UML 類圖真的很重要，十分鐘帶你掌握！

作者：猿java 2024-07-22 11:33:29

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在本文中，我們將探討 UML 類圖的構建塊、如何表示它們、不同類型的類關系，并為每種表示形式提供真實世界的示例。

在日常開發中，我們經常會通過 UML 圖形化的方式，幫助開發人員和業務分析師進行需求分析、系統設計和文檔編制，這篇文章，我們將來重點分析 UML 類圖。

什么是UML？

UML，Unified Modeling Language 統一建模語言，它是可視化軟件系統設計的標準方法，UML 是一種經典的建模語言，包含了系統論、工程思想，以及架構學的元素。

UML 包含多種圖表，用于表示系統的不同方面，以下是主要的 UML 圖表類型：

用例圖（Use Case Diagram）：描述系統功能及其與外部實體（如用戶或其他系統）的交互。
類圖（Class Diagram）：描述系統的靜態結構，包括類、屬性、方法及類之間的關系。
對象圖（Object Diagram）：展示特定時刻系統中對象的實例及其關系，通常是類圖的實例化。
順序圖（Sequence Diagram）：顯示對象之間按時間順序進行的交互，強調消息的發送和接收。
通信圖（Communication Diagram）：又稱協作圖，展示對象之間的交互，強調對象之間的連接和消息流。
狀態圖（State Diagram）：描述對象在其生命周期中所經歷的狀態變化及狀態之間的轉移。
活動圖（Activity Diagram）：描述系統中的活動流程，強調并行和分支控制流。
組件圖（Component Diagram）：描述系統的物理組件及其相互關系，通常用于顯示代碼結構。
部署圖（Deployment Diagram）：描述系統的物理部署架構，包括硬件節點及其之間的通信關系。
包圖（Package Diagram）：組織類和其他模型元素，展示系統的包及其依賴關系。
定時圖（Timing Diagram）：描述對象狀態或條件隨時間變化的圖表，常用于實時系統建模。

什么是 UML 類圖？

UML Class Diagram（UML 類圖），它是 UML 中使用最廣泛的一種，提供了面向對象系統的靜態視圖，展示了它的類、屬性、方法以及對象之間的關系。

在本文中，我們將探討 UML 類圖的構建塊、如何表示它們、不同類型的類關系，并為每種表示形式提供真實世界的示例。

UML 類圖的組成

UML 類圖由以下構建基塊組成：

Class（類）
Attributes（屬性）
Methods（方法）
Interfaces（接口）
Abstract Class（抽象類）
Enumeration（枚舉）

1.Class

類是定義對象的屬性和行為的藍圖或模板。

如下示例，有一個 BankAccount 類以及用 UML 類圖表示方式：

public class BankAccount {

    private String accountNumber;
    protected double balance;
    
    public void deposit(double amount) {
        this.balance = amount;
    }

    public void withdraw(double amount) {
        balance += amount;
    }

    private void updateBalance(double amount) {
        balance += amount;
    }

    String getAccountInfo() {
        return accountNumber;
    }
}

類表示為矩形，分為三個區間：

頂部：表示類的名稱，類的唯一標識符（例如，BankAccount）；
中間：表示與類關聯的屬性或數據（例如，accountNumber、balance）；
底部：表示類對象可以執行的方法（例如，deposit()、updateBalance()）；

可見性標記：可見性標記指示類中屬性和方法的可訪問權限，可見性通常有以下 4種：

+ （Public）：可以從任何類訪問屬性或方法。
- （Private）：屬性或方法只能在同一類中訪問。
# （Protected）：屬性或方法在同一類及其子類中是可訪問的。
~（Package）：屬性或方法在同一包中是可訪問的。

2.Attributes

UML 類圖中的屬性表示類的屬性或數據字段。

屬性的定義通常為下面的形式：

- username : String

-：代表屬性的訪問權限。
username：代表屬性的名稱。
String：代表屬性的數據類型。

如下示例，有一個 Person類，以及用 UML 類圖表示方式：

public class Person {
    private String name;
    protected int age;
    public String email;
    String phoneNumber = "187xxxx1234";
}

2.Methods

UML 類圖中的方法（或操作）表示類可以執行的功能或行為。

屬性的定義通常為下面的形式：

+ sum(int a, int b): int

+，代表屬性的訪問權限；
sum：代表方法的名稱；
(int a, int b)，代表參數列表，以逗號分隔的參數列表，每個參數都指定為名稱和類型；
int，代表方法返回的數據類型。

如下示例，展示一個 Person類中 4種訪問權限的方法：

3.Interfaces

接口被描述為一個類矩形，接口名稱上方帶有關鍵字 ?interface?，接口中的方法大部分上是抽象的，但是也有一些 default 方法。

如下示例，定義了一個 Drawable 接口，以及用 UML 類圖表示的方式：

public interface Drawable {

    public void draw();
    private void erase(){ }
}

4.Abstract Class

抽象類是無法實例化的類，在 UML 中的抽象類用斜體表示類名，在類名上方用關鍵字《abstract》表示。類中的抽象方法通常也以斜體顯示。

如下示例，定義了一個 Shape 抽象類，以及用 UML 類圖表示的方式：

public abstract class Shape {

    public double area;
    public abstract double getArea();
}

5.Enumeration

枚舉是一種數據類型，用于定義一組命名值（例如，顏色、星期、月份等）。在 UML 類圖中，在枚舉名稱上方用關鍵字 ?enumeration? 表示，枚舉的值列在類框中。

如下示例，定義了一個 Color 枚舉，以及用 UML 類圖表示的方式：

public enum Color {
    RED, GREEN, BLUE
}

UML 類圖中的關系

在 UML 類圖中，類之間的關系主要有以下 6種類型：

Association（關聯）
Aggregation（聚合）
Composition（組合）
Inheritance（繼承）
Implementation（實現）
Dependency（依賴）

這六種關系的箭頭如下所示：

1.Association

Association（關聯），表示兩個類之間的 uses-a 關系，其中一個類使用另一個類或與另一個類交互。

如下示例：學生班級與課程班級相關聯，因為學生可以注冊多個課程。

2.Aggregation

Aggregation（聚合），表示 has-a關系，一個類（整體）包含另一個類（部分），但包含的類可以獨立存在。

如下示例：Car 類具有 Engine 類，但 Engine 類可以在沒有 Car 類的情況下存在。

3.Composition

Composition（組成），代表了一種強烈的 has-a 關系，在這種關系中，沒有整體，部分就無法存在。如果整體被破壞，部分也被破壞。

如下示例：House 類由 Room 類組成，但 Room 類不能沒有 House 類而存在。

4.Inheritance

Inheritance（繼承或泛化），表示一種 is-a 關系，其中一個類（子類）繼承另一個類（超類）的屬性和方法。

如下示例：Dog 類和 Cat 類繼承自 Animal 類，因為狗和貓都是動物。

5.Implementation

Implementation（實現），表示類和接口之間的關系，其中類實現接口中聲明的方法。

示例：Rectangle 類和 Circle 類實現了 Shape 接口，該接口聲明了 getArea() 方法。

6.Dependency

Dependency（依賴），代表一種 uses 關系，其中一個類別的變化可能會影響另一個類別。

如下示例：Customer 類使用 Order 類下訂單。

最后，我們再對上面幾種關系給出一個全面的示例：

總結

UML 類圖是軟件工作中很重要的一個知識點，作為程序員，我們一定要掌握，最后對 UML 類圖做個總結：