[架构之路-214]- UML-类图图解、详解、结构化、本质化讲解

一、什么是类

1.1 概述

类是面向对象语言的程序设计中的概念，是面向对象编程的基础。

类的实质是一种引用数据类型，类似于 byte、short、int（char）、long、float、double 等基本数据类型，不同的是它是一种复杂的数据类型。因为它的本质是数据类型，而不是数据，所以不存在于内存中，不能被直接操作，只有被实例化为对象时，才会变得可操作。
结构化面向对象简单数据类型char，short，int，long，float，doublechar，short，int，long，float，double复合数据类型struct ABC ;//结构体类型class ABC； //类类型组成
结构体成员变量

结构体成员函数（新增加）

类成员变量

类成员函数
数据struct ABC val；//变量定义=》变量
class ABC val； //实例化-》对象

类是对现实生活中一类具有共同特征的事物的抽象。如果一个程序里提供的数据类型与应用中的概念有直接的对应，这个程序就会更容易理解，也更容易修改。一组经过很好选择的用户定义的类会使程序更简洁。此外，它还能使各种形式的代码分析更容易进行。特别地，它还会使编译器有可能检查对象的非法使用。

类的内部封装了属性和方法，用于操作自身的成员。类是对某种对象的定义，具有行为（behavior），它描述一个对象能够做什么以及做的方法（method），它们是可以对这个对象进行操作的程序和过程。它包含有关对象行为方式的信息，包括它的名称、属性、方法和事件。

类的构成包括成员属性和成员方法（数据成员和成员函数）。数据成员对应类的属性，类的数据成员也是一种数据类型，并不需要分配内存。成员函数则用于操作类的各项属性，是一个类具有的特有的操作，比如“学生”可以“上课”，而“水果”则不能。类和外界发生交互的操作称为接口。

备注：

类有两种组成：成员变量和成员函数，因此类与类之间的关系，也是从这两个角度去看：是在成员函数结构上建立关联？ 还是在成员函数上建立关联？

1.2 UML中类的表示

在类的UML图中，使用长方形描述一个类的主要构成，长方形垂直地分为三层，以此放置类的名称、属性和方法。

一般类的类名用正常字体粗体表示，如上图抽象类名用斜体字粗体，如User；接口则需在上方加上<< interface >>。

属性和方法都需要标注可见性符号，

+

代表public，

#

代表protected，

-

代表private。

另外，还可以用冒号:表明属性的类型和方法的返回类型，如

+$name:string

、

+getName():string

。当然，类型说明并非必须。

1. 从上到下分为三部分，分别是类名、属性和操作。类名是必须有的

​ 2.类如果有属性，则每一个属性必须有一个名字，另外还可以有其他的描述信息，如可见性、数据类型、缺省值等

​ 3.类如果有操作，则每一个操作也都有一个名字，其他可选的信息包括可见性、参数的名、参数类型、参数缺省值和操作的返回值的类型等

1.3 接口

​ 一组操作的集合，只有操作的声明而没有实现。

1.4 抽象类

​ 不能被实例化的类，一般至少包含一个抽象操作

1.5 模板类

​ 一种参数化的类，在编译时把模板参数绑定到不同的数据类型，从而产生不同的类。

二、什么类图

2.1 概述

类图以反映一个类与其他类在类的结构(属性、操作)以及类之间的关系为主要目的，描述了软件系统的结构，是一种静态建模方法。

​ 类图中的“类”与面向对象语言中的“类”的概念是对应的，是对现实世界中的事物的抽象。

类是一种复合数据类型，是一种自定义复合数据类型，既然是数据类型，就意味着会被其他数据类似使用，在UML中，称为类与类的关系。

2.2 类关系

类与类之间的关系主要有六种：

继承、实现、组合、聚合、关联和依赖，

这六种关系的箭头表示如下。

类的关系的强弱，体现在如下两个大的方面：

（1）通过内存结构体现，由强到弱为：继承-》组合-》聚合-》关联

（2）通过操作函数体现，由强到弱为：实现-》....................-》依赖

三、UML类图

3.1 结构关系

3.1.1 完全一体：继承关系 （类与类耦合度最高，类与类之间最强的关系）

继承关系也称泛化关系（Generalization），用于描述父类与子类之间的关系。父类又称作基类，子类又称作派生类。

继承关系中，子类继承父类的所有功能，父类所具有的属性、方法，子类应该都有。子类中除了与父类一致的信息以外，还包括额外的信息。

例如：公交车、出租车和小轿车都是汽车，他们都有名称，并且都能在路上行驶。

继承关系：Bus或Taxi完成拥有Car的一切，包括所有的成员属性和成员函数。

与在Bus或Taxi空的类定义上增加一个Car类型的成员变量不同的是，后者称为关联。

继承关系：子类可以直接操作父类中的成员函数和成员属性的名字。而关联关系必须通过新定义的成员变量名才能访问。如:

Class A

{

    int x；

}

1. 继承关系

Class B: A

{

}

在使用B的实例时，可以直接访问A中的x.

1. 组合关系

Class C

{

    Class A  a；

}

是在使用C的实例时，需要通过新定义的变量访问，如a.x

3.1.2 组合关系

组合关系（Composition）：整体与部分的关系，但是整体与部分不可以分开。

组合关系表示类之间整体与部分的关系，整体和部分有一致的生存期。一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，是同生共死的关系。

例如：人由头部和身体组成，两者不可分割，共同存在。

两个类的耦合程度，组合关系仅次于继承关系。

与继承关系相似，组合关系表示一个类是另一个类结构上（成员变量）的组成部分。

只不过，需要听过新定义变量才能访问。

3.1.3 聚合关系

聚合关系（Aggregation）：整体和部分的关系，整体与部分可以分开。

聚合关系也表示类之间整体与部分的关系，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。

例如：公交车司机和工衣、工帽是整体与部分的关系，但是可以分开，工衣、工帽可以穿在别的司机身上，公交司机也可以穿别的工衣、工帽。

与组合关系一样，组合关系表示一个类是另一个类结构上（成员变量）的组成部分，是整体与部分的关系。

与组合关系不同的是：

组合关系：两个类对应的对象（实例化后的变量，内存空间）的生命周期是相同的。体现在代码上，是通过成员变量的建立了部分与整体的关系。

聚合关系：两个类对应的对象（实例化后的变量，内存空间）的生命周期可以不同，体现在代码上，是通过引用或指针建立了部分与整体的关系。

3.1.4 关联关系

关联关系（Association）：表示一个类的成员属性中保存了对另一个类的一个实例（或多个实例）的引用。即两个类的实例，在结构上并没有部分与整体这种强关系，仅仅表示结构上（不是成员函数、成员操作上）有某种内在的联系而已。

关联关系是类与类之间最常用的一种关系，表示一类对象与另一类对象之间有联系。

组合、聚合也属于关联关系，是一种强关联关系，是一种特殊的关联关系：部分与整体的关系，只是关联关系的类间关系比其他两种要弱。

关联关系有四种：双向关联、单向关联、自关联、多重数关联。

例如：汽车和司机，一辆汽车对应特定的司机，一个司机也可以开多辆车。

在多重性关系中，可以直接在关联直线上增加一个数字，表示与之对应的另一个类的对象的个数。

1..1

：仅一个

0..*

：零个或多个

1..*

：一个或多个

0..1

：没有或只有一个

m..n

：最少m、最多n个 (m<=n)

3.2 操作关系

3.2.1 操作上的继承关系：实现关系（Implementation）

主要用来规定接口和实现类的关系。

接口（包括抽象类）是方法的集合，在实现关系中，类实现了接口，类中的方法实现了接口声明的所有方法。

例如：汽车和轮船都是交通工具，而交通工具只是一个可移动工具的抽象概念，船和车实现了具体移动的功能。

实现关系本质上是一种继承关系，因此图形表示与继承是相似的，只不过，只有成员函数，没有成员变量，因此用了虚线表示。

3.2.2 依赖关系

依赖关系（Dependence）：假设A类的变化引起了B类的变化，则说名B类依赖于A类。

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。

并没有体现在对象的内存结构（成员属性，成员变量）上有某种关系。

依赖关系是一种“使用”关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物，在需要表示一个事物使用另一个事物时使用依赖关系。

例如：汽车依赖汽油，如果没有汽油，汽车将无法行驶。

备注：

普通的关联关系本质也是一种依赖关系，依赖关系本质上也是一种关联关系，因此他们的图形是相似的。

• 普通的关联关系：内存结构上、成员变量上的依赖关系，通过成员变量关联，即在内存结构上进行关联，因此用的是实线。
• 依赖关系：成员函数上的依赖关系，通过成员函数进行关联，因此，用的是虚线。

四 总结

这六种类关系中，组合、聚合和关联的代码结构一样，可以从关系的强弱来理解，各类关系从强到弱依次是：继承→实现→组合→聚合→关联→依赖。如下是完整的一张UML关系图。