UML类图介绍

最新推荐文章于 2025-04-29 11:58:03 发布
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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

在软件设计与开发中，UML类图是一种极为重要的工具，它能够清晰地展示系统中类的结构、属性、方法以及类之间的关系。掌握如何绘制UML类图，对于理解系统架构、进行代码设计以及团队协作都有着不可忽视的作用。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、UML类图的基本构成

1. 类的表示

在UML类图中，一个类通常用一个矩形框表示，分为三个部分：类名、属性（字段）和方法。这三部分自上而下排列，用横线分隔。

  • 类名：位于矩形框的顶部，是类的唯一标识。
  • 属性（字段）：位于中间部分，表示类的成员变量，格式为访问修饰符 属性名：属性类型。例如，- name: String表示一个私有的String类型的name属性。
  • 方法：位于底部，表示类的行为，格式为访问修饰符 方法名(参数列表): 返回值类型。例如，+ run(): void表示一个公共的无参无返回值的run方法。
  • 示例：一个学生类，有两个私有成员name和age，两个公共的成员函数study和displayinfo
public class Student {
    private String name; // 学生姓名
    private int age;     // 学生年龄

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void study() {
        System.out.println(name + " is studying.");
    }

    public void displayInfo() {
        System.out.println("Name: " + name + ", Age: " + age);
    }
}

对应UML类图

2. 类的修饰符

UML类图中使用特定的符号来表示类的访问修饰符：

  • - 表示private（私有）
  • + 表示public（公共）
  • # 表示protected（受保护）
  • ~ 或 * 表示default（默认，仅在Java中使用）
  • 示例：
public class Person {
    private String name; // 私有属性
    protected int age;   // 受保护属性
    public String address; // 公有属性

    public Person(String name, int age, String address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    protected void displayAge() {
        System.out.println("Age: " + age);
    }

    public void displayInfo() {
        System.out.println("Name: " + name + ", Address: " + address);
    }
}

对应UML类图

3. 抽象类与接口

  • 抽象类：在UML类图中，抽象类的名称通常用斜体表示，以区分普通类。
  • 接口：接口的名称上方会加上<>字样，以明确其为接口类型。
  • 示例：
// 抽象类
public abstract class Animal {
    public abstract void makeSound();
}

// 接口
public interface Movable {
    void move();
}

// 具体类
public class Dog extends Animal implements Movable {
    private String name;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + " says: Woof!");
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println(name + " is running.");
    }
}

对应UML类图

二、类之间的关系

在UML类图中，类之间的关系是通过箭头和特定的图形符号来表示的。以下是几种常见的关系及其表示方法：

1. 关联关系（Association）

关联关系表示两个类之间存在某种联系，但这种联系并不涉及所有权或整体与部分的关系。在UML类图中，关联关系用实线箭头表示，箭头指向被关联的类。

  • 示例：
public class Student {
    private String name;
    private Course course;

    public Student(String name, Course course) {
        this.name = name;
        this.course = course;
    }

    public void displayInfo() {
        System.out.println(name + " is enrolled in " + course.getName());
    }
}

public class Course {
    private String name;

    public Course(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}
  • Student类有一个Course类型的属性course，表示学生选修了一门课程。
  • Student类的displayInfo方法通过调用course.getName()来获取课程名称，展示了学生与课程之间的关联关系。
    对应UML类图

2. 聚合关系（Aggregation）

聚合关系是一种特殊的关联关系，表示整体与部分的关系，但部分可以独立于整体存在。在UML类图中，聚合关系用带有空心菱形的实线箭头表示，菱形指向整体类。

  • 示例：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Department {
    private String name;
    private List<Employee> employees;

    public Department(String name) {
        this.name = name;
        this.employees = new ArrayList<>();
    }

    public void addEmployee(Employee employee) {
        employees.add(employee);
    }

    public void displayInfo() {
        System.out.println("Department: " + name);
        for (Employee emp : employees) {
            System.out.println("Employee: " + emp.getName());
        }
    }
}

public class Employee {
    private String name;

    public Employee(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}
  • Department类有一个List<Employee>类型的属性employees，表示部门包含多个员工。
  • Employee类可以独立于Department类存在，即使没有被添加到任何部门中，员工仍然有效。
  • Department类的addEmployee方法用于将员工添加到部门中，displayInfo方法用于显示部门及其员工的信息。
    对应的UML类图

3. 组合关系（Composition）

组合关系也是一种整体与部分的关系，但与聚合关系不同的是，组合关系中的部分不能独立于整体存在。在UML类图中，组合关系用带有实心菱形的实线箭头表示，菱形指向整体类。

  • 示例：
public class Computer {
    private CPU cpu;
    private Memory memory;
    private HardDrive hardDrive;

    public Computer(CPU cpu, Memory memory, HardDrive hardDrive) {
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.hardDrive = hardDrive;
    }

    public void run() {
        System.out.println("Computer is running with " + cpu.getSpeed() + " GHz CPU, " + memory.getSize() + " GB memory, and " + hardDrive.getCapacity() + " GB hard drive.");
    }
}

public class CPU {
    private double speed;

    public CPU(double speed) {
        this.speed = speed;
    }

    public double getSpeed() {
        return speed;
    }
}

public class Memory {
    private int size;

    public Memory(int size) {
        this.size = size;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }
}

public class HardDrive {
    private int capacity;

    public HardDrive(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public int getCapacity() {
        return capacity;
    }
}
  • Computer类包含CPU、Memory和HardDrive三个类的实例，表示计算机由这些组件组成。
  • CPU、Memory和HardDrive类不能独立于Computer类存在，离开了计算机，这些组件就失去了意义。
  • Computer类的run方法通过调用组件的方法来展示计算机的运行状态。
    对应UML类图

4. 依赖关系（Dependency）

依赖关系表示一个类依赖于另一个类的变化。在UML类图中，依赖关系用虚线箭头表示，箭头指向被依赖的类。

  • 示例：
public class Printer {
    public void print(Paper paper) {
        System.out.println("Printing on " + paper.getSize() + " paper.");
    }
}

public class Paper {
    private String size;

    public Paper(String size) {
        this.size = size;
    }

    public String getSize() {
        return size;
    }
}
  • Printer类的print方法需要一个Paper类的实例作为参数，表示打印机需要纸张才能打印。
  • Printer类依赖于Paper类的变化，如果Paper类的getSize方法返回的尺寸格式发生变化，Printer类的print方法可能需要相应调整。
    对应UML类图

5. 泛化关系（Generalization）（extends）

泛化关系表示类之间的继承关系，即子类继承父类的属性和方法。在UML类图中，泛化关系用带有空心三角形的实线箭头表示，箭头指向父类。

  • 示例：
public abstract class Animal {
    public abstract void makeSound();
}

public class Dog extends Animal {
    private String name;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + " says: Woof!");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    private String name;

    public Cat(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + " says: Meow!");
    }
}
  • Animal是一个抽象类，定义了一个抽象方法makeSound。
  • Dog和Cat类继承自Animal类，并实现了makeSound方法，分别表示狗和猫的叫声。
  • 通过继承，Dog和Cat类继承了Animal类的属性和方法，并根据自身特点进行了扩展。
    对应的UML类图

6. 实现关系（Realization）（implements）

实现关系表示一个类实现一个接口。在UML类图中，实现关系用带有空心三角形的虚线箭头表示，箭头指向接口。

  • 示例：
public interface Movable {
    void move();
}

public class Car implements Movable {
    private String brand;

    public Car(String brand) {
        this.brand = brand;
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println(brand + " is moving on the road.");
    }
}

public class Boat implements Movable {
    private String type;

    public Boat(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println(type + " is moving on the water.");
    }
}
  • Movable是一个接口，定义了一个move方法。
  • Car和Boat类实现了Movable接口，并根据自身特点实现了move方法，分别表示汽车在陆地上移动和船在水面上移动。
  • 通过实现接口，Car和Boat类提供了具体的实现细节，满足了接口的规范要求。
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