的系统建模中能够使用的其他类型。属性初始值设置：可以通过在属性名称和数据类型之后添加等于号（＝）来为属性指定默认值，如下图所示。属性多重性：多重性为可选项，它表达该类的每个实例的属性值的个数。可以像应用于类之间的关系中那样把多重性应用于属性。例如，Student类具有属性Grades。不希望该属性只包含单个值，而是希望它包含该学生的所有成绩，可以是任意多个。派生的属性：另一种可以为属性提供的信息是派生值，它可以使用数学函数、字符串函数或者将要在应用程序中实现的其他商务逻辑。要想指出一个属性是派生的，需要在属性名之前添加一个前斜线（／），并且要附加一个注释，其中包含了派生属性值的指令，如下图所示。2.操作(方法)操作（Operation）表示类能够提供的功能服务。它在UML类矩形框中用文字串说明，如下图所示。操作名指示类可提供的功能服务，它后跟圆括号中的参数列表是可选项，即一个操作可以有参数，也可以没有参数。参数列表由逗号分隔的操作的形式参数组成，其格式为：参数名：类型=缺省值，…Student类返回列表是返回给调用者的单个变量值，它可以表示该操作程序运行的一个成功标志或者计算的值。3、类的关系类之间可以建立四种关系：关联、依赖、聚合和泛化。其标记如下图所示。关联关系ClassAClassB依赖关系ClassAClassB聚合关系ClassAClassB泛化关系ClassAClassB1）关联关系关联关系是指类之间的语义联系。关联可以具有如下特性：•关联名称•角色名称•多重性•导航性多个类可以关联到同一个类多重性：多重性（mutiplicity）用来指示一个类的多少对象与另一个类的一个对象相关。可以在类关系的任何一端添加多重性，来指示出多重性，如下图所示。多重性是一个数值或者数值范围，用来指示一个类的几个对象与另一个类的一个对象相关。如下图所示。关联的多重性角色类关系还可以通过添加角色来进一步丰富。在类图中使用角色可以帮助读者理解第一个类对于第二个类的作用。角色与多重性显示在相同的位置，在指示类之间关系线的上面或者下面，如下图所示。下图显示了player类和Team类在关联中分别扮演两个角色。关联的限定关联的限定类的关联还可以通过限定条件来明确类之间的关系。如下图所示。类的自反关联自反关联：类具有到自身的关联，称为自反关联。类的自反关联关联的导航性导航性表明类的关联方向。如下图所示。关联和属性在类关联和类属性之间存在精密的联系。源类和目标类之间的关联意味着源类的对象能够承载到目标类对象的引用。如下图所示。关联类OO建模的一个普遍问题是，当类之间具有多对多关系时，一些属性不能容易地放人任何一个类中。例如，下图所示的公司与员工的类关系。模型表达意义：•每个Person对象能够为很多Company对象工作。•每个Company对象能够雇佣很多Person对象然而，当每个Person与雇佣它的Company间存在薪水属性时会发生什么呢？薪水记录在何处呢？记录在Person类中还是在Company类中？答案是薪水实际上是关联本身的特性，对于Person对象和Company对象之间的每个雇佣链接都存在特定雇佣的特定薪水。UML允许你使用关联类来建模这种情况，如下图所示。2）依赖关系依赖关系是指一个类的元素使用了另一个类。依赖关系描述类之间的引用关系。3）泛化关系泛化关系是描述类之间的继承关系。利用泛化来表达类之间的相似性。练习：阅读一个类图在这个练习中，将会通过识别到目前为止学习的UML标记符来阅读下面的类图，如图所示。练习步骤：1）指出建模的类。2）指出所有属性及其显示的数据类型。3）指出所有显示的操作。4）指出找到的关联。5）指出建模的角色。6）指出图中使用的多重性。例售票系统的类图上图中的售票系统类图，它只是售票系统领域模型的一部分。图中表示了几个重要的类，如Customer、Reservation、Ticket和Performance。一个顾客可多次订票，但每一次订票只能由一个顾客来执行。有两种订票方式：个人票或套票，前者只是一张票，后者包括多张票。每场演出都有多张票可供预定，每张票对应一个唯一的座位号。每次演出用剧目名、日期和时间来标识。三、学习如何建模类图创建类图需要两个反复执行的步骤：1)确定类及其关联。2)确定属性和操作。开始创建类图的好起点就是用例图。如下面成绩管理的用例图所示。1．确定类和关联首先要做的是通过分析用例图确定类及其关联。找到第一批类，确定它们的内容。在用例图中，首先确定了Grades类和ReportCard类。接下来，通过同时使用参与者名称确定附加的类。这时将会确定Teacher类，Student类和Administrator类。下面检查用例图并且确定各个功能所属的类：发布报告卡一Grades类记录分数一Grades类更新分数一Grades类保存分数一Grades类加载分数一Grades类登录一？查看分数一Grades类生成报告卡一ReportCard类首先发现的是登录没有所属的类。可以添加一个Logon类来处理Logon用例。现在可以开始创建类的关联：Teacher记录、更新、查看GradesAdministrator查看Grades、生成ReportCardsStudent查看GradesReportCards包含GradesTeacherAdministratorstudentReportCardgeneratesGradesview,maintainsviewviewcontains进一步创建类的关联：增添WebSite类和Logon类TeacherOnlineUserReportCardAdministratorgeneratesGradesview,maintainscontainsLogonviewWebSitegrantsaccesstodisplays下一步通过添加多重性让类图的信息更加详细，并且对类图进行调整以便保证没有冗余的类和关联。TeacherReportCardAdministratorGrades1..*1generates1..*1maintains1..*1containsOnlineUserWebSitedisplaysuse1..*11..*11..*12．确定属性和操作现在我们已经创建好了类和关联，可以开始添加属性和操作以便提供数据存储和需要的功能来完成系统功能。在下图中可以看到，表示参与者的类没有显示属性和操作，这并不意味着它们不存在，而只是表示类图不需要该细节。最后，为属性和操作提供参数、数据类型和初始值。如下图所示:TeacherReportCard+Generate()AdministratorGrades+RecordGrades(instudent:String,inassignment:String,ingrade:Integer)+UpdateGrades(instudent:String,inassignment:String,ingrade:Integer)+Distribute()-SaveGrades()-LoadGrade(argname)OnlineUserWebSite+UserName:String=#Password:String=+Logon()+View()1..*1generates1..*1maintains1..*1containsdisplaysuse1..*11..*11..*1练习：建模一个类图在这个练习中，将会从用例图建模一个类图。读者应该遵循前面介绍的步骤来建模类图支持如下面用例图中用例。练习步骤：1）确定可以在用例图中找到的类。2）创建关联类，给出它们的关联名词。3）巩固相似的类。4）确定任何合适的角色名。5）为任何已经封装到另一个类中的独立功能添加类。6）添加属性和操作以便提供类图中需要的功能。7）为操作和属性提供数据类型和参数等信息公司直销系统用例图4.2UML扩展类图一、聚合和组合在前面，已经介绍过类之间的简单关联，知道了它们在类图中使用连接类的单线表示。本节将介绍如何更好地限定这些关联，其方法是以聚合或者组合的形式来定义关联。这两种新的关联类型都描述了类之间的整体——部分组成关系。1．聚合聚合用来描述两个类之间的整体——部分关系，其中一个类为整体，它由一个或者多个部分类组成。在聚合中，部分类可以没有整体类而存在。如下图所示。例如，CPU和显示器都可以以独立类的形式存在，但是当它们组成Computer类时，它们就变为整个计算机的组成部分。通过提供其他的计算机部件，如键盘、鼠标和扬声器来扩展该示例，如下图所示。2．组合组合是一种特殊的聚合关联。在组合关联中用来组成整体类的部分类是不能独立存在。整体类由部分类组成，部分类需要整体类才能存在。这种关系意味着销毁整体类将会同时销毁部分类。组合关联使用带有实心菱形的实线连接，如下图所示。由于组合关联指示的部分类是强制的，对于整体类意味着至少有一个多重性。在下面的示例中，整体类数据库由表和查询组成。这些关联使用组合表示，因为如果没有数据库，表和查询也不会存在，如图所示。另一种建模组合关联的方法称为图形容器。使用这种方法，整体类绘制成一个大矩形框，所有的部分类都包含在其中，如下图所示。3．使用带有泛化的聚合和组合聚合和组合表示的是类之间的关系，它们可以与泛化结合来进一步扩展类图模型，如下图所示。练习：建模聚合关联和组合关联在这个练习中，将会使用目前为止学习到的所有类型的关系来创建一个类图，这些关系包括普通关联、泛化、聚合和组合。读者将会综合运用自己的