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UML类图关系大全
1、关联
双向关联:
C1-C2:指双方都知道对方的存在,都可以调用对方的公共属性和方法。
在 GOF的设计模式书上是这样描述的:虽然在分析阶段这种关系是适用的,但我们觉得它对于描述设计模式内的类关系来说显得太抽象了,因为在设计阶段关联关系必须被映射为对象引用或指针。对象引用本身就是有向的,更适合表达我们所讨论的那种关系。所以这种关系在设计的时候比较少用到,关联一般都是有向的。
使用ROSE 生成的代码是这样的:
...{
public:
C2* theC2;
};
class C2
...{
public:
C1* theC1;
};
双向关联在代码的表现为双方都拥有对方的一个指针,当然也可以是引用或者是值。
单向关联:
C3->C4:表示相识关系,指C3知道C4,C3可以调用C4的公共属性和方法。没有生命期的依赖。一般是表示为一种引用。
生成代码如下:
...{
public:
C4* theC4;
};
class C4
...{
};
单向关联的代码就表现为C3有C4的指针,而C4对C3一无所知。
自身关联(反身关联):
自己引用自己,带着一个自己的引用。
代码如下:
...{
public:
C14* theC14;
};
就是在自己的内部有着一个自身的引用。
2、聚合/组合
当类之间有整体-部分关系的时候,我们就可以使用组合或者聚合。
聚合:表示C9聚合C10,但是C10可以离开C9而独立存在(独立存在的意思是在某个应用的问题域中这个类的存在有意义。这句话怎么解,请看下面组合里的解释)。
代码如下:
...{
public:
C10 theC10;
};
class C10
...{
};
组合(也有人称为包容):一般是实心菱形加实线箭头表示,如上图所示,表示的是C8被C7包容,而且C8不能离开C7而独立存在。但这是视问题域而定的,例如在关心汽车的领域里,轮胎是一定要组合在汽车类中的,因为它离开了汽车就没有意义了。但是在卖轮胎的店铺业务里,就算轮胎离开了汽车,它也是有意义的,这就可以用聚合了。在《敏捷开发》中还说到,A组合B,则A需要知道B的生存周期,即可能A负责生成或者释放B,或者A通过某种途径知道B的生成和释放。
他们的代码如下:
...{
public:
C8 theC8;
};
class C8
...{
};
可以看到,代码和聚合是一样的。具体如何区别,可能就只能用语义来区分了。
3、依赖
依赖:
指C5可能要用到C6的一些方法,也可以这样说,要完成C5里的所有功能,一定要有C6的方法协助才行。C5依赖于C6的定义,一般是在C5类的头文件中包含了C6的头文件。ROSE对依赖关系不产生属性。
注意,要避免双向依赖。一般来说,不应该存在双向依赖。
ROSE生成的代码如下:
#include "C6.h"
class C5
...{
};
// C6.h
#include "C5.h"
class C6
...{
};
虽然ROSE不生成属性,但在形式上一般是A中的某个方法把B的对象作为参数使用(假设A依赖于B)。如下:
class A
...{
void Func(B &b);
}
那依赖和聚合\组合、关联等有什么不同呢?
关联是类之间的一种关系,例如老师教学生,老公和老婆,水壶装水等就是一种关系。这种关系是非常明显的,在问题领域中通过分析直接就能得出。
依赖是一种弱关联,只要一个类用到另一个类,但是和另一个类的关系不是太明显的时候(可以说是“uses”了那个类),就可以把这种关系看成是依赖,依赖也可说是一种偶然的关系,而不是必然的关系,就是“我在某个方法中偶然用到了它,但在现实中我和它并没多大关系”。例如我和锤子,我和锤子本来是没关系的,但在有一次要钉钉子的时候,我用到了它,这就是一种依赖,依赖锤子完成钉钉子这件事情。
组合是一种整体-部分的关系,在问题域中这种关系很明显,直接分析就可以得出的。例如轮胎是车的一部分,树叶是树的一部分,手脚是身体的一部分这种的关系,非常明显的整体-部分关系。
上述的几种关系(关联、聚合/组合、依赖)在代码中可能以指针、引用、值等的方式在另一个类中出现,不拘于形式,但在逻辑上他们就有以上的区别。
这里还要说明一下,所谓的这些关系只是在某个问题域才有效,离开了这个问题域,可能这些关系就不成立了,例如可能在某个问题域中,我是一个木匠,需要拿着锤子去干活,可能整个问题的描述就是我拿着锤子怎么钉桌子,钉椅子,钉柜子;既然整个问题就是描述这个,我和锤子就不仅是偶然的依赖关系了,我和锤子的关系变得非常的紧密,可能就上升为组合关系(让我突然想起武侠小说的剑不离身,剑亡人亡...)。这个例子可能有点荒谬,但也是为了说明一个道理,就是关系和类一样,它们都是在一个问题领域中才成立的,离开了这个问题域,他们可能就不复存在了。
4、泛化(继承)
泛化关系:如果两个类存在泛化的关系时就使用,例如父和子,动物和老虎,植物和花等。
ROSE生成的代码很简单,如下:
class C12 : public C11
...{
};
5、这里顺便提一下模板
上面的图对应的代码如下:
class C13
...{
};
这里再说一下重复度,其实看完了上面的描述之后,我们应该清楚了各个关系间的关系以及具体对应到代码是怎么样的,所谓的重复度,也只不过是上面的扩展,例如A和B有着“1对多”的重复度,那在A中就有一个列表,保存着B对象的N个引用,就是这样而已。
好了,到这里,已经把上面的类图关系说完了,希望你能有所收获了,我也费了不少工夫啊(画图、生成代码、截图、写到BLOG上,唉,一头大汗)。不过如果能让你彻底理解UML类图的这些关系,也值得了。:)
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
像聚合还分为:非共享聚合、共享聚合、复合聚合等。以及其它内容,下次再补充。
UML 2 中的阴和阳
在 UML 2 中有二种基本的图范畴:结构图和行为图。每个 UML 图都属于这二个图范畴。结构图的目的是显示建模系统的静态结构。它们包括类,组件和(或)对象图。另一方面,行为图显示系统中的对象的动态行为,包括如对象的方法,协作和活动之类的内容。行为图的实例是活动图,用例图和序列图。
大体上的结构图
如同我所说的,结构图显示建模系统的静态结构。关注系统的元件,无需考虑时间。在系统内,静态结构通过显示类型和它们的实例进行传播。除了显示系统类型和它们的实例,结构图至少也显示了这些元素间的一些关系,可能的话,甚至也显示它们的内部结构。
贯穿整个软件生命周期,结构图对于各种团队成员都是有用的。一般而言,这些图支持设计验证,和个体与团队间的设计交流。举例来说,业务分析师可以使用类或对象图,来为当前的资产和资源建模,例如分类账,产品或地理层次。架构师可以使用组件和部署图,来测试/确认他们的设计是否充分。开发者可以使用类图,来设计并为系统的代码(或即将成为代码的)类写文档。
特殊的类图
UML 2 把结构图看成一个分类;这里并不存在称为“结构图”的图。然而,类图提供结构图类型的一个主要实例,并为我们提供一组记号元素的初始集,供所有其它结构图使用。由于类图是如此基本,本文的剩余部分将会把重点集中在类图记号集。在本文的结尾,你将对于如何画UML 2类图有所了解,而且对于理解在后面文章中将涉及的其他结构图有一个稳固的基础。
基础
如先前所提到的,类图的目的是显示建模系统的类型。在大多数的 UML 模型中这些类型包括:
- 类
- 接口
- 数据类型
- 组件
UML 为这些类型起了一个特别的名字:“分类器”。通常地,你可以把分类器当做类,但在技术上,分类器是更为普遍的术语,它还是引用上面的其它三种类型为好。
类名
类的 UML 表示是一个长方形,垂直地分为三个区,如图 1 所示。顶部区域显示类的名字。中间的区域列出类的属性。底部的区域列出类的操作。当在一个类图上画一个类元素时,你必须要有顶端的区域,下面的二个区域是可选择的(当图描述仅仅用于显示分类器间关系的高层细节时,下面的两个区域是不必要的)。图 1 显示一个航线班机如何作为 UML 类建模。正如我们所能见到的,名字是 Flight,我们可以在中间区域看到Flight类的3个属性:flightNumber,departureTime 和 flightDuration。在底部区域中我们可以看到Flight类有两个操作:delayFlight 和 getArrivalTime。
图 1: Flight类的类图
类属性列表
类的属性节(中部区域)在分隔线上列出每一个类的属性。属性节是可选择的,要是一用它,就包含类的列表显示的每个属性。该线用如下格式:
name : attribute type
|
flightNumber : Integer
|
继续我们的Flight类的例子,我们可以使用属性类型信息来描述类的属性,如表 1 所示。
表 1:具有关联类型的Flight类的属性名字
|
在业务类图中,属性类型通常与单位相符,这对于图的可能读者是有意义的(例如,分钟,美元,等等)。然而,用于生成代码的类图,要求类的属性类型必须限制在由程序语言提供的类型之中,或包含于在系统中实现的、模型的类型之中。
在类图上显示具有默认值的特定属性,有时是有用的(例如,在银行账户应用程序中,一个新的银行账户会以零为初始值)。UML 规范允许在属性列表节中,通过使用如下的记号作为默认值的标识:
name : attribute type = default value
|
举例来说:
balance : Dollars = 0
|
显示属性默认值是可选择的;图 2 显示一个银行账户类具有一个名为 balance的类型,它的默认值为0。
图 2:显示默认为0美元的balance属性值的银行账户类图。
类操作列表
类操作记录在类图长方形的第三个(最低的)区域中,它也是可选择的。和属性一样,类的操作以列表格式显示,每个操作在它自己线上。操作使用下列记号表现:
name(parameter list) : type of value returned
|
下面的表 2 中Flight类操作的映射。
表 2:从图 2 映射的Flight类的操作
|
图3显示,delayFlight 操作有一个Minutes类型的输入参数 -- numberOfMinutes。然而,delayFlight 操作没有返回值。1 当一个操作有参数时,参数被放在操作的括号内;每个参数都使用这样的格式:“参数名:参数类型”。
图 3:Flight类操作参数,包括可选择的“in”标识。
当文档化操作参数时,你可能使用一个可选择的指示器,以显示参数到操作的输入参数、或输出参数。这个可选择的指示器以“in”或“out”出现,如图3中的操作区域所示。一般来说,除非将使用一种早期的程序编程语言,如Fortran ,这些指示器可能会有所帮助,否则它们是不必要的。然而,在 C++和Java中,所有的参数是“in”参数,而且按照UML规范,既然“in”是参数的默认类型,大多数人将会遗漏输入/输出指示器。
继承
在面向对象的设计中一个非常重要的概念,继承,指的是一个类(子类)继承另外的一个类(超类)的同一功能,并增加它自己的新功能(一个非技术性的比喻,想象我继承了我母亲的一般的音乐能力,但是在我的家里,我是唯一一个玩电吉他的人)的能力。为了在一个类图上建模继承,从子类(要继承行为的类)拉出一条闭合的,单键头(或三角形)的实线指向超类。考虑银行账户的类型:图 4 显示 CheckingAccount 和 SavingsAccount 类如何从 BankAccount 类继承而来。
图 4: 继承通过指向超类的一条闭合的,单箭头的实线表示。
在图 4 中,继承关系由每个超类的单独的线画出,这是在IBM Rational Rose和IBM Rational XDE中使用的方法。然而,有一种称为 树标记的备选方法可以画出继承关系。当存在两个或更多子类时,如图 4 中所示,除了继承线象树枝一样混在一起外,你可以使用树形记号。图 5 是重绘的与图 4 一样的继承,但是这次使用了树形记号。
图 5: 一个使用树形记号的继承实例
抽象类及操作
细心的读者会注意到,在图 4 和 图5 中的图中,类名BankAccount和withdrawal操作使用斜体。这表示,BankAccount 类是一个抽象类,而withdrawal方法是抽象的操作。换句话说,BankAccount 类使用withdrawal规定抽象操作,并且CheckingAccount 和 SavingsAccount 两个子类都分别地执行它们各自版本的操作。
然而,超类(父类)不一定要是抽象类。标准类作为超类是正常的。
关联
当你系统建模时,特定的对象间将会彼此关联,而且这些关联本身需要被清晰地建模。有五种关联。在这一部分中,我将会讨论它们中的两个 -- 双向的关联和单向的关联,而且我将会在Beyond the basics部分讨论剩下的三种关联类型。请注意,关于何时该使用每种类型关联的详细讨论,不属于本文的范围。相反的,我将会把重点集中在每种关联的用途,并说明如何在类图上画出关联。
双向(标准)的关联
关联是两个类间的联接。关联总是被假定是双向的;这意味着,两个类彼此知道它们间的联系,除非你限定一些其它类型的关联。回顾一下Flight 的例子,图 6 显示了在Flight类和Plane类之间的一个标准类型的关联。
图 6:在一个Flight类和Plane类之间的双向关联的实例
一个双向关联用两个类间的实线表示。在线的任一端,你放置一个角色名和多重值。图 6 显示Flight与一个特定的Plane相关联,而且Flight类知道这个关联。因为角色名以Plane类表示,所以Plane承担关联中的 “assignedPlane”角色。紧接于Plane类后面的多重值描述0...1表示,当一个Flight实体存在时,可以有一个或没有Plane与之关联(也就是,Plane可能还没有被分配)。图 6 也显示Plane知道它与Flight类的关联。在这个关联中,Flight承担“assignedFlights”角色;图 6 的图告诉我们,Plane实体可以不与flight关联(例如,它是一架全新的飞机)或与没有上限的flight(例如,一架已经服役5年的飞机)关联。
由于对那些在关联尾部可能出现的多重值描述感到疑惑,下面的表3列出了一些多重值及它们含义的例子。
表 3: 多重值和它们的表示
|
单向关联
在一个单向关联中,两个类是相关的,但是只有一个类知道这种联系的存在。图 7 显示单向关联的透支财务报告的一个实例。
图 7: 单向关联一个实例:OverdrawnAccountsReport 类 BankAccount 类,而 BankAccount 类则对关联一无所知。
一个单向的关联,表示为一条带有指向已知类的开放箭头(不关闭的箭头或三角形,用于标志继承)的实线。如同标准关联,单向关联包括一个角色名和一个多重值描述,但是与标准的双向关联不同的时,单向关联只包含已知类的角色名和多重值描述。在图 7 中的例子中,OverdrawnAccountsReport 知道 BankAccount 类,而且知道 BankAccount 类扮演“overdrawnAccounts”的角色。然而,和标准关联不同,BankAccount 类并不知道它与 OverdrawnAccountsReport 相关联。2
软件包
不可避免,如果你正在为一个大的系统或大的业务领域建模,在你的模型中将会有许多不同的分类器。管理所有的类将是一件令人生畏的任务;所以,UML 提供一个称为软件包的组织元素。软件包使建模者能够组织模型分类器到名字空间中,这有些象文件系统中的文件夹。把一个系统分为多个软件包使系统变成容易理解,尤其是在每个软件包都表现系统的一个特定部分时。3
在图中存在两种方法表示软件包。并没有规则要求使用哪种标记,除了用你个人的判断:哪种更便于阅读你画的类图。两种方法都是由一个较小的长方形(用于定位)嵌套在一个大的长方形中开始的,如图 8 所示。但是建模者必须决定包的成员如何表示,如下:
- 如果建模者决定在大长方形中显示软件包的成员,则所有的那些成员4 需要被放置在长方形里面。另外,所有软件包的名字需要放在软件包的较小长方形之内(如图 8 的显示)。
- 如果建模者决定在大的长方形之外显示软件包成员,则所有将会在图上显示的成员都需要被置于长方形之外。为了显示属于软件包的分类器属于,从每个分类器画一条线到里面有加号的圆周,这些圆周粘附在软件包之上(图9)。
图 8:在软件包的长方形内显示软件包成员的软件包元素例子
图 9:一个通过连接线表现软件包成员的软件包例子
了解基础重要性
在 UML 2 中,了解类图的基础更为重要。这是因为类图为所有的其他结构图提供基本的构建块。如组件或对象图(仅仅是举了些例子)。
超过基础
到此为止,我已经介绍了类图的基础,但是请继续往下读!在下面的部分中,我将会引导你到你会使用的类图的更重要的方面。这些包括UML 2 规范中的接口,其它的三种关联类型,可见性和其他补充。
接口
在本文的前面,我建议你以类来考虑分类器。事实上,分类器是一个更为一般的概念,它包括数据类型和接口。
关于何时、以及如何高效地在系统结构图中使用数据类型和接口的完整讨论,不在本文的讨论范围之内。既然这样,我为什么要在这里提及数据类型和接口呢?你可能想在结构图上模仿这些分类器类型,在这个时候,使用正确的记号来表示,或者至少知道这些分类器类型是重要的。不正确地绘制这些分类器,很有可能将使你的结构图读者感到混乱,以后的系统将不能适应需求。
一个类和一个接口不同:一个类可以有它形态的真实实例,然而一个接口必须至少有一个类来实现它。在 UML 2 中,一个接口被认为是类建模元素的特殊化。因此,接口就象类那样绘制,但是长方形的顶部区域也有文本“interface”,如图 10 所示5
图 10:Professor类和Student类实现Person接口的类图实例
在图 10 中显示的图中,Professor和Student类都实现了Person的接口,但并不从它继承。我们知道这一点是由于下面两个原因:1) Person对象作为接口被定义 -- 它在对象的名字区域中有“interface”文本,而且我们看到由于Professor和Student对象根据画类对象的规则(在它们的名字区域中没有额外的分类器文本)标示,所以它们是 类对象。 2) 我们知道继承在这里没有被显示,因为与带箭头的线是点线而不是实线。如图 10 所示,一条带有闭合的单向箭头的点 线意味着实现(或实施);正如我们在图 4 中所见到的,一条带有闭合单向箭头的实线表示继承。
更多的关联
在上面,我讨论了双向关联和单向关联。现在,我将会介绍剩下的三种类型的关联。
关联类
在关联建模中,存在一些情况下,你需要包括其它类,因为它包含了关于关联的有价值的信息。对于这种情况,你会使用 关联类 来绑定你的基本关联。关联类和一般类一样表示。不同的是,主类和关联类之间用一条相交的点线连接。图 11 显示一个航空工业实例的关联类。
图 11:增加关联类 MileageCredit
在图 11 中显示的类图中,在Flight类和 FrequentFlyer 类之间的关联,产生了称为 MileageCredit的关联类。这意味当Flight类的一个实例关联到 FrequentFlyer 类的一个实例时,将会产生 MileageCredit 类的一个实例。
聚合
聚合是一种特别类型的关联,用于描述“总体到局部”的关系。在基本的聚合关系中, 部分类 的生命周期独立于 整体类 的生命周期。
举例来说,我们可以想象,车 是一个整体实体,而 车轮轮胎是整辆车的一部分。轮胎可以在安置到车时的前几个星期被制造,并放置于仓库中。在这个实例中,Wheel类实例清楚地独立地Car类实例而存在。然而,有些情况下, 部分 类的生命周期并 不 独立于 整体 类的生命周期 -- 这称为合成聚合。举例来说,考虑公司与部门的关系。 公司和部门都建模成类,在公司存在之前,部门不能存在。这里Department类的实例依赖于Company类的实例而存在。
让我们更进一步探讨基本聚合和组合聚合。
基本聚合
有聚合关系的关联指出,某个类是另外某个类的一部分。在一个聚合关系中,子类实例可以比父类存在更长的时间。为了表现一个聚合关系,你画一条从父类到部分类的实线,并在父类的关联末端画一个未填充棱形。图 12 显示车和轮胎间的聚合关系的例子。
图 12: 一个聚合关联的例子
组合聚合
组合聚合关系是聚合关系的另一种形式,但是子类实例的生命周期依赖于父类实例的生命周期。在图13中,显示了Company类和Department类之间的组合关系,注意组合关系如聚合关系一样绘制,不过这次菱形是被填充的。
图 13: 一个组合关系的例子
在图 13 中的关系建模中,一个Company类实例至少总有一个Department类实例。因为关系是组合关系,当Company实例被移除/销毁时,Department实例也将自动地被移除/销毁。组合聚合的另一个重要功能是部分类只能与父类的实例相关(举例来说,我们例子中的Company 类)。
反射关联
现在我们已经讨论了所有的关联类型。就如你可能注意到的,我们的所有例子已经显示了两个不同类之间的关系。然而,类也可以使用反射关联与它本身相关联。起先,这可能没有意义,但是记住,类是抽象的。图 14 显示一个Employee类如何通过manager / manages角色与它本身相关。当一个类关联到它本身时,这并不意味着类的实例与它本身相关,而是类的一个实例与类的另一个实例相关。
14:一个反射关联关系的实例
图14:描绘的关系说明一个Employee实例可能是另外一个Employee实例的经理。然而,因为“manages”的关系角色有%200..*的多重性描述;一个雇员可能不受任何其他雇员管理。
可见性
在面向对象的设计中,存在属性及操作可见性的记号。UML识别四种类型的可见性:public,protected,private及package。
UML规范并不要求属性及操作可见性必须显示在类图上,但是它要求为每个属性及操作定义可见性。为了在类图上的显示可见性,放置可见性标志于属性或操作的名字之前。虽然UML指定四种可见性类型,但是实际的编程语言可能增加额外的可见性,或不支持%20UML%20定义的可见性。表4显示了UML支持的可见性类型的不同标志。
表4:UML支持的可见性类型的标志
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