浅析UML类图

一、前言

UML这三个字母的全称是Unified Modeling Language,直接翻译就是统一建模语言,简单地说就是一种有特殊用途的语言。
类图(Class diagram)是显示了模型的静态结构,特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。
类图不显示暂时性的信息。类图是面向对象建模的主要组成部分。它既用于应用程序的系统分类的一般概念建模,也用于详细建模,将模型转换成编程代码。类图也可用于数据建模。

二、类的结构

类图分为三层;第一层显示的是类名,如果是抽象类,则用斜体显示,接口则需在上方加上<<interface>>。第二层是类的特性,通常是字段和属性。第三层是类的操作,通常是方法或行为。注意其中的符号:+代表public,#代表protected,-代表private。

如下图所示:


image

另外,还可以用冒号:表明属性的类型和方法的返回类型,如+$name:string、+getName():string。当然,类型说明并非必须。

三、类与类(或接口)之间的关系

类与类之间的关系主要有六种:继承(类)、实现(接口)、组合、聚合、关联和依赖,这六种关系的箭头表示如下:


image

1、继承

继承关系也称泛化关系(Generalization),用于描述父类与子类之间的关系。
父类又称作基类,子类又称作派生类。
继承关系中,子类继承父类的所有功能,父类所具有的非私有属性、方法,子类应该都有。
子类中除了与父类一致的信息以外,还包括额外的信息。

例如:


image.png
<?php
class Animal
{
    public $name;
    public function run()
    {
        return '跑';
    }
}

class Dog extends Animal
{
    public function __construct()
    {
        $this->name = '狗';
    }
}

// 客户端代码
$line2 = new Dog;
echo $line2->name . $line2->run();

2、实现

实现关系(Implementation),主要用来规定接口和实现类的关系。
接口(包括抽象类)是方法的集合,在实现关系中,类实现了接口,类中的方法实现了接口声明的所有方法。
例如:


image.png
<?php
interface Fly
{
    public function fly();
}

class Bird implements Fly
{
    public $name;
    private $feather;

    public function __construct()
    {
        $this->name = '麻雀';
        $this->feather = '小翅膀';
    }

    public function fly()
    {
        return $this->name . '用' . $this->feather . '在飞翔';
    }
}

// 客户端代码
$bird = new Bird();
echo $bird->fly();

3、组合

组合关系(Composition):是一种强的‘拥有’关系,体现了严格的部分和整体的关系,整体与部分不可以分开,它们的生命周期一样;一旦整体对象不存在,部分对象也将不存在,是同生共死的关系。

例如:


image.png
<?php
class Feather
{
    public $name = '羽毛';
}

class Bird
{
    public $name;
    private $wing;

    public function fly()
    {
        $this->wing = new Feather();
        $this->name = '喜鹊';
        return $this->name . '用' . $this->wing->name . '在飞翔';
    }

}

// 客户端代码
$bird = new Bird;
echo $bird->fly();

4、聚合

聚合关系(Aggregation):表示类之间整体与部分的关系,是一种弱的‘拥有’关系,成员对象是整体对象的一部分,但是成员对象可以脱离整体对象独立存在。体现在:A对象可以包含B对象,但B对象不是A对象的一部分。
例如:


image.png
class WildGoose
{
    public $name = '大雁';
}

class Geese
{
    public $name;
    public $fly;

    public function flyV($wildGoose)
    {
        $this->name = $wildGoose->name;
        $this->fly = 'V形飞行';
    }

    public function flyY($wildGoose)
    {
        $this->name = $wildGoose->name;
        $this->fly = 'Y形飞行';
    }

    public function show()
    {
        return $this->name.$this->fly;
    }
}

// 客户端代码
$geese = new Geese();
$geese->flyV(new WildGoose());
echo $geese->show();
echo "\n";
$geese->flyY(new WildGoose());
echo $geese->show();

5、关联

关联关系(Association):表示一个类的属性保存了对另一个类的一个实例(或多个实例)的引用。
关联关系是类与类之间最常用的一种关系,表示一类对象与另一类对象之间有联系。
组合、聚合也属于关联关系,只是关联关系的类间关系比这两种要弱。
关联关系有四种:双向关联、单向关联、自关联、多重数关联。

在多重性关系中,可以直接在关联直线上增加一个数字,表示与之对应的另一个类的对象的个数。

1..1:仅一个
0..:零个或多个
1..
:一个或多个
0..1:没有或只有一个
m..n:最少m、最多n个 (m<=n)

例如:


image.png
class Bird
{
    public $name = '小鸟';
    public function live($input)
    {
        return $this->name.'居住在'.$input->name;
    }
}

class Tree
{
    public $name = '森林';
}

// 客户端代码
$bird = new Bird();
echo $bird->live(new Tree());

6、依赖

依赖关系(Dependence):假设A类的变化引起了B类的变化,则说名B类依赖于A类。
大多数情况下,依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。
依赖关系是一种“使用”关系,特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物,在需要表示一个事物使用另一个事物时使用依赖关系。
例如:


image.png
class Water
{
    public $name = '水';
}

class Oxygen
{
    public $name = '氧气';
}

class Bird
{
    public $name = '小鸟';

    public function drink($input)
    {
        return $this->name.'喝'.$input->name;
    }

    public function breathe($input)
    {
        return $this->name.'呼吸'.$input->name;
    }
}

// 客户端代码
$bird = new Bird();
echo $bird->drink(new Water());
echo "\n";
echo $bird->breathe(new Oxygen());

四、总结

这六种类关系中,组合、聚合和关联的代码结构一样,可以从关系的强弱来理解,各类关系从强到弱依次是:继承→实现→组合→聚合→关联→依赖。如下是完整的一张UML关系图。

image.png

本文中的类图使用线上画图工具完成:
https://www.processon.com/

代码部分后续将上传至github,到时再更新分享。

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