uml类图设计系统详解实例
•什么是类
面向对象思想
特例
抽象
•每个对象都扮演了一个角色，并为其它成员提供特定的服务或执行特定的行为。
•在面向对象世界中，行为的启动是通过将“消息”传递给对此行为负责的对象来完成的；同时还将伴随着执行要求附上相关的信息（参数）；而收到该消息的对象则会执行相应的“方法”来实现需求
•用类和对象表示现实世界，用消息和方法来模拟现实世界的核心思想
如何用UML表示一个类
•名称（类名）：每个类都有一个惟一的名称，通常采用CamelCase格式表示
•属性：是已被命名的类的特性，它描述该类实例中包含的信息
•操作（方法）：是类所提供的服务，它可以由类的任何对象请求以影响其行为
•属性名和操作名也通常采用CamelCase格式表示，只不过首字母通常为小写。
•如何阅读类图
示例类图
先看清有哪些类，然后看看类之间存在的关系，并结合多重性来理解类图的结构特点以及各个属性和方法的含义
读图过程
•读出类：图中共有7个类，Order、OrderItem、Customer、Consignee、DeliverOrder、Peddlery、Prodcut
•读出关系：从图中关系最复杂（也就是线最密集）的类开始阅读，本图中最复杂的就是Order类。
1）OrderItem和Order之间是组合关系，根据箭头的方向可知Order包含了OrderItem。
2）Order类和Customer、Consignee、DeliverOrder是关联关系。也就是说，一个订单和客户、收货人、送货单是相关的。
•多重性（重数）：用来说明关联的两个类之间的数量关系
这个关系线本身看不到方向，但是看下面的总结重数为1的都是源
| 源类及多重性 |
目标类及多重性 |
分析 |
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| Customer(1) |
Order(0…n) |
订单是属于某个客户的，网站的客户可以有0个或多个订单 |
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| Order(1) |
Consignee(1) |
每个订单只能够有一个收货人 |
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| Order(1) |
OrderItem(1…n) |
订单是由订单项组成的，至少要有一个订单项，最多可以有n个 |
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| Order(1) |
DeliverOrder(1…n) |
一个订单有一个或多个送货单 |
说明：系统根据订单项的产品所属的商户，将其分发给商户，拆成了多个送货单！ |
| DeliverOrder(1) |
OrderItem(1…n) |
一张送货单对应订单中的一到多个订单项 |
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| DeliverOrder(1) |
Consignee(1) |
每张送货单都对应着一个收货人 |
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| Peddlery(1) |
DeliverOrder(0…n) |
每个商户可以有相关的0个或多个送货单 |
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| OrderItem(1) |
Product(1) |
每个订单项中都包含着唯一的一个产品 |
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| Peddlery(1) |
Prodcut(0…n) |
产品是属于某个商户的，可以注册0到多个产品 |
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理解类中的方法和调用过程
•Order类，有两个方法：dispatch()和close()，从名字中可以猜出它们分别实现“分拆订单生成送货单”和“完成订单”。而在DeliveOrder()类中则有一个Close()方法，同理它应该表示“完成送货”。而在OrderItem中有一个stateChange()方法和deliverState，不难猜出它就是用来改变其“是否交给收货人”标志位的
•先调用Order的dispatch()方法，它将根据其包含的OrderItem中产品信息，来按供应商户分拆成若干个DeliverOrder。商户登录系统后就可以获取其DeliverOrder，并在执行完后调用close()方法。这时，就将调用OrderItem的stateChange()方法来改为其状态。同时再调用Order的close()方法，判断该Order的所有的OrderItem是否都已经送到了，如果是就将其真正close()掉
使用了更多辅助建模元素的类图
增强的辅助建模元素
•导航箭号：类的实例之间只能沿着导航箭头的方向传递 ，在Order中可以获取其相应的Consignee，而从Consignee中是无法了解与其相关的Order的
•角色名称：Customer端有一个“+Owner”字符串 ，这表示Customer扮演的角色是Owner，也能对关联进行命名
•导出属性：是指可以根据其他值计算出来的特性，这种属性应在其名称前加上一个“/”符号。
•限定符：在Order和OrderItem之间的组合关系中，OrderItem这端多了一个方框，里面写着“ProductId”。它在UML中称为限定符，存在限定符的关联称为受限关联。它用来表示某种限定关系。在本例中，它的用途是说明：对于一张订单，每一种产品只能用一个订单项
•约束：用来说明规则，{xor}…
•职责：在类的属性栏中添加注释行表示，或增加了一个新的分栏
•其他高级概念
接口与抽象类
•抽象类是一种不能够被直接实例化的类，也就是说不能够创建一个属于抽象类的对象
•接口则是一种类似于抽象类的机制，它是一个没有具体实现的类
关联类
•关联类即是关联也是类，它不仅像关联那样连接两个类，而且还可以定义一组属于关系本身的特性
模板类
•可以根据占位符或参数来定义类，而不用说明属性、方法返回值和方法参数的实际类型 ，
和泛型一个道理，在Bind关系中用（int，20）替换T及size ，形成新的方法
主动类与嵌套类
•主动类的实例称为主动对象，一个主动对象拥有一个控制线程并且能够发起控制活动；它不在别的线程、堆栈或状态机内运行，具有独立的控制期。从某种意义上说，它就是一个线程
•在诸如Java的语言中，允许你将一个类的定义放在另一个类定义的内部，这就是嵌套类，在Java中也称为内层类。嵌套类是声明在它的外层类中的，因此只能够通过外层类或外层类的对象对它进行访问
常见依赖关系与程序实现
| 依赖构造型 |
含义 |
例子程序 |
| 《create》 |
表明目标对象是由源对象创建的，目标对象创建后将传递给系统其他部分。 |
public class ClassA{ public ClassB createB() { return new ClassB(); } } |
| 《local》或 《call》 |
源类对象创建目标类对象实例，并将该实例包含在一个局部变量中。例如右边的例子中，将赋给一个名为test的变量 |
public class ClassA{ public void testMethod() { ClassB test=new ClassB(); } } |
| 《parameter》 |
源类对象通过它的某个成员函数的参数得以访问目标类对象实例。它的意思是指：类ClassA的操作需要类ClassB的实例作为参数，或返回类ClassB的实例。 |
public class ClassA{ public void testMethod(ClassB test) { // use b; } } |
| 《delegate》 |
源类对象把一个对于成员函数的调用传递给目标类对象。这是现代编程语言和设计模式中很常用的一种机制，但这不属于UML的标准关系。 委托 |
public class ClassA{ private ClassBobjectB; public void testMethod() { objectB.testMethod(); } } |
引用对象和值对象
•引用对象：reference object，例如客户、产品、订单等对象都是典型的引用对象，对于这些对象而言，标识（identity）是很重要的，因为对于现实世界中的一个实体只需要一个软件对象来表示
•值对象（简单值）：例如日期、重量、高度等对象都是典型的值对象，表示现实世界中的同一个对象往往有多个值对象
对象约束语言 OCL
•环境与约束：每个OCL表达式都必须是针对某个元素的，因此在OCL表达式前必须说明它针对元素（这就称为环境）
1）“context Object inv：”，其中Object是OCL表达式针对的建模元素名称；
2）“ Object ”，其中Object是OCL表达式针对的建模元素名称。
当声明了环境之后，就可以用self来引用它的变量
•子集约束：
•一致性：一个客户拥有零个或多个合同，发票是基于某个合同的，而一个客户将收到零张或多张发票
Invoice：self.contract.customer=self.customer
•异或关系：
•规定的取值范围：Rectangle：length>0 and width>0
•如何绘制类图
需求描述
•小王是一个爱书之人，家里各类书籍已过千册，而平时又时常有朋友外借，因此需要一个个人图书管理系统。该系统应该能够将书籍的基本信息按计算机类、非计算机类分别建档，实现按书名、作者、类别、出版社等关键字的组合查询功能。在使用该系统录入新书籍时系统会自动按规则生成书号，可以修改信息，但一经创建就不允许删除。该系统还应该能够对书籍的外借情况进行记录，可对外借情况列表打印。另外，还希望能够对书籍的购买金额、册数按特定时间周期进行统计
发现类
小王是一个爱书之人，家里各类书籍已过千册，而平时又时常有朋友外借，因此需要一个个人图书管理系统。该系统应该能够将书籍的基本信息按计算机类、非计算机类分别建档，实现按书名、作者、类别、出版社等关键字的组合查询功能。在使用该系统录入新书籍时系统会自动按规则生成书号，可以修改信息，但一经创建就不允许删除。该系统还应该能够对书籍的外借情况进行记录，可对外借情况列表打印。另外，还希望能够对书籍的购买金额、册数按特定时间周期进行统计
筛选备选类
•“小王”、“人”、“家里”很明显是系统外的概念，无须对其建模；
•而“个人图书管理系统”、“系统”指的就是将要开发的系统，即系统本身，也无须对其进行建模；
•很明显“书籍”是一个很重要的类，而“书名”、“作者”、“类别”、“出版社”、“书号”则都是用来描述书籍的基本信息的，因此应该作为“书籍”类的属性处理，而“规则”是指书号的生成规则，而书号则是书籍的一个属性，因此“规则”可以作为编写“书籍”类构造函数的指南。
•“基本信息”则是书名、作者、类别等描述书籍的基本信息统称，“关键字”则是代表其中之一，因此无需对其建模；
•“功能”、“新书籍”、“信息”、“记录”都是在描述需求时使用到的一些相关词语，并不是问题域的本质，因此先可以将其淘汰掉；
筛选修选类
•“计算机类”、“非计算机类”是该系统中图书的两大分类，因此应该对其建模，并改名为“计算机类书籍”和“非计算机类书籍”，以减少歧义；
•“外借情况”则是用来表示一次借阅行为，应该成为一个候选类，多个外借情况将组成“外借情况列表”，而外借情况中一个很重要的角色是“朋友”—借阅主体。虽然到本系统中并不需要建立“朋友”的资料库，但考虑到可能会需要列出某个朋友的借阅情况，因此还是将其列为候选类。为了能够更好地表述，将“外借情况”改名为“借阅记录”，而将“外借情况列表”改名为“借阅记录列表”；
•“购买金额”、“册数”都是统计的结果，都是一个数字，因此不用将其建模，而“特定时限”则是统计的范围，也无需将其建模；不过从这里的分析中，我们可以发现，在该需求描述中隐藏着一个关键类—书籍列表，也就是执行统计的主体。
得到候选类
| 书籍 计算机类书籍 非计算机类书籍 借阅记录 借阅记录列表 书籍列表 |
•在使用“名词动词法”寻找类的时候，很多团队会在此耗费大量的时间，特别是对于中大型项目，这样很容易迷失方向。其实在此主要的目的是对问题领域建立概要的了解，无需太过咬文嚼字
关联分析，建模，多重性分析，再建模
职责分析
•书籍类：从需求描述中，可找到书名、类别、作者、出版社；同时从统计的需要中，可得知“定价”也是一个关键的成员变量。
•书籍列表类：书籍列表就是全部的藏书列表，其主要的成员方法是新增、修改、查询（按关键字查询）、统计（按特定时限统计册数与金额）。
•借阅记录类：借阅人（朋友）、借阅时间。
•借阅记录列表类：主要职责就是添加记录（借出）、删除记录（归还）以及打印借阅记录
限定与修改
异或 Xor：相同为零，不同为一，两个值如果一样就是错误的，也就是说，只能是其中的一个。
•导航性分析：Book与BookList之间、BorrowRecord和BorrowList之间是组合关系均无需添加方向描述，而Book与BorrowRecord之间则是双方关联，也无需添加
•约束：Book对象创建后就不能够被删除只能被修改，因此在Book类边上加上用自由文本写的约束；一本书要么属于计算机类，要么属于非计算机类，因此在ItBook和OtherBook间加了 “{Xor}”约束
•限定符：一本书只有一册，因此只能够被借一次，因此对于一本Book而言只能有一个RecordId与其对应
•类图应用说明
软件系统模型，全部是针对类图在各个阶段的演变
•领域模型是从面向对象的视角看待现实世界的结果，也就是通过类图来描述现实世界中各种事物的关系。
•分析模型和领域模型是很相近的，分析模型主要是针对软件系统的分析，领域模型则更多是偏重对业务领域的分析
•设计模型则是在分析模型的基础上添加设计元素的结果。与分析模型相比，设计模型中的类的属性集更趋完善；
数据库逻辑模型
•从某种意义上说UML中的类图是E-R图的超集，E-R图只针对存储的数据，而类图则在些基础上，增加了行为建模的能力。在使用类图来表示E-R模型时，要注意遵循以下策略
•将表示E-R模型的类，用UML的标准构造型“{persistent}”来表示；
•展开类的结构性细节，并且加强关联和多重性分析；
•尽量消除循环关联、n-元关联
•复合结构图
复合结构图的组成部分
•通过 “部件（Part）”和“连接器（Connector）”来表示类的内部结构
•部件也称为结构化部分，它是一个代表上下文关系中的一个对象或一组对象的元素，也可以是类中的一部分。部件具有名称、类型和多重性
•连接器：是一种上下文中的关联，它用来连接两个部件
复合结构图实例
•该类由“命令解析”、“485通信”和“数据组装”三个部分组成，命令解析提供了getState（获取状态）和setState（设置状态）两个接口；根据传入数据的不同，由“485”通信来完成数据的获取或设置的任务；并且根据最终的执行结果，进行“数据封装”，调用外部的storeData接口来实现数据的存储
E-R 图
E-R图为实体-联系图，提供了表示实体型、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。
构成E-R图的基本要素是实体型、属性和联系，其表示方法为：
· 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名；
· 属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来；
· 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1 : 1，1 : n或m : n）。
ER图是完全针对数据库设计的，我们也可以直接建立数据库关系模型来代表ER图
其他表示法
•小结
•首先，从一个现实生活中的例子开始引入面向对象思想的本质，并且详细地说明了UML中类的表示法
•接着讲述了阅读类图的方法、技巧和相关的知识：关系、多重性、导航箭头、角色名称、导出属性、限定符、约束；接口/抽象类、关联类、模板类、主动类、嵌套类；OCL
• 类图的绘制方法，类图的功能与作用
•复合结构图的基础知识