1、概述

在UML 2.0的13種圖形中，類圖是使用頻率最高的UML圖之一。Martin Fowler在其著作《UML Distilled: A Brief Guide to the Standard Object Modeling Language, Third Edition》（《UML精粹：標(biāo)準(zhǔn)對象建模語言簡明指南（第3版）》）中有這么一段：“If someone were to come up to you in a dark alley and say, 'Psst, wanna see a UML diagram?' that diagram would probably be a class diagram. The majority of UML diagrams I see are class diagrams.”（“如果有人在黑暗的小巷中向你走來并對你說：‘嘿，想不想看一張UML圖？’那么這張圖很有可能就是一張類圖，我所見過的大部分的UML圖都是類圖”），由此可見類圖的重要性。
==類圖==用于描述系統(tǒng)中所包含的類以及它們之間的相互關(guān)系，幫助人們簡化對系統(tǒng)的理解，它是==系統(tǒng)分析和設(shè)計階段的重要產(chǎn)物，也是系統(tǒng)編碼和測試的重要模型依據(jù)==。
==類圖(Class Diagram)==使用出現(xiàn)在系統(tǒng)中的不同類來描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，它用來描述不同的類以及它們之間的關(guān)系。

2、類圖的元素

在類圖中一共包含了以下幾種模型元素，分別是：類（Class）、接口（Interface）、依賴（Dependency）關(guān)系、泛化（Generalization）關(guān)系、關(guān)聯(lián)（Association）關(guān)系、聚合關(guān)系（Aggregation）、組合關(guān)系（Composition）和實現(xiàn)（Realization）關(guān)系。本節(jié)介紹類、接口，下一節(jié)具體介紹各種關(guān)系。

2.1 類

在面向?qū)ο螅∣O) 編程中，類是對現(xiàn)實世界中一組具有相同特征的物體的抽象。包括名稱、屬性和操作。

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2.2 接口

接口是一種特殊的類，具有類的結(jié)構(gòu)但不可被實例化，只可以被實現(xiàn)（繼承）。在UML中，接口使用一個帶有名稱的小圓圈來進行表示。也可以說，是在沒有給出對象的實現(xiàn)和狀態(tài)的情況下對對象行為的描述。
與類圖不同，是頂部有一個《interface》顯示：

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也可以是一個空心圓表示：

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3、類的關(guān)系

在UML類圖中，常見的有以下幾種關(guān)系: 泛化（Generalization）, 實現(xiàn)（Realization），關(guān)聯(lián)（Association)，聚合（Aggregation），組合(Composition)，依賴(Dependency)。
各種關(guān)系的強弱順序：

    泛化 = 實現(xiàn) > 組合 > 聚合 > 關(guān)聯(lián) > 依賴 

3.1 泛化（Generalization）

【泛化關(guān)系】：是一種繼承關(guān)系，表示一般與特殊的關(guān)系，它指定了子類如何特化父類的所有特征和行為。例如：老虎是動物的一種，即有老虎的特性也有動物的共性。
【箭頭指向】：帶三角箭頭的實線，箭頭指向父類
【java表示方法】：==extends==
【類的種類】：都可以

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3.2 實現(xiàn)（Realization）

【實現(xiàn)關(guān)系】：是一種類與接口的關(guān)系，表示類是接口所有特征和行為的實現(xiàn).
【箭頭指向】：帶三角箭頭的虛線，箭頭指向接口
【java表示方法】：==implements==
【類的種類】：主要控制類(Control Class)，service，dao

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3.3 關(guān)聯(lián)（Association)

【關(guān)聯(lián)關(guān)系】：是一種擁有的關(guān)系，它使一個類知道另一個類的屬性和方法；如：老師與學(xué)生，丈夫與妻子關(guān)聯(lián)可以是雙向的，也可以是單向的。雙向的關(guān)聯(lián)可以有兩個箭頭或者沒有箭頭，單向的關(guān)聯(lián)有一個箭頭。
【代碼體現(xiàn)】：成員變量
【箭頭及指向】：帶普通箭頭的實心線，指向被擁有者
【類的種類】：主要是實體類(Entity Class)，

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上圖中，老師與學(xué)生是雙向關(guān)聯(lián)，老師有多名學(xué)生，學(xué)生也可能有多名老師。但學(xué)生與某課程間的關(guān)系為單向關(guān)聯(lián)，一名學(xué)生可能要上多門課程，課程是個抽象的東西他不擁有學(xué)生。
下圖為自身關(guān)聯(lián)：

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3.4 聚合（Aggregation）

【聚合關(guān)系】：是整體與部分的關(guān)系，且部分可以離開整體而單獨存在。如車和輪胎是整體和部分的關(guān)系，輪胎離開車仍然可以存在。
聚合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是強的關(guān)聯(lián)關(guān)系；關(guān)聯(lián)和聚合在語法上無法區(qū)分，必須考察具體的邏輯關(guān)系。
【代碼體現(xiàn)】：成員變量
【箭頭及指向】：帶空心菱形的實心線，菱形指向整體
【類的種類】：主要是實體類(Entity Class)

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3.5 組合(Composition)

【組合關(guān)系】：是整體與部分的關(guān)系，但部分不能離開整體而單獨存在。如公司和部門是整體和部分的關(guān)系，沒有公司就不存在部門。
組合關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是比聚合關(guān)系還要強的關(guān)系，它要求普通的聚合關(guān)系中代表整體的對象負(fù)責(zé)代表部分的對象的生命周期。
【代碼體現(xiàn)】：成員變量
【箭頭及指向】：帶實心菱形的實線，菱形指向整體

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3.6 依賴(Dependency)

【依賴關(guān)系】：是一種使用的關(guān)系，即一個類的實現(xiàn)需要另一個類的協(xié)助，所以要盡量不使用雙向的互相依賴.
【代碼表現(xiàn)】：局部變量、方法的參數(shù)或者對靜態(tài)方法的調(diào)用，==@Autowired==
【箭頭及指向】：帶箭頭的虛線，指向被使用者

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4、簡單的示例

4.1 實例分析1——登錄模塊

某基于C/S的即時聊天系統(tǒng)登錄模塊功能描述如下：
用戶通過登錄界面(LoginForm)輸入賬號和密碼，系統(tǒng)將輸入的賬號和密碼與存儲在數(shù)據(jù)庫(User)表中的用戶信息進行比較，驗證用戶輸入是否正確，如果輸入正確則進入主界面(MainForm)，否則提示“輸入錯誤”。
根據(jù)以上描述繪制初始類圖。
參考解決方案：
參考類圖如下：

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考慮到系統(tǒng)擴展性，在本實例中引入了抽象數(shù)據(jù)訪問接口IUserDAO，再將具體數(shù)據(jù)訪問對象注入到業(yè)務(wù)邏輯對象中，可通過配置文件（如XML文件）等方式來實現(xiàn)，將具體的數(shù)據(jù)訪問類類名存儲在配置文件中，如果需要更換新的具體數(shù)據(jù)訪問對象，只需修改配置文件即可，原有程序代碼無須做任何修改。
類說明：

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方法說明：

圖片.png

4.2 實例分析2——注冊模塊

某基于Java語言的C/S軟件需要提供注冊功能，該功能簡要描述如下：
用戶通過注冊界面(RegisterForm)輸入個人信息，用戶點擊“注冊”按鈕后將輸入的信息通過一個封裝用戶輸入數(shù)據(jù)的對象(UserDTO)傳遞給操作數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問類，為了提高系統(tǒng)的擴展性，針對不同的數(shù)據(jù)庫可能需要提供不同的數(shù)據(jù)訪問類，因此提供了數(shù)據(jù)訪問類接口，如IUserDAO，每一個具體數(shù)據(jù)訪問類都是某一個數(shù)據(jù)訪問類接口的實現(xiàn)類，如OracleUserDAO就是一個專門用于訪問Oracle數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問類。
根據(jù)以上描述繪制類圖。為了簡化類圖，個人信息僅包括賬號(userAccount)和密碼(userPassword)，且界面類無需涉及界面細(xì)節(jié)元素。

參考解決方案：
在以上功能說明中，可以分析出該系統(tǒng)包括三個類和一個接口，這三個類分別是注冊界面類RegisterForm、用戶數(shù)據(jù)傳輸類UserDTO、oracle用戶數(shù)據(jù)訪問類OracleUserDAO，接口是抽象用戶數(shù)據(jù)訪問接口IUserDAO。它們之間的關(guān)系如下：
(1) 在RegisterForm中需要使用UserDTO類傳輸數(shù)據(jù)且需要使用數(shù)據(jù)訪問類來操作數(shù)據(jù)庫，因此RegisterForm與UserDTO和IUserDAO之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，在RegisterForm中可以直接實例化UserDTO，因此它們之間可以使用組合關(guān)聯(lián)。
(2) 由于數(shù)據(jù)庫類型需要靈活更換，因此在RegisterForm中不能直接實例化IUserDAO的子類，可以針對接口IUserDAO編程，再通過注入的方式傳入一個IUserDAO接口的子類對象（在本書后續(xù)章節(jié)中將學(xué)習(xí)如何具體實現(xiàn)），因此RegisterForm和IUserDAO之間具有聚合關(guān)聯(lián)關(guān)系。
(3) OracleUserDAO是實現(xiàn)了IUserDAO接口的子類，因此它們之間具有類與接口的實現(xiàn)關(guān)系。
(4) 在聲明IUserDAO接口的增加用戶信息方法addUser()時，需要將在界面類中實例化的UserDTO對象作為參數(shù)傳遞進來，然后取出封裝在UserDTO對象中的數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)庫，因此addUser()方法的函數(shù)原型可以定義為：public boolean addUser(UserDTO user)，在IUserDAO的方法addUser()中將UserDTO類型的對象作為參數(shù)，故IUserDAO與UserDTO存在依賴關(guān)系。
通過以上分析，該實例參考類圖如圖1所示：

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注意：在繪制類圖或其他UML圖形時，可以通過注釋(Comment)來對圖中的符號或元素進行一些附加說明，如果需要詳細(xì)說明類圖中的某一方法的功能或者實現(xiàn)過程，可以使用如圖2所示表示方式：

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4.3 實例分析3——售票機控制程序

某運輸公司決定為新的售票機開發(fā)車票銷售的控制軟件。圖I給出了售票機的面板示意圖以及相關(guān)的控制部件。

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售票機相關(guān)部件的作用如下所述：
(1) 目的地鍵盤用來輸入行程目的地的代碼（例如，200表示總站）。
(2) 乘客可以通過車票鍵盤選擇車票種類（單程票、多次往返票和座席種類）。
(3) 繼續(xù)/取消鍵盤上的取消按鈕用于取消購票過程，繼續(xù)按鈕允許乘客連續(xù)購買多張票。
(4) 顯示屏顯示所有的系統(tǒng)輸出和用戶提示信息。
(5) 插卡口接受MCard（現(xiàn)金卡），硬幣口和紙幣槽接受現(xiàn)金。
(6) 打印機用于輸出車票。
(7) 所有部件均可實現(xiàn)自檢并恢復(fù)到初始狀態(tài)。
現(xiàn)采用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)該系統(tǒng)，使用UML進行建模，繪制該系統(tǒng)的初始類圖。
參考解決方案：
參考類圖如下：

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類說明：

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方法說明：

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