利用UML类图设计Java应用程序详解

利用UML类图设计Java应用程序详解(一)来源：ZDNetChina作者：龚赤兵UML已成为面向对象设计的标准图形化工具，在UML定义的各种图中，本文只涉及类图。Java应用程序由许多类所构成，类图的设计与实现，是Java实现面向对象应用程序的核心。本文通过一个具体的应用程序的设计与实现过程，详细说明了利用UML类图设计Java应用程序，使得开发过程标准化、可视化，代码编程简单化。在类图中，类被描述为带有三层的盒子。顶层为类名，一般用加粗字体表示。如果类是抽象的，其名称用斜体表示；如果类是接口，则在类名上方标注interface。中间层包含类的属性（或变量），底层包含类的方法。与类名相似，如果方法是抽象的，那么它的名称也用斜体表示。我们要设计的应用程序CDrawApp应用程序在基于字符的网格上画点、框和文本串，该应用程序涉及到Java面向对象的许多概念与应用方法，非常系统、全面，在您仔细研读后，定能迅速掌握UML类图，并将其应用到实际的Java应用程序开发过程中。为减少代码长度，让程序简单易懂，这里使用Java控制台窗口显示程序运行结果。该程序总共由10个大类组成，以下分别介绍。一、Point类在CDrawApp程序中定义的第一个类是Point类，该类用于通过x和y坐标在网格上标识一点。其类图设计为：在该类中，有2个成员变量x和y,类图中，“-”表示变量或方法为private，“+”表示public，“#”则表示protected。该类定义了三个不同的构造函数，这是重载（overload）的例子。接着该类设计了7个访问方法。getX()和getY()方法分别返回一点的x和y坐标。SetX()和setY()方法根据参数xValue和yValue的值设置这些坐标的值。两个add()方法通过被访问点的坐标加上一个值来建立一个新的Point对象。New运算符建立类的新实例。它后面紧跟着初始化新生成实例的构造函数。toString()方法返回类String的一个对象，该对象用一个有序对来描述一个点。依据设计的类图，其Java实现代码为：//Point.javapublicclassPoint{//Variabledeclarationsprivateintx;privateinty;//MethoddeclarationspublicPoint(){x=0;y=0;}publicPoint(intxValue,intyValue){x=xValue;y=yValue;}publicPoint(Pointp){x=p.getX();y=p.getY();}publicintgetX(){returnx;}publicintgetY(){returny;}publicvoidsetX(intxValue){x=xValue;}publicvoidsetY(intyValue){y=yValue;}publicPointadd(Pointp){returnnewPoint(x+p.getX(),y+getY());}publicPointadd(inti,intj){returnnewPoint(x+i,y+j);}publicStringtoString(){returnnewString((+String.valueOf(x)+,+String.valueOf(y)+));}}二、CGrid类CGrid类用于定义指定大小的字符网格。它提供基本方法集，通过加入到这些方法中的其它类来得到扩展。该类的类图为：CGrid类声明3个变量：width、depth和grid[][]。width和depth变量用于指定grid[][]的水平和垂直尺寸，grid[][]是保存网格字符的字符数组的数组。CGrid中的变量声明为protected，这就规定了它们只能在声明它们的包中和CGrid的任何子类中访问。CGrid类只有一个单一构造函数，它设置width和depth的值，分配grid[][]数组，然后调用blankGrid()以空格为grid[][]赋值。CGrid有4种访问方法。blankGrid()方法只是简单地用空格字符来调用fillGrid()。fillGrid()方法把grid[][]的每个元素都设置为ch参数。GetCharFrom()方法用于找出网格中给定位置的字符。SetCharAt()用于把网格中一点设置成特定字符。在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中使用Point类来定义它们的参数，这是类与类之间关联的例子，我们稍候讨论。根据以上类图，CGrid类的原代码为：//CGrid.javapublicclassCGrid{//Variabledeclarationsprotectedintwidth;protectedintdepth;protectedchargrid[][];//MethoddeclarationspublicCGrid(intwidthValue,intdepthValue){width=widthValue;depth=depthValue;grid=newchar[depth][width];blankGrid();}publicvoidblankGrid(){fillGrid('');}publicvoidfillGrid(charch){for(intj=0;jdepth;++j)for(inti=0;iwidth;++i)grid[j][i]=ch;}publicvoidsetCharAt(charch,Pointp){grid[p.getY()][p.getX()]=ch;}publicchargetCharFrom(Pointp){returngrid[p.getY()][p.getX()];}}三、CGObject类CGObject类是抽象类的例子，它通过abstract方法来限制其子类的行为。Abstract方法必须由非abstract子类实现。其类图设计如下：CGObject类用于定义在网格上显示的对象的一般行为。它有两个变量：location和drawCharacter。Location变量的类型是Point，用于在网格上指定一个对象所在的点。DrawCharacter变量用于画对象的字符。CGObject有三个方法，而没有构造函数。因为abstract类没有完整定义，所以它没有构造函数，也没有对象实例。第一个方法addToGrid()不是abstract类型的。它以类PrintCGrid的对象作为参数，调用PrintCGrid类的addCGObject()方法，把this对象加到网格中。this关键字指当前对象。用addToGrid()方法调用CGObject类的子类的对象，这些对象加到类PrintCGrid的对象中。CGObject的其它两个方法都用abstract关键字声明。这意味着，这两个方法在能够由CGObject类的非abstract子类使用前必须被覆盖。覆盖方法必须拥有与anstract方法相同的名字、参数和返回值。Display()方法用于再网格上显示类PrintCGrid的一个对象。Describe()方法用于显示网格对象的描述。CGObject类的代码为：//CGObject.javapublicabstractclassCGObject{//VariabledeclarationspublicPointlocation;publicchardrawCharacter;//MethoddeclarationspublicvoidaddToGrid(PrintCGridgrid){grid.addCGObject(this);}publicabstractvoiddisplay(PrintCGridgrid);publicabstractvoiddescribe();}四、PrintCGrid类PrintCGrid类是CGrid类的子类，它定义了允许把对象加到网格中的附加变量和方法。它也提供了显示网格的方法。PrintCGrid类的类图如下图所示：PrintCGrid类与CGrid类的关系是子类与父类的关系。在类图中用实线与空心箭头从子类指向父类表示。PrintCGrid类的原代码为：importjava.lang.System;//PrintCGrid.javapublicclassPrintCGridextendsCGrid{//VariabledeclarationsprotectedCGObjectdisplayList[];protectedstaticfinalintmaxObjects=100;protectedintnumObjects;//MethoddeclarationspublicPrintCGrid(intx,inty){super(x,y);numObjects=0;displayList=newCGObject[maxObjects];}publicvoidaddCGObject(CGObjectobj){if(numObjectsmaxObjects){displayList[numObjects]=obj;++numObjects;}}publicvoiddeleteCGObject(intindex){if(indexnumObjects&&numObjects0){for(inti=index;inumObjects-1;++i)displayList[i]=displayList[i+1];--numObjects;}}publicvoiddeleteLastObject(){if(numObjects0)--numObjects;}publicintgetNumObjects(){returnnumObjects;}publicCGObjectgetObject(intindex){returndisplayList[index];}publicvoidclearGrid(){numObjects=0;}publicvoiddrawGrid(){blankGrid();for(inti=0;inumObjects;++i)displayList[i].display(this);}publicvoiddisplayGrid(){for(inti=0;idepth;++i)System.out.println(String.valueOf(grid[i]));}publicvoiddisplayRow(introw){System.out.print(String.valueOf(grid[row]));}publicvoidshow(){drawGrid();displayGrid();}}在以上代码中，PrintCGrid声明3个变量：displayList[]、maxObjects和numObjects。这些变量都声明为proceted，从而把对它们的访问限制在一个包中和PrintCGrid的子类中。DisplayList[]变量是类CGObject(见以下类的介绍)的数组。但这并不意味着该数组包含作为类CGObject实例的对象。这是不可能的，因为CGObject是抽象的。把DisplayList[]声明成类CGObject的数组的目的，是允许该数组包含CGObject类的子类的对象。一般来说，如果一个变量声明成类X，那么可以把该变量赋值为X的子类的对象。MaxObjects变量声明成static并且final。使用static修饰符声明的变量，它们被作为一个类实例的所有对象公用，不会被每个实例复制，静态变量又成为类变量。没有被声明成静态的变量是实例变量，对作为一个类的实例的每个对象进行复制。Final修饰符用于把变量标识成常量。用final修饰符声明的变量必须在声明时进行初始化，不能再声明之外的任何地方赋值。MaxObjects常量初始化为100，表示可以加到d