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绘制和使用UML类图

概述

UML图是程序员必须学会的基础知识,这篇文章介绍了UML类图的使用方法。

什么是 UML 类图

UML (Uinfied Modeling Language),统一建模语言,是广泛使用的开发建模工具,是面向对象设计的建模工具,独立于任何具体程序设计语言。UML图有用例图、协作图、活动图、序列图、部署图、构件图、类图、状态图,其中类图用于描述系统中的类,以及各个类之间的关系,是使用频率最高的UML图之一。

UML 类图元素

类图用于描述类以及类之间的关系,帮助读者理解系统设计。

类封装了数据和行为,是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称。

类图中分为三个部分,分别是:

  • 类名

    在类名上还可以增加注释明确说明类的类型或功能,如 <<Interface>> 接口、<<abstract>> 抽象类、<<Service>> 服务类、<<enumeration>> 枚举类。

  • 属性

    表示方式:可见性 属性名: 类型 [=初始值]

    可见性包括:+ 公有(public)、- 私有(private)、# 受保护(protected)

    类型可以是基本数据类型,也可以是用户自定义类型,如自定义的类

    初始值是一个可选项

  • 方法

    表示方式: 可见性 方法名(参数列表) [:返回值类型]

    可见性与属性的可见性相同。

    参数列表中参数个数是任意的,可以没有参数,多个参数以逗号 , 分隔。

    返回值类型是一个可选项,可以是基础数据类型或自定义类型,还可以是 void,表示返回值为空。如果是构造方法,则无返回类型。

classDiagram
class Employee{
- name: String
- age: int = 18
+setName() void
+getName(String name)String
}

类与类之间的关系

泛化

继承关系,子类继承父类的特征和行为。

表现形式:实线,带三角箭头,箭头指向父类。

classDiagram
class Vehicle
Vehicle : move()
Vehicle <|-- Car
实现

类与接口的关系,类实现接口所有特性和行为。

表现形式:虚线,带三角箭头,箭头指向接口。

classDiagram
class Shape
<> Shape
Shape : + draw()
Shape <|.. Circle
关联

最常见的一种关系,表示一类对象与另一类对象之间又联系,如汽车和轮胎,班级和学生等。

UML 类图中用实线连接有关联关系的类,在 java 中实现关联关系时,通常表现为一个类的对象作为另一个类的成员变量。

表现形式:实线,双向关联可以有两个箭头,也可以没有箭头;单向关联有一个箭头,指向被拥有者。

classDiagram
Teacher "m" -- "n" Student
Student "1" --> "1..n" Caurse
SingleDog "1" --> "1" SingleDog
聚合

整体与部分的关系,部分可以离开整体单独存在。是一种较强的关联关系,如汽车和轮胎,轮胎是汽车的一部分,而又可以单独存在。

在代码中表现为部分作为整体的成员变量。

表现形式:实线,带空心菱形和箭头,菱形指向整体,箭头指向部分。

classDiagram
Car "1" o--> "1" Engine
Car "1" o--> "4" Wheel
组合

整体与部分的关系,部分不能离开整体单独存在。如公司和部门,没有公司就没有部门。

在代码中表现为部分作为整体的成员变量。

表现形式:实线,带实心菱形和箭头,菱形指向整体,箭头指向部分。

classDiagram
class Face
Face *--> Eye
Face *--> Nose
Face *--> Mouth
依赖

是一种使用的关系,一个类的实现需要另一个类的协助。如大学生和手机,现在的大学生已经对手机产生了强烈的依赖。

在代码中表现为作为局部变量、方法的参数,或对静态方法的调用。

表现形式:虚线,带箭头,箭头指向被使用者。

classDiagram
CollegeStudent ..> CellPhone

示例

classDiagram
class JobHistory{
	startDate: Instant
	endDate: Instant
	language: Language
}
JobHistory ..> Language
class Language{
	<>
	FRENCH
	ENGLISH
	SPANISH
}
JobHistory "1..1" -- Department
class Department{
	departmentName: String*
}
Department "1..1" -- Location
class Location{
	streetAddress: String
	postalCode: String
	city: String
	stateProvince: String
}
Location "1..1" -- Country
class Country{
	countryName: String
}
Country "1..1" -- Region
class Region{
	regionName:String
}
Employee o--> Department
Employee --> Employee
class Employee{
	firstName: String
	lastName: String
	email: String
	phoneNumber: String
	hireDate: Instant
	salary: Long
	commissionPct: Long
}
JobHistory -- Employee
Employee "1..*" -- Job
class Job{
	jobTitle: String
	minSalary: Long
	maxSalary: Long
}
JobHistory "1..1" -- Job
Job "*..*" -- Task
class Task{
	title: String
	description: String
}

绘制工具

在线工具

ProcessOn

地址:https://www.processon.com/

ProcessOn是一个在线作图工具的聚合平台。

支持流程图、思维导图、UI原型图、UML、网络拓扑图、组织结构图等等。

支持团队实时协作。

支持导出图片文件。

Draw.io

地址:https://www.diagrams.net/

开源的网页绘图设计工具,github 地址 : https://github.com/jgraph/drawio

支持流程图、图表、网络图、UML图、商务图等。

支持中文以及多种语言。

支持 github 登陆,可以将文件(.drawio 文件) 直接存储到 github 仓库中。

绘制软件

亿图 (付费)

地址: http://www.edrawsoft.cn/

亿图图示是一个简单易用的图形表达工作台,既能实现流程图、架构图、工程图、思维导图等数百种专业领域图形图表的绘制,又能提供一个白板进行头脑风暴和任意编排,轻松实现数据和创意的可视化呈现。支持Windows、Mac、Linux及网页版,一端创作,多端同步。

其他相关绘图技术

PlantUML

地址: https://plantuml.com/zh/

PlantUML 是一个开源项目,支持用文字描述的方式来定义时序图、用例图、类图、状态图等。

在很多 IDE 中,可以安装插件来支持 PlantUML,如 Eclipse、Intellij idea、VS code 等。

Markdown

在 Markdown 文档中,可以使用 mermaid 图编写类图。

更多语法参考官方文档:https://mermaid-js.github.io/mermaid/#/classDiagram

如:

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classDiagram
Client --> AbstractFactory
Client --> AbstractProduct
AbstractFactory <|-- ConcreteFactory
AbstractProduct <|-- ConcreteProduct
class AbstractFactory{
+createProduct()
}

效果:

classDiagram
    Client --> AbstractFactory
    Client --> AbstractProduct
    AbstractFactory <|-- ConcreteFactory
    AbstractProduct <|-- ConcreteProduct
    class AbstractFactory{
        +createProduct()
    }

参考资料

总结

UML 是一套标准的设计工具,用来阐述程序设计非常方便,而且通用,用这个跟别人交流能够让人快速了解程序设计。UML类图用来描述程序中的类设计,能反映出数据库设计,以及业务逻辑设计,学好和使用好 UML 类图对于程序开发非常重要。