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分类: C/C++

2011-05-19 21:25:31

UML对很多人来说应该不是一个陌生的概念,这一两年来,UML被大家越来越多的讨论着。本来UML跟我这个主题似乎并不能扯上多大的关系(它是语言无关的,甚至可以说其本身就是一种语言——用于交流的)。我在此谈到它有两个目的:
1. UML是针对面向对象软件开发的,而C++正是这样的一种语言
2. UML在设计中被越来越多的使用着,而下一篇杂谈准备讨论设计模式,如果不了解UML,那么无法进行下去

UML,全称:Unified Modeling Language,其目的是为了对软件密集型的制品进行可视化、详述、构造和文档化的图形语言。UML是依据许多前人的思想总结出的成果,1997年被OMG通过并成为标准(所以在《设计模式》书中如果你看到与标准不一样的地方,不要奇怪,那本书是95年的)。关于UML的历史和更详细的描述,可以参考《UML 参考手册》。UML主要由一系列视图组成,其中包括静态视图(Static view),用例视图(Use case view)活动视图(Activity view)等,不同的图用处自然也不一样,而对开发人员来讲(或者说为我的下一篇来说),更重要的应该是静态视图中的类图(class diagram)和交互视图(Interaction view)中的顺序图(Sequence diagram),请注意view和diagram的区别。

 类图
静态视图说明了对象的结构,其中最常用的就是类图,类图可以帮助我们更直观的了解一个系统的体系结构,有时侯,描述系统快照的对象图(Object diagram)也是很有用的。在这里,我们主要介绍类图,下面的图就是一个简单的类图:

在类图中,类由矩形框来表示,如上图中,定义了4个类,分别为Base、A、B、C,类之间的关系通过各种线条和其他符号来表示,在上图中,空心的三角表示继承关系,在UML的术语中,这种关系被称为泛化(Generalization),所以上面的类用等价代码表示为:
class Base{…};
class A:public Base{…};
class B:public Base{…};
class C:public Base{…};

我们再看下一幅图:

这幅图与上幅几乎没有什么区别,唯一的不同就是Base类中增加了成员,一个私有的integer _x(UML术语为property)和一个公有的fun()的函数(method),是否需要这些类的内部细节UML本身并没有限制,完全取决于你自己如何使用,UML的用处在于帮助你了解系统,所以只要你自己觉得足够清楚,那么够了,不要再复杂了。
接着看第三幅图:
 
上面图中的箭头表示一种关系,箭头另一边有一个菱形(空心)表示聚合(aggregation),聚合的意义表示has-a关系,其等价代码如下:
class A{…};
class B{ A* theA;…};
聚合是一种相对松散的关系,聚合类B不需要对被聚合的类A负责。
下面的图:

这幅图与上面的唯一区别是菱形为实心的,它代表了一种更为坚固的关系——组合(composition)。组合表示的关系也是has-a,不过在这里,A的生命期受B控制,通常情况,等价代码如下:
class A{…};
class B{A theA;…};
即A会随着B的创建而创建,随B的消亡而消亡。

下图:

这里B与A的关系只是一种依赖关系,这种关系表明,如果类A被修改,那么类B会受到影响,一个简单的例子就是:
class A{…};
class B{fun(A params);…};

常用的关系就是我们上面用的这些,通过这些关系和类表示的类图,我们可以用图形化的方式描述一个系统的设计部分,当你习惯使用UML后,你会发现,这往往比你告诉同伴某某类从某某类派生,派生类又和某某类具有什么关系容易的多。

 顺序图:
UML中另外一个常用的图形就是交互视图中的顺序图,在以往的过程化语言中,我们通常使用流程图来描述一个函数(系统)是如何工作的,而在面向对象的系统中,这显然是不可行的,而顺序图正是来解决这个问题的。
假设有如下的伪代码:

class circle { public: void fillcolor() { // ... }; void draw() { fillcolor(); }; }; class window { public: void drawcircle() { _circle.draw(); }; private: circle _circle; }; 对于下面的调用:
window wnd;
wnd.drawcircle();
对应的顺序图如下:
 

图中上方的方块表示参与的对象,垂直的虚线表示对象的生命线,方框表示激活,其中箭头表示了一个调用消息(也可以有回送return),如果是异步的消息,则用半箭头表示,其中draw表示了一个自调用(self call)

至此,UML中最常用的(从开发人员的角度),当然UML的内容远远不只这些,这里的介绍只是一些简单的概括,并且UML本身也在不断的发展之中,无论怎样,我觉得UML会越来越多的深入我们的开发过程中,特别是对下一篇我们要介绍的设计模式而言,类图是主要的描述工具(到那个时候你会体会到UML描述的优越)。
如果你看过《设计模式》着本书,你会发现与我上面所描述的有一些细微的不同,不要紧张,《设计模式》是GOF95年的作品,那时候UML还没有形成,而且,其中也明确那是OMT方法(Jim Rumbaugh在通用电气发表的建模技术——Object Modeling Technique)和Booch方法。如果你觉得UML有些让你无所适从,也不必紧张,UML本身只是一个辅助工具,它的目的是帮助你描述系统,不是复杂你的工作,如果你的系统很简单,一句话可以说的很清楚,那么不要用UML,如果你只想说明类之间的关系,而不是类的接口描述,那么像第一副图那样简单的描述就很好,总之不要去追求细节,只要能说明问题,那么你的目的就达到了(甚至你没有必要完全遵守规范)。

 参考书目
《设计模式——可复用面向对象软件的基础》 
作者: Erich Gamma 等 译者:李英军 马晓星 蔡敏 刘建中 机械工业出版社2000

《UML参考手册》作者: James Rumbaugh Ivar Jacobson Grady Booch
译者: 姚淑珍 唐发根 机械工业出版社2001

《UML精粹——标准对象建模语言简明指南(第2版)》
作者: Martin Fowler&Kendall Scott 译者: 徐家福 清华大学出版社 2002

《Design Patterns Explained》Alan Shalloway, James R. Trott
Addison-Wesley Pub 2001

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