C++ UML 类图介绍

UML的类图是用于描述系统静态结构的核心工具，广泛应用于面向对象的分析与设计。

类图通过展示类、接口、属性、方法以及它们之间的关系，从而帮助开发者理解系统架构，减少沟通成本，并且为系统的实现提供可视化设计方案。

一、类图的核心组成部分

1. 类（Class）

类图中的类用矩形表示，矩形通常分为三部分：

• 类名（顶部）
• 属性（中间，格式：[可见性] 属性名: 类型）
• 方法（底部，格式：[可见性] 方法名(参数列表): 返回类型）

可见性符号有以下4种：

符号	可见性
+	public（公共）
-	private（私有）
#	protected（受保护）
~	package/default（包内可见）

示例：

如上图所示Car 类的顶部使用C标出，代表它是一个类，然后它有三个属性（model、engine和wheels），均为私有属性(图中显示为红色小方块)，另外还有三个方法：move()、addWheel()和setEngine()，它们都是公有属性(图中显示为绿色实心原点)。

2. 接口（Interface）

接口用带 <<interface>> 的矩形表示，并且只包含方法声明。

示例：

如上图所示，IElectric接口的顶部使用I标出，代表它是一个接口，然后它声明了两个方法：charge() 和 getBetteryLevel()。

在C++中，接口也可以用抽象类代替

二、类之间的关系

类图通过不同的连线符号描述类之间的交互，常见的关系包括：

1. 依赖（Dependency）

依赖关系表示一个类的变化可能影响另一个类，通常表示类之间的临时性或松散耦合关系。

表示方式：虚线箭头

示例：

上图中，Driver类可以代表司机，司机需要一辆车，但这辆车不一定得是他自己的，所以只需要在使用drive方法的时候传入一个Car就可以了。

2. 关联（Association）

关联关系表示类之间的长期关系，在代码中往往表现为在一个类中拥有另一个类的实例变量。

表示方式：实线箭头

示例：

某人(Somebody)拥有一辆自己的汽车(Car)，这是一种长期关系而不再是临时使用的关系。

因此，可以在图中看到Somebody类持有一个Car类型的成员变量。

关联关系可以进一步分为单向关联、双向关联和自关联，本节示例是一个单向关联

3. 聚合（Aggregation）

聚合关系强调整体包含部分，但这是一种弱关系，部分可以脱离整体而单独存在，并且部分的生命周期与整体相对独立。

表示方式：实线空心菱形

示例：

如上图所示，汽车(Car)包含轮胎(Wheel)，但轮胎可以单独存在。

3. 组合（Composition）

组合也是表示整体与部分的关系，但这是一种强关系，部分不能独立于整体存在，生命周期与整体绑定。

表示方式：实线实心菱形

示例：

房子(House)包含房间(Room)，但房子没了，那房间也就没了。

1..*代表房子可以拥有多个房间

4. 泛化（Generalization）

泛化表示继承关系，其中子类继承父类的属性和方法。

表示方式：实线空心三角形

示例：

显然，汽车(Car)继承自交通工具(Vehicle)。

5. 实现（Realization）

实现关系表示一个类实现了接口声明的方法。

表示方式：虚线空心三角形

示例：

电车(ElectircCar)实现了IElectric声明的两个方法：充电(charge)与电池电量查询(getBatteryLevel)。

三、综合实例

根据以上内容，我们可与构建一个汽车系统：

如上图所示，系统中包含汽车(Car)、引擎(Engine)、轮子(Wheel)、交通工具(Vehicle)、电车(ElectricCar)与人(Somebody)

其中：

• Vehicle 是基类，包含速度和启动/停止功能
• Engine 和 Wheel 是辅助类，分别表示引擎和轮子
• Car 是派生类，继承自 Vehicle，并包含引擎和轮子
• IElectric 是一个接口，定义了电车需要实现的充电和电池电量查询方法
• ElectricCar 是 Car 的子类，并且实现了IElectric 接口
• Somebody表示某人拥有一辆电车ElectricCar

类图中包含了四种关系：

• 聚合：Car 和 Wheel 之间是聚合关系，Car 和 Engine 之间也是聚合关系

• 泛化：Vehicle 与 Car 是继承关系，Car 与 ElectricCar 也是继承关系

• 实现：IElectric 与 ElectricCar 是实现关系

• 关联：Somebody与ElectricCar是关联关系

四、总结

类图是面向对象分析与设计的核心工具，通过合理使用类图，可以有效地帮助开发团队进行系统架构的规划、沟通与重构。

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