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第4章UML類圖 定義類圖 為什么要建模類圖 類圖的主要標(biāo)記符號(hào) 如何建模類圖 學(xué)習(xí)目標(biāo) 4 1UML基本類圖 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是使用類 類是用來(lái)代表現(xiàn)實(shí)事務(wù)或者功能的構(gòu)造塊 在本節(jié)中 我們將要學(xué)習(xí)如何建模類及其相互之間的關(guān)系 以便在編寫代碼之前讓你對(duì)系統(tǒng)擁有全面的認(rèn)識(shí) 類圖是由若干類關(guān)聯(lián)在一起 反映系統(tǒng)或者子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的靜態(tài)圖 類圖的建模貫穿工程的分析和設(shè)計(jì)階段的始終 通常從商務(wù)伙伴能夠理解的類開始建模 最終往往成為只有開發(fā)小組才能夠完全理解的類 一 類圖的組成 類圖由如下元素組成 類 Class 是具有共同結(jié)構(gòu)特征 行為特征 聯(lián)系和語(yǔ)義的對(duì)象集合的抽象形式 關(guān)聯(lián) Association 它表示類與類之間的關(guān)系 二 UML類圖中的符號(hào) 一 類 類 Class 在UML中通常以實(shí)線矩形框表示 矩形框中含有若干分隔框 分別包含類的名字 屬性 操作 約束以及其他成分等 如下圖所示 類的圖形表示和示例 在類圖中 根據(jù)建模的不同景象 類圖標(biāo)中不一定列出全部的內(nèi)容 如在建立分析模型或設(shè)計(jì)模型時(shí) 甚至可以只列出類名 在圖中著重表達(dá)的是類與類之間的聯(lián)系 在建立實(shí)現(xiàn)模型時(shí) 則應(yīng)當(dāng)在類圖標(biāo)中詳細(xì)給出類的屬性和方法等細(xì)節(jié) 1 屬性 屬性 Attribute 在UML類圖標(biāo)的矩形框中用文字串說(shuō)明 如下圖所示 可視性 Visibility 標(biāo)記表示 公共 保護(hù) 私用可視性也可以用以下關(guān)鍵字表示 public 公共 protected 保護(hù) private 私用 若可視性標(biāo)記為 或 public 則為公共屬性 可以被外部對(duì)象訪問(wèn) 若可視性標(biāo)記為 或 protected 則為保護(hù)屬性 可以被本類或子類的對(duì)象訪問(wèn) 若可視性標(biāo)記為 或 private 則為私用屬性 不可以被外部對(duì)象訪問(wèn) 只能為本類的對(duì)象使用 可視性可以缺省 表示該屬性不可視 Student類 屬性類型表示 冒號(hào) 后跟屬性值的數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型的表示依賴于實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言 如有的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言規(guī)定浮點(diǎn)數(shù)用保留字 Float 表示 有的則規(guī)定用保留字 Real 表示 Student類 數(shù)據(jù)類型可以是任何用戶需要的內(nèi)容 包括 來(lái)自程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言如VisualBasic C C 和Java的任何標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型 一個(gè)已經(jīng)定義的類 接口定義語(yǔ)言 InterfaceDefinitionLanguage IDL 中的數(shù)據(jù)類型列表中的數(shù)據(jù)類型 讀者在自己的系統(tǒng)建模中能夠使用的其他類型 屬性初始值設(shè)置 可以通過(guò)在屬性名稱和數(shù)據(jù)類型之后添加等于號(hào) 來(lái)為屬性指定默認(rèn)值 如下圖所示 屬性多重性 多重性為可選項(xiàng) 它表達(dá)該類的每個(gè)實(shí)例的屬性值的個(gè)數(shù) 可以像應(yīng)用于類之間的關(guān)系中那樣把多重性應(yīng)用于屬性 例如 Student類具有屬性Grades 不希望該屬性只包含單個(gè)值 而是希望它包含該學(xué)生的所有成績(jī) 可以是任意多個(gè) 派生的屬性 另一種可以為屬性提供的信息是派生值 它可以使用數(shù)學(xué)函數(shù) 字符串函數(shù)或者將要在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)的其他商務(wù)邏輯 要想指出一個(gè)屬性是派生的 需要在屬性名之前添加一個(gè)前斜線 并且要附加一個(gè)注釋 其中包含了派生屬性值的指令 如下圖所示 2 操作 方法 操作 Operation 表示類能夠提供的功能服務(wù) 它在UML類矩形框中用文字串說(shuō)明 如下圖所示 操作名指示類可提供的功能服務(wù) 它后跟圓括號(hào)中的參數(shù)列表是可選項(xiàng) 即一個(gè)操作可以有參數(shù) 也可以沒(méi)有參數(shù) 參數(shù)列表由逗號(hào)分隔的操作的形式參數(shù)組成 其格式為 參數(shù)名 類型 缺省值 Student類 返回列表是返回給調(diào)用者的單個(gè)變量值 它可以表示該操作程序運(yùn)行的一個(gè)成功標(biāo)志或者計(jì)算的值 3 類的關(guān)系 類之間可以建立四種關(guān)系 關(guān)聯(lián) 依賴 聚合和泛化 其標(biāo)記如下圖所示 1 關(guān)聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系是指類之間的語(yǔ)義聯(lián)系 關(guān)聯(lián)可以具有如下特性 關(guān)聯(lián)名稱角色名稱多重性導(dǎo)航性 多個(gè)類可以關(guān)聯(lián)到同一個(gè)類 多重性 多重性 mutiplicity 用來(lái)指示一個(gè)類的多少對(duì)象與另一個(gè)類的一個(gè)對(duì)象相關(guān) 可以在類關(guān)系的任何一端添加多重性 來(lái)指示出多重性 如下圖所示 多重性是一個(gè)數(shù)值或者數(shù)值范圍 用來(lái)指示一個(gè)類的幾個(gè)對(duì)象與另一個(gè)類的一個(gè)對(duì)象相關(guān) 如下圖所示 關(guān)聯(lián)的多重性 角色類關(guān)系還可以通過(guò)添加角色來(lái)進(jìn)一步豐富 在類圖中使用角色可以幫助讀者理解第一個(gè)類對(duì)于第二個(gè)類的作用 角色與多重性顯示在相同的位置 在指示類之間關(guān)系線的上面或者下面 如下圖所示 下圖顯示了player類和Team類在關(guān)聯(lián)中分別扮演兩個(gè)角色 關(guān)聯(lián)的限定 關(guān)聯(lián)的限定類的關(guān)聯(lián)還可以通過(guò)限定條件來(lái)明確類之間的關(guān)系 如下圖所示 類的自反關(guān)聯(lián) 自反關(guān)聯(lián) 類具有到自身的關(guān)聯(lián) 稱為自反關(guān)聯(lián) 類的自反關(guān)聯(lián) 關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航性導(dǎo)航性表明類的關(guān)聯(lián)方向 如下圖所示 關(guān)聯(lián)和屬性在類關(guān)聯(lián)和類屬性之間存在精密的聯(lián)系 源類和目標(biāo)類之間的關(guān)聯(lián)意味著源類的對(duì)象能夠承載到目標(biāo)類對(duì)象的引用 如下圖所示 關(guān)聯(lián)類OO建模的一個(gè)普遍問(wèn)題是 當(dāng)類之間具有多對(duì)多關(guān)系時(shí) 一些屬性不能容易地放人任何一個(gè)類中 例如 下圖所示的公司與員工的類關(guān)系 模型表達(dá)意義 每個(gè)Person對(duì)象能夠?yàn)楹芏郈ompany對(duì)象工作 每個(gè)Company對(duì)象能夠雇傭很多Person對(duì)象 然而 當(dāng)每個(gè)Person與雇傭它的Company間存在薪水屬性時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢 薪水記錄在何處呢 記錄在Person類中還是在Company類中 答案是薪水實(shí)際上是關(guān)聯(lián)本身的特性 對(duì)于Person對(duì)象和Company對(duì)象之間的每個(gè)雇傭鏈接都存在特定雇傭的特定薪水 UML允許你使用關(guān)聯(lián)類來(lái)建模這種情況 如下圖所示 2 依賴關(guān)系 依賴關(guān)系是指一個(gè)類的元素使用了另一個(gè)類 依賴關(guān)系描述類之間的引用關(guān)系 3 泛化關(guān)系 泛化關(guān)系是描述類之間的繼承關(guān)系 利用泛化來(lái)表達(dá)類之間的相似性 練習(xí) 閱讀一個(gè)類圖在這個(gè)練習(xí)中 將會(huì)通過(guò)識(shí)別到目前為止學(xué)習(xí)的UML標(biāo)記符來(lái)閱讀下面的類圖 如圖所示 練習(xí)步驟 1 指出建模的類 2 指出所有屬性及其顯示的數(shù)據(jù)類型 3 指出所有顯示的操作 4 指出找到的關(guān)聯(lián) 5 指出建模的角色 6 指出圖中使用的多重性 例售票系統(tǒng)的類圖 上圖中的售票系統(tǒng)類圖 它只是售票系統(tǒng)領(lǐng)域模型的一部分 圖中表示了幾個(gè)重要的類 如Customer Reservation Ticket和Performance 一個(gè)顧客可多次訂票 但每一次訂票只能由一個(gè)顧客來(lái)執(zhí)行 有兩種訂票方式 個(gè)人票或套票 前者只是一張票 后者包括多張票 每場(chǎng)演出都有多張票可供預(yù)定 每張票對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的座位號(hào) 每次演出用劇目名 日期和時(shí)間來(lái)標(biāo)識(shí) 三 學(xué)習(xí)如何建模類圖創(chuàng)建類圖需要兩個(gè)反復(fù)執(zhí)行的步驟 1 確定類及其關(guān)聯(lián) 2 確定屬性和操作 開始創(chuàng)建類圖的好起點(diǎn)就是用例圖 如下面成績(jī)管理的用例圖所示 1 確定類和關(guān)聯(lián)首先要做的是通過(guò)分析用例圖確定類及其關(guān)聯(lián) 找到第一批類 確定它們的內(nèi)容 在用例圖中 首先確定了Grades類和ReportCard類 接下來(lái) 通過(guò)同時(shí)使用參與者名稱確定附加的類 這時(shí)將會(huì)確定Teacher類 Student類和Administrator類 下面檢查用例圖并且確定各個(gè)功能所屬的類 發(fā)布報(bào)告卡一Grades類記錄分?jǐn)?shù)一Grades類更新分?jǐn)?shù)一Grades類保存分?jǐn)?shù)一Grades類加載分?jǐn)?shù)一Grades類登錄一 查看分?jǐn)?shù)一Grades類生成報(bào)告卡一ReportCard類首先發(fā)現(xiàn)的是登錄沒(méi)有所屬的類 可以添加一個(gè)Logon類來(lái)處理Logon用例 現(xiàn)在可以開始創(chuàng)建類的關(guān)聯(lián) Teacher記錄 更新 查看GradesAdministrator查看Grades 生成ReportCardsStudent查看GradesReportCards包含Grades 進(jìn)一步創(chuàng)建類的關(guān)聯(lián) 增添WebSite類和Logon類 下一步通過(guò)添加多重性讓類圖的信息更加詳細(xì) 并且對(duì)類圖進(jìn)行調(diào)整以便保證沒(méi)有冗余的類和關(guān)聯(lián) 2 確定屬性和操作現(xiàn)在我們已經(jīng)創(chuàng)建好了類和關(guān)聯(lián) 可以開始添加屬性和操作以便提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和需要的功能來(lái)完成系統(tǒng)功能 在下圖中可以看到 表示參與者的類沒(méi)有顯示屬性和操作 這并不意味著它們不存在 而只是表示類圖不需要該細(xì)節(jié) 最后 為屬性和操作提供參數(shù) 數(shù)據(jù)類型和初始值 如下圖所示 練習(xí) 建模一個(gè)類圖在這個(gè)練習(xí)中 將會(huì)從用例圖建模一個(gè)類圖 讀者應(yīng)該遵循前面介紹的步驟來(lái)建模類圖支持如下面用例圖中用例 練習(xí)步驟 1 確定可以在用例圖中找到的類 2 創(chuàng)建關(guān)聯(lián)類 給出它們的關(guān)聯(lián)名詞 3 鞏固相似的類 4 確定任何合適的角色名 5 為任何已經(jīng)封裝到另一個(gè)類中的獨(dú)立功能添加類 6 添加屬性和操作以便提供類圖中需要的功能 7 為操作和屬性提供數(shù)據(jù)類型和參數(shù)等信息 公司直銷系統(tǒng)用例圖 4 2UML擴(kuò)展類圖 一 聚合和組合在前面 已經(jīng)介紹過(guò)類之間的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián) 知道了它們?cè)陬悎D中使用連接類的單線表示 本節(jié)將介紹如何更好地限定這些關(guān)聯(lián) 其方法是以聚合或者組合的形式來(lái)定義關(guān)聯(lián) 這兩種新的關(guān)聯(lián)類型都描述了類之間的整體 部分組成關(guān)系 1 聚合聚合用來(lái)描述兩個(gè)類之間的整體 部分關(guān)系 其中一個(gè)類為整體 它由一個(gè)或者多個(gè)部分類組成 在聚合中 部分類可以沒(méi)有整體類而存在 如下圖所示 例如 CPU和顯示器都可以以獨(dú)立類的形式存在 但是當(dāng)它們組成Computer類時(shí) 它們就變?yōu)檎麄€(gè)計(jì)算機(jī)的組成部分 通過(guò)提供其他的計(jì)算機(jī)部件 如鍵盤 鼠標(biāo)和揚(yáng)聲器來(lái)擴(kuò)展該示例 如下圖所示 2 組合組合是一種特殊的聚合關(guān)聯(lián) 在組合關(guān)聯(lián)中用來(lái)組成整體類的部分類是不能獨(dú)立存在 整體類由部分類組成 部分類需要整體類才能存在 這種關(guān)系意味著銷毀整體類將會(huì)同時(shí)銷毀部分類 組合關(guān)聯(lián)使用帶有實(shí)心菱形的實(shí)線連接 如下圖所示 由于組合關(guān)聯(lián)指示的部分類是強(qiáng)制的 對(duì)于整體類意味著至少有一個(gè)多重性 在下面的示例中 整體類數(shù)據(jù)庫(kù)由表和查詢組成 這些關(guān)聯(lián)使用組合表示 因?yàn)槿绻麤](méi)有數(shù)據(jù)庫(kù) 表和查詢也不會(huì)存在 如圖所示 另一種建模組合關(guān)聯(lián)的方法稱為圖形容器 使用這種方法 整體類繪制成一個(gè)大矩形框 所有的部分類都包含在其中 如下圖所示 3 使用帶有泛化的聚合和組合聚合和組合表示的是類之間的關(guān)系 它們可以與泛化結(jié)合來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展類圖模型 如下圖所示 練習(xí) 建模聚合關(guān)聯(lián)和組合關(guān)聯(lián)在這個(gè)練習(xí)中 將會(huì)使用目前為止學(xué)習(xí)到的所有類型的關(guān)系來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類圖 這些關(guān)系包括普通關(guān)聯(lián) 泛化 聚合和組合 讀者將會(huì)綜合運(yùn)用自己的知識(shí)從需求構(gòu)造一個(gè)類圖 下面是一個(gè)制造商和維修店使用的存貨清單系統(tǒng)的需求列表 從這些信息構(gòu)造一個(gè)類圖 存貨由兩個(gè)部分組成 零件和產(chǎn)品 產(chǎn)品由兩個(gè)或者更多零件組成 系統(tǒng)可以擁有無(wú)限多個(gè)零件和產(chǎn)品 存貨中的部分零件包括調(diào)速輪 輪齒和加力燃燒室 一名倉(cāng)庫(kù)保管員維護(hù)貨存 一名裝配工組裝產(chǎn)品 一名維修員維修產(chǎn)品 完成的產(chǎn)品包括1 3個(gè)標(biāo)簽 Manufacturer標(biāo)簽指示產(chǎn)品已經(jīng)完成 Repair標(biāo)簽指示產(chǎn)品已經(jīng)檢修過(guò) FCC標(biāo)簽指示產(chǎn)品中包含加力燃燒室 二 關(guān)聯(lián)注釋本節(jié)學(xué)習(xí)如何使用約束和鑒別器來(lái)標(biāo)注泛化關(guān)聯(lián) 約束用來(lái)指示泛化有一個(gè)與其相關(guān)的約束 鑒別器用來(lái)指示泛化關(guān)系對(duì)于兩個(gè)相關(guān)的類扮演什么角色 1 約束約束可以預(yù)定義或者由用戶定義 用戶定義的約束可以在系統(tǒng)中具有任何需要的意義 下面介紹幾個(gè)UML提供的預(yù)定義約束 掌握了這些預(yù)定義約束之后 讀者就可以生成自己的約束以便更好地符合自己系統(tǒng)需求 有兩種方式用來(lái)為泛化建模約束 當(dāng)有兩個(gè)或者多個(gè)泛化使用相同的約束時(shí) 可以繪制虛線穿過(guò)兩個(gè)泛化 并且在花括號(hào) 中標(biāo)注約束名 如果只有一個(gè)泛化 或者多個(gè)泛化共享關(guān)聯(lián)的空箭頭部分 只需在朝向空箭頭的花括號(hào)中建模約束即可 如下圖所示 第一個(gè)要介紹的約束是不完全約束 這種約束表示泛化或者子類化的類清單是不完全的 即類圖中沒(méi)有完全顯示出它們 這種約束可以讓讀者知道實(shí)際內(nèi)容不止他們?cè)谘矍邦悎D中所看到的 另一個(gè)類圖中可能還有 如下圖所示 第二種約束是完全約束 這種約束與不完全約束相反 表示讀者看到的是全部?jī)?nèi)容 如下圖所示 解體約束表示在緊靠約束下面的泛化類不能子類化為通用類 重疊約束與解體約束的作用相反 重疊約束表示兩個(gè)子類可以共享相同的子類 2 鑒別器鑒別器用來(lái)說(shuō)明泛化的作用 它們指示出泛化關(guān)聯(lián)中的子類應(yīng)用于相關(guān)超類時(shí)的角色 鑒別器的標(biāo)記符非常簡(jiǎn)單 在關(guān)聯(lián)的空箭頭的旁邊標(biāo)注即可 如下圖所示 在下面的示例中 使用了鑒別器來(lái)表示Flywheel和Afterbumer子類是Part類的類型 如下圖所示 一個(gè)更加詳細(xì)的示例如下圖所示 其中為4個(gè)指定了重疊約束的類圖添加了鑒別器 三 端點(diǎn)標(biāo)記符討論關(guān)聯(lián)的有序 排序和導(dǎo)航 有序和排序允許向讀者說(shuō)明與超類相關(guān)的子類指定了特定的順序 而使用導(dǎo)航可以指定處理流遍歷關(guān)聯(lián)關(guān)系的方向 1 有序和排序有序約束用來(lái)說(shuō)明一個(gè)類的對(duì)象以某個(gè)次序與另一個(gè)類的對(duì)象相關(guān) 這種標(biāo)記符并沒(méi)有指定順序 排序約束表示類中的對(duì)象在與關(guān)聯(lián)中其他類對(duì)象相關(guān)是排序好的 可以在任何關(guān)系的底部添加有序約束和排序約束 如下圖所示 2 導(dǎo)航對(duì)于讀者前面看到的關(guān)聯(lián) 導(dǎo)航都是雙向的 可以從一個(gè)類到另一個(gè)類雙向使用關(guān)系中向用戶公開的屬性 如果你不想讓自己的系統(tǒng)或者特定的類關(guān)系以這種方式操作 可以指定單向的導(dǎo)航 導(dǎo)航使用指向被訪問(wèn)類的開放箭頭表示 練習(xí) 建模類圖的多個(gè)關(guān)聯(lián)在這個(gè)練習(xí)中 將使用所有類型的關(guān)聯(lián)以及關(guān)聯(lián)注釋和端點(diǎn)標(biāo)記符來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類圖 綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)從需求構(gòu)造一個(gè)類圖 下面是前面的貨存清單系統(tǒng)Part類的更加詳細(xì)需求清單 從這些信息構(gòu)造一個(gè)類圖 兩個(gè)或者多個(gè)Parts組裝成一個(gè)Product Product類可以訪問(wèn)Part類 反之則不行 3個(gè)Parts類型 Flywheel Cog和Afterburner 不能構(gòu)成貨存清單系統(tǒng)中零件的完整清單 但是這里我們只考慮這3個(gè)零件 Flywheel有兩種不同的規(guī)格 toothflywheel和gearflywheel 它們之間沒(méi)有任何相似性 Afterburner可以分類為turbo或者h(yuǎn)ydro 這兩種類型都可以分拆為ballistic類型 ballistichydro和ballisticturbo加力燃燒室由plutoniummarbles組成 后者已經(jīng)組裝好 4 3UML類圖建模案例 例1圖書管理系統(tǒng)的類圖建模 1 圖書管理系統(tǒng)的用例圖模型如下 2 確定類和關(guān)聯(lián)首先要做的是通過(guò)分析用例圖確定類及其關(guān)聯(lián) 找到第一批類 確定它們的內(nèi)容 在用例圖中 可首先確定了如下對(duì)象類 借閱者 Borrower 類 書刊 Title 類 物理書 Book 類 借閱記錄 Loan 預(yù)定記錄 Reservation 圖書管理員 librarian 等六個(gè)類 實(shí)體類圖 3 建立類圖 用戶界面類圖 類圖 類圖 類圖 類圖 練習(xí) 對(duì)選課系統(tǒng)建模UML類圖 4 4分析模型和設(shè)計(jì)模型中的UML類圖 一 分析模型 分析模型是在系統(tǒng)需求描述 用例圖模型 的基礎(chǔ)上 對(duì)如何構(gòu)造系統(tǒng)給出的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)描述 即把用例圖模型中的用例需求描述推進(jìn)到分析模型中的如何構(gòu)造系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)用例功能 分析模型是系統(tǒng)構(gòu)造的概念模型 分析模型包含如下部分 分析模型的組成 1 分析包 分析包是指分析模型中使用的包 它可以包含 分析類用例實(shí)現(xiàn) 交互圖 包是UML的分組模型元素的容器 它是把UML圖形元素和圖本身組織到組中的通用機(jī)制 包可應(yīng)用在任何UML模型中 如用例圖模型 分析模型 設(shè)計(jì)模型等 包的UML標(biāo)記 包的依賴 包的嵌套 包的泛化 構(gòu)架分析 角色可以通過(guò)這三種分析類協(xié)同實(shí)現(xiàn)用例的功能 2 分析類 分析類是指分析模型中使用的類 它可以包含如下形式 邊界類實(shí)體類控制類 邊界類 實(shí)體類 控制類 1 邊界類邊界類位于系統(tǒng)和外界角色的交界處 邊界類實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)角色 業(yè)務(wù)員工與用例的交互 它可以是窗體類 報(bào)表類 也可以是與信用卡閱讀器 條形掃描器等設(shè)備的接口 邊界類接收角色的交互信息 有時(shí)它還承擔(dān)交互信息的轉(zhuǎn)換任務(wù) 邊界類是類的變體 2 實(shí)體類實(shí)體類負(fù)責(zé)存儲(chǔ) 加工信息 是對(duì)用戶最有意義的類 通常用業(yè)務(wù)領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)命名 一般利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)這種實(shí)體類建立相應(yīng)表格 實(shí)體類是業(yè)務(wù)實(shí)體的計(jì)算機(jī)描述