UML基礎系列：類圖

1. 類圖概述

　　類圖（Class Diagram）描述類的靜態結構，定義類及描述類之間的聯系，如關聯、依賴、聚合等，還包括類的內部結構（類的屬性和操作）。

　　類圖是一種靜態模型類型。一個類圖根據系統中的類以及各個類之間的關系描述系統的靜態結構。

　　類圖包含7個元素：

　　　　◊ 類（Class）

　　　　◊ 接口（Interface）

　　　　◊ 協作（Collaboration）

　　　　◊ 依賴關系（Dependency）

　　　　◊ 泛化關系（Generalization）

　　　　◊ 關聯關系（Association）

　　　　◊ 實現關系（Realization）

　　類圖是面向對象系統建模中最常用的圖，它是定義其他圖的基礎，在類圖的基礎上，可以使用狀態圖、協作圖、組件圖和配置圖等進一步描述系統其他方面的特性。

2. 類（Class）

　　類是對一組具有相同屬性、操作、關系和語義的對象的描述。類定義一組有着狀態和行為的對象。其中，屬性和關聯用來描述狀態。屬性通常用沒有身份的數據值表示。關聯則用有身份的對象之間的關系表示。行為由操作來描述，方法是操作的實現。

　　在UML中，類用矩形來表示，分為3個部分：名稱部分（Name）、屬性部分（Attribute）和操作部分（Operation）。其中頂端的部分存放類的名稱，中間的部分存放類的屬性、屬性類型及其值，底部的部分存放類的操作、操作的參數和返回類型。

　　類的屬性格式：

name : attribute type

　　UML規范允許在屬性列表節中設置默認值的標識。

name : attribute type = default value

　　類的操作格式：

name (parameter list) : type of value returned

　　當一個操作有參數時，參數被放在操作的括號內，參數格式：

parameter name : parameter type

　　當文檔化操作參數時，可以使用一個可選擇的指示器，以顯示參數到操作的輸入參數或輸出參數。in 表示輸入參數，out 表示輸出參數。按照UML規范， in 是參數的默認類型。

　　

3. 類之間的關系

　　類之間的關系最常用的有4種，分別是表示類之間使用關系的依賴關系（Dependency）、表示類之間一般和特殊關系的泛化關系（Generalization）、表示對象之間結構關系的關聯關系（Association）、表示類中規格說明和實現之間關系的實現關系（Realization）。

3.1 依賴關系（Dependency）

　　依賴關系用於表示類之間的使用關系，UML定義了4種基本依賴類型：使用依賴、抽象依賴、授權依賴和綁定依賴。

　　使用依賴是最常用的依賴，使用依賴關系圖：

　　

　　表示客戶使用提供者提供的服務以實現它的行為。可以簡單的理解，就是一個類A使用到了另一個類B，而這種使用關系是具有偶然性的、臨時性的、非常弱的，但是B類的變化會影響到A。客戶使用產品需要提供者，但一個客戶需要的產品可以有多個提供者。

　　場景：Driver與Car，Driver駕駛之前需要Car能夠開動。

　　依賴關系圖：

　　

　　C#實現：

public class Driver
{
     pulic void Drive(Car car)
     {
          car.Move();
     }
}
public class Car
{
     pulic void Move()
     {
          // 省略代碼
     }
}

　　或

public class Driver
{
     pulic void Drive()
     {
          Car car = new Car();
          car.Move();
     }
}
public class Car
{
     pulic void Move()
     {
          // 省略代碼
     }
}

 　　類與類之間的依賴關系，用在方法中，用作變量、參數。

3.2 泛化關系（Generalization）

　　泛化關系是一種存在於一般元素和特殊元素之間的分類元素。泛化關系主要表現為類與類之間的繼承關系。

　　場景：形狀類（Shape）為基類，圓形類（Circle）、矩形類（Rectangle）和三角形類（Triangle）均繼承形狀類。

　　類之間的泛化關系圖：

　　

　　C#實現：

　　Shape.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

public abstract class Shape
{
    protected string _name;

    public Shape(string name)
    {
        this._name = name;
    }

    /// <summary>
    /// 面積
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public abstract double Area();

    /// <summary>
    /// 顯示
    /// </summary>
    public abstract void Display();
}

　　Circle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

/// <summary>
/// 圓形
/// </summary>
public class Circle : Shape
{
    private double _radius;

    public Circle(string name, double radius)
        : base(name)
    {
        this._radius = radius;
    }

    public override double Area()
    {
        return Math.Round(Math.PI * _radius * _radius, 2);
    }

    public override void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0} 半徑：{1}，面積：{2}", _name, _radius, this.Area());
    }
}

　　Rectangle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

/// <summary>
/// 矩形
/// </summary>
public class Rectangle : Shape
{
    private double _width;
    private double _height;

    public Rectangle(string name, double width, double height)
        : base(name)
    {
        this._width = width;
        this._height = height;
    }

    public override double Area()
    {
        return _width * _height;
    }

    public override void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0} 長：{1}，寬：{2}，面積：{3}", _name, _width, _height, this.Area());
    }
}

　　Triangle.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

/// <summary>
/// 三角形
/// </summary>
public class Triangle : Shape
{
    private double _a;
    private double _b;
    private double _c;

    /// <summary>
    /// 三角形構造函數
    /// 參數：三角形名稱和三條邊長
    /// </summary>
    /// <param name="name">三角形名稱</param>
    /// <param name="a">第一條邊長</param>
    /// <param name="b">第二條邊長</param>
    /// <param name="c">第三條邊長</param>
    public Triangle(string name, double a, double b, double c)
        : base(name)
    {
        _a = a;
        _b = b;
        _c = c;
    }

    public override double Area()
    {
        double p = (_a + _b + _c) / 2;
        return Math.Sqrt(p * (p - _a) * (p - _b) * (p - _c));
    }

    public override void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0} 三條邊長：{1}，{2}，{3},面積：{3}", _name, _a, _b, _c, this.Area());
    }
}

3.3 實現關系（Realization）

　　實現是規格說明和其實現之間的關系，實現關系通常在類與接口之間的實現關系。

　　實現關系圖：

　　

3.4 關聯關系（Association）

　　關聯關系是一種結構關系，它指明一個事物的對象與另一個事物的對象之間的聯系。關聯關系比依賴關系更強，不存在依賴關系的偶然性，關系也不是臨時性的，而一般是長期性的。

3.4.1 單向關聯（DirectedAssociation）

　　場景：商品和訂單，訂單中包含商品信息，但商品中不包含訂單信息。

　　類之間單向關聯圖：

　　

　　C#實現：

　　Product.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

public class Product
{
    public int ProductID { get; set; }
    public string ProductName { get; set; }

    public void Add() { }

    public void Remove() { }

    protected void Find() { }
}

　　Order.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

public class Order
{
    public int OrderID { get; set; }

    public List<Product> GetProductsByOrderID(int orderID)
    {
        List<Product> products = new List<Product>();
        // 省略代碼
        return products;
    }
}

3.4.2 雙向關聯（Association）

　　場景：用戶與角色，一個用戶可以屬於多個角色，同時一個角色也可以擁有多個用戶。

　　類之間的雙向關聯圖：

　

　　C#實現：

　　User.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

public class User
{
    public int UserID { get; set; }
    public string UserName { get; set; }

    public List<Role> GetRolesByUserID(int userID)
    {
        return new List<Role>();
    }
}

　　Role.cs:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

public class Role
{
    public int RoleID { get; set; }
    public string RoleName { get; set; }

    public List<User> GetUsersByRoleID(int roleID)
    {
        return new List<User>();
    }
}

3.4.3 聚合關系（Aggregation）

　　聚合表示的是一種has-a的關系，是一種整體-部分關系，同時整體與部分之間又可以相互分離。整體與部分擁有相互獨立的生命周期，部分的生命周期並不由整體來管理決定。當整體這個對象已經不存在的時候，部分的對象還是可能繼續存在的。整體可以包含多個部分，部分可以屬於多個整體對象，也可以為多個整體對象共享。

　　場景：汽車與車輪，汽車有多個車輪。車輪使用周期結束，可以為汽車安裝新的車輪。同時汽車使用周期結束，可再用的車輪也可以卸下安裝到其他的汽車上。

　　聚合關系圖：

　　

　　C#實現：

Wheel wheel = new Wheel();
Car car = new Car(wheel);

　　或者

Car car = new Car(new Wheel());

　　Car與Wheel的生命周期相互獨立。

3.4.4 組合關系（Composition）

　　組合關系是聚合關系的另一種形式，體現的是一種contains-a的關系，但是整體與部分擁有共同是生命周期，整體與部分不可分，一旦整體對象不存在，部分對象也將不存在。子類對象的生命周期依賴於父類的生命周期。

　　場景：公司（Company）與公司內部設置的部門（Department），一個Company對象至少有一個Department對象，當Company對象被銷毀時，Department對象也將同時被銷毀。

　　組合關系圖：

　　

　　C#實現：

public class Department ()
{
        // 省略代碼
}
pulic class Company ()
{
        Department d = new Department ();
        // 省略代碼
}

　　Department對象在Company對象中創建，當Company對象的生命周期結束的時候，Department對象的生命周期同時也結束。