简介

• 在UML的静态机制中类图是一个重点，它不但是设计人员关心的核心，更是实现人员关注的核心。建模工具也主要根据类图来产生代码。类图在UML的9个图中占据了一个相当重要的地位。
• UML创始人对类的定义是：类是具有相似结构、行为和关系的一组对象的描述符。类是面向对象系统中最重要的构造块。类图显示了一组类、接口、协作以及他们之间的关系。
• 在UML中问题域最终要被逐步转化，通过类来建模，通过编程语言构建这些类从而实现系统。类加上他们之间的关系就构成了类图，类图中还可以包含接口、包等元素，也可以包括对象、链等实例。

类、接口和类图

类

• 类（Class）是指具有相同属性、方法和关系的对象的抽象，它封装了数据和行为，是面向对象程序设计（OOP）的基础，具有封装性、继承性和多态性等三大特性。在 UML 中，类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的矩形来表示。

1. 类名（Name）是一个字符串，例如，Student。

2. 属性（Attribute）是指类的特性，即类的成员变量。UML 按以下格式表示：

   [可见性]属性名:类型[=默认值] (例如：-name:String)

   注意：“可见性”表示该属性对类外的元素是否可见，包括:
   a. Public（公共）: 符号 +， 该属性对所有类可见
   b. Private（私有），符号 -， 只对该类本身可见
   c. Protected（受保护）， 符号 #， 对该类的子孙可见
   d. Package（包） ， 符号 ~， 只对同一包声明的其他类可见

3. 操作（Operations）是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。UML 按以下格式表示：

   例如：+eat():void。

图 2.1 所示是学生类的 UML 表示。

接口

• 接口（Interface）是一种特殊的类，它具有类的结构但不可被实例化，只可以被子类实现。它包含抽象操作，但不包含属性。它描述了类或组件对外可见的动作。在 UML 中，接口使用一个带有名称的小圆圈来进行表示。
  图 2.2 所示是飞行接口的 UML 表示。
  

类图

类图（ClassDiagram）是用来显示系统中的类、接口、协作以及它们之间的静态结构和关系的一种静态模型。它主要用于描述软件系统的结构化设计，帮助人们简化对软件系统的理解，它是系统分析与设计阶段的重要产物，也是系统编码与测试的重要模型依据。

类图中的类可以通过某种编程 语言直接实现。类图在软件系统开发的整个生命周期都是有效的，它是面向对象系统的建模中最常见的图。图 3 所示是“数字加，减，乘，除”的类图，计算接口有计算的抽象方法，加，减，乘，除实现这计算方法供访问类调用。

类之间的关系

• 在软件系统中，类不是孤立存在的，类与类之间存在各种关系。根据类与类之间的耦合度从弱到强排列，UML 中的类图有以下几种关系：依赖关系 < 关联关系 < 聚合关系 < 组合关系 < 泛化关系 (实现关系)。其中泛化和实现的耦合度相等，它们是最强的。

依赖关系

• 依赖（Dependency）关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。
  在 UML 类图中，依赖关系使用带箭头的虚线来表示，箭头从使用类指向被依赖的类。
  

关联关系

• 关联（Association）关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与另一类对象之间的联系，如老师和学生、师傅和徒弟等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。
• 关联可以是双向的，也可以是单向的。在 UML 类图中，双向的关联可以用带两个箭头或者没有箭头的实线来表示，单向的关联用带一个箭头的实线来表示，箭头从使用类指向被关联的类。也可以在关联线的两端标注角色名，代表两种不同的角色。
• 在代码中通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量来实现关联关系。图 3.2 所示是老师和学生的关系图，每个老师可以教多个学生，每个学生也可向多个老师学，他们是双向关联。
  

聚合关系

• 聚合（Aggregation）关系是关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分之间的关系，是 has-a 的关系。
• 聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学校与学生的关系，学校包含学生，但如果学校停办了，学生依然存在。
• 在 UML 类图中，聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。图 3.3 所示是这也是和教师的关系图。
  

组合关系

• 组合（Composition）关系也是关联关系的一种，也表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系，是 cxmtains-a 关系。
• 在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，引擎和汽车的关系，没有了引擎，汽车也就不完整了。
• 在 UML 类图中，组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体。图 3.4 所示是引擎和汽车的关系图。
  

泛化关系

• 泛化（Generalization）关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系，是 is-a 的关系。

• 在 UML 类图中，泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示，箭头从子类指向父类。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如，Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类，其类图如图 3.4 所示。
  

实现关系

• 实现（Realization）关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。
• 在 UML 类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示，箭头从实现类指向接口。例如，鸟和飞机实现了飞行接口，其类图如图 3.5 所示。