GOF 的23种JAVA常用设计模式总结 02 UML中的类图与类图之间的关系

统一建模语言UML

统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)是用来设计软件蓝图的可视化建模语言,1997 年被国际对象管理组织(OMG)采纳为面向对象的建模语言的国际标准。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。
 
统一建模语言能为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持。而且融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术,使软件设计人员沟通更简明,进一步缩短了设计时间,减少开发成本。它的应用领域很宽,不仅适合于一般系统的开发,而且适合于并行与分布式系统的建模。
 
UML 从目标系统的不同角度出发,定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等 9 种图。
 

类、接口和类图

1.类

类(Class)是指具有相同属性、方法和关系的对象的抽象,它封装了数据和行为,是面向对象程序设计(OOP)的基础,具有封装性、继承性和多态性等三大特性。在 UML 中,类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的矩形来表示。

  1. 类名:比如Student 学生类
  2. 属性:就是类的成员变量:命名规则  [可见性]属性名:类型[=默认值]
  3. 可见性:表示该属性对类外的元素是否可见,包括公有(Public)、私有(Private)、受保护(Protected)和朋友(Friendly)4 种,在类图中分别用符号+、-、#、~表示。
  4. 操作:就是类的任意方法: UML格式表示: [可见性]名称(参数列表)[:返回类型]

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UML表示学生类,私有的四个成员变量,以及一个display()的公开方法

2.接口

接口(Interface)是一种特殊的类,它具有类的结构但不可被实例化,只可以被子类实现。它包含抽象操作,但不包含属性。它描述了类或组件对外可见的动作。在 UML 中,接口使用一个带有名称的小圆圈来进行表示。
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定义了一个 Graph接口 并且定义了两个子类继承后必须要实现的方法

3.类图

类图(ClassDiagram)是用来显示系统中的类、接口、协作以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。它主要用于描述软件系统的结构化设计,帮助人们简化对软件系统的理解,它是系统分析与设计阶段的重要产物,也是系统编码与测试的重要模型依据。

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如图所示,定义了一个Graph的接口,并且有两个子类长方形和圆形去实现了它,并且相对于的实现了里面的方法,然后有一个访问类Client,在它的方法里面有一个Graph的参数,它可以通过这个参数去调用

相对应子类下面的方法,实现功能

类与类之间的关系

在软件系统中,类不是孤立存在的,类与类之间存在各种关系。根据类与类之间的耦合度从弱到强排列,UML 中的类图有以下几种关系:依赖关系、关联关系、聚合关系、组合关系、泛化关系和实现关系。其中泛化和实现的耦合度相等,它们是最强的。

耦合度排序,依次增强

  1. 依赖关系
  2. 关联关系
    • 一般关联关系
    • 聚合关系
    • 组合关系
  3. 泛化关系
  4. 实现关系

1.依赖关系

依赖(Dependency)关系是一种使用关系,它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式,是临时性的关联。在代码中,某个类的方法通过局部变量、

方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类(被依赖类)中的某些方法来完成一些职责。

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如图所示,依赖关系使用虚线箭头表示,使用类指向被依赖的类,如图,人的类里面有一个打电话的方法call(),而call里面有一个手机类的属性

人的类调用手机类下面的transfer()方法

2.关联关系

关联(Association)关系是对象之间的一种引用关系,用于表示一类对象与另一类对象之间的联系,如老师和学生、师傅和徒弟、丈夫和妻子等。

关联关系是类与类之间最常用的一种关系,分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。我们先介绍一般关联。

关联可以是双向的,也可以是单向的。在 UML 类图中,双向的关联可以用带两个箭头或者没有箭头的实线来表示,

单向的关联用带一个箭头的实线来表示,箭头从使用类指向被关联的类。

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如图所示,一个老师有多个学生,而一个学生也可以有多个老师,他们进行了一个双向的关联。

使用类指向被关联的类

3.聚合关系

聚合(Aggregation)关系是关联关系的一种,是强关联关系,是整体和部分之间的关系,是 has-a 的关系。
 
聚合关系也是通过成员对象来实现的,其中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而独立存在。
 
例如,学校与老师的关系,学校包含老师,但如果学校停办了,老师依然存在。

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聚合关系可以用带线的空心菱形来表示,菱形指向整体

4.组合关系

组合(Composition)关系也是关联关系的一种,也表示类之间的整体与部分的关系,但它是一种更强烈的聚合关系,是 cxmtains-a 关系。
 
在组合关系中,整体对象可以控制部分对象的生命周期,一旦整体对象不存在,部分对象也将不存在,部分对象不能脱离整体对象而存在。

例如,头和嘴的关系,没有了头,嘴也就不存在了。

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组合关系用带实心菱形的实线来表示,菱形指向整体。

5.泛化关系

泛化(Generalization)关系是对象之间耦合度最大的一种关系,表示一般与特殊的关系,是父类与子类之间的关系,是一种继承关系,是 is-a 的关系。

在 UML 类图中,泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示,箭头从子类指向父类。在代码实现时,使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。

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6.实现关系

实现(Realization)关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中,类实现了接口,类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。

实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示,箭头从实现类指向接口。

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参考文档:23种设计模式UML教程

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