C++设计模式——UML类图

最新推荐文章于 2025-04-03 21:40:37 发布

学嵌入式的小y同学

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文章标签： c++ 设计模式 uml

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一、UML 类图元素

1.1 类的表示

在UML中，类表示为一个矩形框，分为三个区域。

第一区域是类名。
第二区域列出属性。
第三区域列出方法。

1.2 关系的表示

UML类图中有多种类型的关系：

关联（Association）
聚合（Aggregation）
组合（Composition）
继承（Inheritance）或泛化（Generalization）
依赖（Dependency）
实现（Realization）

二、符号与访问权限

公共成员：用 + 表示
私有成员：用 - 表示
受保护成员：用 # 表示

三、从代码到类图

3.1 绘制简单的类

我们以一个示例代码为模型，这个模型涉及到学生、课程、教师、和一个图书馆。：

#include <string>
#include <vector>

// 基类（父类）Person
class Person {
public:
    Person(std::string name): name(name) {}
    virtual void showName() { /*...*/ }  // 虚函数
private:
    std::string name;
};

// 子类 Student
class Student : public Person {
public:
    Student(std::string name, int studentID): Person(name), studentID(studentID) {}
    void enrollCourse(class Course*); // 单项关联
    virtual void showName() override { /*...*/ }  // 覆写虚函数
private:
    int studentID;
    std::vector<class Course*> courses;  // 自关联
};

// 子类 Teacher
class Teacher : public Person {
public:
    Teacher(std::string name, int teacherID): Person(name), teacherID(teacherID) {}
    void assignCourse(class Course*);
private:
    int teacherID;
};

// Course 类
class Course {
public:
    Course(std::string name): name(name) {}
    void setTeacher(Teacher*);  // 单项关联
private:
    std::string name;
    Teacher* teacher;  // 双向关联
    std::vector<Student*> students;  // 双向关联
};

// Library 类
class Library {
public:
    Library(std::vector<class Book*> books): books(books) {}
private:
    std::vector<class Book*> books;  // 聚合关系
};

// Book 类
class Book {
public:
    Book(std::string title): title(title) {}
};

// School 类
class School {
public:
    School(std::vector<Student*> students, Library* library): students(students), library(library) {}
private:
    std::vector<Student*> students;  // 组合关系
    Library* library;  // 组合关系
};

3.2 继承关系

如果一个类继承自另一个类，那么在UML中，两者之间用一条带有空心箭头的直线连接。箭头从子类指向父类。

UML 符号：一个空心三角形箭头从子类指向基类。
意义：子类继承基类的所有属性和方法。在代码中，这通常通过 extends（Java）、:（C++）等关键字实现。
例子：在一个学校模型里，Teacher 和 Student 都是 Person 类的子类，继承了 Person 的属性和方法。

3.3 关联关系

一个类作为另外一个类的子类即为关联关系

3.3.1 单项关联

UML 符号：一个箭头从一个类指向另一个类。
意义：一个类知道另一个类的信息，并与之交互，但反过来则不然。
例子：在一个订单系统里，Order 类有一个指向 Customer 类的指针或引用，表示这个订单属于哪个客户，但 Customer 类不需要知道具体的 Order。

3.3.2 双向关联

UML 符号：一条直线连接两个类，没有箭头或两端都有箭头。
意义：两个类都知道对方，并可能互相交互。
例子：在一个社交网络模型里，一个 User 类可能有一个朋友列表，其中包括其他 User 实例的引用。反之亦然，那些 User 实例也有一个包含原 User 实例的朋友列表。

3.3.3 自关联

UML 符号：一条箭头从一个类指回到同一个类。
意义：类的实例与同类的其他实例有某种关系。
例子1：在一个组织图模型里，一个 Employee 类可以有一个“经理”字段，该字段是 Employee 类的另一个实例。
例子2：链表关系，指向自己类型

3.4 聚合与组合关系

3.4.1 聚合

UML 符号：一个空心菱形箭头从“整体”指向“部分”。
意义：一个类是另一个类的一部分，但两者具有各自的生命周期。
例子：在一个学校模型里，School 类可能有多个 Classroom 实例，但 Classroom 也可以单独存在。

3.4.2 组合

UML 符号：一个实心菱形箭头从“整体”指向“部分”。
意义：一个类是另一个类的一部分，并且两者有相同的生命周期。
例子：在一个机体模型里，Car 类有多个 Wheel 实例。当 Car 实例被销毁时，其 Wheel 实例也会被销毁。

3.5 依赖关系

在本示例代码中没有显示，但通常如果一个类使用了另一个类的方法或属性，那么这通常表示为依赖关系。在UML中，依赖关系表示一个类依赖于另一个类的定义。这通常是一个相对较弱的关系，并且通常表示为一个带箭头的虚线。

在代码中，依赖关系可能表现为以下几种形式：

在UML类图中， ReportGenerator 类画出两条带箭头的虚线，分别指向 Database 和 Report，表示依赖关系。

一个类的方法使用了另一个类的对象。
一个类的方法接受另一个类的对象作为参数。
一个类的方法创建并返回另一个类的对象。

class Database {
public:
    // ... 省略
};

class Report {
public:
    // ... 省略
};

class ReportGenerator {
public:
    ReportGenerator(Database& db): db(db) {}

    Report generate() {
        // 使用了 Database，因此依赖于 Database
        // 创建了一个 Report 对象，因此依赖于 Report
        Report report;
        // ... 省略代码
        return report;
    }

private:
    Database& db;
};

在这个例子中：