[软件工程]UML类图介绍以及关系详解

1.什么是UML

Unified Modeling Language (UML)又称统一建模语言或标准建模语言，是始于1997年一个OMG标准，它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到构造和配置。 
UML规范用来描述建模的概念有，类（对象的）、对象、关联、职责、行为、接口、用例、包、顺序、协作，以及状态。

2.什么是UML类图

UML类图是一种结构图，用于描述一个系统的静态结构。类图以反映类结构和类之间关系为目的，用以描述软件系统的结构，是一种静态建模方法。类图中的类，与面向对象语言中的类的概念是对应的。

在系统设计阶段，类图直接引导面向对象的编程语言实现类。类图是生成代码的核心要图。如果类图设计得好，整个系统的代码框架可以有类图自动生成，大大简化了系统编码所耗费的时间。因此，我们进一步:利用类图，使得代码的编写编程一种自动化工作，而整个信息系统的建设中心都可以集中到分析设计上来。

绘制UML工具

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3.类结构

在类的UML图中，使用长方形描述一个类的主要构成，长方形垂直地分为三层，以此放置类的名称、属性和方法。

其中，一般类的类名用正常字体粗体表示，如上图；抽象类名用斜体字粗体，如User；接口则需在上方加上<>。

属性和方法都需要标注可见性符号，+代表public，#代表protected（friendly也归入这类），-代表private。

另外，还可以用冒号:表明属性的类型和方法的返回类型，如+$name:string、+getName():string。

（1）属性的完整表示方式是这样的：

可见性  名称 ：类型 [ = 缺省值]

中括号中的内容表示是可选的。

（2）方法的完整表示方式如下：

可见性  名称(参数列表) [ ： 返回类型]

同样，中括号中的内容是可选的。

4.类关系

类与类之间的关系主要有六种：继承、实现、组合、聚合、关联和依赖，这六种关系的箭头表示如下，

41.继承

继承关系也称泛化关系（Generalization），用于描述父类与子类之间的关系。父类又称作基类，子类又称作派生类。

继承关系中，子类继承父类的所有功能，父类所具有的属性、方法，子类应该都有。子类中除了与父类一致的信息以外，还包括额外的信息。

【箭头指向】：带三角箭头的实线，箭头指向父类

例如：公交车、出租车和小轿车都是汽车，他们都有名称，并且都能在路上行驶。

4.2 实现

实现关系（Implementation），主要用来规定接口和实现类的关系。

接口（包括抽象类）是方法的集合，在实现关系中，类实现了接口，类中的方法实现了接口声明的所有方法。

【箭头指向】：带三角箭头的虚线，箭头指向接口（还有一种棒棒糖表示法，在下面大话设计模式举例中有）

例如：汽车和轮船都是交通工具，而交通工具只是一个可移动工具的抽象概念，船和车实现了具体移动的功能。

4.3 组合关系

组合关系（Composition）：整体与部分的关系，但是整体与部分不可以分开。

组合关系表示类之间整体与部分的关系，整体和部分有一致的生存期。一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，是同生共死的关系。

【代码体现】：成员变量

【箭头及指向】：带实心菱形的实线，菱形指向整体

例如：人由头部和身体组成，两者不可分割，共同存在。

4.4 聚合关系

聚合关系（Aggregation）：整体和部分的关系，整体与部分可以分开。

聚合关系也表示类之间整体与部分的关系，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。

【代码体现】：成员变量

【箭头及指向】：带空心菱形的实心线，菱形指向整体

例如：公交车司机和工衣、工帽是整体与部分的关系，但是可以分开，工衣、工帽可以穿在别的司机身上，公交司机也可以穿别的工衣、工帽。

4.5 关联关系

关联关系（Association）：表示一个类的属性保存了对另一个类的一个实例（或多个实例）的引用。

关联关系是类与类之间最常用的一种关系，表示一类对象与另一类对象之间有联系。组合、聚合也属于关联关系，只是关联关系的类间关系比其他两种要弱。

关联关系有四种：双向关联、单向关联、自关联、多重数关联。

【代码体现】：成员变量

【箭头及指向】：带普通箭头的实心线，指向被拥有者

例如：汽车和司机，一辆汽车对应特定的司机，一个司机也可以开多辆车。

在UML图中，双向的关联可以有两个箭头或者没有箭头，单向的关联或自关联有一个箭头。

4.6 依赖关系

依赖关系（Dependence）：假设A类的变化引起了B类的变化，则说名B类依赖于A类。

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。

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。

【代码表现】：局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用

【箭头及指向】：带箭头的虚线，指向被使用者

例如：汽车依赖汽油，如果没有汽油，汽车将无法行驶。

各种关系的强弱顺序：

继承 > 实现 > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖

上述关系的完整类图如下：

最后作为复习，我们借鉴《大话设计模式》一书上举例子来通俗且完整的说明：

首先，看动物矩形框，它代表一个类（Class）。类图分三层，第一层显示类的名称，如果是抽象类，则就用斜体显示。第二层是类的特性，通常就是字段和属性。第三层是类的操作，通常是方法或行为。前面的符号，+ 表示public，- 表示private，# 表示protected。

右下角的飞翔，它表示一个接口图，与类图的区别主要是顶端的<>显示。第一行是接口名称，第二行是接口方法。

接口还有另一种表示方法，俗称棒棒糖表示法，如下图。唐老鸭是能讲人话的鸭子，实现了讲人话的接口。

接下来的是类与类，类与接口之间的关系了。首先注意动物、鸟、鸭、唐老鸭之间的关系符号。它们都是继承的关系，继承关系用空心三角形 + 实线来表示的。

       上述所列举的几种鸟中，大雁最能飞，让它实现了飞翔接口。实现接口用空心三角形 + 虚线来表示。

       企鹅和气候两个类，企鹅是很特别的鸟，会游不会飞。更重要的是，它与气候有很大的关联。我们不去讨论为什么北极没有企鹅，为什么它们要每年长途跋涉。总之，企鹅需要知道气候的变化，需要了解气候规律。当一个类知道另一个类时，可以用关联（association）。关联关系用实线箭头来表示。

       再来看大雁和雁群这两个类，大雁是群居动物，每只大雁都是属于一个雁群，一个雁群可以有多只大雁。所以它们之间就满足聚合（Aggregation）关系。聚合表示一种弱的拥有关系，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分。聚合关系用空心的菱形 + 实线箭头来表示。

       组合（Composition）是一种强的拥有关系，体现了严格的部分和整体的关系，部分和整体的生命周期一样。在这里鸟和其翅膀就是组合关系，因为它们是部分和整体的关系，并且翅膀和鸟的生命周期是相同的。组合关系用实习的菱形 + 实线箭头来表示。另外，你会注意到合成关系的连线两端还有一个数字1和数字2，这被称为基数。表明这一端的类可以有几个实例，很显然，一个鸟应该有两只翅膀。如果一个类可能有无数个实例，则就是n来表示。关系关系、聚合关系也可以有基数的。

       动物的几大特征，比如有新陈代谢，能繁殖。而动物要有生命力，需要氧气、水以及食物等。也就是说，动物依赖于氧气和水。他们之间是依赖关系（Dependency），用虚线箭头来表示。

参考，感谢以下大佬的资料：

UML类图几种关系的总结

UML类图详解

UML详解之二——类图

五分钟读懂UML类图

大话设计模式——UML图