使用UML類圖進(jìn)行Java應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
UML已成為面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖形化工具，在UML定義的各種圖中，本文只涉及類圖。Java應(yīng)用程序由許多類所構(gòu)成，類圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是Java實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο髴?yīng)用程序的核心。
在UML類圖中，類被描述為帶有三層的盒子。
頂層為類名，一般用加粗字體表示。如果類是抽象的，其名稱用斜體表示；如果類是接口，則在類名上方標(biāo)注<
中間層包含類的屬性（或變量），底層包含類的方法。與類名相似，如果方法是抽象的，那么它的名稱也用斜體表示。
我們要設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序CDrawApp應(yīng)用程序在基于字符的網(wǎng)格上畫點(diǎn)、框和文本串，該應(yīng)用程序涉及到Java面向?qū)ο蟮脑S多概念與應(yīng)用方法，非常系統(tǒng)、全面，在您仔細(xì)研讀后，定能迅速掌握UML類圖，并將其應(yīng)用到實(shí)際的Java應(yīng)用程序開發(fā)過(guò)程中。為減少代碼長(zhǎng)度，讓程序簡(jiǎn)單易懂，這里使用Java控制臺(tái)窗口顯示程序運(yùn)行結(jié)果。該程序總共由10個(gè)大類組成，以下分別介紹。
一、Point類
在CDrawApp程序中定義的***個(gè)類是Point類，該類用于通過(guò)x和y坐標(biāo)在網(wǎng)格上標(biāo)識(shí)一點(diǎn)。其類圖設(shè)計(jì)為：
在該類中，有2個(gè)成員變量x和y,類圖中，“-”表示變量或方法為private，“+”表示public，“#”則表示protected。該類定義了三個(gè)不同的構(gòu)造函數(shù)，這是重載（overload）的例子。
接著該類設(shè)計(jì)了7個(gè)訪問(wèn)方法。getX()和getY()方法分別返回一點(diǎn)的x和y坐標(biāo)。SetX()和setY()方法根據(jù)參數(shù)xValue和yValue的值設(shè)置這些坐標(biāo)的值。兩個(gè)add()方法通過(guò)被訪問(wèn)點(diǎn)的坐標(biāo)加上一個(gè)值來(lái)建立一個(gè)新的Point對(duì)象。New運(yùn)算符建立類的新實(shí)例。它后面緊跟著初始化新生成實(shí)例的構(gòu)造函數(shù)。toString()
方法返回類String的一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象用一個(gè)有序?qū)?lái)描述一個(gè)點(diǎn)。
依據(jù)設(shè)計(jì)的類圖，其Java實(shí)現(xiàn)代碼為：
二、CGrid類
CGrid類用于定義指定大小的字符網(wǎng)格。它提供基本方法集，通過(guò)加入到這些方法中的其它類來(lái)得到擴(kuò)展。該類的UML類圖為：
CGrid類聲明3個(gè)變量：width、depth和grid[][]。width和depth 變量用于指定grid[][]的水平和垂直尺寸，grid[][]是保存網(wǎng)格字符的字符數(shù)組的數(shù)組。
CGrid中的變量聲明為protected，這就規(guī)定了它們只能在聲明它們的包中和CGrid的任何子類中訪問(wèn)。
CGrid類只有一個(gè)單一構(gòu)造函數(shù)，它設(shè)置width和depth的值，分配grid[][]數(shù)組，然后調(diào)用blankGrid()以空格為grid[][]賦值。
CGrid有4種訪問(wèn)方法。blankGrid()方法只是簡(jiǎn)單地用空格字符來(lái)調(diào)用
fillGrid()。fillGrid()方法把grid[][]的每個(gè)元素都設(shè)置為ch參數(shù)。GetCharFrom()方法用于找出網(wǎng)格中給定位置的字符。SetCharAt()用于把網(wǎng)格中一點(diǎn)設(shè)置成特定字符。
在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中使用Point類來(lái)定義它們的參數(shù)，這是類與類之間關(guān)聯(lián)的例子，我們稍候討論。
根據(jù)以上類圖，CGrid類的原代碼為：
#p#
三、CGObject類
CGObject類是抽象類的例子，它通過(guò)abstract方法來(lái)限制其子類的行為。Abstract方法必須由非abstract子類實(shí)現(xiàn)。其類圖設(shè)計(jì)如下：
CGObject類用于定義在網(wǎng)格上顯示的對(duì)象的一般行為。它有兩個(gè)變量：location和drawCharacter。Location變量的類型是Point，用于在網(wǎng)格上指定一個(gè)對(duì)象所在的點(diǎn)。DrawCharacter變量用于畫對(duì)象的字符。
CGObject有三個(gè)方法，而沒有構(gòu)造函數(shù)。因?yàn)閍bstract類沒有完整定義，所以它沒有構(gòu)造函數(shù)，也沒有對(duì)象實(shí)例。
***個(gè)方法addToGrid()不是abstract類型的。它以類PrintCGrid的對(duì)象作為參數(shù)，調(diào)用PrintCGrid類的addCGObject()方法，把this對(duì)象加到網(wǎng)格中。this關(guān)鍵字指當(dāng)前對(duì)象。用addToGrid()方法調(diào)用CGObject類的子類的對(duì)象，這些對(duì)象加到類PrintCGrid的對(duì)象中。
CGObject的其它兩個(gè)方法都用abstract關(guān)鍵字聲明。這意味著，這兩個(gè)方法在能夠由CGObject類的非abstract子類使用前必須被覆蓋。覆蓋方法必須擁有與anstract方法相同的名字、參數(shù)和返回值。Display()方法用于再網(wǎng)格上顯示類PrintCGrid的一個(gè)對(duì)象。Describe()方法用于顯示網(wǎng)格對(duì)象的描述。
CGObject類的代碼為：
四、PrintCGrid類
PrintCGrid類是CGrid類的子類，它定義了允許把對(duì)象加到網(wǎng)格中的附加變量和方法。它也提供了顯示網(wǎng)格的方法。 PrintCGrid類的類圖如下圖所示：
PrintCGrid類與CGrid類的關(guān)系是子類與父類的關(guān)系。在類圖中用實(shí)線與空心箭頭從子類指向父類表示。
PrintCGrid類的原代碼為：
在以上代碼中，PrintCGrid聲明3個(gè)變量：displayList[]、maxObjects和numObjects。這些變量都聲明為proceted，從而把對(duì)它們的訪問(wèn)限制在一個(gè)包中和PrintCGrid的子類中。
DisplayList[]變量是類CGObject(見以下類的介紹)的數(shù)組。但這并不意味著該數(shù)組包含作為類CGObject實(shí)例的對(duì)象。這是不可能的，因?yàn)镃GObject是抽象的。把DisplayList[]聲明成類CGObject的數(shù)組的目的，是允許該數(shù)組包含CGObject類的子類的對(duì)象。一般來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)變量聲明成類X，那么可以把該變量賦值為X的子類的對(duì)象。
MaxObjects變量聲明成static并且final。使用static修飾符聲明的變量，它們被作為一個(gè)類實(shí)例的所有對(duì)象公用，不會(huì)被每個(gè)實(shí)例復(fù)制，靜態(tài)變量又成為類變量。沒有被聲明成靜態(tài)的變量是實(shí)例變量，對(duì)作為一個(gè)類的實(shí)例的每個(gè)對(duì)象進(jìn)行復(fù)制。
Final修飾符用于把變量標(biāo)識(shí)成常量。用final修飾符聲明的變量必須在聲明時(shí)進(jìn)行初始化，不能再聲明之外的任何地方賦值。MaxObjects常量初始化為100，表示可以加到displayList[]中的對(duì)象的***數(shù)目。
NumObjects變量用于統(tǒng)計(jì)加到網(wǎng)格的displayList[]中的對(duì)象實(shí)際數(shù)目。
PrintCGrid有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。該構(gòu)造函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)：x和y，它們表示網(wǎng)格的水平和垂直方向的尺寸。構(gòu)造函數(shù)調(diào)用super()方法，并把這兩個(gè)變量當(dāng)著變?cè)獋鬟f過(guò)去。Super()方法是構(gòu)造函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句的一個(gè)例子。它以x和y作為變?cè){(diào)用PrintCGrid的父類（即CGrid類）的構(gòu)造函數(shù)。CGrid的構(gòu)造函數(shù)初始化其width和depth變量，分配grid[][]數(shù)組，并用空格給該數(shù)組元素賦值。CGrid的構(gòu)造函數(shù)運(yùn)行完后，PrintCGrid的構(gòu)造函數(shù)繼續(xù)把numObjects設(shè)置為0，并分配displayList[]數(shù)組。
PrintCGrid提供10個(gè)訪問(wèn)方法。AddCGObject()方法把對(duì)象加到displayList[]數(shù)組中。DeleteCGObject()方法刪除位于指定索引位置的對(duì)象。所有的后續(xù)對(duì)象都向前移動(dòng)，以填充被刪除對(duì)象留下的空缺。DeleteLastObject()方法通過(guò)簡(jiǎn)單地把numObjects減1來(lái)刪除***一個(gè)對(duì)象。
GetNumObjects方法返回displayList[]中的對(duì)象數(shù)目。GetObject方法返回displayList[]中指定位置的對(duì)象。clearGrid()方法通過(guò)把numObjects設(shè)置為0去清除所有對(duì)象。
DrawGrid()方法使用從CGrid類繼承的方法清空網(wǎng)格，然后調(diào)用displayList[]中每個(gè)對(duì)象的display()方法。
displayGrid[]方法在控制臺(tái)窗口中顯示每一行網(wǎng)格。它是繼承的例子。Grid[][]數(shù)祖在CGrid類中定義，由PrintCGrid所繼承。它由CGObject類的所有子類的drawGrid()方法和display()方法更新。PrintGrid()類用它來(lái)在控制臺(tái)窗口中打印字符。
ValueOf()方法用于displayGrid()方法中，它是String 類的靜態(tài)方法。它把字符數(shù)組轉(zhuǎn)換成String對(duì)象。靜態(tài)方法類似于靜態(tài)變量，它整體上應(yīng)用于類，而不是作為類實(shí)例的各個(gè)對(duì)象使用。由于面向?qū)ο螅o態(tài)方法只能訪問(wèn)靜態(tài)變量。所有靜態(tài)方法都是定局的，不能被覆蓋。
DisplayRow()方法在控制臺(tái)窗口上顯示一行網(wǎng)格，show()方法把drawGrid()和displayGrid()方法組合成一個(gè)方法。
五、BorderPrintCGrid類
BorderPrintCGrid類是PrintCGrid類的子類，它進(jìn)一步擴(kuò)展了CGrid類。它增加了生成類PrintCGrid對(duì)象的邊界的變量和方法。類圖見如下所示：
BorderPrintCGrid類有四個(gè)私有變量:useBorder、borderCharacter、horizEdge和vertEdge。UseBorder是boolean類型的變量，它決定邊界是否應(yīng)該顯示。BorderCharacter為用于顯示邊界的字符。HorizEdge和vertEdge用于顯示邊界的水平和垂直邊界的String對(duì)象。
BorderPrintCGrid類有兩個(gè)。***個(gè)構(gòu)造函數(shù)沒有參數(shù)。它調(diào)用PrintCGrid類的構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造一個(gè)75字符寬20行高的網(wǎng)格，其邊界字符為*。SetBorderDefaults()方法用于初始化BorderedPrintCGrid類的變量。第二個(gè)構(gòu)造函數(shù)類似于***個(gè)構(gòu)造函數(shù)，但它提供了直接指定網(wǎng)格尺寸及邊界字符的功能。
BorderPrintCGrid類提供4個(gè)訪問(wèn)方法。SetBorderDefaults()方法使用enableBorder()方法和setBorderCharacter()方法初始化BorderedPrintCGrid類的變量。enableBorder()方法把useBorder設(shè)置成true或false。setBorderCharacter()方法設(shè)置displayGrid()方法所用的borderCharacter、horizEdge和vertEdge變量。
BorderedPrintCGrid類是PrintCGrid的子類，其類圖關(guān)系表示為：
displayGrid()方法覆蓋 PrintCGrid類的displayGrid()方法。通過(guò)重新定義該方法以滿足自己的需要。其中的super語(yǔ)句，將調(diào)用PrintCGrid.displayGrid()。
該類的實(shí)現(xiàn)代碼為：
到這里，我們的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已完成將近一半。我們用UML類圖分析了5個(gè)類，但這些類之間是如何相互作用而構(gòu)成我們的應(yīng)用程序呢？現(xiàn)在我們回過(guò)頭來(lái)分析前面5個(gè)類之間的相互關(guān)聯(lián)。首先我們分析繼承概念在UML類圖中的表示。
通過(guò)UML類圖中的各類之間的繼承關(guān)系表示法，我們清楚地知道，CGrid是超類，PrintCGrid是CGrid的子類，BorderedPrintCGrid是PrintCGrid以及CGrid的子類。
在Java類的代碼實(shí)現(xiàn)中，一定要用相應(yīng)的extends語(yǔ)句來(lái)表示實(shí)際的繼承關(guān)系。
一般類與類之間的關(guān)系我們可以用關(guān)聯(lián)來(lái)表達(dá)。如在類CGrid中，在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中我們使用了Point類來(lái)定義它們的參數(shù)，這是類CGrid對(duì)Point類的引用。類CGrid可以引用多個(gè)Point對(duì)象，因此，在多重性的概念中，表示該類CGrid可以與多個(gè)Point對(duì)象關(guān)系。
在UML類圖中，我們用一條實(shí)線表示這種關(guān)聯(lián)為依賴關(guān)系，通過(guò)開叉的箭頭表示是CGrid類引用Point類。箭頭上方的0..*表示可以與多個(gè)對(duì)象關(guān)聯(lián)。如果是0..1表示可以與1個(gè)對(duì)象關(guān)聯(lián)；如果是1表示必須與1個(gè)對(duì)象關(guān)聯(lián)；如果是1..*表示必須與至少1個(gè)對(duì)象關(guān)聯(lián)。
同樣，在PrintCGrid類中，在其變量申明中，有對(duì)CGObject的引用，并且也是多重引用。其UML類圖關(guān)系可以表示為：
因此，以上5個(gè)類之間的相互關(guān)系，用UML類圖關(guān)系可以清楚地表示為：
本部分說(shuō)明了5個(gè)類的UML類圖表示、UML類圖關(guān)系以及相應(yīng)的Java實(shí)現(xiàn)代碼。
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