UML（统一建模语言）

🕗 发布于 2024-10-17 09:21 uml

面向对象设计主要就是使用UML的类图，类图用于描述系统中所包含的类以及它们之间的相互关系，帮助人们简化对系统的理解，它是系统分析和设计阶段的重要产物，也是系统编码和测试的重要模型依据。

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类的UML画法

类（class / struct）封装了数据和行为，是面向对象的重要组成部分，它是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称。

在系统中，每个类都具有一定的职责，职责指的是类要完成什么样子的功能，要承担什么样子的义务。一个类可以有多种职责，但是设计得好的类一般只有一种职责。

class Hunter
{
public:
    int m_age = 32;
    static int m_times;
    string getName()
    {
        return m_name;
    }

    void setName(string name)
    {
        m_name = name;
    }

    void goHunting()
    {
        aiming();
        shoot();
    }
    static void saySorry()
    {
        string count = to_string(m_times);
        cout << "Say sorry to every animal " + count + " times!" << endl;
    }

protected:
    string m_name = "Jack";
    void aiming()
    {
        cout << "使用" + m_gunName + "瞄准猎物..." << endl;
    }

private:
    string m_gunName = "AK-47";
    void shoot()
    {
        cout << "使用" + m_gunName + "射击猎物..." << endl;
    }
};
int Hunter::m_times = 3;

类图分为上中下三部分：上层是类名；中层是属性（类的成员变量），下次是方法（类的成员函数）

访问权限：+ 代表 public 、 # 代表 protected 、 - 表示 private
_（下划线）表示static
属性：【可见性】【属性名称】：【类型】={缺省值，可选}
方法：【可见性】【方法名称】（【参数名：参数类型，......】）：【返回值】

如果我们定义的类是一个抽象类（类中有纯虚函数），在画UML类图的时候，类名和虚函数需要使用斜体显示，如果是纯虚函数则需要在最后函数指定 = 0

继承关系

继承也叫作泛化（Generalization），用于描述父子类之间的关系，父类又称为基类或者超类，子类又称作派生类。在UML中，泛化关系用带空心三角形的实线来表示。（从子类指向父类）

关于继承关系一共有两种：普通继承关系和抽象继承关系，但是不论哪一种表示继承关系的线的样式是不变的。

class Bird
{
public:
    string getName()
    {
        return m_name;
    }

    void setName(string name)
    {
        m_name = name;
    }

    virtual void fly() {}
    virtual void eat() {}
protected:
    string m_sex;
    string m_name;
};

class Cuckoo : public Bird
{
public:
    void fly() override
    {
        cout << "我拍打翅膀飞行..." << endl;
    }

    void eat() override
    {
        cout << "我喜欢吃肉肉的小虫子..." << endl;
    }
};

class Eagle : public Bird
{
public:
    void fly() override
    {
        cout << "我展翅翱翔..." << endl;
    }

    void eat() override
    {
        cout << "我喜欢吃小动物..." << endl;
    }
};

父类Bird中的fly()和eat()是虚函数，它有两个子类Cuckoo和Eagle在这两个子类中重写了父类的虚函数，在使用带空心三角的实现表示继承关系的时候，有空心三角的一端指向父类，另一端连接子类。

关联关系

关联（Assocition）关系是类与类之间最常见的一种关系，它是一种结构化的关系，表示一个对象与另一个对象之间有联系，如汽车和轮胎、师傅和徒弟、班级和学生等。在UML类图中，用（带接头或不带箭头的）实线连接有关联关系的类。在C++中这种关联关系在类中是这样体现的，通常将一个类的对象作为另一个类的成员变量。

类之间的关联关系有三种，分别是：单向关联、双向关联、自关联。

单向关联

单向关联指的是关联只有一个方向，比如每个孩子（Child）都拥有一个父亲（Parent）

class Parent
{
};

class Child
{
private:
    Parent m_father;
};

如果是单向关联，使用的连接线是带单向箭头的实线, 哪个类作为了当前类的成员变量，那么箭头就指向哪个类。在这个例子中 Parent 类作为了Child 类的成员变量，因此箭头端应该指向Parent 类，另一端连接 Child 类。

双向关联

你中有我，我中有你

class Parent
{
private:
    Child m_son;
};

class Child
{
private:
    Parent m_father;
};

或者使用双向箭头表示

自关联关系

自关联指的就是当前类中包含一个自身类型的对象成员，这在链表中非常常见，单向链表中都会有一个指向自身节点类型的后继指针成员，而双向链表中会包含一个指向自身节点类型的前驱指针和一个指向自身节点类型的后继指针。就以双向链表节点类为例，它的C++写法为：

class Node 
{
private:
    void* m_data;
    Node* m_prev;
    Node* m_next;
};

一般使用带箭头的实线来描述自关联关系，我中有我。但是有些UML绘图软件表示类与类的关联关系，使用的就是一条实线，没有箭头。

聚合关系

聚合（Aggregation）关系表示整体与部分的关系。在聚合关系中，成员对象是整体的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象独立存在。在UML中聚合关系用带空心菱形的直线表示，下面举两个聚合关系的例子：

汽车（Car）与引擎（Engine）、轮胎（Wheel）、车灯（Light）
森林（Forest）与植物（Plant）、动物（Animal）、水（Water）、阳光（Sunshine）

class Plant
{
    // 植物
};

class Animal
{
    // 动物
};

class Water
{
    // 水
};

class Sunshine
{
    // 阳光
};

class Forest
{
public:
    Forest(Plant p, Animal a, Water w, Sunshine s) : 
        m_plant(p),m_animal(a),m_water(w),m_sun(s)
    {
    }
private:
    Plant m_plant;
    Animal m_animal;
    Water m_water;
    Sunshine m_sun;
};

uml一般只需要画出关键函数即可，关于析构函数和构造函数看你喜欢！

~+ ~Forest( )表示公共析构函数

部分与整体之间并没有相同的生命周期，整体消亡后部分可以独立存在。就像大雁和雁群是聚合关系。代码实现时，整体类中传入一个部分类的指针，部分类已经在整体类外被构造，因而在整体类析构的时候，部分类并没有被析构。

组合关系

组合（Composition）关系也表示的是一种整体和部分的关系，但是在组合关系中整体对象可以控制成员对象的生命周期，一旦整体对象不存在，成员对象也不存在，整体对象和成员对象之间具有同生共死的关系。

在UML中组合关系用带实心菱形的直线表示，下面举两个组合关系的例子：

头（Head）和嘴巴（Mouth）、鼻子（Nose）、耳朵（Ear）、眼睛（Eye）
树（Tree）和树根（Root）、树干（Trunk）、树枝（Branch）、树叶（Leaf）

因为头没了，嘴巴、鼻子...都没了

class Root
{
};

class Trunk
{
};

class Branch
{
};

class Leaf
{
};

class Tree
{
public:
    Tree()
    {
        m_root = new Root;
        m_trunk = new Trunk;
        m_branch = new Branch;
        m_leaf = new Leaf;
    }
    ~Tree()
    {
        delete m_root;
        delete m_trunk;
        delete m_branch;
        delete m_leaf;
    }
private:
    Root* m_root;
    Trunk* m_trunk;
    Branch* m_branch;
    Leaf* m_leaf;
};

依赖关系

依赖（Dependency）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，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。

在UML中依赖关系用带箭头的虚线表示，由依赖的一方指向被依赖的一方

可以用排除法（排除前面几种）来确定

依赖关系通常通过三种方式来实现：

①将一个类的对象作为另一个类中方法的参数
②在一个类的方法中将另一个类的对象作为其对象的局部变量
③在一个类的方法中调用另一个类的静态方法

驾驶员（Driver）开车，需要将车（Car）对象作为参数传递给 Driver 类的drive（）方法。

class Car 
{ 
public: 
    void move() {}
}; 

class Driver 
{
public: 
    void drive(Car car) 
    { 
        car.move(); 
    } 
};

树木（Tree）的生长，需要将空气（Air）、水（Water）、土壤（Soil）对象作为参数传递给 Tree 类的 grow（）方法。

class Water
{
};

class Air
{
};

class Soil
{
};

class Tree
{
public:
    void grow(Water w, Air a, Soil s) 
    {
        cout << "借助 w 中的水分, s 中的养分和 a 中的二氧化碳, 我就可以茁壮成长了";
    }
};

类之间的关系强弱顺序是这样的：继承（泛化） > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖。

关联关系、聚合关系、组合关系之间的区别

实际应用中，这三种关系的界限划分其实没有那么清楚，有些时候我们会感觉组合和聚合没什么区别，所以，在设计的时候没必要死抠细节，只要能够利用对象之间的关系设计出可行的解决方案即可。

①朋友之间属于关联关系，因为这种关系是平等的，关联关系只是用于表示两个对象之间的一种简单的联系而已。
②图书馆看书的时候，人和书属于聚合关系。书是可以独立存在的，而且书不仅可以属于自己，也可以属于别人。
③人和自己的心脏属于组合关系，因为心脏不能脱离人体而独自存在。
参考: 爱编程的大丙

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_62407354/article/details/142894125

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