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设计模式 | UML简介-如何看懂UML(一)


「布衣码农」UML是学习设计模式的第一块绊脚石


在计算复杂的数学题时,我们必然会打草稿计算。

在绘画课中,我们可以素描出来看到的事物。

那么在程序设计中呢?

如何描绘传达你脑海中的关于这个程序 ,设计的蓝图草稿

OOP的程序设计中,最多的自然是类、接口层次接口的设计。


简单的设计,可能在脑海中想象下就过了,比如A继承B。

但是复杂的呢?


对于OOP程序设计中,类的层次、关系设计如何描绘?

用文字么? 

A继承B A实现C,A中有一个D的引用,这样?


显然,图形化的方式更加直观,简洁。


那么到底如何表示OOP中的事物与关系?

每个人有每个人的书写方式,如何进行交流?


你画了一个三角形说这是一个接口,我花了一个圆形,跟你讲这个才是接口?这其中的问题不言而喻。


 1 

UML起源

1997年,OMG 组织(Object Management Group对象管理组织)发布了统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)。


UML 是一种为面向对象开发系统的产品进行说明、可视化、和编制文档的标准语言。


UML 作为一种模型语言,它使开发人员专注于建立产品的模型和结构

UML 是不同于其他常见的编程语言,如Java等,它是一种绘画语言,用来做软件蓝图。

 

UML 提出了一套 统一的,标准的建模符号。


首先它提供了一套建模符号,用于类的层次结构设计;

统一的也就意味着只要按照标准构图,就可以无障碍的通过UML图进行沟通。


计算机软件的世界里面,总是“分久必合”,UML的发展历史也不例外。

UML 统一了Booch、OMT、OOSE和其他面向对象方法所涉及的基本概念和建模符号。


UML的发展不是一蹴而就的,而是吸收了现有的精华,而发展出来的大一统的形式。


  2 

UML逻辑原理

  • UML是面向对象程序设计的描绘语言;
  • UML是面向对象程序设计的建模语言;
  • UML是对面向对象程序设计世界的抽象;

 

UML的基本逻辑是很简单的

将面向对象程序设计中的元素进行抽象,比如类还是接口,UML中称之为事物,就如同积木的基础形状。


将元素之间的联系关系进行抽象,比如到底是继承还是组合(聚合),如同积木中的卡扣,可能有多种卡扣连接形式。

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而我们看到的UML图也就是如同一整块已经搭建好的积木。

当然

UML肯定不会向积木那样简单,所以自然还会有很多的规则、限制、要求,这些一起构成了完整的UML。


但是根本是事物和关系,这两者是UML的主体。

 

事物就是面向对象程序设计中的元素

关系则是他们的相互联系形式

图则是按照不同事物的组织形式进而产生的分类



   3 

UML组成

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上图是UML的大致基本组成部分,部分类型并未全部列举。


事物是是实体抽象化的最终结果,是 UML 构建块最重要的组成部分;

最基本的是类和接口;

关系是事物之间的联系的抽象分类;


有了事物和联系,就可以绘制出各种各样的UML图,按照他们的逻辑功能性质,又有了图的分类。

 

UML是软件需求分析、设计的强大工具,并非简单介绍就可以认知的,本文重在简单了解基本知识以更好学习设计模式。

 

 4 

UML常用关系

关联关系使用一条直线表示,比如  A与B关联

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用于描述不同类的对象之间的结构关系,将多个类的实例联系在一起

是一种静态关系,基本与程序的运行没有关系

比如,部门与员工的关系,就是关联关系

关联关系一般不强调方向,表示互相“知道”对方,也就是存在引用

关联关系有多重性 比如一对一关联 一对多关联等 可以任意关联N对N关联

如果特别强调方向,就使用箭头,比如

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那么表示A知道B但是B不知道A

也就是说,关联关系有两种图形

直线或者直线箭头

 

关联关系表示存在引用,比如员工类的定义中有“部门”属性字段

实现关系是带空心箭头的虚线表示的,比如A实现B,箭头指向父类、接口
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实现可以狭隘的认为是一种实现类与父类、接口的关系(其实在UML中实现的含义远不止实现类这层含义)

泛化关系是带空心箭头的直线表示的,比如A继承
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用于说明继承关系
泛化关系是从子类到父类的关系,箭头指向的是父类

聚合关系是带空心的菱形的直线表示的,比如 A聚合到B上,也就是B由A组成
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聚合关系用于类图,表达整体由部分构成的语义,比如部门由许多人员组成
整体和部分不是强依赖的,即使整体不存在,依然可以存在部分,即使没有部门,人员仍旧存在

组合关系是带实心的菱形的直线表示的,比如A组合成B,或者说B由A构成
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表达整体拥有部分的含义,组合关系是一种特殊的强依赖的聚合关系
如果整体不存在,那么部分也不存在了
比如,汽车由轮胎底盘发动机构成,汽车不存在了,自然也不存在发动机了

依赖关系使用带箭头的虚线表示,比如  A依赖B
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用于描述一个对象在运行期间会使用到另外一个对象的关系
依赖关系是一种临时性的,简言之就是不同场景会发生变化
比如人和车
如果是驾驶场景,车依赖人(驾驶员),如果是乘车出行,那就是人依赖车(公交、出租)
很显然,依赖关系比关联关系更加弱
依赖关系是一种使用关系
比如一个类的方法中的局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用,都是一种依赖

 

  5 

UML类的属性和方法

类包括类名、属性、方法,都在类图中。

 

属性:可见性  名称 :类型 [ = 缺省值]

方法:可见性  名称(参数列表) [ :返回类型]

中括号表示缺省的


可见性使用+  -  #表示

+ public

- private

# protected

 

  6 

常用工具


UML的工具有很多,比如 StarUML 、astah。


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astah,前身是JUDE 。

下图为astah中的sample,以下图为例简单的了解下UML的图形标识符号。

 

Tracer中与Engine、Steering、Monitor单项关联,也就是含有引用

与State双向关联

Engine与Steering由Motor组成 他们是可以独立存在的

Monitor由LightSensor组成 他们是可以独立存在的

Idle OnCourse OutOfCourse 是State的实现类

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Monitor中,Threshold是boolean类型的私有属性 

isBlack和isWhite是返回类型为void的 public方法

 

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  7 

总结

本文简单介绍了UML的历史以及组成部分,目的不在于详细介绍UML,只在于能够读懂以及绘制类图。


UML是可视化的程序设计描绘语言,通过图形和符号直观的表达含义。


对于类图需要理解清楚类图相关的关联关系。


另外,不同的软件对于各种图形的表示可能局部细节会有差别,实际使用时应该注意。


UML是Unified Modeling Language ,并不是一种具体的工具,而是标准

UML建模工具就如同“实现类”一样,细节上有差异也很正常,很多软件也可以调整显式的式样,比如StarUML就可以哦。

 

 


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