63、图形符号指南

最新推荐文章于 2025-10-21 20:03:03 发布

tech5

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分类专栏：探索嵌入式系统的事件驱动编程文章标签：类图状态图序列图

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图形符号指南

在软件开发和系统设计中，图形符号是一种强大的工具，它能够直观地表达复杂的概念和关系。本文将详细介绍几种常见的图形符号及其表示方法，包括类图、状态图、序列图和时序图。

类图

类图用于展示类、类的内部结构以及它们之间的静态（编译时）关系。以下是类图的一些关键要素：
- 类的表示 ：类通常用一个矩形框表示，类名位于框的顶部，使用粗体字体。在类名下方，可选择添加属性区域，该区域与类名由一条水平线分隔。属性区域下方还可添加方法区域。

ClassName
attribute
attribute : DataType
...

抽象类 ：抽象类是仅用于派生，不能有直接实例的类。抽象类名用斜体字体表示，也可使用 «abstract» 构造型。如果类有抽象方法（在 C++ 中为纯虚成员函数），这些方法也用斜体字体显示。

« abstract »
AbstractClassName
abstractMethod() : ResultType
method(arg_list)

方法伪代码 ：有时通过注释提供某些方法的伪代码会很有帮助。
属性和方法的可见性 ：类框还可以显示属性和方法的可见性，例如：

ClassName
−privateMethod()
# protectedMethod()
+ publicMethod()
+$ publicClassMethod()
−privateAttribute
# protectedAttribute
+ publicAttribute
+$ publicClassAttribute

类图还可以展示继承、聚合等关系：
- 继承关系 ：继承关系用泛化箭头表示，箭头从子类指向父类。右侧的继承树表示可能有任意数量的子类。

method() : ResultType
...
attribute
...
« abstract »
Superclass
Subclass
attribute
attribute : DataType
...
Subclass1
Superclass
Subclass2
Superclass
Subclass1
Subclass2
other
potential
subclasses

聚合关系 ：聚合关系表示一个对象在物理或概念上包含另一个对象。聚合用一条带有菱形的线表示，菱形位于所有者类（整体类）一侧，线延伸到组件类（部分类）。实心菱形表示物理包含（组合聚合），空心菱形表示较弱的聚合关系，即整体类仅对部分实例有引用或指针，但不物理包含它。聚合还可以表示整体与部分之间的多重性和导航性。

part1 : Part1Class
part2 : Part2Class
...
WholeClass
Part1Class
Part2Class
0..1
part1
1..*
0..*
aggregation
bidirectional navigability
composite aggregation
unidirectional navigability

类的协作 ：类的协作可以用一个虚线椭圆表示，椭圆内包含协作的名称（这里构造型为模式）。从协作符号延伸到各个元素的虚线表示协作的参与者，每条线都标有参与者在协作中扮演的角色。

状态图

状态图展示了给定上下文类的静态状态空间、导致状态转换的事件以及转换产生的动作。
- 状态的表示 ：状态用圆角矩形表示，状态名位于矩形顶部，使用粗体字体。在状态名下方，可选择添加内部转换区域，该区域与状态名由一条水平线分隔。内部转换区域可以包含进入动作（跟随保留符号 entry 的动作）、退出动作（跟随保留符号 exit 的动作）和其他内部转换。

entry / action1();
exit / x=3; y=1;
EVT(a, b) [guard()] / action2();
stateName
stateA
EVT (a, b) [guard()] / action(), ^EVT_A
trigger
event
parameters
guard
actions
sent
events
transition
state
state
internal transition

状态转换 ：状态转换用一个箭头表示，箭头从源状态的边界开始，指向目标状态的边界。转换至少要标有触发事件，还可选择跟随事件参数、守卫条件、动作列表和已发送事件列表。

状态图还可以包含复合状态、正交区域和伪状态等元素：
- 复合状态 ：复合状态（超状态）包含其他状态（子状态），每个复合状态可以有一个单独的初始转换来指定初始子状态。

stateC
stateB
A
B
C
STOP
initial transition
final state
superstate
substate
entry / action1()
exit / x = 3;
EVT / 
compositeStateName
entry /
stateA
A
initial transition
transition
to self

正交区域和伪状态 ：复合状态可以有正交区域（AND 状态），由虚线分隔，还可以包含选择点和深历史等伪状态。

entry / actionA()
stateA
stateAA
stateAC
stateAB
A
X
B
Y
C
[x > 0]
stateB
H*
[else]
stateBA
stateBB
A
B
orthogonal
regions
choicepoint
deep history
pseudostate

以下是类图和状态图关键要素的对比表格：
| 要素 | 类图 | 状态图 |
| ---- | ---- | ---- |
| 基本表示 | 矩形框 | 圆角矩形 |
| 关键名称位置 | 顶部粗体 | 顶部粗体 |
| 特殊区域 | 属性、方法区域 | 内部转换区域 |
| 关系表示 | 继承、聚合等 | 状态转换 |

mermaid 格式的流程图展示类图和状态图的关系：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    A(类图):::process --> B(类的表示):::process
    A --> C(抽象类):::process
    A --> D(继承关系):::process
    A --> E(聚合关系):::process
    F(状态图):::process --> G(状态的表示):::process
    F --> H(状态转换):::process
    F --> I(复合状态):::process
    F --> J(正交区域和伪状态):::process

序列图

序列图展示了在运行时对象之间交换的特定事件实例序列。它有两个维度，垂直维度表示时间，水平维度表示不同的对象，时间沿页面向下流动（如果需要，维度可以反转）。

以下是序列图的一些关键要素：
- 对象表示 ：对象框和向下的垂直线表示参与场景的对象。在规范中，每个框中的对象名是下划线的（有些对象可能仅由冒号和类名标识），粗边框表示活动对象。

QF
Philo[n]
Table
TIMEOUT
Philo[m]
thinking
thinking
serving
hungry
HUNGRY(m)
eating
EAT(m)
TIMEOUT
hungry
HUNGRY(n)
TIMEOUT
DONE(m)
eating
thinking
EAT(n)
focus
of control
state 
changes
objects
events
time

事件表示 ：事件用从发送对象开始，终止于接收对象的水平箭头表示。可选地，实例线周围的细矩形可以表示控制焦点。序列图还可以包含状态标记，以指示事件交换导致的显式状态变化。

时序图

时序图展示了一个或多个对象在单个时间轴上的显式状态变化。它有两个维度，时间沿水平轴流动，对象状态沿垂直轴变化。每个对象被分配一个横跨图的水平带（“泳道”），由虚线与其他带分隔。

示例如下：

0
T1
T2
running
ready
blocked
running
ready
blocked
running
ready
blocked
T3
time
malloc() 
(promotion)
event
event
demotion
5
10
15
20
done
done
done
malloc() done
states
deadline
event
jitter

时序图的展示选项包括截止日期、传播事件和抖动。

以下是序列图和时序图关键要素的对比表格：
| 要素 | 序列图 | 时序图 |
| ---- | ---- | ---- |
| 维度意义 | 垂直 - 时间，水平 - 对象 | 水平 - 时间，垂直 - 对象状态 |
| 对象表示 | 对象框和垂直线 | 水平带（泳道） |
| 事件表示 | 水平箭头 | 结合时间轴体现状态变化 |

mermaid 格式的流程图展示序列图和时序图的关系：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    K(序列图):::process --> L(对象表示):::process
    K --> M(事件表示):::process
    N(时序图):::process --> O(时间轴表示):::process
    N --> P(对象状态表示):::process

总结

不同的图形符号在软件开发和系统设计中都有着独特的作用：
1. 类图：用于清晰展示类的结构、关系，便于理解系统的静态架构。
2. 状态图 ：帮助分析对象在不同状态间的转换，明确事件和动作逻辑。
3. 序列图 ：呈现对象间的交互顺序，掌握系统运行时的动态过程。
4. 时序图 ：直观展示对象状态随时间的变化，辅助进行时间相关的设计和优化。

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的图形符号进行系统的设计和分析。例如，在设计类的层次结构时使用类图；分析对象状态变化时使用状态图；了解对象交互过程时使用序列图；处理时间相关问题时使用时序图。通过合理运用这些图形符号，能够提高软件开发的效率和质量，减少设计中的错误和漏洞。