软件工程复习笔记 类图

前言

       copy自老师的PPT，不只有知识点，还有一些相关内容的介绍顺便复制进来了。 如有问题请多指教

1 类图的概念

1、类图

类图是描述类、协作(类或对象间的协作)、接口及其关系的图。
类图是逻辑视图的重要组成部分，用于对系统的静态结构建模，涉及到具体的实现细节。

• 在系统分析阶段，类图主要用于显示角色和提供系统行为的实体的职责；
• 在系统设计阶段，类图主要用于捕捉组成系统体系结构的类结构；
• 在系统编码阶段，根据类图中的类及它们之间的关系实现系统的功能。

2、类图的作用

类图常用来描述业务或软件系统的组成、结构和关系。

3、类图的组成元素

• 类
• 接口
• 协作
• 关系
• 注释
• 约束
• 包

2 UML中的类

类的表示

（１）类的定义

类是具有相似结构、行为和关系的一组对象的抽象。

（２）类的表示

（３）类的命名

由字符、数字、下划线组成的惟一的字符串；
采用CamelCase格式（大写字母开头，混合大小写，每个单词一大写开始，避免使用特殊符号）
类名的两种表示方法

• 简单名 Order
• 路径名　java::awt::Rectanget、businessRule::Order

（４）类的属性

属性描述了类的静态特征；
属性名一般第一个字母小写；
属性的定义格式
[可见性] 属性名 [:类型] [ ‘[’多重性[次序]‘]’] [=初始值] [{特性}]
说明：可见性包括+、-、#
例：#visibility:Boolean=false
       colors:Color[3]
       points: Point[2…* ordered]
       name:String[0…1]

（５）类的操作

• 操作名的命名规范习惯采用和属性名相同的命名规则。
• 类的操作的定义格式
  　[可见性] 操作名 [(参数列表)] [:返回类型] [{特性}]
• 例： +hide():Boolean
         #create()
         -attachXWindow(xwin:XwindowPtr)

（６）类的职责

职责指类承担的责任和义务。在矩形框中最后一栏中写明类的职责。

（７）类的约束

约束指定了类所要满足的一个或多个规则。 在UML中，约束是用花括号括起来的自由文本。

3 类图中的关系

• 一般意义上的关联关系
• 细化后关系的性质分为4种：

1. 包含
2. 泛化
3. 依赖
4. 实现

关联（association）

关联是模型元素间的一种语义联系，当类之间在概念上有连接关系时，类之间的连接叫做关联。
队员和球队之间的关联，可以用短语“队员为篮球队效力”来刻画，
图形表示为：

关联有名称、角色、多重性和导航性等语法。

（1）关联名

• 描述关联的作用；
• 通常使用动词或动词短语；
  

（2）角色

• 关联两端的类可以某种角色参与关联；
• 通常使用名词或名词短语；
  

（3）多重性

• 某个类有多少个对象可以和另一个类的单个对象关联；
  
  
  在UML中，常用的关联的多重性表示格式如下：

0..1          0或1 
1             1
0..*（0..n）  0或多个
*             0或多个
1..* （1..n） 1或多个 
8             8 
5，7..10      5或7~10

（4）导航性

• 用箭头显示导航性；
• 描述源对象通过链接访问目标对象；
• A类有一个成员变量保存的是B类的一个引用，也就是说由A类可以找到B类，可以画成下图所示
  

包含

一辆汽车有4个轮子，我们可以这样表示

你可能觉得这样表示还不太合适，汽车应该包含4个轮子，或者说轮子本来就属于汽车的一部分，那怎样画能更加贴切表示这样的关系呢？我们可以这样画：

聚合

• 类之间的一种整体与部分的关系
• 体现了一种层次结构，整体类位于部分类的上层，多个部分类处于并列的层次
  

组合

• 是一种特殊形式的聚合（强聚合），聚合中的每个部分只能属于一个整体；
• 表示类之间整体和部分的关系。
• 整体与部分具有相同的生存期。
  

关于聚合与组合

• “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。
• 在做软件需求时，往往会将所有的包含关系画成“弱”包含，后面发现某些关系可以表示为“强”包含时，才转为实心菱形。
  

泛化

• 表示两个类元间“一般”与“特殊”的关系。
• 对应面向对象编程语言中类与类之间的继承关系。
• “is a kind of”关系，XX是一种XX
  

实现

• 表达一种说明元素与实现元素之间的关系；
• 类和接口之间的关系是实现关系，表示类实现接口提供的操作
• 显示一个类引用另一个类
  

依赖

• 显示一个类引用另一个类
  • 你很爱你老婆，没有你老婆你活不下去，可以这样表示
    
  • 如果一个烟鬼嗜烟如命，用类图可以这样表示：
    
• 软件开发中，往往会设计一些公用类，供别的类调用，如果这些公用类出问题了，那调用这些公用类的类都会因此而出问题。
• 依赖指的是类之间的调用关系，表现为成员变量、方法的参数或者对静态方法的调用。
  

关于依赖

假设你正在设计一个能显示公司全体成员的制表系统，公司的员工可以填写这个系统中的电子表格。员工要选择菜单来填写表格。在你的设计中，有一个Syetem（系统）类和一个Form（表格）类。System类的众多操作中有一个displayForm（f:Form），系统所要显示的表格取决于用户选择的表格。
这种设计的UML表示法可以画成如下

例

神州飞船

根据以下描述，画出相应的UML类图

• 神舟六号飞船是神州飞船系列的一种，它由轨道舱、返回舱、推进舱和逃逸救生塔等组成。
• 航天员可以在返回舱内驾驶飞船，轨道舱是航天员工作和休息的场所。在紧急的情况下，可以利用逃逸救生塔逃生。
• 在飞船两侧有多个太阳能电池翼，可以为飞船提供电能
  

运算类

简易画图软件

小李打妖怪

老张开车去东北

4 阅读类图

阅读顺序应遵循的原则

• 先看清有哪些类；
• 然后看看类之间存在的关系；
• 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
  

电子商务网站的静态模型

读图过程

• 读出类：
• 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：用来说明关联的两个类之间的数量关系

• 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()
  

增强的辅助建模元素

• 导航箭头：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

5 如何建立类图

1、类图的抽象层次

• 概念类
  描述应用领域中的概念，仅包含类名，不考虑细节。
• 分析类
  分析不针对具体语言，包含一些类的细节特性。
• 设计类
  针对具体的语言，考虑类的实现细节。
  

2、建立类图的步骤

1. 分析问题域，确定需求；
2. 寻找类，确定类的含义和职责；
3. 定义类的属性和操作；
4. 确定类之间的关系；
5. 精化类和类间的关系；
6. 绘制类图。

3、寻找类的方法

使用名词/动词寻找类：

1. 收集相关信息

• 补充的需求规格说明
• 用例
• 项目说明文档
• 其他文档

2. 分析信息

• 名词、名词短语       类或属性
• 动词、动词短语       操作

使用CRC分析法寻找类：

C-class（类）
R-responsibility（职责）
C-collaboration（协作）
CRC分析法是根据类所要扮演的职责来确定类。

根据边界类、控制类、实体类帮助分析系统中的类：

UML中类有三种主要的版型：边界类、控制类和实体类。

• 边界类：位于系统与外界的交界处。如：窗体、对话框、报表、以及表示通讯协议的类、直接与外部设备交互的类。
• 实体类：保存要放进持久存储体的信息。持久存储体就是数据库、文件等可以永久存储数据的介质。通常每个实体类在数据库中有相应的表，实体类中的属性对应数据库表中的字段。
• 控制类：是控制其他类工作的类。

例

需求描述

李小平是一个爱书之人，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

李小平是一个爱书之人，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

• “李小平”、“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；
• “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        书籍列表
借阅记录     借阅记录列表

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 。

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

• 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。

补充

递归关系

如果面试的人说懂类图，公司100%会问这样一个问题Windows操作系统中有文件夹和文件，请用类图表达出文件夹和文件的关系。

接着又会被问到：

• 文件夹里也可以有文件夹呀，这个怎样表示？
• 里面的文件夹里面也可能有文件夹，咋办？
  
• 这个包含关系可以指向自己，可以“自包含”，这个无穷递归问题就解决了。
• 这种“递归”结构一旦展开就会形成一个树形结构，需求分析时，如果发现树形的业务结构，可以考虑使用“自包含”或者“自关联”来分析。

三角关系

公司和雇员的关系，要求列出公司和雇员至少3个关键属性
思考如下问题

1. 薪金是雇员的关键属性吗？合同期、职位呢？
2. 公司和雇员，这两者的关系在法律上是如何确立的

公司与雇员要签署劳动合同，劳动合同上会有薪金、合同期、职位这些重要的内容，那么薪金、合同期、职位算是雇员的属性吗？

在表示公司与雇员的关系的直线上，拉出一条虚线，虚线另一端连接劳动合同类，这样的类叫做关联类，关联类是对两个类的关系的进一步约束。
最开始你可能会认为薪金、职位、合同期似乎应该是雇员的属性，但现在应该认识到，这三个关键内容应该体现在公司和雇员的关系上，这些内容应该体现在劳动合同上。
公司、雇员、劳动合同的关系，还可以画成这样

       这个图最能体现“三角”关系了，关联类也可以表达成这样的方式。但实际工作还是以关联类的方式来表达，关联类的表达方式更加贴切和专业一点。
       在需求分析时，发现三个类形成了类似的“三角”关系，可以思考其中一个类是不是可能为关联类，但并不是所有的“三角”关系就一定会有关联类
       将薪金、职位、合同期这些信息直接当成雇员的属性也不是不可以的，这跟我们做系统的目标有关系，如果只是做简单的员工信息管理，可能就没有必要将合同提炼出来，如果要做一个人事管理系统，就需要我们将业务模型分析的更加透彻。
       关联类这样复杂的东西，客户是不大可能直接告诉你的，在需求分析中发现和提炼出关联类，这对需求的理解以及项目后期的设计将会有很大的帮助。

识别关联类

关于画类图

• 直线、几对几的关系、角色、箭头可以搭配使用，只要能准确反映出业务关系就可以了。
• 做软件需求分析时，如果觉得两个业务概念之间有联系，但暂时不能确定具体是怎样的，那么就先画一条线将两者连起来再说，随着你对业务的理解，这条线会进一步具体化，你可以为这条线添加更多的元素。