【系统架构】深入理解类图

约定不等于承诺〃 2023-10-11 17:26 22阅读 0赞

**目录**

一、前言

二、什么是类图

三、类图的要素

1、类（Class）

2、接口（Interface）

3、关联（Association）

4、继承（Inheritance）

5、依赖（Dependency）

6、聚合（Aggregation）和组合（Composition）

四、类图的应用

1、系统设计

2、沟通和交流

3、代码生成

4、重构和优化

五、六大类间关系

1、泛化（继承）

2、实现(Realization)

3、关联(Association)

4、聚合(Aggregation)

5、组合(Composition)

6、依赖(Dependency)

六、类和对象

七、总结

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## 一、前言 ##

在面向对象设计中，类图是最常用的工具之一，用于表现类、接口、关联、继承等在软件系统中的结构和关系。本文将深入探讨类图的定义、要素、关系以及如何应用类图指导面向对象设计。

## 二、什么是类图 ##

类图是面向对象建模中最常用的图表之一，用于表示类、接口、关联、继承等在软件系统中的结构和关系。它们为开发人员提供了一种高层次的视图，有助于更好地理解和沟通系统的设计。

## 三、类图的要素 ##

### **1、类（Class）** ###

类是对象模型中的基本构建块，表示一组具有相似属性和行为的对象。它由类名、属性和方法组成。

### **2、接口（Interface）** ###

接口定义了一组方法签名，任何类都可以实现这些方法，以满足特定的契约。

### **3、关联（Association）** ###

关联表示类之间的连接，反映了它们之间的关系。关联可以是双向的、单向的，也可以具有多重性和角色。

### **4、继承（Inheritance）** ###

继承表示一个类从另一个类派生，并继承了父类的属性和方法。它支持代码重用和层次结构的建立。

### **5、依赖（Dependency）** ###

依赖表示一个类在实现中使用了另一个类，但不是紧密耦合的关系。一个类的变化可能会影响到依赖的类。

### **6、聚合（Aggregation）和组合（Composition）** ###

聚合表示整体与部分之间的关系，组合是一种更强的聚合关系，整体和部分的生命周期是紧密相关的。

## 四、类图的应用 ##

### **1、系统设计** ###

通过绘制类图，可以设计和规划系统的结构，定义类和其关系。

### **2、沟通和交流** ###

类图提供了一种可视化的方式来沟通设计思想，使开发团队在设计阶段保持一致。

### **3、代码生成** ###

类图可以用于生成代码框架，从而加速开发过程，降低错误率。

### **4、重构和优化** ###

分析类图可以帮助发现系统中的问题，并进行重构和优化

## 五、六大类间关系 ##

> 强弱关系：继承>实现>组合>聚合>关联>依赖

### 1、泛化（继承） ###

类的继承结构表现在UML中为：泛化(generalize)与实现(realize)：

继承关系为 is-a的关系；两个对象之间如果可以用 is-a 来表示，就是继承关系：（..是..)

eg：自行车是车、猫是动物

泛化关系用一条带空心箭头的直接表示；如下图表示（A继承自B）

![format_png][]

eg：汽车在现实中有实现，可用汽车定义具体的对象；汽车与SUV之间为泛化关系；

![format_png 1][]

注：最终代码中，泛化关系表现为继承非抽象类

class SUV extends SmallCar{
     
      @Override
      public void drive() {
         print("Go To Paris");
        }
    }

### 2、实现(Realization) ###

实现关系用一条带空心箭头的虚线表示；

eg：”车”为一个抽象概念，在现实中并无法直接用来定义对象；只有指明具体的子类(汽车还是自行车)，才 可以用来定义对象（”车”这个类在C++中用抽象类表示，在JAVA中有接口这个概念，更容易理解）

![format_png 2][]

注：最终代码中，实现关系表现为继承抽象类；

class SmallCar implements Car{
     
       @Override
       public void drive() {
     
     }
    }

### 3、关联(Association) ###

关联关系是用一条直线表示的；它描述不同类的对象之间的结构关系；它是一种静态关系， 通常与运行状态无关，一般由常识等因素决定的；它一般用来定义对象之间静态的、天然的结构； 所以，关联关系是一种“强关联”的关系；

比如，乘车人和车票之间就是一种关联关系；学生和学校就是一种关联关系；

关联关系默认不强调方向，表示对象间相互知道；如果特别强调方向，如下图，表示A知道B，但 B不知道A；

![format_png 3][]

注：在最终代码中，关联对象通常是以成员变量的形式实现的；

public class Passenger {
     
       private Ticket ticket;
    }

### 4、聚合(Aggregation) ###

聚合关系用一条带空心菱形箭头的直线表示，如下图表示A聚合到B上，或者说B由A组成；

![format_png 4][]

聚合关系用于表示实体对象之间的关系，表示整体由部分构成的语义；例如一个部门由多个员工组成；

与组合关系不同的是，整体和部分不是强依赖的，即使整体不存在了，部分仍然存在；例如， 部门撤销了，人员不会消失，他们依然存在；

public class People {
     
       private Person p1;
     
       private Person p2;
     
    }

### 5、组合(Composition) ###

组合关系用一条带实心菱形箭头直线表示，如下图表示A组成B，或者B由A组成；

![format_png 5][]

与聚合关系一样，组合关系同样表示整体由部分构成的语义；比如公司由多个部门组成；

但组合关系是一种强依赖的特殊聚合关系，如果整体不存在了，则部分也不存在了；例如， 公司不存在了，部门也将不存在了；

public class Company {
     
       private Department a;
     
       public Company(){
          a = new Department();
       }
    }

### 6、依赖(Dependency) ###

依赖关系是用一套带箭头的虚线表示的；如下图表示A依赖于B；他描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系；

![format_png 6][]

与关联关系不同的是，它是一种临时性的关系，通常在运行期间产生，并且随着运行时的变化； 依赖关系也可能发生变化；

显然，依赖也有方向，双向依赖是一种非常糟糕的结构，我们总是应该保持单向依赖，杜绝双向依赖的产生；

注：在最终代码中，依赖关系体现为类构造方法及类方法的传入参数，箭头的指向为调用关系；依赖关系除了临时知道对方外，还是“使用”对方的方法和属性；

abstract class Animal{
       public live(Oxygen oxygen, Water water){
       }
    }

## 六、类和对象 ##

对象是描述客观世界中某个具体的实体，而类是对一类具有相同特征的对象的描述。对象是类的实例。在UML中类可表示为一个划分为三个格子的长方形，第一个格子包含类名，中间的格子包含类的属性，最后个格子包含类的操作。如下图：

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+表示public
    -表示private  
    #表示protected 
    ~表示default,也就是包权限  
    _下划线表示static  
    斜体表示抽象

## 七、总结 ##

类图是面向对象设计的重要工具，它们为软件系统的结构和关系提供了可视化表示。通过了解类图的元素和关系，开发人员可以更好地进行系统设计、沟通和交流，从而创建高质量和易维护的软件系统。

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