• UML类图(高级)


    超过基础

    到此为止,我已经介绍了类图的基础,但是请继续往下读!在下面的部分中,我将会引导你到你会使用的类图的更重要的方面。这些包括UML 2 规范中的接口,其它的三种关联类型,可见性和其他补充。

    接口
    在本文的前面,我建议你以类来考虑分类器。事实上,分类器是一个更为一般的概念,它包括数据类型和接口。

    关于何时、以及如何高效地在系统结构图中使用数据类型和接口的完整讨论,不在本文的讨论范围之内。既然这样,我为什么要在这里提及数据类型和接口呢?你可能想在结构图上模仿这些分类器类型,在这个时候,使用正确的记号来表示,或者至少知道这些分类器类型是重要的。不正确地绘制这些分类器,很有可能将使你的结构图读者感到混乱,以后的系统将不能适应需求。

    一个类和一个接口不同:一个类可以有它形态的真实实例,然而一个接口必须至少有一个类来实现它。在 UML 2 中,一个接口被认为是类建模元素的特殊化。因此,接口就象类那样绘制,但是长方形的顶部区域也有文本“interface”,如图 10 所示。 5

    图 10:Professor类和Student类实现Person接口的类图实例

    图 10:Professor类和Student类实现Person接口的类图实例

    在图 10 中显示的图中,Professor和Student类都实现了Person的接口,但并不从它继承。我们知道这一点是由于下面两个原因:1) Person对象作为接口被定义 -- 它在对象的名字区域中有“interface”文本,而且我们看到由于Professor和Student对象根据画类对象的规则(在它们的名字区域中没有额外的分类器文本)标示,所以它们是 对象。 2) 我们知道继承在这里没有被显示,因为与带箭头的线是点线而不是实线。如图 10 所示,一条带有闭合的单向箭头的 线意味着实现(或实施);正如我们在图 4 中所见到的,一条带有闭合单向箭头的线表示继承。

    更多的关联
    在上面,我讨论了双向关联和单向关联。现在,我将会介绍剩下的三种类型的关联。

    关联类
    在关联建模中,存在一些情况下,你需要包括其它类,因为它包含了关于关联的有价值的信息。对于这种情况,你会使用 关联类 来绑定你的基本关联。关联类和一般类一样表示。不同的是,主类和关联类之间用一条相交的点线连接。图 11 显示一个航空工业实例的关联类。

    图 11:增加关联类 MileageCredit

    图 11:增加关联类 MileageCredit

    在图 11 中显示的类图中,在Flight类和 FrequentFlyer 类之间的关联,产生了称为 MileageCredit的关联类。这意味当Flight类的一个实例关联到 FrequentFlyer 类的一个实例时,将会产生 MileageCredit 类的一个实例。

    聚合
    聚合是一种特别类型的关联,用于描述“总体到局部”的关系。在基本的聚合关系中, 部分类 的生命周期独立于 整体类 的生命周期。

    举例来说,我们可以想象, 是一个整体实体,而 车轮 轮胎是整辆车的一部分。轮胎可以在安置到车时的前几个星期被制造,并放置于仓库中。在这个实例中,Wheel类实例清楚地独立地Car类实例而存在。然而,有些情况下, 部分 类的生命周期并 独立于 整体 类的生命周期 -- 这称为合成聚合。举例来说,考虑公司与部门的关系。 公司和部门 都建模成类,在公司存在之前,部门不能存在。这里Department类的实例依赖于Company类的实例而存在。

    让我们更进一步探讨基本聚合和组合聚合。

    基本聚合
    有聚合关系的关联指出,某个类是另外某个类的一部分。在一个聚合关系中,子类实例可以比父类存在更长的时间。为了表现一个聚合关系,你画一条从父类到部分类的实线,并在父类的关联末端画一个未填充棱形。图 12 显示车和轮胎间的聚合关系的例子。

    图 12: 一个聚合关联的例子

    图 12: 一个聚合关联的例子

    组合聚合
    组合聚合关系是聚合关系的另一种形式,但是子类实例的生命周期依赖于父类实例的生命周期。在图13中,显示了Company类和Department类之间的组合关系,注意组合关系如聚合关系一样绘制,不过这次菱形是被填充的。

    图 13: 一个组合关系的例子

    图 13: 一个组合关系的例子

    在图 13 中的关系建模中,一个Company类实例至少总有一个Department类实例。因为关系是组合关系,当Company实例被移除/销毁时,Department实例也将自动地被移除/销毁。组合聚合的另一个重要功能是部分类只能与父类的实例相关(举例来说,我们例子中的Company类)。

    反射关联
    现在我们已经讨论了所有的关联类型。就如你可能注意到的,我们的所有例子已经显示了两个不同类之间的关系。然而,类也可以使用反射关联与它本身相关联。起先,这可能没有意义,但是记住,类是抽象的。图 14 显示一个Employee类如何通过manager / manages角色与它本身相关。当一个类关联到它本身时,这并不意味着类的实例与它本身相关,而是类的一个实例与类的另一个实例相关。

    图 14:一个反射关联关系的实例

    图 14:一个反射关联关系的实例

    图 14 描绘的关系说明一个Employee实例可能是另外一个Employee实例的经理。然而,因为“manages”的关系角色有 0..*的多重性描述;一个雇员可能不受任何其他雇员管理。

    可见性
    在面向对象的设计中,存在属性及操作可见性的记号。UML 识别四种类型的可见性:public,protected,private及package。

    UML 规范并不要求属性及操作可见性必须显示在类图上,但是它要求为每个属性及操作定义可见性。为了在类图上的显示可见性,放置可见性标志于属性或操作的名字之前。虽然 UML 指定四种可见性类型,但是实际的编程语言可能增加额外的可见性,或不支持 UML 定义的可见性。表4显示了 UML 支持的可见性类型的不同标志。

    表 4:UML 支持的可见性类型的标志

    标志 可见性类型
    + Public
    # Protected
    - Private
    ~ Package

    现在,让我们看一个类,以说明属性及操作的可见性类型。在图 15 中,所有的属性及操作都是public,除了 updateBalance 操作。updateBalance 操作是protected。

    图 15:一个 BankAccount 类说明它的属性及操作的可见性

    图 15:一个 BankAccount 类说明它的属性及操作的可见性

    UML 2 补充

    既然我们已经覆盖了基础和高级主题,我们将覆盖一些由UML 1. x增加的类图的新记号。

    实例
    当一个系统结构建模时,显示例子类实例有时候是有用的。为了这种结构建模,UML 2 提供 实例规范 元素,它显示在系统中使用例子(或现实)实例的值得注意的信息。

    实例的记号和类一样,但是取代顶端区域中仅有的类名,它的名字是经过拼接的:

    Instance Name : Class Name

    举例来说:

    Donald : Person

    因为显示实例的目的是显示值得注意的或相关的信息,没必要在你的模型中包含整个实体属性及操作。相反地,仅仅显示感兴趣的属性及其值是完全恰当的。如图16所描述。

    图 16:Plane类的一个实例例子(只显示感兴趣的属性值)

    图 16:Plane类的一个实例例子(只显示感兴趣的属性值)

    然而,仅仅表现一些实例而没有它们的关系不太实用;因此,UML 2 也允许在实体层的关系/关联建模。绘制关联与一般的类关系的规则一样,除了在建模关联时有一个附加的要求。附加的限制是,关联关系必须与类图的关系相一致,而且关联的角色名字也必须与类图相一致。它的一个例子显示于图 17 中。在这个例子中,实例是图 6 中类图的例子实例。

    图 17:图 6 中用实例代替类的例子

    图 17:图 6 中用实例代替类的例子

    图 17 有Flight类的二个实例,因为类图指出了在Plane类和Flight类之间的关系是 0或多。因此,我们的例子给出了两个与NX0337 Plane实例相关的Flight实例。

    角色
    建模类的实例有时比期望的更为详细。有时,你可能仅仅想要在一个较多的一般层次做类关系的模型。在这种情况下,你应该使用 角色 记号。角色记号类似于实例记号。为了建立类的角色模型,你画一个方格,并在内部放置类的角色名及类名,作为实体记号,但是在这情况你不能加下划线。图 18 显示一个由图 14 中图描述的雇员类扮演的角色实例。在图 18 中,我们可以认为,即使雇员类与它本身相关,关系确实是关于雇员之间扮演经理及团队成员的角色。

    图 18:一个类图显示图14中扮演不同角色的类

    图 18:一个类图显示图14中扮演不同角色的类

    注意,你不能在纯粹类图中做类角色的建模,即使图 18显示你可以这么做。为了使用角色记号,你将会需要使用下面讨论的内部结构记号。

    内部的结构
    UML 2 结构图的更有用的功能之一是新的内部结构记号。它允许你显示一个类或另外的一个分类器如何在内部构成。这在 UML 1. x 中是不可能的,因为记号限制你只能显示一个类所拥有的聚合关系。现在,在 UML 2 中,内部的结构记号让你更清楚地显示类的各个部分如何保持关系。

    让我们看一个实例。在图 18 中我们有一个类图以表现一个Plane类如何由四个引擎和两个控制软件对象组成。从这个图中省略的东西是显示关于飞机部件如何被装配的一些信息。从图 18 的图,你无法说明,是每个控制软件对象控制两个引擎,还是一个控制软件对象控制三个引擎,而另一个控制一个引擎。

    图 19: 只显示对象之间关系的类图

    图 19: 只显示对象之间关系的类图

    绘制类的内在结构将会改善这种状态。开始时,你通过用二个区域画一个方格。最顶端的区域包含类名字,而较低的区域包含类的内部结构,显示在它们父类中承担不同角色的部分类,角色中的每个部分类也关系到其它类。图 19 显示了Plane类的内部结构;注意内部结构如何澄清混乱性。

    图 20:Plane类的内部结构例子.

    图 20:Plane类的内部结构例子。

    在图 20 中Plane有两个 ControlSoftware 对象,而且每个控制二个引擎。在图左边上的 ControlSoftware(control1)控制引擎 1 和 2 。在图右边的 ControlSoftware(control2)控制引擎 3 和 4 。




    结论

    至少存在两个了解类图的重要理由。第一个是它显示系统分类器的静态结构;第二个理由是图为UML描述的其他结构图提供了基本记号。开发者将会认为类图是为他们特别建立的;但是其他的团队成员将发现它们也是有用的。业务分析师可以用类图,为系统的业务远景建模。正如我们将会在本系列关于 UML 基础的文章中见到的,其他的图 -- 包括活动图,序列图和状态图——参考类图中的类建模和文档化。

    关于“UML 基础”的本系列的后面的元件图。

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