在日常開發(fā)中，我們經(jīng)常會通過 UML 圖形化的方式，幫助開發(fā)人員和業(yè)務分析師進行需求分析、系統(tǒng)設計和文檔編制，這篇文章，我們將來重點分析 UML 類圖。

什么是UML？

UML，Unified Modeling Language 統(tǒng)一建模語言，它是可視化軟件系統(tǒng)設計的標準方法，UML 是一種經(jīng)典的建模語言，包含了系統(tǒng)論、工程思想，以及架構學的元素。

UML 包含多種圖表，用于表示系統(tǒng)的不同方面，以下是主要的 UML 圖表類型：

• 用例圖（Use Case Diagram）：描述系統(tǒng)功能及其與外部實體（如用戶或其他系統(tǒng)）的交互。
• 類圖（Class Diagram）：描述系統(tǒng)的靜態(tài)結構，包括類、屬性、方法及類之間的關系。
• 對象圖（Object Diagram）：展示特定時刻系統(tǒng)中對象的實例及其關系，通常是類圖的實例化。
• 順序圖（Sequence Diagram）：顯示對象之間按時間順序進行的交互，強調(diào)消息的發(fā)送和接收。
• 通信圖（Communication Diagram）：又稱協(xié)作圖，展示對象之間的交互，強調(diào)對象之間的連接和消息流。
• 狀態(tài)圖（State Diagram）：描述對象在其生命周期中所經(jīng)歷的狀態(tài)變化及狀態(tài)之間的轉移。
• 活動圖（Activity Diagram）：描述系統(tǒng)中的活動流程，強調(diào)并行和分支控制流。
• 組件圖（Component Diagram）：描述系統(tǒng)的物理組件及其相互關系，通常用于顯示代碼結構。
• 部署圖（Deployment Diagram）：描述系統(tǒng)的物理部署架構，包括硬件節(jié)點及其之間的通信關系。
• 包圖（Package Diagram）：組織類和其他模型元素，展示系統(tǒng)的包及其依賴關系。
• 定時圖（Timing Diagram）：描述對象狀態(tài)或條件隨時間變化的圖表，常用于實時系統(tǒng)建模。

什么是 UML 類圖？

UML Class Diagram（UML 類圖），它是 UML 中使用最廣泛的一種，提供了面向對象系統(tǒng)的靜態(tài)視圖，展示了它的類、屬性、方法以及對象之間的關系。

在本文中，我們將探討 UML 類圖的構建塊、如何表示它們、不同類型的類關系，并為每種表示形式提供真實世界的示例。

UML 類圖的組成

UML 類圖由以下構建基塊組成：

• Class（類）
• Attributes（屬性）
• Methods（方法）
• Interfaces（接口）
• Abstract Class（抽象類）
• Enumeration（枚舉）

1.Class

類是定義對象的屬性和行為的藍圖或模板。

如下示例，有一個 BankAccount 類以及用 UML 類圖表示方式：

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;
    }
}

類表示為矩形，分為三個區(qū)間：

• 頂部：表示類的名稱，類的唯一標識符（例如，BankAccount）；
• 中間：表示與類關聯(lián)的屬性或數(shù)據(jù)（例如，accountNumber、balance）；
• 底部：表示類對象可以執(zhí)行的方法（例如，deposit()、updateBalance()）；

可見性標記：可見性標記指示類中屬性和方法的可訪問權限，可見性通常有以下 4種：

• + （Public）：可以從任何類訪問屬性或方法。
• - （Private）：屬性或方法只能在同一類中訪問。
• # （Protected）：屬性或方法在同一類及其子類中是可訪問的。
• ~（Package）：屬性或方法在同一包中是可訪問的。

2.Attributes

UML 類圖中的屬性表示類的屬性或數(shù)據(jù)字段。

屬性的定義通常為下面的形式：

- username : String

• -：代表屬性的訪問權限。
• username：代表屬性的名稱。
• String：代表屬性的數(shù)據(jù)類型。

如下示例，有一個 Person類，以及用 UML 類圖表示方式：

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

2.Methods

UML 類圖中的方法（或操作）表示類可以執(zhí)行的功能或行為。

屬性的定義通常為下面的形式：

+ sum(int a, int b): int

• +，代表屬性的訪問權限；
• sum：代表方法的名稱；
• (int a, int b)，代表參數(shù)列表，以逗號分隔的參數(shù)列表，每個參數(shù)都指定為名稱和類型；
• int，代表方法返回的數(shù)據(jù)類型。

如下示例，展示一個 Person類中 4種訪問權限的方法：

3.Interfaces

接口被描述為一個類矩形，接口名稱上方帶有關鍵字 ?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，定義了一個 Drawable 接口，以及用 UML 類圖表示的方式：

public interface Drawable {

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

4.Abstract Class

抽象類是無法實例化的類，在 UML 中的抽象類用斜體表示類名，在類名上方用關鍵字 《abstract》表示。類中的抽象方法通常也以斜體顯示。

如下示例，定義了一個 Shape 抽象類，以及用 UML 類圖表示的方式：

public abstract class Shape {

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

5.Enumeration

枚舉是一種數(shù)據(jù)類型，用于定義一組命名值（例如，顏色、星期、月份等）。在 UML 類圖中，在枚舉名稱上方用關鍵字 ?enumeration? 表示，枚舉的值列在類框中。

如下示例，定義了一個 Color 枚舉，以及用 UML 類圖表示的方式：

public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE
}

UML 類圖中的關系

在 UML 類圖中，類之間的關系主要有以下 6種類型：

• Association（關聯(lián)）
• Aggregation（聚合）
• Composition（組合）
• Inheritance（繼承）
• Implementation（實現(xiàn)）
• Dependency（依賴）

這六種關系的箭頭如下所示：

1.Association

Association（關聯(lián)），表示兩個類之間的 uses-a 關系，其中一個類使用另一個類或與另一個類交互。

如下示例：學生班級與課程班級相關聯(lián)，因為學生可以注冊多個課程。

2.Aggregation

Aggregation（聚合），表示 has-a關系， 一個類（整體）包含另一個類（部分），但包含的類可以獨立存在。

如下示例：Car 類具有 Engine 類，但 Engine 類可以在沒有 Car 類的情況下存在。

3.Composition

Composition（組成），代表了一種強烈的 has-a  關系，在這種關系中，沒有整體，部分就無法存在。如果整體被破壞，部分也被破壞。

如下示例：House 類由 Room 類組成，但 Room 類不能沒有 House 類而存在。

4.Inheritance

Inheritance（繼承或泛化），表示一種 is-a 關系，其中一個類（子類）繼承另一個類（超類）的屬性和方法。

如下示例：Dog 類和 Cat 類繼承自 Animal 類，因為狗和貓都是動物。

5.Implementation

Implementation（實現(xiàn)），表示類和接口之間的關系，其中類實現(xiàn)接口中聲明的方法。

示例：Rectangle 類和 Circle 類實現(xiàn)了 Shape 接口，該接口聲明了 getArea() 方法。

6.Dependency

Dependency（依賴），代表一種 uses 關系，其中一個類別的變化可能會影響另一個類別。

如下示例：Customer 類使用 Order 類下訂單。

最后，我們再對上面幾種關系給出一個全面的示例：

總結

UML 類圖是軟件工作中很重要的一個知識點，作為程序員，我們一定要掌握，最后對 UML 類圖做個總結：

UML 類圖由以下構建基塊組成：

• Class（類）
• Attributes（屬性）
• Methods（方法）
• Interfaces（接口）
• Abstract Class（抽象類）
• Enumeration（枚舉）

類之間的關系主要有以下 6種類型：

• Association（關聯(lián)）
• Aggregation（聚合）
• Composition（組合）
• Inheritance（繼承）
• Implementation（實現(xiàn)）
• Dependency（依賴）