二、设计模式中类的关系

1. 泛化（Generalization）

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1-1所示：

图1-1

2. 实现（Realization）

实现关系是用来描述接口和实现接口的类或者构建结构之间的关系，接口是操作的集合，而这些操作就用于规定类或者构建结构的一种服务。

在接口和类之间的实现关系中，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。

UML示例图如图2-1所示：

图2-1

3. 依赖关系（Dependence）

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。可以简单的理解，就是一个类A使用到了另一个类B，而这种使用关系是具有偶然性的、临时性的、非常弱的，但是B类的变化会影响到A；比如某人要过河，需要借用一条船，此时人与船之间的关系就是依赖；表现在代码层面，为类A在某个方法中使用类B是作为类A的方法参数、方法中的局部变量、或者静态方法调用。
　　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。
　　
　　UML示例图如图3-1所示：

图3-1

示例代码如下(People.m)：

#import "People.h"

@implementation People

- (void)eat:(Food *)food
{
    NSLog(@"I am eating food.");
}

- (void)read:(Book *)book
{
    NSLog(@"I am reading.");
}

@end

4. 关联关系（Association）

关联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。它体现的是两个类、或者类与接口之间语义级别的一种强依赖关系，比如我和我的朋友。这种关系比依赖更强、不存在依赖关系的偶然性、关系也不是临时性的，一般是长期性的，而且双方的关系一般是平等的，关联可以是单向、双向的。表现在代码层面，为被关联类B以类属性的形式出现在关联类A中，也可能是关联类A引用了一个类型为被关联类B的全局变量。
　　在UML类图中，用实线连接有关联的对象所对应的类，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属性。

4.1 双向关联。

默认情况下，关联是双向的，双向的关联可以有两个箭头或者没有箭头。

4.2 单向关联。

类的关联关系也可以是单向的，单向关联用带箭头的实线表示。

单向关联和双向关联的UML示例图如图4-1所示：：

图4-1

【说明】：上图中，Teacher与Student是双向关联，Teacher有多名Student，Student也可能有多名Teacher(两个类连线下面的*表示多对多的关系)。但Student与Course间的关系为单向关联，一名Student可能有多门Course，课程是个抽象的东西，因此不拥有Student。

单向关联和双向关联的示例代码如下(Teacher、Student类的定义)：
　　
（1）Teacher

@class Student;
@interface Teacher : NSObject
{
    Student     *_student;
}

@property (nonatomic, retain) Student *student;

@end

（2）Student

#import "Course.h"

@class Teacher;
@interface Student : NSObject
{
    Teacher     *_teacher;
    Course      *_course;
}

@property (nonatomic, retain) Teacher *teacher;
@property (nonatomic, retain) Course *course;

@end

4.3 自关联。

在系统中可能会存在一些类的属性对象类型为该类本身，这种特殊的关联关系称为自关联。比如我们在数据结构中描述树结构，会建一个节点Node类，Node类有一个指针父节点也是Node类型。如图4-2所示：

图4-2

4.4 多重性关联

多重性关联关系又称为重数性(Multiplicity)关联关系，表示两个关联对象在数量上的对应关系。在UML中，对象之间的多重性可以直接在关联直线上用一个数字或一个数字范围表示。

例如：一个界面(Form)可以拥有零个或多个按钮(Button)，但是一个按钮只能属于一个界面，因此，一个Form类的对象可以与零个或多个Button类的对象相关联，但一个Button类的对象只能与一个Form类的对象关联，如图所示

5. 聚合关系（Aggregation）

聚合关系是关联关系的一种特例，它体现的是整体与部分的关系，即has-a的关系，此时整体与部分之间是可分离的，它们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享。比如计算机与CPU、公司与员工的关系等。表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分。
　　在聚合关系中，成员类是整体类的一部分，即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。
　　
　　UML示例图如图5-1所示：

图5-1

示例代码如下：

（1）CentralProcessingUnit文件

@interface CentralProcessingUnit : NSObject

@end

@implementation CentralProcessingUnit

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"CentralProcessingUnit dealloc");
}

@end

（2）Computer

@interface Computer : NSObject
{
    CentralProcessingUnit       *_centralProcessingUnit;
}

@property (nonatomic, retain)CentralProcessingUnit *centralProcessingUnit;

- (id)initWithCpu:(CentralProcessingUnit *)cpu;

@end


@implementation Computer
@synthesize centralProcessingUnit = _centralProcessingUnit;

- (id)initWithCpu:(CentralProcessingUnit *)cpu
{
    self = [super init];
    
    if (self != nil)
    {
        self.centralProcessingUnit = cpu;
    }
    return self;
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"Computer dealloc");
}

@end

（3）客户端调用

 CentralProcessingUnit *centralProcessingUnit = [[CentralProcessingUnit alloc] init];
        
 Computer *computer = [[Computer alloc] initWithCpu:centralProcessingUnit];

从调用代码我们可以看到，我们创建了一个独立的centralProcessingUnit对象，然后将这个对象传入了Computer的init函数。当computer对象生命周期结束的时候，centralProcessingUnit对象如果还有其他指向它的引用，是可以继续存在的。也就是说，它们的生命周期是相对独立的。

6. 组合关系（Composition）

组合也是关联关系的一种特例，它体现的是一种contains-a的关系，这种关系比聚合更强，也称为强聚合；它同样体现整体与部分间的关系，但此时整体与部分是不可分的，它们具有统一的生存期，整体的生命周期结束也就意味着部分的生命周期结束，部分对象与整体对象之间具有同生共死的关系，组合关系中的部分，是不能在整体之间进行共享的。比如人和眼睛，当然，有人会说现在医学发达，眼睛可以移植给别人，如果是这样的话，你可以理解人和眼睛的关系为聚合，这都是在具体的场景下来确定的。表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分。
　　在组合关系中，成员类是整体类的一部分，而且整体类可以控制成员类的生命周期，即成员类的存在依赖于整体类。 在UML中，组合关系用带实心菱形的直线表示。

UML示例图如图6-1所示：

图6-1

示例代码如下：

#import "People.h"

@implementation People
@synthesize eye = _eye;

- (id)init
{
    self = [super init];
    if (self != nil)
    {
        _eye = [[Eye alloc] init];
    }
    return self;
}

- (void)dealloc
{
    NSLog(@"People dealloc");
}

@end

从上面我们可以看到，Eye对象是在People对象里面创建的，所以在People对象生命周期结束的时候，Eye对象的生命周期也同样结束了。

7. 设计模式中类的关系总结

图7-1比较形象的展示了各种类图间的关系：

图7-1

对于继承、实现这两种关系没多少疑问，它们体现的是一种类与类、或者类与接口间的纵向关系；其他的四者关系则体现的是类与类、或者类与接口间的引用、横向关系，是比较难区分的，有很多事物间的关系要想准确定位是很难的，前面也提到，这几种关系都是语义级别的，所以从代码层面并不能完全区分各种关系；但总的来说，后几种关系所表现的强弱程度依次为：组合>聚合>关联>依赖。