設(shè)計模式前言——UML類圖

一、UML類圖

1、類

類(Class)封裝了數(shù)據(jù)和行為，是面向?qū)ο蟮闹匾M成部分，是具有相同屬性、操作、關(guān)系的對象集合的總稱。在系統(tǒng)中，每個類都具有一定的職責(zé)，職責(zé)指的是類要完成什么樣的功能，要承擔(dān)什么樣的義務(wù)。一個類可以有多種職責(zé)，設(shè)計得好的類一般只有一種職責(zé)。在定義類的時候，將類的職責(zé)分解成為類的屬性和操作（即方法）。類的屬性即類的數(shù)據(jù)職責(zé)，類的操作即類的行為職責(zé)。設(shè)計類是面向?qū)ο笤O(shè)計中最重要的組成部分，也是最復(fù)雜和最耗時的部分。
在軟件系統(tǒng)運行時，類將被實例化成對象(Object)，對象對應(yīng)于某個具體的事物，是類的實例(Instance)。
類圖(Class Diagram)使用出現(xiàn)在系統(tǒng)中的不同類來描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，用來描述不同的類以及它們之間的關(guān)系。
在系統(tǒng)分析與設(shè)計階段，類通?？梢苑譃槿N，分別是實體類(Entity Class)、控制類(Control Class)和邊界類(Boundary Class)。
實體類：實體類對應(yīng)系統(tǒng)需求中的每個實體，它們通常需要保存在永久存儲體中，一般使用數(shù)據(jù)庫表或文件來記錄，實體類既包括存儲和傳遞數(shù)據(jù)的類，還包括操作數(shù)據(jù)的類。實體類來源于需求說明中的名詞，如學(xué)生、商品等。
控制類：控制類用于體現(xiàn)應(yīng)用程序的執(zhí)行邏輯，提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作，將控制類抽象出來可以降低界面和數(shù)據(jù)庫之間的耦合度?？刂祁愐话闶怯蓜淤e結(jié)構(gòu)的短語（動詞+名詞）轉(zhuǎn)化來的名詞，如增加商品對應(yīng)有一個商品增加類，注冊對應(yīng)有一個用戶注冊類等。
?邊界類：邊界類用于對外部用戶與系統(tǒng)之間的交互對象進(jìn)行抽象，主要包括界面類，如對話框、窗口、菜單等。
在面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計的初級階段，通常首先識別出實體類，繪制初始類圖，此時的類圖也可稱為領(lǐng)域模型，包括實體類及其它們之間的相互關(guān)系。

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2、UML類圖

在UML中，類使用包含類名、屬性和操作且?guī)в蟹指艟€的長方形來表示。

類圖分為三層，第一層是類的名稱，如果是抽象類或接口，就用斜體表示，其中接口名稱的上部會用<<interface>>修飾；第二層是類的成員變量，通常是字段和屬性；第三層是類的成員方法。類的成員變量和成員方法的修飾符分為+、#、－，分別表示public、protected、private。
在UML類圖中，類一般由三部分組成：
(1) 第一部分是類名：每個類都必須有一個名字，類名是一個字符串。
(2) 第二部分是類的屬性(Attributes)：屬性是指類的性質(zhì)，即類的成員變量。一個類可以有任意多個屬性，也可以沒有屬性
UML規(guī)定屬性的表示方式為：
可見性 名稱:類型 [ = 缺省值 ]
其中：
“可見性”表示該屬性對于類外的元素而言是否可見，包括公有(public)、私有(private)和受保護(hù)(protected)三種，在類圖中分別用符號+、-和#表示。
“名稱”表示屬性名，用一個字符串表示。
“類型”表示屬性的數(shù)據(jù)類型，可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是用戶自定義類型。
“缺省值”是一個可選項，即屬性的初始值。
(3) 第三部分是類的操作(Operations)：操作是類的任意一個實例對象都可以使用的行為，是類的成員方法。
UML規(guī)定操作的表示方式為：
可見性 名稱(參數(shù)列表) [ : 返回類型]
其中：
“可見性”的定義與屬性的可見性定義相同。
“名稱”即方法名，用一個字符串表示。
“參數(shù)列表”表示方法的參數(shù)，其語法與屬性的定義相似，參數(shù)個數(shù)是任意的，多個參數(shù)之間用逗號“，”隔開。
“返回類型”是一個可選項，表示方法的返回值類型，依賴于具體的編程語言，可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是用戶自定義類型，還可以是空類型(void)，如果是構(gòu)造方法，則無返回類型。

二、類間關(guān)系

類之間的關(guān)系種類：Realization(實現(xiàn))， Generalization(泛化)，Dependency(依賴)、Association(關(guān)聯(lián))、Aggregation(聚合)、Composition(組合)。 其中，Aggregation(聚合)、Composition(合成)屬于Association(關(guān)聯(lián))，是特殊的Association關(guān)聯(lián)關(guān)系。

1、依賴關(guān)系

依賴關(guān)系(Dependency)?是一種使用關(guān)系，特定事物的改變有可能會影響到使用該事物的其他事物，在需要表示一個事物使用另一個事物時使用依賴關(guān)系。大多數(shù)情況下，依賴關(guān)系體現(xiàn)在某個類的方法使用另一個類的對象作為參數(shù)。
關(guān)系：依賴用來表示兩者之間的依從關(guān)系，表現(xiàn)為use a。

在UML中，依賴關(guān)系用帶箭頭的虛線表示，由依賴的一方指向被依賴的一方。

class channle
{
 public:
   play(){cout<<"play";}
}
class TV
{
  public:
   onplay(channel &chan)
   {
     chan.play();
   }
}

依賴關(guān)系有如下三種情況：
（1）類B以參數(shù)的形式傳入類A的方法。
（2）類B以局部變量的形式存在于類A的方法中。
（3）類A調(diào)用類B的靜態(tài)方法。
依賴關(guān)系體現(xiàn)為類構(gòu)造方法及類方法的傳入?yún)?shù)，箭頭的指向為調(diào)用關(guān)系；依賴關(guān)系除了臨時知道對方外，還是“使用”對方的方法和屬性；

2、實現(xiàn)關(guān)系

實現(xiàn)指的是一個類實現(xiàn)接口（可以是多個）的功能；實現(xiàn)是類與接口之間最常見的關(guān)系；C中沒有直接的接口而是通過在類中定義純虛函數(shù)來實現(xiàn)的。
實現(xiàn)用來表示類與接口、抽象類與接口之間的關(guān)系，實現(xiàn)關(guān)系表現(xiàn)為繼承抽象類。
UML圖中實現(xiàn)使用一條帶有空心三角箭頭的虛線指向接口。

class animal
{
public:
  Roar() =0;
}

class Cat:public animal
{
public:
  Roar(){cout<<”cat”;}
}

class dog:public animal
{
public:
  Roar(){cout<<”cat”;}
}

3、泛化關(guān)系

泛化關(guān)系表現(xiàn)為繼承或?qū)崿F(xiàn)關(guān)系(is a)。具體形式為類與類之間的繼承關(guān)系，接口與接口之間的繼承關(guān)系，類對接口的實現(xiàn)關(guān)系。
泛化是一種繼承關(guān)系，用來表示類與類、類與抽象類、抽象類與抽象類、接口與接口之間的關(guān)系，泛化關(guān)系表現(xiàn)為繼承非抽象類。
UML圖中實現(xiàn)使用一條帶有空心三角箭頭的實線指向基類。

class shape
{
public:
  Display(){cout<<”shape”;}
}

class rectangle: public shape
{
public:
  Display(){cout<<” rectangle”;}
}

class circle: public shape
{
public:
  Display(){cout<<” circle”;}
}

4、關(guān)聯(lián)關(guān)系

關(guān)聯(lián)(Association)關(guān)系是類與類之間最常用的一種關(guān)系，是一種結(jié)構(gòu)化關(guān)系，用于表示一類對象與另一類對象之間有聯(lián)系，如汽車和輪胎、師傅和徒弟、班級和學(xué)生等等。
關(guān)聯(lián)表現(xiàn)為變量(has a )。
關(guān)聯(lián)可以是雙向的，也可以是單向的；關(guān)聯(lián)關(guān)系可以進(jìn)一步劃分為聚合及組合關(guān)系。
關(guān)聯(lián)關(guān)系有雙向關(guān)聯(lián)和單向關(guān)聯(lián)。
雙向關(guān)聯(lián)：兩個類都知道另一個類的公共屬性和操作。
單向關(guān)聯(lián)：只有一個類知道另外一個類的公共屬性和操作。
大多數(shù)關(guān)聯(lián)應(yīng)該是單向的，單向關(guān)系更容易建立和維護(hù)，有助于尋找可服用的類。
UML圖中實現(xiàn)使用一條實線連接相同或不同類

5、聚合關(guān)系

聚合是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。聚合關(guān)系是整體和個體的關(guān)系。普通關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩個類處于同一層次上，而聚合關(guān)系的兩個類處于不同的層次，一個是整體，一個是部分。同時，是一種弱的“擁有”關(guān)系。此時整體與部分之間是可分離的，他們可以具有各自的生命周期， 部分可以屬于多個整體對象，也可以為多個整體對象共享；比如計算機(jī)與CPU、公司與員工的關(guān)系等；表現(xiàn)在代碼層面，和關(guān)聯(lián)關(guān)系是一致的，只能從語義級別來區(qū)分。
聚合用來表示整體與部分的關(guān)系，是一種弱的關(guān)聯(lián)關(guān)系，體現(xiàn)為A可以包含B，但B不一定是A的一部分。
UML圖中實現(xiàn)使用一條帶有虛心菱形的線來表示

聚合是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種特例，體現(xiàn)的是整體與部分、擁有的關(guān)系，即has-a的關(guān)系，此時整體與部分之間是可分離的，他們可以具有各自的生命周期，部分可以屬于多個整體對象，也可以為多個整體對象共享在UML中，聚合關(guān)系用帶空心菱形的直線表示。例如：汽車發(fā)動機(jī)(Engine)是汽車(Car)的組成部分，但是汽車發(fā)動機(jī)可以獨立存在，因此，汽車和發(fā)動機(jī)是聚合關(guān)系，

在代碼實現(xiàn)聚合關(guān)系時，成員對象通常作為構(gòu)造方法、Setter方法或業(yè)務(wù)方法的參數(shù)注入到整體對象中。

6、組合關(guān)系

組合是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是比聚合關(guān)系強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。它要求普通的聚合關(guān)系中代表整體的對象負(fù)責(zé)代表部分的對象的生命周期。Composition(組合關(guān)系)是一種強(qiáng)的“擁有”關(guān)系，體現(xiàn)了嚴(yán)格的部分和整體的關(guān)系，部分和整體的生命周期一致。他同樣體現(xiàn)整體與部分間的關(guān)系，但此時整體與部分是不可分的，整體的生命周期結(jié)束也就意味著部分的生命周期結(jié)束；比如你和你的大腦，window窗口和frame，在窗口中創(chuàng)建一個frame時必須把它附加到窗口上，當(dāng)窗口消失時frame也就消失了；表現(xiàn)在代碼層面，和關(guān)聯(lián)關(guān)系是一致的，只能從語義級別來區(qū)分；
關(guān)系：組合用來表示整體與部分的關(guān)系，是一種強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，體現(xiàn)了嚴(yán)格的整體和部分的關(guān)系，整體和部分的生命周期一樣。
UML圖中實現(xiàn)使用一條帶有實心菱形的線來表示

組合也是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種特例，體現(xiàn)的是一種contains-a的關(guān)系，這種關(guān)系比聚合更強(qiáng)，也稱為強(qiáng)聚合；他同樣體現(xiàn)整體與部分間的關(guān)系，但此時整體與部分是不可分的，整體的生命周期結(jié)束也就意味著部分的生命周期結(jié)束。在UML中，組合關(guān)系用帶實心菱形的直線表示。例如：人的頭(Head)與嘴巴(Mouth)，嘴巴是頭的組成部分之一，而且如果頭沒了，嘴巴也就沒了，因此頭和嘴巴是組合關(guān)系。

7、聚合和組合的區(qū)別

聚合關(guān)系是“has-a”關(guān)系，組合關(guān)系是“contains-a”關(guān)系；聚合關(guān)系表示整體與部分的關(guān)系比較弱，而組合比較強(qiáng)；聚合關(guān)系中代表部分事物的對象與代表聚合事物的對象的生存期無關(guān)，一旦刪除了聚合對象不一定就刪除了代表部分事物的對象。組合中一旦刪除了組合對象，同時也就刪除了代表部分事物的對象。在聚合關(guān)系中，部分可以獨立于聚合而存在，部分的所有權(quán)也可以由幾個聚合來共享，比如打印機(jī)就可以在辦公室內(nèi)被廣大同事共用
聚合和組合的區(qū)別則在語義和實現(xiàn)上都有差別，組合的兩個對象之間其生命期有很大的關(guān)聯(lián)，被組合的對象是在組合對象創(chuàng)建的同時或者創(chuàng)建之后創(chuàng)建，在組合對象銷毀之前銷毀。一般來說被組合對象不能脫離組合對象獨立存在，而且也只能屬于一個組合對象，例如一個文檔的版本，必須依賴于文檔的存在，也只能屬于一個文檔。聚合則不一樣，被聚合的對象可以屬于多個聚合對象，例如一個員工可能可以屬于多個公司
組合關(guān)系也是聚合關(guān)系的一種，是比聚合關(guān)系更強(qiáng)的關(guān)系。組合關(guān)系是不能共享的。例如人有四肢、頭等。
?? 組合表示類之間整體和部分的關(guān)系，組合中部分和整體具有統(tǒng)一的生存周期。一旦整體對象不存在，部分對象也將不存在。部分對象和整體對象之間具有共生死的感覺。
a、聚合和組合都是一種結(jié)合關(guān)系，只是額外具有整體部分的含義
b、部件的生命周期不同
???? 聚合關(guān)系中，整體不會擁有部件的生命周期，所以整體刪除時，部件不會被刪除。再者，多個整體可以共享同一個部件
???? 組合關(guān)系中，整體擁有部分的生命周期，所以整體刪除時，部件一定會跟著刪除。而且，多個整體不可以同時間共享一個部件。
c、聚合關(guān)系是“has-a”關(guān)系，組合關(guān)系是“contain-a”關(guān)系

8、關(guān)聯(lián)和聚合的區(qū)別

關(guān)聯(lián)關(guān)系所涉及的兩個對象是處在同一個層次上的。比如人和自行車就是一種關(guān)聯(lián)關(guān)系，而不是聚合關(guān)系，因為人不是自行車的組成部分。
聚合關(guān)系涉及的兩個對象處于不平等的層次上，一個代表整體，一個代表部分。比如：電腦和它的顯示器、鍵盤、主板和內(nèi)存就是聚集關(guān)系。
耦合度：泛化=實現(xiàn)>組合>聚合>關(guān)聯(lián)>依賴

三、UML實例

車的類圖結(jié)構(gòu)為<<abstract>>，表示車是一個抽象類；它有兩個繼承類：小汽車和自行車；它們之間的關(guān)系為實現(xiàn)關(guān)系，使用帶空心箭頭的虛線表示。
小汽車為與SUV之間是繼承關(guān)系，它們之間的關(guān)系為泛化關(guān)系，使用帶空心箭頭的實線表示。
小汽車與發(fā)動機(jī)之間是組合關(guān)系，使用帶實心箭頭的實線表示。
學(xué)生與班級之間是聚合關(guān)系，使用帶空心箭頭的實線表示。
學(xué)生與×××之間為關(guān)聯(lián)關(guān)系，使用一根實線表示。
學(xué)生上學(xué)需要用到自行車，與自行車是一種依賴關(guān)系，使用帶箭頭的虛線表示。

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