| UML 基础：类图 |
| 选自：IBM |
这是关于统一建模语言、即UML 里采用的基本图的一系列文章的一部分。在我 先前关于序列图的文章 里，我把重点从 UML 1.4 版，转移到 OMG的采用UML 2.0版草案规范（又称为UML 2）。在这篇文章中，我将会讨论结构图，这是已经在 UML 2 中提出的一种新图种类。由于本系列文章的目的是使人们了解记 元素及它们的含意，该文主要关注类图。你很快就会知道这样做的理由。随后的文章将会覆盖结构范畴中包含的其它图。
我也想提醒读者，这一系列文章是关于 UML 记 元素的，所以这些文章并不意味着为建模的最好方式提供指导方针，或是该如何决定哪些内容应该首先被建模。相反的，该文及本系列文章的目的主要是帮助大家对于记 元素 — 语法和含义有一个基本的理解。借由这些知识，你应该可以阅读图，并使用正确的记 元素创建你自己的图。
这篇文章假定你对面向对象的设计已经有了基本的理解。你们当中如果有人需要一些面向对象 概念的帮助，那么可以访问http://java.sun.com/docs/books/tutorial/java/concepts/，来获得 Sun公司关于面向对象编程的简短指导。阅读 “什么是类 什么是继承章节，将提供给你足够的理解，并对该文的阅读会有所帮助。另外，David Taylor的书《 Object-Oriented Technologies: A Manager’s Guide》提供了面向对象设计的优秀，高水平的说明，而无需对计算机编程有高深的理解。
UML 2 中的阴和阳
在 UML 2 中有二种基本的图范畴：结构图和行为图。每个 UML 图都属于这二个图范畴。结构图的目的是显示建模系统的静态结构。它们包括类，组件和（或）对象图。另一方面，行为图显示系统中的对象的动态行为，包括如对 象的方法，协作和活动之类的内容。行为图的实例是活动图，用例图和序列图。
大体上的结构图
如同我所说的，结构图显示建模系统的静态结构。关注系统的元件，无需考虑时间。在系统内，静态结构通过显示类型和它们的实例进行传播。除了显示系统类型和 它们的实例，结构图至少也显示了这些元素间的一些关系，可能的话，甚至也显示它们的内部结构。
贯穿整个软件生命周期，结构图对于各种团队成员都是有用的。一般而言，这些图支持设计验 证，和个体与团队间的设计交流。举例来说，业务分析师可以使用类或对象图，来为当前的资产和资源建模，例如分类账，产品或地理层次。架构师可以使用组件和 部署图，来测试/确认他们的设计是否充分。开发者可以使用类图，来设计并为系统的代码（或即将成为代码的）类写文档。
特殊的类图
基础
如先前所提到的，类图的目的是显示建模系统的类型。在大多数的 UML 模型中这些类型包括：
- 类
- 接口
- 数据类型
- 组件
UML 为这些类型起了一个特别的名字：“分类器”。通常地，你可以把分类器当做类，但在技术上，分类器是更为普遍的术语，它还是引用上面的其它三种类型为好。
类名
类的 UML 表示是一个长方形，垂直地分为三个区，如图 1 所示。顶部区域显示类的名字。中间的区域列出类的属性。底部的区域列出类的操作。当在一个类图上画一个类元素时，你必须要有顶端的区域，下面的二个区域是 可选择的（当图描述仅仅用于显示分类器间关系的高层细节时，下面的两个区域是不必要的）。图 1 显示一个航线班机如何作为 UML 类建模。正如我们所能见到的，名字是 Flight ，我们可以在中间区域看到Flight类的3个属性：flightNumber，departureTime 和 flightDuration。在底部区域中我们可以看到Flight类有两个操作：delayFlight 和 getArrivalTime。
图 2：显示默认为0美元的balance属性值的银行账户类图。
类操作列表
类操作记录在类图长方形的第三个（最低的）区域中，它也是可选择的。和属性一样，类的操作以列表格式显示，每个操作在它自己线上。操作使用下列记 表现：
下面的表 2 中Flight类操作的映射。
表 2：从图 2 映射的Flight类的操作
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图3显示，delayFlight 操作有一个Minutes类型的输入参数 — numberOfMinutes。然而，delayFlight 操作没有返回值。1 当一个操作有参数时，参数被放在操作的括 内；每个参数都使用这样的格式：“参数名：参数类型”。
图 4: 继承通过指向超类的一条闭合的，单箭头的实线表示。
在图 4 中，继承关系由每个超类的单独的线画出，这是在IBM Rational Rose和IBM Rational XDE中使用的方法。然而，有一种称为 树标记 的备选方法可以画出继承关系。当存在两个或更多子类时，如图 4 中所示，除了继承线象树枝一样混在一起外，你可以使用树形记 。图 5 是重绘的与图 4 一样的继承，但是这次使用了树形记 。
图 6：在一个Flight类和Plane类之间的双向关联的实例
一个双向关联用两个类间的实线表示。在线的任一端，你放置一个角色名和多重值。图 6 显示Flight与一个特定的Plane相关联，而且Flight类知道这个关联。因为角色名以Plane类表示，所以Plane承担关联中的 “assignedPlane”角色。紧接于Plane类后面的多重值描述0…1表示，当一个Flight实体存在时，可以有一个或没有Plane与 之关联（也就是，Plane可能还没有被分配）。图 6 也显示Plane知道它与Flight类的关联。在这个关联中，Flight承担“assignedFlights”角色；图 6 的图告诉我们，Plane实体可以不与flight关联（例如，它是一架全新的飞机）或与没有上限的flight（例如，一架已经服役5年的飞机）关联。
由于对那些在关联尾部可能出现的多重值描述感到疑惑，下面的表3列出了一些多重值及它们含义的例子。
表 3: 多重值和它们的表示
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单向关联
在一个单向关联中，两个类是相关的，但是只有一个类知道这种联系的存在。图 7 显示单向关联的透支财务 告的一个实例。
图 8：在软件包的长方形内显示软件包成员的软件包元素例子
图 10：Professor类和Student类实现Person接口的类图实例
在图 10 中显示的图中，Professor和Student类都实现了Person的接口，但并不从它继承。我们知道这一点是由于下面两个原因：1) Person对象作为接口被定义 — 它在对象的名字区域中有“interface”文本，而且我们看到由于Professor和Student对象根据画类对象的规则（在它们的名字区域中没有额外的分类器文本）标示，所以它们是 类 对象。 2) 我们知道继承在这里没有被显示，因为与带箭头的线是点线而不是实线。如图 10 所示，一条带有闭合的单向箭头的点 线意味着实现（或实施）；正如我们在图 4 中所见到的，一条带有闭合单向箭头的实 线表示继承。
更多的关联
在上面，我讨论了双向关联和单向关联。现在，我将会介绍剩下的三种类型的关联。
关联类
在关联建模中，存在一些情况下，你需要包括其它类，因为它包含了关于关联的有价值的信息。对于这种情况，你会使用 关联类 来绑定你的基本关联。关联类和一般类一样表示。不同的是，主类和关联类之间用一条相交的点线连接。图 11 显示一个航空工业实例的关联类。
图 12: 一个聚合关联的例子
组合聚合
组合聚合关系是聚合关系的另一种形式，但是子类实例的生命周期依赖于父类实例的生命周期。在图13中，显示了Company类和Department类之间的组合关系，注意组合关系如聚合关系一样绘制，不过这次菱形是被填充的。
图 14：一个反射关联关系的实例
图 14 描绘的关系说明一个Employee实例可能是另外一个Employee实例的经理。然而，因为“manages”的关系角色有 0..*的多重性描述；一个雇员可能不受任何其他雇员管理。
可见性
在面向对象的设计中，存在属性及操作可见性的记 。UML 识别四种类型的可见性：public，protected，private及package。
UML 规范并不要求属性及操作可见性必须显示在类图上，但是它要求为每个属性及操作定义可见性。为了在类图上的显示可见性，放置可见性标志于属性或操作的名字之前。虽然 UML 指定四种可见性类型，但是实际的编程语言可能增加额外的可见性，或不支持 UML 定义的可见性。表4显示了 UML 支持的可见性类型的不同标志。
表 4：UML 支持的可见性类型的标志
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现在，让我们看一个类，以说明属性及操作的可见性类型。在图 15 中，所有的属性及操作都是public，除了 updateBalance 操作。updateBalance 操作是protected。
图 16：Plane类的一个实例例子（只显示感兴趣的属性值）
然而，仅仅表现一些实例而没有它们的关系不太实用；因此，UML 2 也允许在实体层的关系/关联建模。绘制关联与一般的类关系的规则一样，除了在建模关联时有一个附加的要求。附加的限制是，关联关系必须与类图的关系相一 致，而且关联的角色名字也必须与类图相一致。它的一个例子显示于图 17 中。在这个例子中，实例是图 6 中类图的例子实例。
图 18：一个类图显示图14中扮演不同角色的类
注意，你不能在纯粹类图中做类角色的建模，即使图 18显示你可以这么做。为了使用角色记 ，你将会需要使用下面讨论的内部结构记 。
内部的结构
UML 2 结构图的更有用的功能之一是新的内部结构记 。它允许你显示一个类或另外的一个分类器如何在内部构成。这在 UML 1. x 中是不可能的，因为记 限制你只能显示一个类所拥有的聚合关系。现在，在 UML 2 中，内部的结构记 让你更清楚地显示类的各个部分如何保持关系。
让我们看一个实例。在图 18 中我们有一个类图以表现一个Plane类如何由四个引擎和两个控制软件对象组成。从这个图中省略的东西是显示关于飞机部件如何被装配的一些信息。从图 18 的图，你无法说明，是每个控制软件对象控制两个引擎，还是一个控制软件对象控制三个引擎，而另一个控制一个引擎。
图 20：Plane类的内部结构例子。
在图 20 中Plane有两个 ControlSoftware 对象，而且每个控制二个引擎。在图左边上的 ControlSoftware（control1）控制引擎 1 和 2 。在图右边的 ControlSoftware（control2）控制引擎 3 和 4 。
结论
至少存在两个了解类图的重要理由。第一个是它显示系统分类器的静态结构；第二个理由是图为UML描述的其他结构图提供了基本记 。开发者将会认为类图是为 他们特别建立的；但是其他的团队成员将发现它们也是有用的。业务分析师可以用类图，为系统的业务远景建模。正如我们将会在本系列关于 UML 基础的文章中见到的，其他的图 — 包括活动图，序列图和状态图——参考类图中的类建模和文档化。
关于“UML 基础”的本系列的后面的元件图。
脚注
1 delayFlight没有返回值，因为我作出了设计决定，不要返回值。有一点可以争论的是，延迟操作应该返回新的到达时间，而且，如果是这种情形，操作属性将显示为
2 可能看起来很奇怪， BankAccount 类不知道 OverdrawnAccountsReport 类。这个建模使 表类可以知道它们 告的业务类，但是业务类不知道它们正在被 告。这解开两个对象的耦合，并因此使系统变得更能适应变化。
3 软件包对于组织你的模型类是庞大的，但是记住重要的一点是，你的类图应该是关于建模系统的容易交流的信息。在你的软件包有许多类的情况下，最好使用多个主题类图，而不是仅仅产生一个大的类图。
4 要理解重要一点，当我说“所有的那些成员”时，我仅仅意味着在当前图中的类将显示出来。显示一个有内容的软件包的图，不需要显示它的所有内容。它可以依照一些准则，显示包含元素的子集，这个准则就是并非所有的软件包分类器都是必需的。
5 当画一个类图时，在 UML 规范中，全部要做的只是把类放入长方形的顶部区域，而你同理处理接口；然而，UML 规范认为，在这个区域放置“class”文本是可选的，如果类没有显示，那么它应该被假设。
参考资料
Donald Bell是IBM全球服务的一个IT专家，在那儿他和IBM的客户一起致力于设计和开发基于软件解决方案的J2EE。
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