UML规则笔记

 

一、类

　　类(Class)封装了数据和行为，是面向对象的重要组成部分，它是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称。

　　在系统中，每个类都具有一定的职责，职责指的是类要完成什么样的功能，要承担什么样的义务。一个类可以有多种职责，设计得好的类一般只有一种职责。在定义类的时候，将类的职责分解成为类的属性和操作（即方法）。类的属性即类的数据职责，类的操作即类的行为职责。设计类是面向对象设计中最重要的组成部分，也是最复杂和最耗时的部分。

　　在软件系统运行时，类将被实例化成对象(Object)，对象对应于某个具体的事物，是类的实例(Instance)。

　　类图(Class Diagram)使用出现在系统中的不同类来描述系统的静态结构，它用来描述不同的类以及它们之间的关系。

在系统分析与设计阶段，类通常可以分为三种，分别是实体类(Entity Class)、控制类(Control Class)和边界类(Boundary Class)，下面对这三种类加以简要说明：

　　(1) 实体类：实体类对应系统需求中的每个实体，它们通常需要保存在永久存储体中，一般使用数据库表或文件来记录，实体类既包括存储和传递数据的类，还包括操作数据的类。实体类来源于需求说明中的名词，如学生、商品等。

　　(2) 控制类：控制类用于体现应用程序的执行逻辑，提供相应的业务操作，将控制类抽象出来可以降低界面和数据库之间的耦合度。控制类一般是由动宾结构的短语（动词+名词）转化来的名词，如增加商品对应有一个商品增加类，注册对应有一个用户注册类等

　　(3) 边界类：边界类用于对外部用户与系统之间的交互对象进行抽象，主要包括界面类，如对话框、窗口、菜单等。

在面向对象分析和设计的初级阶段，通常首先识别出实体类，绘制初始类图，此时的类图也可称为领域模型，包括实体类及其它们之间的相互关系

 

二、类、接口的图示

　　1.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 类的UML图示

图1对应的代码片段如下：

    private String name;
    private int age;
    private String email;
    
    public void modifyInfo() {
        ......
    }
}

(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。在UML类图中，类一般由三部分组成：

(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：

• • “可见性”表示该属性对于类外的元素而言是否可见，包括公有(public)、私有(private)和受保护(protected)三种，在类图中分别用符号+、-和#表示。
  • “名称”表示属性名，用一个字符串表示。
  • “类型”表示属性的数据类型，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型。
  • “缺省值”是一个可选项，即属性的初始值。

(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：

• • “可见性”的定义与属性的可见性定义相同。
  • “名称”即方法名，用一个字符串表示。
  • “参数列表”表示方法的参数，其语法与属性的定义相似，参数个数是任意的，多个参数之间用逗号“，”隔开。
  • “返回类型”是一个可选项，表示方法的返回值类型，依赖于具体的编程语言，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型，还可以是空类型(void)，如果是构造方法，则无返回类型。

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。

 

2.接口图示

  

　　　　　　 

 

　　　　接口图

上图表示一个接口图，它与类图的区别主要是顶端有<<interface>>显示，第一行是接口的名称，第二行是方法。

　　　　　　　　　　 

 

接口-棒棒糖表示法

接口还有另一种表示方法，俗称「棒棒糖表示法」，比如图中的唐老鸭类就是实现了讲人话的接口。 

 

三、类与类、类与接口之间的关系

1. 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。

(1) 双向关联在UML中，关联关系通常又包含如下几种形式：

(2) 单向关联

(3) 自关联

(4) 多重性关联

表1 多重性表示方式列表

表示方式	多重性说明
1..1	表示另一个类的一个对象只与该类的一个对象有关系
0..*	表示另一个类的一个对象与该类的零个或多个对象有关系
1..*	表示另一个类的一个对象与该类的一个或多个对象有关系
0..1	表示另一个类的一个对象没有或只与该类的一个对象有关系
m..n	表示另一个类的一个对象与该类最少m，最多n个对象有关系 (m≤n)

(5) 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。

(6) 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。

 

2. 依赖关系

依赖(Dependency)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。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。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1所示：

图1 依赖关系实例

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。

 

3. 泛化关系

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2所示：

 

4. 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：

图3 接口的UML图示

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：

图4 实现关系实例

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。

 

四、实例分析

实例分析1——登录模块

某基于C/S的即时聊天系统登录模块功能描述如下：

用户通过登录界面(LoginForm)输入账号和密码，系统将输入的账号和密码与存储在数据库(User)表中的用户信息进行比较，验证用户输入是否正确，如果输入正确则进入主界面(MainForm)，否则提示“输入错误”。

根据以上描述绘制初始类图。

参考解决方案：

参考类图如下：

考虑到系统扩展性，在本实例中引入了抽象数据访问接口IUserDAO，再将具体数据访问对象注入到业务逻辑对象中，可通过配置文件（如XML文件）等方式来实现，将具体的数据访问类类名存储在配置文件中，如果需要更换新的具体数据访问对象，只需修改配置文件即可，原有程序代码无须做任何修改。

类说明：

类 名	说 明
LoginForm	登录窗口，省略界面组件和按钮事件处理方法（边界类）
LoginBO	登录业务逻辑类，封装实现登录功能的业务逻辑（控制类）
IUserDAO	抽象数据访问类接口，声明对User表的数据操作方法，省略除查询外的其他方法（实体类）
UserDAO	具体数据访问类，实现对User表的数据操作方法，省略除查询外的其他方法（实体类）
MainForm	主窗口（边界类）

方法说明：

方法名	说 明
LoginForm类的LoginForm()方法	LoginForm构造函数，初始化实例成员
LoginForm类的validate()方法	界面类的验证方法，通过调用业务逻辑类LoginBO的validate()方法实现对用户输入信息的验证
LoginBO类的validate()方法	业务逻辑类的验证方法，通过调用数据访问类的findUserByAccAndPwd()方法验证用户输入信息的合法性
LoginBO类的setIUserDAO()方法	Setter方法，在业务逻辑对象中注入数据访问对象（注意：此处针对抽象数据访问类编程
IUserDAO接口的findUserByAccAndPwd()方法	业务方法声明，通过用户账号和密码在数据库中查询用户信息，判断该用户身份的合法性
UserDAO类的findUserByAccAndPwd()方法	业务方法实现，实现在IUserDAO接口中声明的数据访问方法

实例分析2——注册模块

某基于Java语言的C/S软件需要提供注册功能，该功能简要描述如下：

用户通过注册界面(RegisterForm)输入个人信息，用户点击“注册”按钮后将输入的信息通过一个封装用户输入数据的对象(UserDTO)传递给操作数据库的数据访问类，为了提高系统的扩展性，针对不同的数据库可能需要提供不同的数据访问类，因此提供了数据访问类接口，如IUserDAO，每一个具体数据访问类都是某一个数据访问类接口的实现类，如OracleUserDAO就是一个专门用于访问Oracle数据库的数据访问类。

根据以上描述绘制类图。为了简化类图，个人信息仅包括账号(userAccount)和密码(userPassword)，且界面类无需涉及界面细节元素。

参考解决方案：

在以上功能说明中，可以分析出该系统包括三个类和一个接口，这三个类分别是注册界面类RegisterForm、用户数据传输类UserDTO、Oracle用户数据访问类OracleUserDAO，接口是抽象用户数据访问接口IUserDAO。它们之间的关系如下：

(1) 在RegisterForm中需要使用UserDTO类传输数据且需要使用数据访问类来操作数据库，因此RegisterForm与UserDTO和IUserDAO之间存在关联关系，在RegisterForm中可以直接实例化UserDTO，因此它们之间可以使用组合关联。

(2) 由于数据库类型需要灵活更换，因此在RegisterForm中不能直接实例化IUserDAO的子类，可以针对接口IUserDAO编程，再通过注入的方式传入一个IUserDAO接口的子类对象（在本书后续章节中将学习如何具体实现），因此RegisterForm和IUserDAO之间具有聚合关联关系。

(3) OracleUserDAO是实现了IUserDAO接口的子类，因此它们之间具有类与接口的实现关系。

(4) 在声明IUserDAO接口的增加用户信息方法addUser()时，需要将在界面类中实例化的UserDTO对象作为参数传递进来，然后取出封装在UserDTO对象中的数据插入数据库，因此addUser()方法的函数原型可以定义为：public boolean addUser(UserDTO user)，在IUserDAO的方法addUser()中将UserDTO类型的对象作为参数，故IUserDAO与UserDTO存在依赖关系。

通过以上分析，该实例参考类图如图1所示：

图1 注册功能参考类图

注意：在绘制类图或其他UML图形时，可以通过注释(Comment)来对图中的符号或元素进行一些附加说明，如果需要详细说明类图中的某一方法的功能或者实现过程，可以使用如图2所示表示方式：

图2 类图注释实例

实例分析3——售票机控制程序

某运输公司决定为新的售票机开发车票销售的控制软件。图I给出了售票机的面板示意图以及相关的控制部件。

图I 售票机面板示意图

售票机相关部件的作用如下所述：

(1) 目的地键盘用来输入行程目的地的代码（例如，200表示总站）。

(2) 乘客可以通过车票键盘选择车票种类（单程票、多次往返票和座席种类）。

(3) 继续/取消键盘上的取消按钮用于取消购票过程，继续按钮允许乘客连续购买多张票。

(4) 显示屏显示所有的系统输出和用户提示信息。

(5) 插卡口接受MCard（现金卡），硬币口和纸币槽接受现金。

(6) 打印机用于输出车票。

(7) 所有部件均可实现自检并恢复到初始状态。

现采用面向对象方法开发该系统，使用UML进行建模，绘制该系统的初始类图。

参考解决方案：

参考类图如下：

类说明：

类 名	说 明
Component	抽象部件类，所有部件类的父类
Keyboard	抽象键盘类
ActionKeyboard	继续/取消键盘类
TicketKindKeyboard	车票种类键盘类
DestinationKeyboard	目的地键盘类
Screen	显示屏类
CardDriver	卡驱动器类
CashSlot	现金（硬币/纸币）槽类
Printer	打印机类
TicketSoldSystem	售票系统类

方法说明：

方法名	说 明
Component 的init()方法	初始化部件
Component 的doSeltTest()方法	自检
Keyboard的getSelectedKey()方法	获取按键值
ActionKeyboard的getAction()方法	继续/取消键盘事件处理
TicketKindKeyboard的getTicketKind()方法	车票种类键盘事件处理
DestinationKeyboard的getDestinationCode()方法	目的地键盘事件处理
Screen的showText()方法	显示信息
CardDriver的getCredit()方法	获取金额
CardDriver的debitFare()方法	更新卡余额
CardDriver的ejectMCard()方法	退卡
CashSlot的getCredit()方法	获取金额
Printer的printTicket()方法	打印车票
Printer的ejectTicket()方法	出票
TicketSoldSystem的verifyCredit()方法	验证金额
TicketSoldSystem的calculateFare()方法	计算费用