跟我学统一建模语言UML——软件系统概要设计中所涉及的UML类图实现示例

发布时间：2024-08-27

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杨教授大学堂精心创作的优秀程序员职业提升必读系列资料

1.1跟我学统一建模语言UML——软件系统概要设计中所涉及的UML类图实现示例

1.1.1UML类图

1、UML类图

（1）类图

类是面向对象模型的最基本的模型元素。类图表达为了实现某一用例中的一组对象类之间的静态结构，以及它们之间的联系和交互。

（2）类图的作用

主要体现在描述结构和联系：类图描述系统中类的静态结构，它不仅定义系统中的类，表示类之间的联系（关联、依赖、聚合等），还包括类的内部结构（类的属性和操作）。（3）类与类之间的联系

类与类之间的联系可以分为两种：结构性联系（静态联系）和行为性联系（动态联系）。

1)结构性联系指类的继承与派生、父类与子类间的聚合、组合、泛化/特化等。

2)行为性联系指类之间可以通过消息联系，通过系统预定义或用户自定义的语义联

系。

（4）类的UML的图示

类是对象的集合，这些对象有共同的结构特征、行为特征、联系和语义；在UML中类的图形表示为实线矩形框。

但要注意的是：

在类图中不一定要列出全部的成员内容。如在建立分析模型或设计模型时，可以只列出类名，在图中只需要着重表达类之间的联系；在建立实现模型时，再在类图中给出类的组成成员属性和操作方法等方面的详细内容。如下图所示：

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2、类中的属性成员及其UML的图示

（1）属性（成员变量）

类中的成员属性表示的形式为：可视性属性名（多重性）：类型=初始值

其中的可视性可以为：公共、保护和私有三种不同的形式，而类型也就是数据类型，依赖于所选择的编程实现的语言。

（2）类的static成员属性

所应该注意的是，对类的成员属性也就是static成员属性在类图中的表示为带下划线的形式。如下面的Compute类中的“oneUSBDevice”成员属性的表示方式。

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3、类中的方法成员及其UML 的图示

（1）类中的操作（成员方法）

操作是类的行为特征或动态特征，用于对服务或实体相关的操作建模。一个类可以有操作并且可以允许有多个不同的操作，当然也可以没有。没有一个功能操作方法的类经常用于表达数据。

功能操作方法在类图中位于最底部，同时用文字串说明。其表示为：

可视性操作名（参数列表）：返回列表{性质}

注意：

操作在实现阶段经常用函数完成，例如，+carDrive(speed :Integer, direction:Direction)。

（2）类中的操作的类型

1) 实现者操作（Implementor operations ）：实现一些业务功能。实现者操作可从交互图

中找到。

2) 管理者操作（Manager operations ）：管理对象的生成和构造。例如，类的构造器和

删除器。

3) 访问操作（Access Operations ）：属性通常是专用或保护的，但其他类可能要浏览或

改变某个类的属性，可以通过访问操作实现。应该，通过对每个属性建立Get 和Set 操作来实现。

4、类的职责类的职责主要指的是类所担任的任务，类的设计要完成什么样的功能，要承担的义务。一个类可以有多种不同的职责，设计得好的类一般至少有一种职责，在定义类的时候，将类的职责分解成为类的属性和方法。

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通常在UML中在类图的最下方用单独的部分列出类的职责，类的职责其实只是一段或多段文本描述。

5、类的关联（Association）

（1）关联的含义

关联是一种结构化的关系，指一种对象和另一种对象有联系。它是对具有共同结构特性、行为特性、关系和语义的链接的描述。

（2）关联的UML图示

在UML的类图中，关联用一条实线将类连接在一起。如果是单向关联，则在关联端加箭头表示方向。如果是双向关联则不用。

（3）关联的重数

由于关联有两元关系和多元关系。而两元关系是指一种一对一的关系，多元关系是一对多或多对一的关系。

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并且在关联端可以标出关联中的数量关系——重数（多重性）。关联端的多重性规定该类中有多少个对象参与该关联。常用的有

1)“0..1”：表示零到1个对象

2)“1”：表示1个对象

3)“0..*或者*”：表示零到多个对象

4)“5..17”：表示5 到17个对象

如果图中没有明确地标识关联的重数，那就意味着是1。例如下图所示：

（4）对关联的修饰

1)名字：可以给关系取名字以进一步说明关系的含义

2)角色：关系的两端代表不同的两种角色

3)重数：表示有多少对象通过一个关系的实例相连接

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（5）关联的类型

1）普通关联

普通关联是最常见的一种关联，只要类与类之间存在连接关系就可以用普通关联表示。比如，张三使用计算机，计算机会将处理的结果等信息返回给张三，那么，在其各自所对应的类之间就存在普通的关联关系。

普通的关联关系的图示是连接两个类之间的直线。由于关联可以是双向的，因此可以在关联的一个方向上为关联起一个名字，而在另一个方向上起另一个名字（当然，也可以不起名字）。名字通常紧挨着直线书写。

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2）导航关联

如果类与类之间的关联是单方向的，则为导航关联。此时其UML的表示应该在关联端加箭头表示方向，以表明只有箭头所指的方向上才有这种关联关系。

如下示例：

Employee可以有0个或更多的TimeCard对象。但是，每个TimeCard只从属于单独一个Employee。

3）限定关联

●在关联端紧靠对象类图标处可以有限定符（Qualifier），该限定符代表被关联的对象

的一个或多个属性的列表。

●带限定符的关联称为限定关联，常用于表示一对多或者多对多的关联关系中。通过

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限定关联可以把模型中的重数从一对多变为一对一。

使用限定符将关联中多的那一端的具体对象分成对象集，限定符的名字放置在关联关系末端的一个小方框内，并且可以缺省但要给出该限定符所代表的对象属性的数据类型。

例如，顾客购买电视，他指定买某个品牌型号的电视，则售货员才能明确选取。此时售货员与顾客所指定的电视之间为限定关联，也即与某一特定类型的电视产生关联。

4）自身关联（Reflexive Association）

自身关联也称为递归关联（Recursive Association），是一个类与其本身的关联（在UML 的类图中连接到自身），即一个类的两个对象之间的联系（同类的对象之间的语义上的关联）。例如，某学生既可能是某个班级的班长，也可能是该学校的一个普通学生。

5）关联类

当关联本身也有属性、操作时则称为关联类。因为它既是一个关联同时也是一个类，它定义了一组属于该关联的特性，但这些特性不属于被关联的任何一个类。

此时，在UML的类图示中应该用一条虚线把关联类连到关联线上。如下图所示：

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注意：对于多对多的双向关联，可以转化为两个一对多的关联来实现。

6、类的聚合与组合关系

聚合与组合反映了事物的部分与整体之间的关系。通过聚合与组合对实体之间的部分与整体关系建模。识别聚合关系的常用方法是在系统需求分析中寻找“由….构成”、“包含”或者“是….”等字句。

注意：

1)聚合暗示着整体在概念上处于比局部更高的一个级别，而关联暗示两个类在概念上

位于相同的级别。

2)聚合也转换成Java中的一个实例作用域变量。

（1）聚合（Aggregation）

1）比较弱的部分与整体

聚合表示事物的部分与整体的一种松散（比较弱）的对象间的关系，举个例子：计算机和他的外围设备就是一例。

2）UML的表示法

其表示方法为在关联线端加一个小空心菱形，菱形链接处代表整体事物类，称为聚合类，另一端连接代表部分事物类。

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3）在Java中的程序示例

（2）共享聚合

1）整体方的类的重数为多

在聚合中，代表部分事物的对象可以属于多个聚合对象，此时为共享聚合（整体方的类的重数为多）。

2）示例

例如，某高校社团组织与其成员的关系，其成员未必只属于该组织，还可以属于别的组织（既是书法协会的成员，也可能又是摄影协会成员）。

（3）组合（Composition）---复合聚合

1）较强的聚合

组合表示事物的部分与整体关系的较强情况，比如：树和它的树叶之间的关系。此时构成整体类的部分类完全属于整体类并且体现树状结构的关系。

2）UML的表示法

其表示方法为在关联线端加一个小实心菱形，菱形链接处代表整体事物类，称为组合

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3）合成的新对象与组成部分的各个对象的关系

在一个合成里，部分与整体的生命周期都是一样的。一个合成的新对象完全拥有对其组成部分的支配权。包括他们的创建和毁灭（与代表整体的对象同时存在、消失）。因为如果没有了整体类，则此时系统中的部分类也没有存在的价值，部分类的存在是因为有整体类的存在。

4）示例

例如，一棵树由树干、树枝、树叶、树根等组成。如下图所示：

例如，一个窗口由文本框、列表框、按钮、菜单等组成。如下图所示：

也可以将几个实心菱形合并为一个，用直线分支地连接到各个部分类，构成一个树状结构。

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再比如，前面的Employee和TimeCard的关系或许更适合表示成“合成”，而不是表示成“关联”。

5）“一对一”的组合关系的代码示例

表达CPU（CPU）类对象实例是Computer（计算机）类对象实例的一部分，而且是一个Computer拥有一个CPU。

public class Computer{

private CPU intelCPU;

}

public class CPU{

}

6）“一对多”的组合关系的代码示例

下面的例子表明，Computer（计算机）可以包容0到任意数量的HDDisk（硬盘），而当Computer包容HDDisk的时候，HDDisk可以被0或者1个Computer包容。

为了实现“一对多”的组合关系的这种包容，可以使用集合来保留这些类。

public class Computer{

private ArrayList hdDiskObj ;

}

public class HDDisk{

}

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4、泛化与特化

泛化与特化是现实世界中一般性实体与特殊性实体之间的关系，一般性实体是特殊性实体的泛化，特殊性实体是一般性实体的特化。类与其子类便具有这样的关系。如，学生，大学生，研究生等。

（1）继承

UML中地泛化体现了分类与继承原则，一个子类继承超类的全部属性、方法，子类本身还可以有自己的子类，从而构成复杂的一般与特殊的结构。继承又可分为单继承和多继承。

（2）重载与多态

重载与多态是面向对象技术的重要组成部分，重载是实现多态的一条重要途径，对于同一个操作产生不同的结果。在用UML建模时，对于一个操作，可以用约束“{polymorphic}”规定为多态性操作，即该操作可以为子类重载；对于一组泛化，可以用约束“{overlapping}”规定为是可重载的，即它的实例可以有多种类型。

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（3）泛化与特化的UML表示形式

1)父类与子类的关系图示为一个带空心三角形的直线，空心三角形紧挨着父类。

2)类的继承关系的层次体现

（4）抽象类的表示形式

抽象类或抽象操作的名字用斜体字表示。关键字abstract可以放置在位于名称下面或后面的特性表中，如Account{abstract}，如下的Computer类为系统中的抽象类。

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5、依赖（Dependency）和精化

（1）依赖（实体之间一个“使用”关系）

1）依赖关系是一种使用关系