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LOGO《UML统一建模》第三章类图第三章类图•我们看到的大多数UML图都是类图[Martin,2004]。类图是最广泛的一种模型，用来表述系统中各个对象的类型以及其间存在的各种静态关系。目录3.1类图的概念3．2UML中的类3．3类图中的关系3．4阅读类图3．5如何建立对象模型3.1类图的概念•类图(Classdiagram)是最常用的UML图，显示出类、接口以及它们之间的静态结构和关系；我们常用类图描述系统的结构。•1.类图•类图是描述类、协作(类或对象间的协作)、接口及其关系的图。与所有UML的其它图一样，类图可以包括注释、约束、包。图3-1是一个典型的类图。•类图中的关系包括：依赖关系（Dependency）、泛化关系（Generalization）、关联关系（Association）、实现关系（Realization）。3.1类图的概念图3-1电子商务网站的对象模型3.1类图的概念•2.类图的作用•类图常用来描述业务或软件系统的组成、结构和关系。我们通常通过下面三种方式使用类图：••(1).为系统词汇建模型•为系统的词汇建模实际上是从词汇表中发现类，发现它的责任。•(2).模型化简单的协作•协作是指一些类、接口和其他的元素一起工作，提供一些合作的行为，这些行为不是简单地将元素加在一起就能实现的。例如：当我们为一个分布式的系统中的事务处理过程创建模型时，我们不可能只通过一个类来表明事务是怎样执行的，事实上这个过程的执行涉及到一系列的类的协同工作。使用类图来可视化这些类和他们的关系。3.1类图的概念•(3).模型化一个逻辑数据库模式•我们常用类图设计数据库的蓝图。在很多领域，我们想把持久性数据保存到关系数据库或面向对象的数据库中。我们可以用类图为这些数据库模式建立模型。•3.类图的组成元素•类图中的元素有类、接口、协作、关系、注释、约束、包。关系把类、协作、接口连接在一起构成一个图。注释的作用是对某些类和接口进行注释，约束的作用是对某些类和接口进行约束。3．2UML中的类•3．2．1类的表示•UML中，表示一个类，主要是标识它的名称、属性和操作。如图3-2所示，类由一个矩形表示，它包含3栏，在每栏中分别写入类的名称、类的属性和类的操作。•1．名称•每个类都必须有一个有别于其他类的名称,类名部分是不能省略的，其他组成部分可以省略。名称（Name）是一个文本串，表示方法有两种：•(1).简单名：如图3-2中的Order（订单），它就只是一个单独的名称。图3-2Order类3．2UML中的类•(2).全名：也称为路径名，就是在类名前面加上包的名称，例如java::awt::Rectangel、businessRule::order等。•对于类的命名规范要求，由字符、数字、下划线组成的惟一的字符串即可。但在实际应用中，有一个普遍采用的命名原则：采用CamelCase格式(大写字母开头、混合大小写，每个单词以大写开始，避免使用特殊符号)，尽可能避免使用缩写。•2.属性•属性描述了类的静态特征，在面向对象编程中，把属性表示为成员变量。例如，在图3-2所示的Order类中，列出了orderDate（下订单时间）、destArea（送货区域）、price（订单总价格）、paymentType（支付类型）四个属性，它们是用来描述每个具体的订单对象的。3．2UML中的类•在属性的前面有一个修饰，用来表示属性的可见性，属性的可见性一般都是private，这样才符合面向对象的“封装”思想。通常属性名的第一个字母是小写的。•3.操作•操作是类所提供的服务，通俗地说，操作就是定义了对象所能做的事情。在面向对象编程语言中，它通常表示为成员方法。对于操作的图示，有以下几点需要说明：•(1)操作名的命名规范也未硬性规定的，大家习惯采用和属性名相同的命名规则。3．2UML中的类•(2)对于操作，也经常会提供可见性修饰，只是通常应该声明为public，否则它难以向其他类提供服务。•(3)操作在表示时可以只写出操作名，也可以将操作拥有的参数也写出来，即写成员方法的完整签名。•属性和操作名之前可附加的可见性修饰符：加号（+）表示public；减号（-）表示private；#号表示protected；省略这些修饰符表示具有package（包）级别的可见性。如果属性或操作名具有下划线，则说明它是静态的。•4．职责•职责指类承担的责任和义务。在矩形框中最后一栏中写明类的职责。如图3-3所示。•图3-3职责的表示3．2UML中的类•5．约束•约束指定了类所要满足的一个或多个规则。在UML中，约束是用花括号括起来的自由文本。如图3-4所示。•3．2．2类的种类•1.抽象类•在进行类设计时，如果一些具体类具有相同的方法或属性，我们可以把这些相同的方法或属性从这些具体类中抽取出来，把它们封装到一个抽象类中，然后，通过扩展抽象类，重新定义这些具体类。图3-4约束的表示3．2UML中的类•抽象类是一种不能直接实例化的类，也就是说不能用抽象类创建对象。•在UML中，抽象类和抽象方法的表示是将其名字用斜体表示。但是由于斜体字在草图中不容易表现，因此推荐用《abstract》构造型来表示。图3-5中列出这两种不同的表示方法。•图3-5抽象类的2种表示方法3．2UML中的类•抽象类shape(图形)中定义三个方法，drew()、getarea（）是抽象方法，getboundingarea()是具体方法。在squre（正方形）和circle(圆形)两个子类中，没有定义getboundingarea()，确定义了drew()和getarea()方法。•抽象类shape定义的draw（）和getarea（）是抽象操作，在不同的子类中，其实现方法是不同的，即，在square和circle类中，对上面两个抽象方法，有不同的实现。•2．接口3．2UML中的类•接口是一种类似于抽象类的机制，接口中的方法都是抽象方法。在UML中，接口有如图3-6所示的两种表示方法。•图标表示方法的优点是简单，它只适用于只有单个操作的接口和草图应用中。构造符号表示法是采用类（interface实际上是一种特殊的类）的方式表示，它的优点是可以添加多个抽象方法，具有更强的表示能力。《Interface》图标表示法Collection构造符号表示法图3-6接口的两种表示法3．2UML中的类•3.关联类•在应用当中，我们发现两个类之间具有多对多的关系，并且有些属性不属于关联两端任何一个类，例如，在某个应系统中有两个类：person(人)和institute(协会)，显然persong可以属于多个institute，而每个institute肯定会吸纳很多person。因此它们之间很显然就是一个多对多的关系。•如果要记录每个person在所属的institute所担任的职务，应该把这个职务属性放在哪个类中呢？这个属性既不属于person，也不属于institute。显然，这个属性应该放在关联类中(Role)，如图3-7所示。图3-7关联类Role3．2UML中的类•实际上关联类既是关联又是类，它不仅象关联那样连接两个类，而且可以定义一组属于关联本身的特性。•注意：只有关联每一端的对象是1:1对应时，才能创建关联类。•4．模版类•在注入c++这样语言中，提供了一种叫做参数化类（parameterizedclass）的机制，或叫做模版（template）。例如，我们需要一些能过处理整型、浮点型、字符串的数组，普通的做法是为它们各创建一个类，这三个类除了数据类型不同之外，其他的都是相同，但是仍然要定义三次。•模版就是用来解决这个问题，可以根据占位符或者参数来定义类，而不用说明属性、方法返回值和方法参数的实际类型。通过实际值代替占位符即可创建新类。这样，就可以采用如图3-8所示的设计方案。•图3-8模板类3．2UML中的类•5．主动类•从运行的角度来看，还有一种特殊的类－主动类，主动类的实例称为主动对象，一个主动对象拥有一个控制线程并且能够控制线程的活动，具有独的控制权。•例如，命令处理程序就是一个主动类的例子，它从外面接受命令对象，然后在自身的控制线程内执行命令。在第二章中，曾经说明UML1.0中主动类的表示方法（普通类的基础上加上粗边界），但是在UML2.0中修改了主动类的表示法（在类的两边加上垂直线）。3．2UML中的类•6.嵌套类•在诸如Java的语言中，允许你将一个类的定义放在另一个类定义的内部，这就是嵌套类，在Java中也称为内层类。嵌套类是声明在它的外层类中的，因此只能够通过外层类或外层类的对象对它进行访问，在UML中，可以采用一个描图标来表示这种关系，如图3-9所示。•图3-9嵌套类表示法3．3类图中的关系•3.3.1关系分类•按照关系的性质，把关系分为4种，它们是依赖关系、泛化关系、关联关系、实现关系。下面分别说明其语义。•1．依赖关系•表示两个或多个模型元素之间语义上的关系，客户元素以某种形式依赖于提供者元素。实际上，关联、实现和泛化都是依赖关系。如图3-10所示。•图3-10依赖关系3．3类图中的关系•依赖关系可以细分为4大类：使用依赖、抽象依赖、授权依赖、绑定依赖。•(1).使用依赖•表示客户使用提供者提供的服务，以实现它的行为，下面都属于使用依赖的具体形式：•使用（《use》）•调用（《call》）•参数（《parameter》）•发送（《send》）•实例化（《instantiate》）3．3类图中的关系•(2).抽象依赖•表示客户与提供者之间的关系，客户与提供者属于不同的抽象事物，具体依赖形式：•跟踪（《trace》）•精化（《refine》）•派生（《derive》）•(3).授权依赖•表达一个事物访问另一个事物的能力，具体依赖形式：•访问（《access》）•导入（《import》）•友元（《friend》）3．3类图中的关系•(4).绑定依赖•绑定依赖属于较高级的依赖类型，用绑定模板以创建新的模型元素，具体依赖形式：绑定（《bind》）•2．泛化关系•是从特殊元素到一般元素的分类关系称为泛化关系。模型元素可以是类、用例以及其他。如图3-11所示。•3．关联关系•关联关系是较高层次的关系，它具体包括聚合关系和组合关系。•(1).聚合关系•例如，大学由多个学院组成。•图3-11泛化关系3．3类图中的关系•(2).组合关系•例如，窗口中的菜单和按钮不能离开窗口独立存在，因此，是组合关系。•注意：在Rose中表示组合的符号与在UML标准中表示组合的符号有区别。如下图所示。•图3-13组合关系图3-12聚合关系UML标准表示Rose表示3．3类图中的关系•4．实现关系•类与被类实现的接口、协作与被协作实现的用例都是实现关系。•图3-14实现关系3．3．2关联的属性•在类图中，依赖关系、泛化关系、实现关系已经是很具体的关系，而关联关系是比较抽象的高层次关系，为了对关联进一步具体化，我们需要了解关联的属性。关联的属性包括名称，角色，多重性，限定，导航。•1．名称•可以使用一个动词或动词短语给关联取名，用来描述关联的性质。在描述关联时，关联的名称并不是必需的，在关联名和角色中选一即可。可以在关联上标识阅读方向的方向指示符，以消除阅读的歧义。•下面的例子表示，关联名称是”使用”，即，用户使用计算机。•图3-15关联名称3．3．2关联的属性•2．角色•在关联关系中，角色表明了关联的每一端在关联中承担的职责，即，关联发生时，关联的每一端在关联中扮演的角色。角色的名称应该是名词或名词短语，以解释对象是如何参与关联的。如图3-16关联的角色。•学生在关联中，扮演的是学习者的角色；学校扮演的是教学者的角色。•3．多重性•图3-16关联的角色3．3．2关联的属性•多重性就是某个类有多少个对象可以和另一个类的单个对象关联。如图3-17所示。•上图的多重性表示：一个学校可以有多个学生学习；一个学生可以到多个学校去学习，或不去任何学校学习。•4．导航性•导航性描述了源对象通过链接访问目标对象。箭头表明了导航的方向性，即，只