一文带你看懂UML类图

Java
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2024-10-01

这里不会将UML的各种元素都提到,我只想讲讲类图中各个类之间的关系; 能看懂类图中各个类之间的线条、箭头代表什么意思后,也就足够应对 日常的工作和交流; 同时,我们应该能将类图所表达的含义和最终的代码对应起来

从一个示例开始

请看以下这个类图,类之间的关系是我们需要关注的:

  • 车的类图结构为<>,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,使用带实心菱形的实线表示;
  • 学生与班级之间是聚合关系,使用带空心菱形的实线表示;
  • 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;

下面我们将介绍这六种关系;

类之间的关系

泛化关系(generalization)

类的继承结构表现在UML中为:泛化(generalize)与实现(realize):

继承关系为 is-a的关系;两个对象之间如果可以用 is-a 来表示,就是继承关系:(..是..)

eg:自行车是车、猫是动物

泛化关系用一条带空心箭头的直接表示;如下图表示(A继承自B);

eg:汽车在现实中有实现,可用汽车定义具体的对象;汽车与SUV之间为泛化关系;

在UML中,泛化表示类之间的继承关系。在Java中,这通过extends关键字来实现。代码示例如下

// 父类  
public class Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("Animal eats");  
    }  
}  
  
// 子类,通过extends关键字继承父类  
public class Dog extends Animal {  
    public void bark() {  
        System.out.println("Dog barks");  
    }  
  
    // 继承父类的eat方法  
    // 可以选择重写它,但在这个例子中我们没有  
}
实现关系(realize)

实现关系用一条带空心箭头的虚线表示;

eg:”车”为一个抽象概念,在现实中并无法直接用来定义对象;只有指明具体的子类(汽车还是自行车),才 可以用来定义对象(”车”这个类在C++中用抽象类表示,在JAVA中有接口这个概念,更容易理解)

注:最终代码中,实现关系表现为继承抽象类;

在UML中,实现表示类实现了一个或多个接口。在Java中,这通过implements关键字来实现。

// 接口  
public interface Car {  
    void move();  
}  
  
// 类实现接口  
public class Bycicle implements Car {  
    @Override  
    public void move() {  
        System.out.println("deng deng deng");  
    }  
}
聚合关系(aggregation)

聚合关系用一条带空心菱形箭头的直线表示,如下图表示A聚合到B上,或者说B由A组成;

聚合关系用于表示实体对象之间的关系,表示整体由部分构成的语义;例如一个部门由多个员工组成;

与组合关系不同的是,整体和部分不是强依赖的,即使整体不存在了,部分仍然存在;例如, 部门撤销了,人员不会消失,他们依然存在;

在UML中,聚合是一种特殊的关联关系,表示“整体-部分”关系,其中“整体”类包含“部分”类的实例。在Java中,这通常通过类的成员变量(字段)来实现。如果“整体”类对“部分”类的生命周期没有控制权(即,当“整体”对象被销毁时,“部分”对象可能仍然存在),则这是一种普通的聚合关系。如果“整体”类负责“部分”类的生命周期(即,当“整体”对象被销毁时,“部分”对象也会被销毁),则这是一种更强的聚合关系,通常被称为组合(Composition),它使用成员变量和构造函数来确保“部分”对象的创建和销毁。

示例(聚合)

public class Car {  
    private Engine engine; // Car类包含一个Engine类的实例  

    // ...其他方法和构造函数...  
}
组合关系(composition)

组合关系用一条带实心菱形箭头直线表示,如下图表示A组成B,或者B由A组成;

与聚合关系一样,组合关系同样表示整体由部分构成的语义;比如公司由多个部门组成;

但组合关系是一种强依赖的特殊聚合关系,如果整体不存在了,则部分也不存在了;例如, 公司不存在了,部门也将不存在了;

示例(组合):

public class Computer {  
    private final Monitor monitor = new Monitor(); // Computer类负责Monitor类的创建和销毁  

    // ...其他方法和构造函数...  
}
关联关系(association)

关联关系是用一条直线表示的;它描述不同类的对象之间的结构关系;它是一种静态关系, 通常与运行状态无关,一般由常识等因素决定的;它一般用来定义对象之间静态的、天然的结构; 所以,关联关系是一种“强关联”的关系;

比如,乘车人和车票之间就是一种关联关系;学生和学校就是一种关联关系;

关联关系默认不强调方向,表示对象间相互知道;如果特别强调方向,如下图,表示A知道B,但 B不知道A;

注:在最终代码中,关联对象通常是以成员变量的形式实现的;

public class Student {  
    private Teacher advisor; // 学生有一个指导教师  

    // ...其他方法和构造函数...  
}  

public class Teacher {  
    // Teacher类可能也包含一个或多个Student的列表,表示其指导的学生  
    // ...  
}
依赖关系(dependency)

依赖关系是用一套带箭头的虚线表示的;如下图表示A依赖于B;他描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系;

与关联关系不同的是,它是一种临时性的关系,通常在运行期间产生,并且随着运行时的变化; 依赖关系也可能发生变化;

显然,依赖也有方向,双向依赖是一种非常糟糕的结构,我们总是应该保持单向依赖,杜绝双向依赖的产生;

注:在最终代码中,依赖关系体现为类构造方法及类方法的传入参数,箭头的指向为调用关系;依赖关系除了临时知道对方外,还是“使用”对方的方法和属性;

public class Student {  
    private Teacher advisor; // 学生有一个指导教师  

    // ...其他方法和构造函数...  
}  

public class Teacher {  
    // Teacher类可能也包含一个或多个Student的列表,表示其指导的学生  
    // ...  
}