統(tǒng)一建模語言簡介
統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language牙咏，UML）是用來設(shè)計軟件藍圖的可視化建模語言巍棱，1997 年被國際對象管理組織（OMG）采納為面向?qū)ο蟮慕ＵZ言的國際標準很澄。它的特點是簡單、統(tǒng)一框往、圖形化焚廊、能表達軟件設(shè)計中的動態(tài)與靜態(tài)信息。
統(tǒng)一建模語言能為軟件開發(fā)的所有階段提供模型化和可視化支持撤防。而且融入了軟件工程領(lǐng)域的新思想虽风、新方法和新技術(shù)，使軟件設(shè)計人員溝通更簡明寄月，進一步縮短了設(shè)計時間辜膝，減少開發(fā)成本。它的應(yīng)用領(lǐng)域很寬漾肮，不僅適合于一般系統(tǒng)的開發(fā)厂抖，而且適合于并行與分布式系統(tǒng)的建模。
UML 從目標系統(tǒng)的不同角度出發(fā)克懊，定義了用例圖忱辅、類圖七蜘、對象圖、狀態(tài)圖墙懂、活動圖崔梗、時序圖、協(xié)作圖垒在、構(gòu)件圖蒜魄、部署圖等 9 種圖。
本教程主要介紹軟件設(shè)計模式中經(jīng)常用到的類圖场躯，以及類之間的關(guān)系谈为。另外，在實驗部分將簡單介紹 UML 建模工具的使用方法踢关，當前業(yè)界使用最廣泛的是 Rational Rose伞鲫。使用 Umlet 的人也很多，它是一個輕量級的開源 UML 建模工具签舞，簡單實用秕脓，常用于小型軟件系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計。
類儒搭、接口和類圖
1. 類
類（Class）是指具有相同屬性吠架、方法和關(guān)系的對象的抽象，它封裝了數(shù)據(jù)和行為搂鲫，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（OOP）的基礎(chǔ)傍药，具有封裝性、繼承性和多態(tài)性等三大特性魂仍。在 UML 中拐辽，類使用包含類名、屬性和操作且?guī)в蟹指艟€的矩形來表示擦酌。
(1) 類名（Name）是一個字符串俱诸，例如，Student赊舶。
(2) 屬性（Attribute）是指類的特性睁搭，即類的成員變量。UML 按以下格式表示：
<pre class="info-box">[可見性]屬性名:類型[=默認值]</pre>
例如：-name:String
注意：“可見性”表示該屬性對類外的元素是否可見锯岖，包括公有（Public）介袜、私有（Private）、受保護（Protected）和朋友（Friendly）4 種出吹，在類圖中分別用符號+遇伞、-、#捶牢、~表示鸠珠。
(3) 操作（Operations）是類的任意一個實例對象都可以使用的行為巍耗，是類的成員方法。UML 按以下格式表示：
<pre class="info-box">[可見性]名稱(參數(shù)列表)[:返回類型]</pre>
例如：+display():void渐排。
圖 1 所示是學生類的 UML 表示炬太。
圖1 Student 類
2. 接口
接口（Interface）是一種特殊的類，它具有類的結(jié)構(gòu)但不可被實例化驯耻，只可以被子類實現(xiàn)亲族。它包含抽象操作，但不包含屬性可缚。它描述了類或組件對外可見的動作霎迫。在 UML 中，接口使用一個帶有名稱的小圓圈來進行表示帘靡。
圖 2 所示是圖形類接口的 UMDL 表示知给。
圖2 Graph 接口
3. 類圖
類圖（ClassDiagram）是用來顯示系統(tǒng)中的類、接口描姚、協(xié)作以及它們之間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和關(guān)系的一種靜態(tài)模型涩赢。它主要用于描述軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，幫助人們簡化對軟件系統(tǒng)的理解轩勘，它是系統(tǒng)分析與設(shè)計階段的重要產(chǎn)物筒扒，也是系統(tǒng)編碼與測試的重要模型依據(jù)。
類圖中的類可以通過某種編程 語言直接實現(xiàn)赃阀。類圖在軟件系統(tǒng)開發(fā)的整個生命周期都是有效的霎肯，它是面向?qū)ο笙到y(tǒng)的建模中最常見的圖。圖 3 所示是“計算長方形和圓形的周長與面積”的類圖榛斯，圖形接口有計算面積和周長的抽象方法，長方形和圓形實現(xiàn)這兩個方法供訪問類調(diào)用搂捧。
圖3 “計算長方形和圓形的周長與面積”的類圖
類之間的關(guān)系
在軟件系統(tǒng)中驮俗，類不是孤立存在的，類與類之間存在各種關(guān)系允跑。根據(jù)類與類之間的耦合度從弱到強排列王凑，UML 中的類圖有以下幾種關(guān)系：依賴關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系聋丝、聚合關(guān)系索烹、組合關(guān)系、泛化關(guān)系和實現(xiàn)關(guān)系弱睦。其中泛化和實現(xiàn)的耦合度相等百姓，它們是最強的。
1. 依賴關(guān)系
依賴（Dependency）關(guān)系是一種使用關(guān)系况木，它是對象之間耦合度最弱的一種關(guān)聯(lián)方式垒拢，是臨時性的關(guān)聯(lián)旬迹。在代碼中，某個類的方法通過局部變量求类、方法的參數(shù)或者對靜態(tài)方法的調(diào)用來訪問另一個類（被依賴類）中的某些方法來完成一些職責奔垦。
在 UML 類圖中，依賴關(guān)系使用帶箭頭的虛線來表示尸疆，箭頭從使用類指向被依賴的類椿猎。圖 4 所示是人與手機的關(guān)系圖，人通過手機的語音傳送方法打電話寿弱。
圖4 依賴關(guān)系的實例
2. 關(guān)聯(lián)關(guān)系
關(guān)聯(lián)（Association）關(guān)系是對象之間的一種引用關(guān)系鸵贬，用于表示一類對象與另一類對象之間的聯(lián)系，如老師和學生脖捻、師傅和徒弟阔逼、丈夫和妻子等。關(guān)聯(lián)關(guān)系是類與類之間最常用的一種關(guān)系地沮，分為一般關(guān)聯(lián)關(guān)系嗜浮、聚合關(guān)系和組合關(guān)系。我們先介紹一般關(guān)聯(lián)摩疑。
關(guān)聯(lián)可以是雙向的危融，也可以是單向的。在 UML 類圖中雷袋，雙向的關(guān)聯(lián)可以用帶兩個箭頭或者沒有箭頭的實線來表示吉殃，單向的關(guān)聯(lián)用帶一個箭頭的實線來表示，箭頭從使用類指向被關(guān)聯(lián)的類楷怒。也可以在關(guān)聯(lián)線的兩端標注角色名蛋勺，代表兩種不同的角色。
在代碼中通常將一個類的對象作為另一個類的成員變量來實現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系鸠删。圖 5 所示是老師和學生的關(guān)系圖抱完，每個老師可以教多個學生，每個學生也可向多個老師學刃泡，他們是雙向關(guān)聯(lián)巧娱。
圖5 關(guān)聯(lián)關(guān)系的實例
3. 聚合關(guān)系
聚合（Aggregation）關(guān)系是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，是強關(guān)聯(lián)關(guān)系烘贴，是整體和部分之間的關(guān)系禁添，是 has-a 的關(guān)系。
聚合關(guān)系也是通過成員對象來實現(xiàn)的桨踪，其中成員對象是整體對象的一部分老翘，但是成員對象可以脫離整體對象而獨立存在。例如，學校與老師的關(guān)系酪捡，學校包含老師叁征，但如果學校停辦了，老師依然存在逛薇。
在 UML 類圖中捺疼，聚合關(guān)系可以用帶空心菱形的實線來表示，菱形指向整體永罚。圖 6 所示是大學和教師的關(guān)系圖啤呼。
圖6 聚合關(guān)系的實例
4.組合關(guān)系
組合（Composition）關(guān)系也是關(guān)聯(lián)關(guān)系的一種，也表示類之間的整體與部分的關(guān)系呢袱，但它是一種更強烈的聚合關(guān)系官扣，是 cxmtains-a 關(guān)系。
在組合關(guān)系中羞福，整體對象可以控制部分對象的生命周期惕蹄，一旦整體對象不存在，部分對象也將不存在治专，部分對象不能脫離整體對象而存在卖陵。例如，頭和嘴的關(guān)系张峰，沒有了頭泪蔫，嘴也就不存在了。
在 UML 類圖中喘批，組合關(guān)系用帶實心菱形的實線來表示撩荣，菱形指向整體。圖 7 所示是頭和嘴的關(guān)系圖饶深。
圖7 組合關(guān)系的實例
5.泛化關(guān)系
泛化（Generalization）關(guān)系是對象之間耦合度最大的一種關(guān)系餐曹，表示一般與特殊的關(guān)系，是父類與子類之間的關(guān)系粥喜，是一種繼承關(guān)系凸主，是 is-a 的關(guān)系。
在 UML 類圖中额湘，泛化關(guān)系用帶空心三角箭頭的實線來表示，箭頭從子類指向父類旁舰。在代碼實現(xiàn)時锋华，使用面向?qū)ο蟮睦^承機制來實現(xiàn)泛化關(guān)系。例如箭窜，Student 類和 Teacher 類都是 Person 類的子類毯焕，其類圖如圖 8 所示。
圖8 泛化關(guān)系的實例
6.實現(xiàn)關(guān)系
實現(xiàn)（Realization）關(guān)系是接口與實現(xiàn)類之間的關(guān)系。在這種關(guān)系中纳猫，類實現(xiàn)了接口婆咸，類中的操作實現(xiàn)了接口中所聲明的所有的抽象操作。
在 UML 類圖中芜辕，實現(xiàn)關(guān)系使用帶空心三角箭頭的虛線來表示尚骄，箭頭從實現(xiàn)類指向接口。例如侵续，汽車和船實現(xiàn)了交通工具倔丈，其類圖如圖 9 所示。
圖9 實現(xiàn)關(guān)系的實例
