UML图

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UML图

UML，即统一建模语言（Unified Modeling Language），是一种对软件密集系统进行可视化建模的语言。UML的定义包括UML语义和UML表示法两个元素，其模型大多以图表的方式表现出来，包括块或框、连接线和作为模型附加信息之用的文本。

UML图的主要好处体现在其通用性、灵活性和可视化上。UML是一种通用的建模语言，可以应用于多种领域的软件开发中。同时，UML提供了多种表现形式，可以根据不同的需求和开发阶段选择不同的建模方式。此外，UML采用图形符号进行建模，使得软件结构和设计思路变得直观可见，便于开发人员理解和沟通。

本文中只介绍类图、时序图的使用。

1.UML类图

UML类图（Unified Modeling Language Class Diagram）是UML（统一建模语言）中的一种重要图形，用于描述面向对象编程（OOP）中类的结构以及它们之间的关系。类图展示了系统中的各种类、接口以及它们之间的静态关系，包括继承、实现、关联、依赖等。

UML类图是面向对象分析和设计的重要工具，它帮助开发人员理解系统的结构，以及如何在代码中实现这些结构。通过类图，开发人员可以更加清晰地看到系统中的各个类和它们之间的关系，从而更容易地编写出高质量、易于维护和扩展的代码。

1.1 类图中具体类、抽象类、接口和包的表示法

访问修饰符的表示方法是统一的，这里优先说明：

访问修饰符的表示方法：

  1. “+” 表示public
  2. “-” 表示private
  3. “#” 表示protected
  4. 不带符号表示default

1.1.1 表示具体类

在UML类图中，具体类也是用矩形框来表示的。这个矩形框通常分为三层，分别代表类的不同元素。

  1. 最顶层是类名，用于标识类的名称。这是类图中最直接和明显的部分，它告诉读者这个矩形框所代表的类的名字。
  2. 第二层是类的成员变量或者属性。这些属性描述了类的对象所持有的数据，是类的重要组成部分。在UML类图中，这些属性会被清晰地列出来，可能还包括它们的类型、可见性（如public、private、protected等）以及初始值（如果有的话）。
  3. 第三层是类的方法。方法是类能够执行的操作或行为的集合。在UML类图中，方法也会被明确地列出来，包括它们的名称、参数列表（如果有的话）、返回类型以及可见性。

image-20240322144310421.png

1.1.2 表示抽象类

在UML类图中，抽象类具有特定的表示方法。

通常，抽象类也是用矩形框来表示，但抽象类的类名以及抽象方法的名字都用斜体字表示。这样，在查看类图时，可以直观地识别出哪些类是抽象的，以及它们包含哪些抽象方法。

image-20240322144808845.png

1.1.3 表示接口

在UML类图中，接口通常使用带有名称的小圆圈或带有<< interface >>标记的矩形来表示。接口是一种特殊的类型，它描述了一组操作的契约，但没有提供这些操作的具体实现。类或其他接口可以实现接口，提供这些操作的具体实现。

以下是接口在UML类图中的具体表示方法：

  1. 棒棒糖表示法：在这种表示法中，接口用一个带有名称的小圆圈来表示，旁边写上相应的接口名称。这种表示法简洁明了，突出了接口作为一种契约或规范的特点。
  2. 带有<< interface >>标记的矩形：另一种表示法是将接口绘制为一个带有<>标记的矩形。这种表示法提供了更多的空间来列出接口中的方法或属性（虽然接口通常只包含方法，不包含属性）。接口的方法可以列在矩形内部，类似于类的表示方法。

image-20240322151148351.png

1.1.4 表示包

在UML类图中，包通常用一个带有标签的矩形来表示。标签通常放在矩形的左上角，用于标识包的名称。包的名称应该清晰明了，能够反映包内元素的共同特征或功能。

包内可以包含多种类型的UML元素，如类、接口、组件等。这些元素在类图中以各自的表示方法呈现，但都被包含在同一个包的矩形内。这样可以直观地展示元素之间的归属关系和包的整体结构。

此外，包还可以具有嵌套结构，即一个包内可以包含其他包。这种嵌套关系在UML类图中可以通过将子包绘制在父包矩形内部来表示。

在表示包时，还需要注意元素的可见性。UML中的可见性包括公有（+）、私有（-）和保护型（#）。这些可见性修饰符可以应用于包内的元素，用于控制元素在包外的可见性。在UML类图中，这些修饰符通常放在元素名称的前面。 image-20240322152359156.png

1.2 关系

类和类、类和接口、接口和接口之间存在一定关系，UML类图中一般会有连线指明它们之间的关系。UML（统一建模语言）图中的关系主要有四种：泛化（Generalization）、实现（Realization）、关联（Association）和依赖（Dependency）。如图所示： image-20240322152615883.png 下面我们详细讲述这些关系，以及在UML类图中如何表示这些关系。

1.2.1实现关系

类与接口之间的关系，表示类实现了接口的所有方法和行为。在UML图中，实现关系用带空心三角形的虚线表示，箭头从类指向接口。

image-20240322153857295.png

1.2.2泛化关系

子类与父类之间的关系，也被称为继承关系。子类可以继承父类的属性和方法，从而减少代码的重复性，提高代码的可重用性和可维护性。在UML图中，泛化关系用带空心三角形的实线表示，箭头从子类指向父类。 image-20240322155406969.png

1.2.3 关联关系

关联关系是一种表示类与类之间联系的方式。关联关系使一个类能够知道另一个类的属性和方法，它可以是单向的也可以是双向的。关联关系是通过使用成员变量来实现的。例如，在一个简单的场景中，有一个“徒弟”类和一个“唐僧”类，唐僧类可以有一个成员变量，这个成员变量是徒弟类的列表。这就体现了一个关联关系，即唐僧与徒弟之间存在关联。

关联关系可以分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。

需要注意的是，关联关系与聚合关系、组合关系等有所不同。聚合关系强调的是整体与部分的关系，如汽车由引擎、轮胎等部件组成，这种关系也是通过成员变量来实现的，但所涉及的两个类处在不同的层次上，一个代表整体，一个代表部分。而组合关系则是聚合关系的一种更强形式，表示部分对象与整体对象具有相同的生命周期。

一般关联关系

在UML图中，关联关系通常通过实线来表示。如果是双向关联，则可能没有箭头或有两个箭头；如果是单向关联，则有一个箭头指向被关联的类。 image-20240322160156878.png

聚合关系

聚合关系表示一种弱的“拥有”关系，是关联关系的一种特例，它体现的是整体与部分的拥有关系，整体和部分可以独立存在，用带空心菱形的实线表示，菱形指向整体，箭头指向部分。 image-20240322161247122.png

组合关系

组合关系表示一种强的“拥有”关系，也是关联关系的一种特例，它同样体现整体与部分间的包含关系，部分不能离开整体单独存在，用带实心菱形的实线表示，菱形指向整体，箭头指向部分。 image-20240322161455273.png

1.2.4 依赖关系

一种临时性的关联，表示一个类的实现需要使用另一个类的方法或属性。在UML图中，依赖关系用带箭头的虚线表示，箭头从使用类指向被依赖的类。依赖关系在Java中的具体代码表现形式为B为A的构造器或方法中的局部变量**、方法或构造器的参数、**方法的返回值，或者A调用B的静态方法。

image-20240322163152121.png

下面我们用Java代码来演示对象和对象之间的依赖关系:

public class B {
  public String field1;   //成员变量

  public void method1() {
    System.println("在类B的方法1中");
  }

  public static void method2() {                 //静态方法
    System.out.println("在类B的静态方法2中");
  }
}
/*
  A依赖于B
*/
public class A {
  public void method1() {
    //A依赖于B的第一种表现形式：B为A的局部变量
    B b = new B();
    b.method1();
  }

  public void method2() {
    //A依赖于B的第二种表现形式： 调用B的静态方法
    B.method2();
  }

  public void method3(B b)  {
    //A依赖于B的第三种表现形式：B作为A的方法参数
    String s = b.field1;
  }
  
  public B method4() {
    //A依赖于B的第四种表现形式：B作为A的方法的返回值
    return new B();
  }
}

2.时序图

待补充...

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