3-UML符号与关系、类图、对象图和包图
3-UML符号与关系
3.1UML的关系(非常重要)
3.1.1 依赖关系
一个模型元素的变化影响另一个模型元素，则两个元素之间存在依赖关系。
以X和Y两个元素为例，当修改X的定义时，引起Y的定义的修改，则称Y依赖于X。用UML符号表示X和Y之间的依赖关系如下。
- 依赖关系也是类与类之间的联结
- 依赖总是单向的。（注意，要避免双向依赖。一般来说，不应该存在双向依赖)
- 依赖关系在 Java 或 C++ 语言中体现为局部变量;方法的参数;对静态方法的调用。
public class Person
{
void buy(Car car)
{
...
}
}
依赖与其它三种关系
语义上，所有的关系（类属关系、关联关系和实现关系）都是各种各样的依赖关系，因它们具有很重要的语义，所以在UML中被分离出来成为独立的关系。
依赖关系示例
// C5.h
#include "C6.h"
class C5
...{
};
// C6.h
#include "C5.h"
class C6
...{
};指C5可能要用到C6的一些方法，也可以这样说，要完成C5里的所有功能，一定要有C6的方法协助才行。C5依赖于C6的定义，一般是在C5类的头文件中包含了C6的头文件。ROSE对依赖关系不产生属性。
虽然ROSE不生成属性，但在形式上一般是A中的某个方法把B的对象作为参数使用(假设A依赖于B)。如下：
#include "B.h"
class A
...{
void Func(B &b);
}依赖关系的原型(了解)
UML定义了一些依赖关系的原型，以下列出典型的17个原型。原型中用到了源和目标两个概念，源指依赖关系的起始模型元素，目标指依赖关系箭头所指的模型元素。
依赖关系可以分为以下四类：
1） 使用依赖（Usage）表示客户使用提供者提供的服务以实现它的行为，包括：
使用<<use>>--声明使用一个类时需要用到已存在的另一个类。
调用<>--声明一个类调用其他类的操作的方法。
参数<>--声明一个操作和它的参数之间的关系。
发送<>--声明信号发送者和信号接收者之间的关系。
实例化<>--声明用一个类的方法创建了另一个类的实例。
2） 抽象依赖（Abstraction）表示客户与提供者之间用不同的方法表现同一个概念，通常一个概念更抽象，一个概念更具体。包括：
跟踪<>--声明不同模型中的元素之间存在一些连接但不如映射精确。
精化<>--声明具有两个不同语义层次上的元素之间的映射。
派生<>--声明一个实例可以从另一个实例导出。
3） 授权依赖（Permission）表达提供者为客户提供某种权限以访问其内容的情形。包括：
访问<<access>>--允许一个包访问另一个包的内容。
导入<>--允许一个包访问另一个包的内容并为被访问包的组成部分增加别名。
友元<>--允许一个元素访问另一个元素，不管被访问的元素是否具有可见性。
4） 绑定依赖（Binding）较高级的依赖类型，用于绑定模板以创建新的模型元素，包括：
绑定<>--为模板参数指定值，以生成一个新的模型元素。 3.1.2 类属关系(泛化关系（Generalization）)
类属(Generalization)关系描述了一般事物与该事物的特殊种类之间的关系，也即父元素与子元素之间的关系。
UML符号表示
“Is-a-kind-of”，子类是父类的一种。
三个要求
- 特殊元素与一般元素完全一致。关联/属性/操作
- 特殊元素应包含额外信息。
- 特殊元素的应用场合包含一般元素的应用场合。
典型类属关系
如果两个类存在泛化的关系时就使用，例如父和子，动物和老虎，植物和花等。
ROSE生成的代码很简单，如下：
#include "C11.h"
class C12 : public C11
...{
};
上面的图对应的代码如下：
template
class C13
...{
}; 3.1.3 关联关系
关联关系表示两个类之间存在某种语义上的联系。它是一种结构关系，规定了一种事物的对象可以与另一种事物的对象相连。
应用于关联的4种基本修饰(重要)
- 名字（Name）
- 角色（Role）
- 阶元（Multiplicity）
- 聚合（Aggregation）
关联关系的UML符号表示
关联名或关联原型通常是一个动词或动词词组，表示关联关系的类型或目的，帮助理解关联模型。
角色与阶元
关联两头的类都以某种角色参与关联。同一个类在不同的关联中，可以扮演不同的角色。阶元表示多少个对象参与该关联。它表示参与关联的对象数目的上下界限制。
关联关系与关联类示例
双向关联
C1-C2：指双方都知道对方的存在，都可以调用对方的公共属性和方法。
在GOF的设计模式书上是这样描述的：虽然在分析阶段这种关系是适用的，但我们觉得它对于描述设计模式内的类关系来说显得太抽象了，因为在设计阶段关联关系必须被映射为对象引用或指针。对象引用本身就是有向的，更适合表达我们所讨论的那种关系。所以这种关系在设计的时候比较少用到，关联一般都是有向的。
使用ROSE 生成的代码是这样的：
class C1
...{
public:
C2* theC2;
};
class C2
...{
public:
C1* theC1;
};
双向关联在代码的表现为双方都拥有对方的一个指针，当然也可以是引用或者是值。单向关联
C3->C4：表示相识关系，指C3知道C4，C3可以调用C4的公共属性和方法。没有生命期的依赖。一般是表示为一种引用。
生成代码如下：
class C3
...{
public:
C4* theC4;
};
class C4
...{
};
单向关联的代码就表现为C3有C4的指针，而C4对C3一无所知。自身关联
自己引用自己，带着一个自己的引用。
代码如下：
class C14
...{
public:
C14* theC14;
};
就是在自己的内部有着一个自身的引用。导航
关联关系可导航，表示给顶一端的一个对象，可容易、直接地到达另一端的对象，因为源对象通常含有对目标对象的引用。
关联方向
单向关联：只在一个方向上导航的关联；
双向关联：在两个方向上都可以导航的关联。关联关系图中，AccountGroup和Account是双向关联，给定一个可以找出另一个；Account和Password是单向关联，给定Account可以发现对应的Password，反之则不然。
可见性
限制关联外部对象对于该关联的可见性。关联关系图中，Password为Account私有，它不应被外部对象访问，给定一个AccountGroup对象，可导航到Account对象，但不应该看到Account的Password对象。
可见性符号
- 公共可见性（Public Visibility） +
- 保护可见性（Protected Visibility） #
- 私有可见性（Private Visibility） -
限定符（Qualifier）
限定符是属性或属性列表，通过属性值划分与某个对象通过关联关系连接的对象集，限定符是这个关联的属性。
限定符符号
源对象和限定符的属性值一起可以确定一个目标对象或目标对象集。
接口说明符（Interface Specifier）
接口用来规定类或组件服务的操作集。每个类可实现多个接口。
接口说明符符号
类Staff实现多个接口，系主任呈现IDean给老师，老师呈现ILecture接口给系主任。
聚合关系(重要)
聚合关系表示类之间的关系是整体与部分的关系，代表了“has-a”(拥有)关系，即作为整体的对象拥有作为部分的对象。整体对象与部分对象不存在一致的生命周期，即整体对象的销毁不一定影响部分对象的存在。
聚合关系符号
聚合关系示例
public class 引擎
{
}
public class 轮胎
{
}
public class 汽车
{
protected:引擎 engine;
protected:轮胎 tyre[4];
}
表示C9聚合C10，但是C10可以离开C9而独立存在（独立存在的意思是在某个应用的问题域中这个类的存在有意义。这句话怎么解，请看下面组合里的解释）。
代码如下：
class C9
...{
public:
C10 theC10;
};
class C10
...{
};组合关系(重要)
组合是聚合的变种，不同的是整体与部分之间具有一致的生命周期。在一个组合关系中，一个对象一次只是一个组合的一部分。“整体”负责“部分”的创建和破坏。(生命周期一致)
组合关系符号
组合关系示例
class 肢
{
}
class 人
{
protected: 肢 limb[4];
}
class C7
...{
public:
C8 theC8;
};
class C8
...{
};
可以看到，代码和聚合是一样的。具体如何区别，可能就只能用语义来区分了。关联类（Association Classes
关联类是一个既具有关联属性又具有类属性的建模元素。关联关系与关联类图中，Company和Person之间存在雇主/雇员关系，用类Job表示这种关系。关联类用虚线连接到关联关系上。一个关联类只能连到一个关联上，因为关联类本身也是一个关联。
3.1.4 实现关系
实现关系是分类器之间的语义关系，一个分类器规定合同，另一个实现合同。接口与实现类或组件为典型的实现关系。一个类或组件可以实现多个接口。接口将操作与其实现分离开来。
实现关系符号
实现关系示例
3.1.5 相互之间区别
1.聚合与组合
- 聚合与组合都是一种结合关系，只是额外具有整体-部分的意涵。
- 部件的生命周期不同聚合关系中，整件不会拥有部件的生命周期，所以整件删除时，部件不会被删除。再者，多个整件可以共享同一个部件。 组合关系中，整件拥有部件的生命周期，所以整件删除时，部件一定会跟着删除。而且，多个整件不可以同时间共享同一个部件。
聚合关系是“has-a”关系，组合关系是“contains-a”关系。
- “弱”包含表示如果部门没有了，员工也可以继续存在；
- “强”包含表示如果部门没有了，员工也不再存在；
2. 关联和聚合
- 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。
- 关联和聚合的区别主要在语义上，关联的两个对象之间一般是平等的，例如你是我的朋友，聚合则一般不是平等的。
- 关联是一种结构化的关系，指一种对象和另一种对象有联系。
- 关联和聚合是视问题域而定的，例如在关心汽车的领域里，轮胎是一定要组合在汽车类中的，因为它离开了汽车就没有意义了。但是在卖轮胎的店铺业务里，就算轮胎离开了汽车，它也是有意义的，这就可以用聚合了。
3.关联和依赖
- 关联关系中，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。
- 依赖关系中，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。
4.泛化和实现
- 实现表示类对接口的实现关系，表示方式：用一条带有空心三角箭头的虚线指向接口。
- 泛化表示类与类之间的继承关系、接口与接口之间的继承关系，表示方式一条带有空心三角箭头的实线指向基类（父接口）。
5.综合比较
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
3.2UML的符号
3.2.1 注释
注释是用来将注解或约束与元素或元素集合相连的图形集合。
注释内容可以是文字或图形，或两者的结合。它出现在特定的图上，可以用虚线连接到模型元素上。
注释符号
3.2.2 参与者、用例与协作(重要)
参与者
参与者代表与系统交互的人、硬件设备或另一个系统。参与者不是软件系统的组成部分，存在于系统的外部。
参与者功能
- 向系统输入信息
- 从系统接收信息
- 既可向系统输入信息，也可接收系统输出信息
参与者符号
参与者关系
参与者用例集合示例
用例
在UML中，用例规定了系统或部分系统的行为，描述了系统所执行的动作序列集，并为执行者产生一个可供观察的结果。
用例符号
用例特点
- 用例捕获对用户可见的需求，实现一个具体的用户目标
- 用例由参与者激活，并提供确切的值给参与者
- 用例可大可小，但它必须是对一个具体的用户目标实现的完整描述
用例应用
- 用例描述系统行为，并不规定如何实现这些行为
- 用例可用于整体系统，或系统的一部分
- 用例构成了系统最初的抽象需求分析
协作
协作命名了彼此合作完成某个行为的类、接口和其他元素的群体。协作可用来规定用例和操作的实现，为系统体系结构上的重要机制建模。
协作的两个方面
- 结构部分：规定了合作执行所命名的协作的类、接口和其他元素；
- 行为部分：规定了这些元素如何交互作用的动态方面。
协作的描述
结构部分用类图详细描述，行为部分用交互作用图详细描述。
协作一致性
协作的行为部分与结构部分必须一致，行为中的对象必须是结构中的类的实例。一个协作可以与多个交互作用相关，每个交互作用描述协作行为的不同方面，且它们保持一致性。
协作独立性
协作不能拥有其它结构元素，被称为系统体系结构的概念性块而不是物理块。
协作符号
协作名常为系统词汇表的短名词和名词短语，第一个字母大写，如Transaction。
3.2.3 类、对象、消息与接口
类
类是面向对象系统中最基本的组成元素。它是分享同样的属性、操作、关系和语义和对象的集合，是现实世界中事物的抽象，具体事物即为类的实例。
类的符号
类包含3个组成部分。第一个是Java中定义的类名。第二个是属性（attributes）。第三个是该类提供的方法。
属性和操作之前可附加一个可见性修饰符。加号（+）表示具有公共可见性。减号（-）表示私有可见性。#号表示受保护的可见性。省略这些修饰符表示具有package（包）级别的可见性。如果属性或操作具有下划线，表明它是静态的。在操作中，可同时列出它接受的参数，以及返回类型，如下图所示：
类的隐藏表示
可以根据需要隐藏类的属性格或操作格。
类的属性
一个类可以有0～N个属性，属性描述了为类的所有对象所共有的特性。属性是类的对象所包含饿数据或状态的抽象。特定时刻，属性有特定的值
类的语法
[可见性]属性名[ ：类型][=初始值][{属性字符串}]
[]中的部分可选。
可见性：public / protected / private，+ / # / -
属性字符串：{只读}
[可见性]操作名[(参数表)][ ：返回类型][{属性字符串}]
[]中的部分可选。
可见性：public / protected / private，+ / - / #
属性字符串：{只读}
边界类
边界类处理系统环境与系统内部之间的通信，为用户或另一个系统（参与者）提供了接口。
边界类的作用
边界类用于为系统的接口建模，它代表了系统和系统外的一些实体之间的接口，是系统与外界交换信息的媒介，并将系统与系统环境中的变化隔离开来。
边界类符号
实体类
实体类模拟必须被存储的信息和关联行为的类。实体类通常是独立于他们的环境，对于系统环境如何与系统通信是不敏感的。
实体类符号
控制类
控制类用来为特定于一个或几个用例的控制行为建模的类。控制类通常是依赖于应用程序的类。
控制对象
控制对象是控制类的实例，它经常控制其他对象，协调实现用例的规定行为所需要的事件。
控制类符号
对象
同一图中，对象名与对象一一对应。
对象的符号表示
对象的状态
对象的状态包括对象的所有属性以及每个属性的当前值，它是动态的，状态值是对象在时间和空间的某一点的值。
消息
消息是对象间的通信，传达了了要执行动作的信息，能触发事件。接收到一个消息通常被认为是一个事件。
消息的符号
时序图中消息示例
接口
接口是用来规定类或组件服务的操作的集合。与类不同，接口没有规定任何结构，也没有规定任何实现。
接口是一系列操作的集合，它指定了一个类所提供的服务。它直接对应于Java中的一个接口类型。接口既可用下面的那个图标来表示（上面一个圆圈符号，圆圈符号下面是接口名，中间是直线，直线下面是方法名），也可由附加了<>的一个标准类来表示。通常，根据接口在类图上的样子，就能知道与其他类的关系。
接口符号
与接口的关系
接口可以参与类属关系、关联关系、依赖关系和实现关系。
3.2.3类图
软件系统中，类模型和对象模型揭示了系统的结构。在UML中，类模型和对象模型分别由类图和对象图表示。
类图描述了类集、接口集、协作以及它们之间的关系。在类图基础上，状态图、协作图等进一步描述系统其它方面的特征。
类图可用来为系统的静态设计视建模。类图组成：
1. 类
2. 接口(操作集合)
3. 协作
4. 依赖、类属、实现或关联关系
类图与关系示例
车的类图结构为<<abstract>>，表示车是一个抽象类；
它有两个继承类：小汽车和自行车；它们之间的关系为实现关系，使用带空心箭头的虚线表示；
小汽车为与SUV之间也是继承关系，它们之间的关系为泛化关系，使用带空心箭头的实线表示；
小汽车与发动机之间是组合关系，使用带实心箭头的实线表示；
学生与班级之间是聚合关系，使用带空心箭头的实线表示；
学生与身份证之间为关联关系，使用一根实线表示；
学生上学需要用到自行车，与自行车是一种依赖关系，使用带箭头的虚线表示；
public class GooseGroup
{
public Goose goose;
public GooseGroup(Goose goose)
{
this.goose = goose;
}
}
public class Goose
{
public Wings wings;
public Goose()
{
wings=new Wings();
}
}
//双向关联
class B
{
A* pA;
};
class A
{
B* pB;
};
//单向关联
class Person{};
class Friend
{
Person* mpPerson;
};
//自身关联
class C
{
C* pC;
};
类图的划分
在软件开发的不同阶段，类图描述了不同层次的抽象。以需求阶段、设计阶段、实现阶段将类图划分为三个层次：
- 概念层(Conceptual)类图描述问题域中的概念(概念模型独立于实现软件和程序语言)
- 说明层(Specification)类图描述软件的接口，接口区别于实现
- 实现层(Implementation)揭示软件的实现部分(使用的主流)
类图的应用
- 为系统的词汇表建模
- 为简单的协作建模
- 为逻辑的数据库模式建模
3.2.4对象图
对象图模拟类图中所含有的类的实例，描述了某一瞬间(具体时刻)对象集及对象间的关系，主要用来为对象结构建模。
对象图可以看作是类图的实例，对象间的连接是类间关联的实例。对象图中通常含有：
(1) 对象(Objects)
(2) 连接(Links)
对象图的应用
通常用于为对象结构建模，可用来可视化、规范、构造、并文档化系统中特定实例的存在以及实例间的关系。为对象结构建模时：
- 确定要模拟的机制，机制代表了所模拟的部分系统的由类、接口等交互作用产生的功能或行为
- 对于每个机制，识别参与这个协作的类、接口以及其他元素，并确定这些元素间的关系
- 考虑贯穿这个机制的一个脚本，显示在脚本的某一时间点参与这个机制的对象(时间点的动态性)
- 如有必要，揭示每个对象的状态和属性值(图形是否能表示清楚，不至于过于复杂)
- 类似地，揭示对象间的连接，这些连接是关联关系的实例
3.2.5包
包是一个用来将模型单元分组的通用机制。可将一个系统看作一个单一的、高级的包。包用包名相互区别，包名从问题域的词汇表中抽象出的短名词或名词词组。
包可以含有类、接口、组件、节点、协作、用例、图或其他的包。包与其中的元素具有相同的生命周期，一个元素仅被一个包所拥有。
包是一种常规用途的组合机制。UML中的一个包直接对应于Java中的一个包。在Java中，一个包可能含有其他包、类或者同时含有这两者。进行建模时，你通常拥有逻辑性的包，它主要用于对你的模型进行组织。你还会拥有物理性的包，它直接转换成系统中的Java包。每个包的名称对这个包进行了惟一性的标识。
包的作用(重要)
- 描述需求的高阶概述
- 描述设计的高阶概述
- 在逻辑上把一个复杂的图模块化
- 组织源代码
包符号(重要)
命名空间
一个包形成一个命名空间。这表示一个包中，不同元素必须有不同的名字。不同包中，元素的命名相互间不受约束。Java.io.File，包之间嵌套。
输入与输出
引入使得一个包中元素可以单向访问另一个包中的元素。包中的公共元素称为包的输出。子包可以看见父包所能看见的所有元素。
包属关系
包间的类属关系与类间的类属关系类似。
可见性
包中元素的可见性是可控制的。
Public / Protected / Private + / - / #
