UML 类图

在 UML 2 中有二种基本的图范畴：结构图和行为图。每个 UML 图都属于这二个图范畴。结构图的目的是显示建模系统的静态结构。它们包括类，组件和（或）对象图。另一方面，行为图显示系统中的对象的动态行为，包括如对 象的方法，协作和活动之类的内容。行为图的实例是活动图，用例图和序列图。贯穿整个软件生命周期，结构图对于各种团队成员都是有用的。

一般而言，这些图支持设计验证，和个体与团队间的设计交流。举 例来说，业务分析师可以使用类或对象图，来为当前的资产和资源建模，例如分类账，产品或地理层次。架构师可以使用组件和部署图，来测试/确认他们的设计是 否充分。开发者可以使用类图，来设计并为系统的代码（或即将成为代码的）类写文档。

如先前所提到的，类图的目的是显示建模系统的类型。在大多数的 UML 模型中这些类型包括：

• 类
  
  
• 接口
  
  
• 数据类型
  
  
• 组件

UML 为这些类型起了一个特别的名字：“分类器”。通常地，你可以把分类器当做类，但在技术上，分类器是更为普遍的术语，它还是引用上面的其它三种类型为好。

类名

类的 UML 表示是一个长方形，垂直地分为三个区，如图 1 所示。顶部区域显示类的名字。中间的区域列出类的属性。底部的区域列出类的操作。当在一个类图上画一个类元素时，你必须要有顶端的区域，下面的二个区域是 可选择的（当图描述仅仅用于显示分类器间关系的高层细节时，下面的两个区域是不必要的）。图 1 显示一个航线班机如何作为 UML 类建模。正如我们所能见到的，名字是 Flight，我们可以在中间区域看到Flight类的3个属性：flightNumber，departureTime 和 flightDuration。在底部区域中我们可以看到Flight类有两个操作：delayFlight 和 getArrivalTime。

图 1: Flight类的类图

类属性列表

类的属性节（中部区域）在分隔线上列出每一个类的属性。属性节是可选择的，要是一用它，就包含类的列表显示的每个属性。该线用如下格式：

name : attribute type

flightNumber : Integer

继续我们的Flight类的例子，我们可以使用属性类型信息来描述类的属性，如表 1 所示。

表 1：具有关联类型的Flight类的属性名字

属性名称	属性类型
flightNumber	Integer
departureTime	Date
flightDuration	Minutes

在业务类图中，属性类型通常与单位相符，这对于图的可能读者是有意义的（例如，分钟，美元，等等）。然而，用于生成代码的类图，要求类的属性类型必须限制在由程序语言提供的类型之中，或包含于在系统中实现的、模型的类型之中。

在类图上显示具有默认值的特定属性，有时是有用的（例如，在银行账户应用程序中，一个新的银行账户会以零为初始值）。UML 规范允许在属性列表节中，通过使用如下的记号作为默认值的标识：

name : attribute type = default value

举例来说：

balance : Dollars = 0

显示属性默认值是可选择的；图 2 显示一个银行账户类具有一个名为 balance的类型，它的默认值为0。

图 2：显示默认为0美元的balance属性值的银行账户类图。

类操作列表

类操作记录在类图长方形的第三个（最低的）区域中，它也是可选择的。和属性一样，类的操作以列表格式显示，每个操作在它自己线上。操作使用下列记号表现：

	name(parameter list) : type of value returned

下面的表 2 中Flight类操作的映射。

表 2：从图 2 映射的Flight类的操作

操作名称

返回参数

值类型

delayFlight

Name	Type
numberOfMinutes	Minutes

N/A

getArrivalTime

N/A

Date

图3显示，delayFlight 操作有一个Minutes类型的输入参数 -- numberOfMinutes。然而，delayFlight 操作没有返回值。 ¹ 当一个操作有参数时，参数被放在操作的括号内；每个参数都使用这样的格式：“参数名：参数类型”。

图 3：Flight类操作参数，包括可选择的“in”标识。

当文档化操作参数时，你可能使用一个可选择的指示器，以显示参数到操作的输入参数、或输出参数。这个可选择的指示 器以“in”或“out”出现，如图3中的操作区域所示。一般来说，除非将使用一种早期的程序编程语言，如Fortran ，这些指示器可能会有所帮助，否则它们是不必要的。然而，在 C++和Java中，所有的参数是“in”参数，而且按照UML规范，既然“in”是参数的默认类型，大多数人将会遗漏输入/输出指示器。

继承

在面向对象的设计中一个非常重要的概念，继承，指的是一个类（子类）继承另外的一个类（超 类）的同一功能，并增加它自己的新功能（一个非技术性的比喻，想象我继承了我母亲的一般的音乐能力，但是在我的家里，我是唯一一个玩电吉他的人）的能力。 为了在一个类图上建模继承，从子类（要继承行为的类）拉出一条闭合的，单键头（或三角形）的实线指向超类。考虑银行账户的类型：图 4 显示 CheckingAccount 和 SavingsAccount 类如何从 BankAccount 类继承而来。

图 4: 继承通过指向超类的一条闭合的，单箭头的实线表示。

在图 4 中，继承关系由每个超类的单独的线画出，这是在IBM Rational Rose和IBM Rational XDE中使用的方法。然而，有一种称为 树标记的备选方法可以画出继承关系。当存在两个或更多子类时，如图 4 中所示，除了继承线象树枝一样混在一起外，你可以使用树形记号。图 5 是重绘的与图 4 一样的继承，但是这次使用了树形记号。

图 5: 一个使用树形记号的继承实例

抽象类及操作
细心的读者会注意到，在图 4 和 图5 中的图中,类名BankAccount和withdrawal操作使用斜体。这表示，BankAccount 类是一个抽象类，而withdrawal方法是抽象的操作。换句话说，BankAccount 类使用withdrawal规定抽象操作，并且CheckingAccount 和 SavingsAccount 两个子类都分别地执行它们各自版本的操作。

然而，超类（父类）不一定要是抽象类。标准类作为超类是正常的。

关联
当你系统建模时，特定的对象间将会彼此关联，而且这些关联本身需要被清晰地建模。有五种关联。在这一部分中，我将会讨论它们中的两个 -- 双向的关联和单向的关联，而且我将会在Beyond the basics部分讨论剩下的三种关联类型。请注意，关于何时该使用每种类型关联的详细讨论，不属于本文的范围。相反的，我将会把重点集中在每种关联的用途，并说明如何在类图上画出关联。

双向（标准）的关联
关联是两个类间的联接。关联总是被假定是双向的；这意味着，两个类彼此知道它们间的联系，除非你限定一些其它类型的关联。回顾一下Flight 的例子，图 6 显示了在Flight类和Plane类之间的一个标准类型的关联。

图 6：在一个Flight类和Plane类之间的双向关联的实例

一个双向关联用两个类间的实线表示。在线的任一端，你放置一个角色名和多重值。图 6 显示Flight与一个特定的Plane相关联，而且Flight类知道这个关联。因为角色名以Plane类表示，所以Plane承担关联中的 “assignedPlane”角色。紧接于Plane类后面的多重值描述0...1表示，当一个Flight实体存在时，可以有一个或没有Plane与 之关联（也就是，Plane可能还没有被分配）。图 6 也显示Plane知道它与Flight类的关联。在这个关联中，Flight承担“assignedFlights”角色；图 6 的图告诉我们，Plane实体可以不与flight关联（例如，它是一架全新的飞机）或与没有上限的flight（例如，一架已经服役5年的飞机）关联。

由于对那些在关联尾部可能出现的多重值描述感到疑惑，下面的表3列出了一些多重值及它们含义的例子。

表 3: 多重值和它们的表示

可能的多重值描述
表示	含义
0..1	0个或1个
1	只能1个
0..*	0个或多个
*	0个或多个
1..*	1个或我个
3	只能3个
0..5	0到5个
5..15	5到15个

单向关联
在一个单向关联中，两个类是相关的，但是只有一个类知道这种联系的存在。图 7 显示单向关联的透支财务报告的一个实例。

图 7: 单向关联一个实例：OverdrawnAccountsReport 类 BankAccount 类，而 BankAccount 类则对关联一无所知。

一个单向的关联，表示为一条带有指向已知类的开放箭头（不关闭的箭头或三角形，用于标志继承）的实线。如同标准关 联，单向关联包括一个角色名和一个多重值描述，但是与标准的双向关联不同的时，单向关联只包含已知类的角色名和多重值描述。在图 7 中的例子中，OverdrawnAccountsReport 知道 BankAccount 类，而且知道 BankAccount 类扮演“overdrawnAccounts”的角色。然而，和标准关联不同，BankAccount 类并不知道它与 OverdrawnAccountsReport 相关联。 ²

软件包
不可避免，如果你正在为一个大的系统或大的业务领域建模，在你的模型中将会有许多不同的分类器。管理所有的类将是一件令人生畏的任务；所以，UML 提供一个称为 软件包的组织元素。软件包使建模者能够组织模型分类器到名字空间中，这有些象文件系统中的文件夹。把一个系统分为多个软件包使系统变成容易理解，尤其是在每个软件包都表现系统的一个特定部分时。 ³

在图中存在两种方法表示软件包。并没有规则要求使用哪种标记，除了用你个人的判断：哪种更便于阅读你画的类图。两种方法都是由一个较小的长方形（用于定位）嵌套在一个大的长方形中开始的，如图 8 所示。但是建模者必须决定包的成员如何表示，如下：

• 如果建模者决定在大长方形中显示软件包的成员，则所有的那些成员 ⁴ 需要被放置在长方形里面。另外，所有软件包的名字需要放在软件包的较小长方形之内（如图 8 的显示）。
  
  
• 如果建模者决定在大的长方形之外显示软件包成员，则所有将会在图上显示的成员都需要被置于长方形之外。为了显示属于软件包的分类器属于，从每个分类器画一条线到里面有加号的圆周，这些圆周粘附在软件包之上（图9）。

图 8：在软件包的长方形内显示软件包成员的软件包元素例子

图 9：一个通过连接线表现软件包成员的软件包例子

了解基础重要性

在 UML 2 中，了解类图的基础更为重要。这是因为类图为所有的其他结构图提供基本的构建块。如组件或对象图（仅仅是举了些例子）。

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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

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 类对象。 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点 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实线表示继承。

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

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，车 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 不 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

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

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 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

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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）

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 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

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

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。

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 。

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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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¹ delayFlight没有返回值，因为我作出了设计决定，不要返回值。有一点可以争论的是，延迟操作应该返回新的到达时间，而且，如果是这种情形，操作属性将显示为 delayFlight(numberOfMinutes : Minutes) : Date。

²可能看起来很奇怪， BankAccount 类不知道 OverdrawnAccountsReport 类。这个建模使报表类可以知道它们报告的业务类，但是业务类不知道它们正在被报告。这解开两个对象的耦合，并因此使系统变得更能适应变化。

³ 软件包对于组织你的模型类是庞大的，但是记住重要的一点是，你的类图应该是关于建模系统的容易交流的信息。在你的软件包有许多类的情况下，最好使用多个主题类图，而不是仅仅产生一个大的类图。

⁴ 要理解重要一点，当我说“所有的那些成员”时，我仅仅意味着在当前图中的类将显示出来。显示一个有内容的软件包的图，不需要显示它的所有内容。它可以依照一些准则，显示包含元素的子集，这个准则就是并非所有的软件包分类器都是必需的。

⁵ 当画一个类图时，在 UML 规范中，全部要做的只是把类放入长方形的顶部区域，而你同理处理接口；然而，UML 规范认为，在这个区域放置“class”文本是可选的，如果类没有显示，那么它应该被假设。

UML类图关系代码表示

在UML类图中的关系模式主要有以下几种: 泛化（Generalization）,  实现（Realization）, 关联（Association), 聚合（Aggregation）, 依赖(Dependency) 等.

1. 泛化（Generalization）
      泛化关系: 是一种继承关系, 表示一般与特殊的关系, 它指定了子类如何特化父类的所有特征和行为. 老虎是动物的一种, 即有老虎的特性也有动物的共性.  见下图:



用代码表示如下:

程序代码
// Animal.h
class CAnimal
{
public:
    // implement
    virtual HRESULT EatSomething()
    {
        // Do something
    }
};

// Tiger.h
#include "Animal.h"
class CTiger : public CAnimal
{
    // Do something
};


2. 实现（Realization）
实现关系: 是一种类与接口的关系, 表示类是接口所有特征和行为的实现. 见下图:



用 代码表示如下:

程序代码
// Animal.h
class CAnimal
{
public:
    // interface
    virtual HRESULT EatSomething() = 0;
};

// Tiger.h
#include "Animal.h"
class CTiger : public CAnimal
{
    // Do something
};


注: 泛化和实现的区别就在于子类是否继承了父类的实现, 如有继承则关系为泛化, 反之为实现.

3. 关联（Association)
关 联关系: 是一种拥有的关系, 可以分为双向关联, 单向关联和自身关联.
双向关联是指双方都拥有对方的引用, 都可以调用对方的公共属性和方法. 见下图:



用 代码表示如下:

程序代码
// Husband.h
#include "wife.h"
class CHusband
{
public:
    CWife* pWife;
};

// Wife.h
#include "Husband.h"
class CWife
{
public:
    CHusband* pHuband;
};


上图中丈夫和妻子是比较公平的关系, 都可以使用对方公共的属性.

单向关联是指 只有某一方拥有另一方的引用, 这样只有拥有对方者可以调用对方的公共属性和方法. 如下图:



用 代码表示如下:

程序代码
// Husband.h
class CHusband
{
public:
    int nMoney;
    void GoShopping();
};

// Wife.h
#include "Husband.h"
class CWife
{
public:
    CHusband* pHuband;
};


上图中妻子拥有 丈夫, 可以使用对方的属性, 比如钱, 可以让对方做能做的事, 比如去买东西.

自身关联是指拥有一个自身的引用. 如下图



用代码表示如下:

程序代码
// SingleMan.h
class CSingleMan
{
public:
    CSingleMan *pSingleMan;
};


4. 聚合（Aggregation）和组合(Composition)
聚合关 系: 是整体与部分的关系, 且部分可以离开整体而单独存在. 如车和轮胎是整体和部分的关系, 轮胎离开车仍然可以存在.
组合关系: 是整体与部分的关系, 但部分不能离开整体而单独存在. 如公司和部门是整体和部分的关系, 没有公司就不存在部门.



用代码表示如下:

程序代码
// Car.h
#include "Tyre.h"
class CCar
{
public:
    CTyre cTyre;
};

// Tyre.h
#include "Car.h"
class CTyre
{
    // Do something
};


程序代码
// Company.h
#include "Department.h"
class CCompany
{
public:
    CDepartment cDepartment;
};

// Tyre.h
#include "Company.h"
class CDepartment
{
    // Do something
};


5. 依赖(Dependency)
依赖关系: 是一种使用的关系,  即一个类的实现需要另一个类的协助, 所以要尽量不使用双向的互相依赖. 如下图:



用 代码表示如下:

程序代码
// Car.h
class CCar
{
    // Do something
};

// Person.h
#include "Car.h"
class CPerson
{
    void MoveFast(CCar &pCar);
};

那依赖和聚合\组合、关联等有什么不同呢？

关联是类之间的一种关系，例如老师教学生，老公和老婆，水壶装水等就是一种关系。这种关系是非常明显的，在问题领域中通过分析直接就能得出。

依赖是一种弱关联，只要一个类用到另一个类，但是和另一个类的关系不是太明显的时候（可以说是“uses”了那个类），就可以把这种关系看成是依赖，依赖也可说是一种偶然的关系，而不是必然的关系，就是“我在某个方法中偶然用到了它，但在现实中我和它并没多大关系”。例如我和锤子，我和锤子本来是没关系的，但在有一次要钉钉子的时候，我用到了它，这就是一种依赖，依赖锤子完成钉钉子这件事情。

组合是一种整体-部分的关系，在问题域中这种关系很明显，直接分析就可以得出的。例如轮胎是车的一部分，树叶是树的一部分，手脚是身体的一部分这种的关系，非常明显的整体-部分关系。

上述的几种关系（关联、聚合/组合、依赖）在代码中可能以指针、引用、值等的方式在另一个类中出现，不拘于形式，但在逻辑上他们就有以上的区别。

这里还要说明一下，所谓的这些关系只是在某个问题域才有效，离开了这个问题域，可能这些关系就不成立了，例如可能在某个问题域中，我是一个木匠，需要拿着锤子去干活，可能整个问题的描述就是我拿着锤子怎么钉桌子，钉椅子，钉柜子；既然整个问题就是描述这个，我和锤子就不仅是偶然的依赖关系了，我和锤子的关系变得非常的紧密，可能就上升为组合关系（让我突然想起武侠小说的剑不离身，剑亡人亡...）。这个例子可能有点荒谬，但也是为了说明一个道理，就是关系和类一样，它们都是在一个问题领域中才成立的，离开了这个问题域，他们可能就不复存在了。

这里再说一下重复度，其实看完了上面的描述之后，我们应该清楚了各个关系间的关系以及具体对应到代码是怎么样的，所谓的重复度，也只不过是上面的扩展，例如A和B有着“1对多”的重复度，那在A中就有一个列表，保存着B对象的N个引用，就是这样而已。

好了，到这里，已经把上面的类图关系说完了，希望你能有所收获了，我也费了不少工夫啊（画图、生成代码、截图、写到BLOG上，唉，一头大汗）。不过如果能让你彻底理解UML类图的这些关系，也值得了。:)

 

UML实践----用例图、顺序图、状态图、类图、包图、协作图

2009-01-20 作者：Randy Miller 来源：网络

面向对象的问题的处理的关键是建模问题。建模可以把在复杂世界的许多重要的细节给抽象出。许多建模工具封装了UML（也就是Unified Modeling Language™），这篇课程的目的是展示出UML的精彩之处。

UML中有九种建模的图标，即：

• 用例图
• 类图
• 对象图
• 顺序图
• 协作图
• 状态图
• 活动图
• 组件图
• 配置图

本课程中的某些部分包含了这些图的细节信息的页面链接。而且每个部分都有一个小问题，测试一下你对这个部分的理解。

为什么UML很重要？

为了回答这个问题，我们看看建筑行业。设计师设计出房子。施工人员使用这个设计来建造房子。建筑越复杂，设计师和施工人员之间的交流就越重要。蓝图就成为了这个行业中的设计师和施工人员的必修课。

写软件就好像建造建筑物一样。系统越复杂，参与编写与配置软件的人员之间的交流也就越重要。在过去十年里UML就成为分析师，设计师和程序员之间的“建筑蓝图”。现在它已经成为了软件行业的一部分了。UML提供了分析师，设计师和程序员之间在软件设计时的通用语言。

UML被应用到面向对象的问题的解决上。想要学习UML必须熟悉面向对象解决问题的根本原则――都是从模型的建造开始的。一个模型model就是根本问题的抽象。域domain就是问题所处的真实世界。

模型是由对象objects组成的，它们之间通过相互发送消息messages来相互作用的。记住把一个对象想象成“活着的”。对象有他们知道的事（属性attributes）和他们可以做的事（行为或操作behaviors or operations）。对象的属性的值决定了它的状态state。

类Classes是对象的“蓝图”。一个类在一个单独的实体中封装了属性（数据）和行为（方法或函数）。对象是类的实例instances。

用例图

用例图Use case diagrams描述了作为一个外部的观察者的视角对系统的印象。强调这个系统是什么而不是这个系统怎么工作。

用例图与情节紧紧相关的。情节scenario是指当某个人与系统进行互动时发生的情况。下面是一个医院门诊部的情节。

“一个病人打电话给门诊部预约一年一次的身体检查。接待员找出在预约记录本上找出最近的没有预约过的时间，并记上那个时间的预约记录。”

用例Use case是为了完成一个工作或者达到一个目的的一系列情节的总和。角色actor是发动与这个工作有关的事件的人或者事情。角色简单的扮演着人或者对象的作用。下面的图是一个门诊部Make Appointment用例。角色是病人。角色与用例的联系是通讯联系communication association（或简称通讯communication）

角色是人状的图标，用例是一个椭圆，通讯是连接角色和用例的线。

一个用例图是角色，用例，和它们之间的联系的集合。我们已经把Make Appointment作为一个含有四个角色和四个用例的图的一部分。注意一个单独的用例可以有多个角色。

用例图在三个领域很有作用。

• 决定特征（需求）。当系统已经分析好并且设计成型时，新的用例产生新的需求
• 客户通讯。使用用例图很容易表示开发者与客户之间的联系。
• 产生测试用例。一个用例的情节可能产生这些情节的一批测试用例。

类图

类图Class diagram通过显示出系统的类以及这些类之间的关系来表示系统。类图是静态的－它们显示出什么可以产生影响但不会告诉你什么时候产生影响。

下面是一个顾客从零售商处预定商品的模型的类图。中心的类是Order。连接它的是购买货物的Customer和Payment。Payment有三种形式：Cash，Check，或者Credit。订单包括OrderDetails（line item），每个这种类都连着Item。

UML类的符号是一个被划分成三块的方框：类名，属性，和操作。抽象类的名字，像Payment是斜体的。类之间的关系是连接线。

类图有三种关系。

• 关联association－表示两种类的实例间的关系。如果一个类的实例必须要用另一个类的实例才能完成工作时就要用关联。在图中，关联用两个类之间的连线表示。
• 聚合aggregation－当一个类属于一个容器是的一种特殊关系。聚合用一个带菱形的连线，菱形指向具有整体性质的类。在我们的图里，Order是OrderDetails的容器。
• 泛化generalization－一个指向以其他类作为超类的继承连线。泛化关系用一个三角形指向超类。Payment是Cash，Check和Credit的超类。

一个关联有两个尾端。每个尾端可以有一个角色名role name来说明关联的作用。比如，一个OrderDetail实例是一个Order实例的项目。

关联上的方向性navigability箭头表示该关联传递或查询的方向。OrderDetail类可以查询他的Item，但不可以反过来查询。箭头方向同样可以告诉你哪个类拥有这个关联的实现；也就是，OrderDetail拥有Item。没有方向性的箭头的关联是双向。

关联尾端的数字表示该关联另一边的一个实例可以对应的数字端的实例的格数，通过这种方式表达关联的多样性multiplicity。多样性的数字可以是一个单独的数字或者是一个数字的范围。在例子中，每个Order只有一个Customer，但一个Customer可以有任意多个Order。

下面这个表给出了最普遍的多样性示例。

多样性	意义
0..1	0或1个实例. n..m符号表示有n到m个实例
0..*  or  *	没有实例格数的限制（包括没有）.
1	只有一个实例
1..*	最少一个实例

每个类图包括类，关联和多样性表示。方向性和角色是为了使图示得更清楚时可选的项目。

包和对象图

为了简单地表示出复杂的类图，可以把类组合成包packages。一个包是UML上有逻辑关系的元件的集合。下面这个图是是一个把类组合成包的一个商业模型。

dependencies关系。如果另一个的包B改变可能会导致一个包A改变，则包A依赖包B。

包是用一个在上方带有小标签的矩形表示的。包名写在标签上或者在矩形里面。点化线箭头表示依赖

对象图Object diagrams用来表示类的实例。他们在解释复杂关系的细小问题时（特别是递归关系时）很有用。

这个类图示一个大学的Department可以包括其他很多的Departments。

这个对象图示上面类图的实例。用了很多具体的例子。

UML中实例名带有下划线。只要意思清楚，类或实例名可以在对象图中被省略。

每个类图的矩形对应了一个单独的实例。实例名称中所强调的UML图表。类或实例的名称可能是省略对象图表只要图的意义仍然是明确的。

顺序图

类图和对象图是静态模型的视图。交互图是动态的。他们描述了对象间的交互作用。

顺序图将交互关系表示为一个二维图。纵向是时间轴，时间沿竖线向下延伸。横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色。类元角色用生命线表示。当对象存在时，角色用一条虚线表示，当对象的过程处于激活状态时，生命线是一个双道线。

消息用从一个对象的生命线到另一个对象生命线的箭头表示。箭头以时间顺序在图中从上到下排列。

协作图

协作图也是互动的图表。他们像序列图一样也传递相同的信息，但他们不关心什么时候消息被传递，只关心对象的角色。在序列图中，对象的角色放在上面而消息则是连接线。

对象角色矩形上标有类或对象名（或者都有）。类名前面有个冒号（：）。

协作图的每个消息都有一个序列号。顶层消息的数字是1。同一个等级的消息（也就是同一个调用中的消息）有同样的数字前缀，再根据他们出现的顺序增加一个后缀1，2等等。

状态图

对象拥有行为和状态。对象的状态是由对象当前的行动和条件决定的。状态图statechart diagram显示出了对象可能的状态以及由状态改变而导致的转移。
我们的模型例图建立了一个银行的在线登录系统。登录过程包括输入合法的密码和个人账号，再提交给系统验证信息。

登录系统可以被划分为四种不重叠的状态：Getting SSN, Getting PIN, Validating, 以及 Rejecting。每个状态都有一套完整的转移transitions来决定状态的顺序。

状态是用圆角矩形来表示的。转移则是使用带箭头的连线表示。触发转移的事件或者条件写在箭头的旁边。我们的图上有两个自转移。一个是在Getting SSN，另一个则在上Getting PIN。

初始状态（黑色圆圈）是开始动作的虚拟开始。结束状态也是动作的虚拟结束。

事件或条件触发动作时用（/动作）表示。当进入Validating状态时，对象并不等外部事件触发转移。取而代之，它产生一个动作。动作的结果决定了下一步的状态。

活动图

活动图activity diagram是一个很特别的流程图。活动图和状态图之间是有关系的。状态图把焦点集中在过程中的对象身上，而活动图则集中在一个单独过程动作流程。活动图告诉了我们活动之间的依赖关系。

对我们的例子来说，我们使用如下的过程。

“通过ATM来取钱。”

这个活动有三个类Customer, ATM和 Bank。整个过程从黑色圆圈开始到黑白的同心圆结束。活动用圆角矩形表示。

活动图可以被分解成许多对象泳道swimlanes ，可以决定哪些对象负责那些活动。每个活动都有一个单独的转移transition连接这其他的活动。

转移可能分支branch成两个以上的互斥的转移。保护表达式（在[]中）表示转移是从一个分支中引出的。分支以及分支结束时的合并merge在图中用菱形表示。

转移也可以分解fork成两个以上的并行活动。分解以及分解结束时的线程结合join在图中用粗黑线表示

组件与配置图

组件component是代码模块。组件图是是类图的物理实现。

配置图Deployment diagrams则是显示软件及硬件的配置。

下面的配置图说明了与房地产事务有关的软件及硬件组件的关系。

物理上的硬件使用节点nodes表示。每个组件属于一个节点。组件用左上角带有两个小矩形的矩形表示。

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