類圖的概念
一、概述
類圖（Class Diagram）是描述類、接口、協(xié)作以及它們之間關(guān)系的圖，用來(lái)顯示系統(tǒng)中各個(gè)類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類圖是定義其他圖的基礎(chǔ)，在類圖基礎(chǔ)上，可以使用狀態(tài)圖、協(xié)作圖、組件圖和配置圖等進(jìn)一步描述系統(tǒng)其他方面的特性。
類圖包括7個(gè)元素：類（Class）、接口（Interface）、協(xié)作（collaboration）、依賴關(guān)系（Dependency）、泛化關(guān)系（Generalization）、關(guān)聯(lián)關(guān)系（Association）以及實(shí)現(xiàn)關(guān)系（Realization）。
二、類
類定義了一組有著狀態(tài)和行為的對(duì)象。其中，屬性和關(guān)聯(lián)用來(lái)描述狀態(tài)。屬性通常用沒(méi)有身份的數(shù)據(jù)值表示，如數(shù)字和字符串。關(guān)聯(lián)則用有身份的對(duì)象之間的關(guān)系表示。行為由操作來(lái)描述，方法是操作的實(shí)現(xiàn)。對(duì)象的生命期則由附加給類的狀態(tài)機(jī)來(lái)描述。
1、 名稱：類的名稱是每個(gè)類中所必有的構(gòu)成元素。
2、 屬性（Attribute）
（1） 可見(jiàn)性：類中屬性的可見(jiàn)性主要包括公有（public）、私有（Private）和受保護(hù)（Protected）。在UML中，公有類型的用“+”表達(dá)，私有類型用“-”表達(dá)，而受保護(hù)類型則用“#”表達(dá)。UML的類中不存在默認(rèn)的可見(jiàn)性，如果沒(méi)有顯示任何一種符號(hào)，就表示沒(méi)有定義該屬性的可見(jiàn)性。
（2） 屬性名：按照UML的約定，單字屬性名小寫(xiě)。如果屬性名包含多個(gè)單詞，這些單詞要合并，且除了第一個(gè)單詞外其余單詞的首字母要大寫(xiě)。
（3） 屬性字符串。屬性字符串用來(lái)指定關(guān)于屬性的其他信息，例如某個(gè)屬性應(yīng)該是永久的。任何希望添加在屬性定義字符串值但又沒(méi)有合適地方可以加入的規(guī)則，都可以放在屬性字符串里。
（4） 類屬性。屬性也可以作為一個(gè)類屬屬性來(lái)定義，這就意味著此屬性被該類的所有對(duì)象共享。在類圖中，類屬性帶有一條下劃線。
3、 操作。類的操作是對(duì)類的對(duì)象所能做的事務(wù)的抽象，相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
4、 職責(zé)：在操作部分下面的區(qū)域，可以用來(lái)說(shuō)明類的職責(zé)。職責(zé)是類或其他元素的契約或義務(wù)。類的職責(zé)是是自由形式的文本，寫(xiě)一個(gè)短語(yǔ)，一個(gè)句子等。在UML中，把職責(zé)列在類圖底部的分隔欄中。
5、 約束。說(shuō)明類的職責(zé)是消除二義性的一種非形式化的方法，形式化的方法是使用約束。約束指定了該類所要滿足的一個(gè)或多個(gè)規(guī)則。在UML中，約束是用一個(gè)花括號(hào)括起來(lái)的自由文本。
三、接口
接口包含操作但不包含屬性，且它沒(méi)有對(duì)外界可見(jiàn)的關(guān)聯(lián)。
四、類之間的關(guān)系
類之間的關(guān)系最常見(jiàn)的有四種：依賴關(guān)系、泛化關(guān)系、管理關(guān)系、實(shí)現(xiàn)關(guān)系。
1、 依賴關(guān)系（Dependency）
依賴表示兩個(gè)或多個(gè)模型元素之間語(yǔ)義上的關(guān)系。它表示了這樣一種情形，對(duì)于一個(gè)元素（提供者）的某些改變可能會(huì)影響或提供消息給其他元素（客戶），即客戶以某種形式依賴于其他類元。根據(jù)這個(gè)定義，關(guān)聯(lián)、實(shí)現(xiàn)和泛化都是依賴關(guān)系，但是它們有更特別的語(yǔ)義。在UML中，依賴用一個(gè)從客戶指向提供者的虛箭頭表示，用一個(gè)構(gòu)造型的關(guān)鍵字來(lái)區(qū)分它的種類。
UML定義了4種基本依賴類型，分別是使用（Usage）依賴、抽象（Abstraction）依賴、授權(quán)（Permission）依賴和綁定（Binding）依賴。
（1）、使用依賴。使用依賴都是非常直接的，通常表示客戶使用提供者提供的服務(wù)以實(shí)現(xiàn)它的行為。以下列出了5種使用依賴關(guān)系.
（2）、抽象依賴。抽象依賴用來(lái)表示客戶與提供者之間的關(guān)系，依賴于在不同抽象層次上的事物。
（3）、授權(quán)依賴。授權(quán)依賴表示一個(gè)事物訪問(wèn)另一個(gè)事物的能力。提供者通過(guò)規(guī)定客戶的權(quán)限，可以控制和限制對(duì)其內(nèi)容訪問(wèn)的方法。
（4）、綁定依賴。綁定依賴是較高級(jí)的依賴類型，用于綁定模板以創(chuàng)建新的模型元素。
2、泛化關(guān)系（Generalization）
泛化關(guān)系是一種存在于一般元素和特殊元素之間的分類關(guān)系，它只使用在類型上，而不是實(shí)例上。在類中，一般元素被稱為超類或父類，而特殊元素被稱為子類。在UML中，泛化關(guān)系用一條從子類指向父類的空心三角箭頭表示
3、關(guān)聯(lián)關(guān)系（Association）
關(guān)聯(lián)關(guān)系是一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，它指明一個(gè)事物的對(duì)象與另一個(gè)事物的對(duì)象之間的聯(lián)系。也就是說(shuō)，關(guān)聯(lián)描述了系統(tǒng)中對(duì)象或?qū)嵗g的離散連接。在UML中，關(guān)聯(lián)關(guān)系用一條連接兩個(gè)類的實(shí)線表示
關(guān)聯(lián)關(guān)系有6種對(duì)應(yīng)的修飾，它們分別是：名稱、角色、多重性、聚合、組合和導(dǎo)航性。
（1）、名稱（Name）。名稱用來(lái)描述關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，通常使用一個(gè)動(dòng)詞或動(dòng)詞短語(yǔ)來(lái)命名關(guān)聯(lián)。名稱以前綴或后綴一個(gè)指引閱讀的方向指示符以消除名稱含義上可能存在的歧義，方向指示符用一個(gè)實(shí)心的三角形箭頭表示。
（2）、角色（Role）。角色是關(guān)聯(lián)關(guān)系中一個(gè)類對(duì)另一個(gè)類所表現(xiàn)出來(lái)的職責(zé)。角色名稱是名詞或名詞短語(yǔ)，以解釋對(duì)象是如何參與關(guān)聯(lián)的。
（3）、多重性（Multiplicity）。約束是UML三大擴(kuò)展機(jī)制之一，多重性是其中使用最廣泛的一種約束。關(guān)聯(lián)的多重性是指有多少對(duì)象可以參與該關(guān)聯(lián)，多重性可以用來(lái)表達(dá)一個(gè)取值范圍、特定值、無(wú)限定的范圍或一組離散值。
（4）、聚合（Aggregation）。聚合關(guān)系表示整體和部分關(guān)系的關(guān)聯(lián)。聚合關(guān)系描述了“has a”的關(guān)系。在UML中聚合關(guān)系用帶空心的實(shí)線來(lái)表示，其中頭部指向整體。
（5）、組合關(guān)系(Composition)。組合關(guān)系是聚合關(guān)系中的一種特殊情況，是更強(qiáng)形式的聚合，又被稱為強(qiáng)聚合。在組合中，成員對(duì)象的生命周期取決于聚合的生命周期，聚合不僅控制著成員對(duì)象的行為，而且控制著成員對(duì)象的創(chuàng)建和析構(gòu)。在UML中，組合關(guān)系用帶實(shí)心菱頭的實(shí)線來(lái)表示，其中頭部指向整體。
（6）、導(dǎo)航性(Nevigation)。導(dǎo)航性描述的是一個(gè)對(duì)象通過(guò)鏈（關(guān)聯(lián)的實(shí)例）進(jìn)行導(dǎo)航訪問(wèn)另一個(gè)對(duì)象，即對(duì)一個(gè)關(guān)聯(lián)端點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)航屬性意味著本端的對(duì)象可以被另一端的對(duì)象訪問(wèn)。可以在關(guān)聯(lián)關(guān)系上加箭頭表示導(dǎo)航方向。只在一個(gè)方向上可以導(dǎo)航的關(guān)聯(lián)稱為單向關(guān)聯(lián)(Unidirection Association),用一條帶箭頭的實(shí)線來(lái)表示。在兩個(gè)方向上都可以導(dǎo)航的關(guān)聯(lián)稱為雙向關(guān)聯(lián)(Bidirection Association),用一條沒(méi)有箭頭的實(shí)線來(lái)表示。另外使用導(dǎo)航性可以降低類之間的耦合度，在也是好的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。
4、實(shí)現(xiàn)關(guān)系（Realization）
實(shí)現(xiàn)是規(guī)格說(shuō)明和其實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系，它將一種模型元素與另一種模型元素連接起來(lái)，比如類和接口。
泛化和實(shí)現(xiàn)關(guān)系都可以將一般描述與具體描述聯(lián)系起來(lái)。泛化將同一語(yǔ)義層上的元素連接起來(lái)，并且通常在同一模型內(nèi)。實(shí)現(xiàn)關(guān)系則將不同語(yǔ)義層內(nèi)的元素連接起來(lái)，通常建立在不同的模型內(nèi)。
實(shí)現(xiàn)關(guān)系通常在兩種情況下被使用：在接口與實(shí)現(xiàn)該接口的類之間；在用例以及實(shí)現(xiàn)該用例的協(xié)作之間。
在UML中，實(shí)現(xiàn)關(guān)系的符號(hào)與泛化關(guān)系的符號(hào)類似，用一條帶指向接口的空心三角箭頭的虛線表示。下圖所示的是實(shí)現(xiàn)關(guān)系的一個(gè)示例，描述的是Keyboard保證自己的部分行為可以實(shí)現(xiàn)Typewriter的行為
實(shí)現(xiàn)關(guān)系還有一種省略的表示方法，即接口表示為一個(gè)小圓圈，并和實(shí)現(xiàn)接口的類用一條線段連接，如圖
類圖建模技術(shù)
一、對(duì)簡(jiǎn)單協(xié)作建模
類不是單獨(dú)存在的，而是要與其他類協(xié)同工作。協(xié)作是動(dòng)態(tài)交互在靜態(tài)視圖上的映射，協(xié)作的靜態(tài)結(jié)構(gòu)通過(guò)類圖來(lái)描述。
對(duì)協(xié)作建模要遵循如下策略
1、識(shí)別要建模的機(jī)制。一個(gè)機(jī)制描述了正在建模的部分系統(tǒng)的一些功能和行為，這些功能和行為是由類、接口和一些其他元素的相互作用產(chǎn)生的。
2、對(duì)每種機(jī)制，識(shí)別參與協(xié)作的類、接口和其他協(xié)作，并識(shí)別這些事物之間的關(guān)系。
3、用協(xié)作的腳本檢測(cè)事物，通過(guò)這種方法可以發(fā)現(xiàn)模型中被遺漏的部分和有明顯語(yǔ)義錯(cuò)誤的部分。
4、把元素和它們的內(nèi)容聚合在一起。對(duì)于類，首先平衡好職責(zé)，隨著時(shí)間的推移，將它們轉(zhuǎn)換成具有的屬性和操作。
二、對(duì)邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)模式建模
通用的邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具是“實(shí)體-關(guān)系（E-R）”圖，傳統(tǒng)的E-R圖只針對(duì)數(shù)據(jù)，而UML的類圖還允許對(duì)行為建模。在物理數(shù)據(jù)庫(kù)中，類圖一般要把邏輯操作轉(zhuǎn)化成觸發(fā)器或存儲(chǔ)過(guò)程。
對(duì)模式建模要遵循如下策略：
1、在模型中識(shí)別的類，其狀態(tài)必須超過(guò)其應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期。
2、創(chuàng)建包含這些類的類圖，并把它們標(biāo)記為永久（persistent）。對(duì)于特定的數(shù)據(jù)庫(kù)細(xì)節(jié)，可以定義自己的標(biāo)記值集合。
3、展開(kāi)這些類的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)，即詳細(xì)描述屬性的細(xì)節(jié)，并注重于關(guān)聯(lián)和構(gòu)造類的基數(shù)。
4、觀察系統(tǒng)中的公共模式（如循環(huán)關(guān)聯(lián)、一對(duì)一關(guān)聯(lián)和n元關(guān)聯(lián)），它們常常造成物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化。
5、考慮這些類的行為，擴(kuò)展對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)完整性來(lái)說(shuō)重要的操作。一般情況下，與對(duì)象集的操作相關(guān)的業(yè)務(wù)規(guī)則應(yīng)該被封裝在永久類的上一層。
三、正向工程和逆向工程
1、正向工程（Forward Engineering）
正向工程是通過(guò)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的映射把模型轉(zhuǎn)換為代碼的過(guò)程。由于UML中描述的模型在語(yǔ)義上比當(dāng)前的任何面向?qū)ο笳Z(yǔ)言要豐富，所以正向工程會(huì)導(dǎo)致一定信息的損失，這也是需要模型的原因。
對(duì)類圖進(jìn)行正向工程，要遵循如下的策略
(1)、識(shí)別映射到所選擇的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的規(guī)則
(2)、根據(jù)所選擇的語(yǔ)言的語(yǔ)義，可能會(huì)限定一些對(duì)UML特性的使用
(3)、用標(biāo)記值詳細(xì)描述目標(biāo)語(yǔ)言，若需要精確的控制，該操作可以在單個(gè)類的層次上進(jìn)行，也可以在較高的層次(如協(xié)作或包)上進(jìn)行
(4)、使用工具對(duì)模型進(jìn)行正向工程
2、逆向工程（Reverse Engineering）
逆向工程是通過(guò)從特定實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的映射，把代碼轉(zhuǎn)換為模型的過(guò)程。逆向工程會(huì)導(dǎo)致大量的冗余信息同時(shí)逆向工程又是不完整的。
對(duì)類圖進(jìn)行逆向工程，要遵循如下的策略
(1)、識(shí)別從實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言或所選的語(yǔ)言進(jìn)行映射的規(guī)則
(2)、使用工具，指向要進(jìn)行逆向工程的代碼，用工具生成新的模型或修改以前進(jìn)行正向工程時(shí)已有的模型。
(3)、使用工具，通過(guò)查詢模型創(chuàng)建類圖。
對(duì)象圖
一、概述
對(duì)象圖(Object Diagram)描述的是參與交互的各個(gè)對(duì)象在交互過(guò)程中某一時(shí)刻的狀態(tài)。對(duì)象圖可以被看作是類圖在某一時(shí)刻的實(shí)例。
在UML中，對(duì)象圖使用的是與類圖相同的符號(hào)和關(guān)系，因?yàn)閷?duì)象就是類的實(shí)例。下圖顯示了對(duì)象圖的模型。其中節(jié)點(diǎn)可以是對(duì)象也可以是類，連線表示對(duì)象之間的關(guān)系：
二、類圖和對(duì)象圖的區(qū)別
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類圖
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對(duì)象圖
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| 類具有3個(gè)分欄：名稱、屬性和操作 |
對(duì)象只有兩個(gè)分欄：名稱和屬性 |
| 在類的名稱分欄中只有類名 |
對(duì)象的名稱形式為“對(duì)象名：類名”，匿名對(duì)象的名稱形式為“：類名” |
| 類的屬性分欄定義了所有屬性的特征 |
對(duì)象則只定義了屬性的當(dāng)前值，以便用于測(cè)試用例或例子中 |
| 類中列出了操作 |
對(duì)象圖中不包括操作，因?yàn)閷?duì)于同屬于同一個(gè)類的對(duì)象而言，其操作是相同的 |
| 類使用關(guān)聯(lián)連接，關(guān)聯(lián)使用名稱、角色、多重性以及約束等特征定義。類代表的是對(duì)對(duì)象的分類所以必須說(shuō)明可以參與關(guān)聯(lián)的對(duì)象的數(shù)目 |
對(duì)象使用鏈連接、鏈擁有名稱、角色，但是沒(méi)有多重性。對(duì)象代表的是單獨(dú)的實(shí)體，所有的鏈都是一對(duì)一的，因此不涉及到多重性。 |
對(duì)象圖建模技術(shù)
一、對(duì)對(duì)象結(jié)構(gòu)建模
對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)視圖建模時(shí)，可以使用一組類圖完整地描述抽象的語(yǔ)義以及它們之間的關(guān)系。但是使用對(duì)象圖不能完整地描述系統(tǒng)的對(duì)象結(jié)構(gòu)。對(duì)于一個(gè)個(gè)體類，可能存在多個(gè)實(shí)例，對(duì)于相互之間存在關(guān)系的一組類，對(duì)象間可有的配置可能是相當(dāng)多的。所以，在使用對(duì)象圖時(shí)，只能在一定意義上顯示感興趣的具體或原型對(duì)象集。這就是對(duì)對(duì)象結(jié)構(gòu)建模，即一個(gè)對(duì)象圖顯示了某一時(shí)刻相互聯(lián)系的一組對(duì)象。
對(duì)對(duì)象結(jié)構(gòu)建模，要遵循以下策略：
(1)、識(shí)別將要使用的建模機(jī)制。該機(jī)制描述了一些正在建模的部分系統(tǒng)的功能和行為，它們由類、接口和其他元素的交互而產(chǎn)生。
(2)、對(duì)于各種機(jī)制，識(shí)別參與協(xié)作的類、接口和其他元素，同時(shí)也要識(shí)別這些事物之間的關(guān)系。
(3)、考慮貫穿這個(gè)機(jī)制的腳本。凍結(jié)某一時(shí)刻的腳本，并且匯報(bào)每個(gè)參與這個(gè)機(jī)制的對(duì)象。
(4)、按照需要顯示出每個(gè)對(duì)象的狀態(tài)和屬性值，以便理解腳本。
(5)、顯示出對(duì)象之間的鏈，以描述對(duì)象之間關(guān)聯(lián)的實(shí)例。
二、正向工程和逆向工程
1、正向工程
對(duì)對(duì)象圖工程進(jìn)行正向工程在理論上是可行的，但是在實(shí)際上卻是受限制的。
2、逆向工程
對(duì)對(duì)象圖進(jìn)行逆向工程是非常困難的。當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，總要依靠開(kāi)發(fā)人員或工具來(lái)進(jìn)行。