UML 类图，十分钟带你掌握！

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嗨，你好啊，我是猿java

在日常开发中，我们经常会通过 UML 图形化的方式，帮助开发人员和业务分析师进行需求分析、系统设计和文档编制，这篇文章，我们将来重点分析 UML 类图。

什么是UML？

UML，Unified Modeling Language 统一建模语言，它是可视化软件系统设计的标准方法，UML 是一种经典的建模语言，包含了系统论、工程思想，以及架构学的元素。

UML 包含多种图表，用于表示系统的不同方面，以下是主要的 UML 图表类型：

  • 用例图（Use Case Diagram）：描述系统功能及其与外部实体（如用户或其他系统）的交互。

  • 类图（Class Diagram）：描述系统的静态结构，包括类、属性、方法及类之间的关系。

  • 对象图（Object Diagram）：展示特定时刻系统中对象的实例及其关系，通常是类图的实例化。

  • 顺序图（Sequence Diagram）：显示对象之间按时间顺序进行的交互，强调消息的发送和接收。

  • 通信图（Communication Diagram）：又称协作图，展示对象之间的交互，强调对象之间的连接和消息流。

  • 状态图（State Diagram）：描述对象在其生命周期中所经历的状态变化及状态之间的转移。

  • 活动图（Activity Diagram）：描述系统中的活动流程，强调并行和分支控制流。

  • 组件图（Component Diagram）：描述系统的物理组件及其相互关系，通常用于显示代码结构。

  • 部署图（Deployment Diagram）：描述系统的物理部署架构，包括硬件节点及其之间的通信关系。

  • 包图（Package Diagram）：组织类和其他模型元素，展示系统的包及其依赖关系。

  • 定时图（Timing Diagram）：描述对象状态或条件随时间变化的图表，常用于实时系统建模。

什么是 UML 类图？

UML Class Diagram（UML 类图），它是 UML 中使用最广泛的一种，提供了面向对象系统的静态视图，展示了它的类、属性、方法以及对象之间的关系。

在本文中，我们将探讨 UML 类图的构建块、如何表示它们、不同类型的类关系，并为每种表示形式提供真实世界的示例。

UML 类图的组成

UML 类图由以下构建基块组成：

  • Class（类）
  • Attributes（属性）
  • Methods（方法）
  • Interfaces（接口）
  • Abstract Class（抽象类）
  • Enumeration（枚举）

Class

类是定义对象的属性和行为的蓝图或模板。

如下示例，有一个 BankAccount 类以及用 UML 类图表示方式：

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public class BankAccount {

    private String accountNumber;
    protected double balance;
    
    public void deposit(double amount) {
        this.balance = amount;
    }

    public void withdraw(double amount) {
        balance += amount;
    }

    private void updateBalance(double amount) {
        balance += amount;
    }

    String getAccountInfo() {
        return accountNumber;
    }
}

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类表示为矩形，分为三个区间：

  • 顶部：表示类的名称，类的唯一标识符（例如，BankAccount）；
  • 中间：表示与类关联的属性或数据（例如，accountNumber、balance）；
  • 底部：表示类对象可以执行的方法（例如，deposit()、updateBalance()）；

可见性标记：可见性标记指示类中属性和方法的可访问权限，可见性通常有以下 4种：

  • + （Public）：可以从任何类访问属性或方法。
  • - （Private）：属性或方法只能在同一类中访问。
  • # （Protected）：属性或方法在同一类及其子类中是可访问的。
  • ~（Package）：属性或方法在同一包中是可访问的。

Attributes

UML 类图中的属性表示类的属性或数据字段。

属性的定义通常为下面的形式：

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- username : String
  • -：代表属性的访问权限，权限范围和上面类的类型是一样的。
  • username：代表属性的名称。
  • String：代表属性的数据类型。

如下示例，有一个 Person类，以及用 UML 类图表示方式：

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public class Person {
    private String name;
    protected int age;
    public String email;
    String phoneNumber = "187xxxx1234";
}

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Methods

UML 类图中的方法（或操作）表示类可以执行的功能或行为。

属性的定义通常为下面的形式：

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+ sum(int a, int b): int
  • +，代表属性的访问权限；
  • sum：代表方法的名称；
  • (int a, int b)，代表参数列表，以逗号分隔的参数列表，每个参数都指定为名称和类型；
  • int，代表方法返回的数据类型。

如下示例，展示一个 Person类中 4种访问权限的方法：

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Interfaces

接口被描述为一个类矩形，接口名称上方带有关键字 «interface»，接口中的方法大部分上是抽象的，但是也有一些 default 方法。

如下示例，定义了一个 Drawable 接口，以及用 UML 类图表示的方式：

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public interface Drawable {

    public void draw();
    private void erase(){ }
}

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Abstract Class

抽象类是无法实例化的类，在 UML 中的抽象类用斜体表示类名，在类名上方用关键字 《abstract》表示。类中的抽象方法通常也以斜体显示。

如下示例，定义了一个 Shape 抽象类，以及用 UML 类图表示的方式：

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public abstract class Shape {

    public double area;
    public abstract double getArea();
}

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Enumeration

枚举是一种数据类型，用于定义一组命名值（例如，颜色、星期、月份等）。 在 UML 类图中，在枚举名称上方用关键字 «enumeration» 表示，枚举的值列在类框中。

如下示例，定义了一个 Color 枚举，以及用 UML 类图表示的方式：

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public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE
}

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UML 类图中的关系

在 UML 类图中，类之间的关系主要有以下 6种类型：

  • Association（关联）
  • Aggregation（聚合）
  • Composition（组合）
  • Inheritance（继承）
  • Implementation（实现）
  • Dependency（依赖）

这六种关系的箭头如下所示：

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Association

Association（关联），表示两个类之间的 uses-a 关系，其中一个类使用另一个类或与另一个类交互。

如下示例：学生班级与课程班级相关联，因为学生可以注册多个课程。

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Aggregation

Aggregation（聚合），表示 has-a关系， 一个类（整体）包含另一个类（部分），但包含的类可以独立存在。

如下示例：Car 类具有 Engine 类，但 Engine 类可以在没有 Car 类的情况下存在。

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Composition

Composition（组成），代表了一种强烈的 has-a 关系，在这种关系中，没有整体，部分就无法存在。如果整体被破坏，部分也被破坏。

如下示例：House 类由 Room 类组成，但 Room 类不能没有 House 类而存在。

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Inheritance

Inheritance（继承或泛化），表示一种 is-a 关系，其中一个类（子类）继承另一个类（超类）的属性和方法。

如下示例：Dog 类和 Cat 类继承自 Animal 类，因为狗和猫都是动物。

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Implementation

Implementation（实现），表示类和接口之间的关系，其中类实现接口中声明的方法。

示例：Rectangle 类和 Circle 类实现了 Shape 接口，该接口声明了 getArea() 方法。

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Dependency

Dependency（依赖），代表一种 uses 关系，其中一个类别的变化可能会影响另一个类别。

如下示例：Customer 类使用 Order 类下订单。

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最后，我们再对上面几种关系给出一个全面的示例：

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总结

UML 类图是软件工作中很重要的一个知识点，作为程序员，我们一定要掌握，最后对 UML 类图做个总结：

UML 类图由以下构建基块组成：

  • Class（类）
  • Attributes（属性）
  • Methods（方法）
  • Interfaces（接口）
  • Abstract Class（抽象类）
  • Enumeration（枚举）

类之间的关系主要有以下 6种类型：

  • Association（关联）
  • Aggregation（聚合）
  • Composition（组合）
  • Inheritance（继承）
  • Implementation（实现）
  • Dependency（依赖）

参考文献

UML

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