UML ——類圖和對象圖
類圖的概念
一、概述
類圖（Class Diagram）是描述類、接口、協作以及它們之間關係的圖，用來顯示系統中各個類的靜態結構。類圖是定義其他圖的基礎，在類圖基礎上，可以使用狀態圖、協作圖、組件圖和配置圖等進一步描述系統其他方面的特性。
類圖包括7個元素：類（Class）、接口（Interface）、協作（collaboration）、依賴關係（Dependency）、泛化關係（Generalization）、關聯關係（Association）以及實現關係（Realization）。
二、類
類定義了一組有着狀態和行爲的對象。其中，屬性和關聯用來描述狀態。屬性通常用沒有身份的數據值表示，如數字和字符串。關聯則用有身份的對象之間的關係表示。行爲由操作來描述，方法是操作的實現。對象的生命期則由附加給類的狀態機來描述。
1、 名稱：類的名稱是每個類中所必有的構成元素。
2、 屬性（Attribute）
（1） 可見性：類中屬性的可見性主要包括公有（public）、私有（Private）和受保護（Protected）。在UML中，公有類型的用“+”表達，私有類型用“-”表達，而受保護類型則用“#”表達。UML的類中不存在默認的可見性，如果沒有顯示任何一種符號，就表示沒有定義該屬性的可見性。
（2） 屬性名：按照UML的約定，單字屬性名小寫。如果屬性名包含多個單詞，這些單詞要合併，且除了第一個單詞外其餘單詞的首字母要大寫。
（3） 屬性字符串。屬性字符串用來指定關於屬性的其他信息，例如某個屬性應該是永久的。任何希望添加在屬性定義字符串值但又沒有合適地方可以加入的規則，都可以放在屬性字符串裏。
（4） 類屬性。屬性也可以作爲一個類屬屬性來定義，這就意味着此屬性被該類的所有對象共享。在類圖中，類屬性帶有一條下劃線。
3、 操作。類的操作是對類的對象所能做的事務的抽象，相當於一個服務的實現。
4、 職責：在操作部分下面的區域，可以用來說明類的職責。職責是類或其他元素的契約或義務。類的職責是是自由形式的文本，寫一個短語，一個句子等。在UML中，把職責列在類圖底部的分隔欄中。
5、 約束。說明類的職責是消除二義性的一種非形式化的方法，形式化的方法是使用約束。約束指定了該類所要滿足的一個或多個規則。在UML中，約束是用一個花括號括起來的自由文本。
三、接口
接口包含操作但不包含屬性，且它沒有對外界可見的關聯。
四、類之間的關係
類之間的關係最常見的有四種：依賴關係、泛化關係、管理關係、實現關係。
1、 依賴關係（Dependency）
依賴表示兩個或多個模型元素之間語義上的關係。它表示了這樣一種情形，對於一個元素（提供者）的某些改變可能會影響或提供消息給其他元素（客戶），即客戶以某種形式依賴於其他類元。根據這個定義，關聯、實現和泛化都是依賴關係，但是它們有更特別的語義。在UML中，依賴用一個從客戶指向提供者的虛箭頭表示，用一個構造型的關鍵字來區分它的種類。
UML定義了4種基本依賴類型，分別是使用（Usage）依賴、抽象（Abstraction）依賴、授權（Permission）依賴和綁定（Binding）依賴。
（1）、使用依賴。使用依賴都是非常直接的，通常表示客戶使用提供者提供的服務以實現它的行爲。以下列出了5種使用依賴關係.
（2）、抽象依賴。抽象依賴用來表示客戶與提供者之間的關係，依賴於在不同抽象層次上的事物。
（3）、授權依賴。授權依賴表示一個事物訪問另一個事物的能力。提供者通過規定客戶的權限，可以控制和限制對其內容訪問的方法。
（4）、綁定依賴。綁定依賴是較高級的依賴類型，用於綁定模板以創建新的模型元素。
2、泛化關係（Generalization）
泛化關係是一種存在於一般元素和特殊元素之間的分類關係，它只使用在類型上，而不是實例上。在類中，一般元素被稱爲超類或父類，而特殊元素被稱爲子類。在UML中，泛化關係用一條從子類指向父類的空心三角箭頭表示
3、關聯關係（Association）
關聯關係是一種結構關係，它指明一個事物的對象與另一個事物的對象之間的聯繫。也就是說，關聯描述了系統中對象或實例之間的離散連接。在UML中，關聯關係用一條連接兩個類的實線表示
關聯關係有6種對應的修飾，它們分別是：名稱、角色、多重性、聚合、組合和導航性。
（1）、名稱（Name）。名稱用來描述關聯的性質，通常使用一個動詞或動詞短語來命名關聯。名稱以前綴或後綴一個指引閱讀的方向指示符以消除名稱含義上可能存在的歧義，方向指示符用一個實心的三角形箭頭表示。
（2）、角色（Role）。角色是關聯關係中一個類對另一個類所表現出來的職責。角色名稱是名詞或名詞短語，以解釋對象是如何參與關聯的。
（3）、多重性（Multiplicity）。約束是UML三大擴展機制之一，多重性是其中使用最廣泛的一種約束。關聯的多重性是指有多少對象可以參與該關聯，多重性可以用來表達一個取值範圍、特定值、無限定的範圍或一組離散值。
（4）、聚合（Aggregation）。聚合關係表示整體和部分關係的關聯。聚合關係描述了“has a”的關係。在UML中聚合關係用帶空心的實線來表示，其中頭部指向整體。
（5）、組合關係(Composition)。組合關係是聚合關係中的一種特殊情況，是更強形式的聚合，又被稱爲強聚合。在組合中，成員對象的生命週期取決於聚合的生命週期，聚合不僅控制着成員對象的行爲，而且控制着成員對象的創建和析構。在UML中，組合關係用帶實心菱頭的實線來表示，其中頭部指向整體。
（6）、導航性(Nevigation)。導航性描述的是一個對象通過鏈（關聯的實例）進行導航訪問另一個對象，即對一個關聯端點設置導航屬性意味着本端的對象可以被另一端的對象訪問。可以在關聯關係上加箭頭表示導航方向。只在一個方向上可以導航的關聯稱爲單向關聯(Unidirection Association),用一條帶箭頭的實線來表示。在兩個方向上都可以導航的關聯稱爲雙向關聯(Bidirection Association),用一條沒有箭頭的實線來表示。另外使用導航性可以降低類之間的耦合度，在也是好的面向對象分析與設計的目標之一。
4、實現關係（Realization）
實現是規格說明和其實現之間的關係，它將一種模型元素與另一種模型元素連接起來，比如類和接口。
泛化和實現關係都可以將一般描述與具體描述聯繫起來。泛化將同一語義層上的元素連接起來，並且通常在同一模型內。實現關係則將不同語義層內的元素連接起來，通常建立在不同的模型內。
實現關係通常在兩種情況下被使用：在接口與實現該接口的類之間；在用例以及實現該用例的協作之間。
在UML中，實現關係的符號與泛化關係的符號類似，用一條帶指向接口的空心三角箭頭的虛線表示。下圖所示的是實現關係的一個示例，描述的是Keyboard保證自己的部分行爲可以實現Typewriter的行爲
實現關係還有一種省略的表示方法，即接口表示爲一個小圓圈，並和實現接口的類用一條線段連接，如圖
類圖建模技術
一、對簡單協作建模
類不是單獨存在的，而是要與其他類協同工作。協作是動態交互在靜態視圖上的映射，協作的靜態結構通過類圖來描述。
對協作建模要遵循如下策略
1、識別要建模的機制。一個機制描述了正在建模的部分系統的一些功能和行爲，這些功能和行爲是由類、接口和一些其他元素的相互作用產生的。
2、對每種機制，識別參與協作的類、接口和其他協作，並識別這些事物之間的關係。
3、用協作的腳本檢測事物，通過這種方法可以發現模型中被遺漏的部分和有明顯語義錯誤的部分。
4、把元素和它們的內容聚合在一起。對於類，首先平衡好職責，隨着時間的推移，將它們轉換成具有的屬性和操作。
二、對邏輯數據庫模式建模
通用的邏輯數據庫建模工具是“實體-關係（E-R）”圖，傳統的E-R圖只針對數據，而UML的類圖還允許對行爲建模。在物理數據庫中，類圖一般要把邏輯操作轉化成觸發器或存儲過程。
對模式建模要遵循如下策略：
1、在模型中識別的類，其狀態必須超過其應用系統的生命週期。
2、創建包含這些類的類圖，並把它們標記爲永久（persistent）。對於特定的數據庫細節，可以定義自己的標記值集合。
3、展開這些類的結構性細節，即詳細描述屬性的細節，並注重於關聯和構造類的基數。
4、觀察系統中的公共模式（如循環關聯、一對一關聯和n元關聯），它們常常造成物理數據庫設計的複雜化。
5、考慮這些類的行爲，擴展對數據庫存儲和數據完整性來說重要的操作。一般情況下，與對象集的操作相關的業務規則應該被封裝在永久類的上一層。
三、正向工程和逆向工程
1、正向工程（Forward Engineering）
正向工程是通過實現語言的映射把模型轉換爲代碼的過程。由於UML中描述的模型在語義上比當前的任何面嚮對象語言要豐富，所以正向工程會導致一定信息的損失，這也是需要模型的原因。
對類圖進行正向工程，要遵循如下的策略
(1)、識別映射到所選擇的實現語言的規則
(2)、根據所選擇的語言的語義，可能會限定一些對UML特性的使用
(3)、用標記值詳細描述目標語言，若需要精確的控制，該操作可以在單個類的層次上進行，也可以在較高的層次(如協作或包)上進行
(4)、使用工具對模型進行正向工程
2、逆向工程（Reverse Engineering）
逆向工程是通過從特定實現語言的映射，把代碼轉換爲模型的過程。逆向工程會導致大量的冗餘信息同時逆向工程又是不完整的。
對類圖進行逆向工程，要遵循如下的策略
(1)、識別從實現語言或所選的語言進行映射的規則
(2)、使用工具，指向要進行逆向工程的代碼，用工具生成新的模型或修改以前進行正向工程時已有的模型。
(3)、使用工具，通過查詢模型創建類圖。
對象圖
一、概述
對象圖(Object Diagram)描述的是參與交互的各個對象在交互過程中某一時刻的狀態。對象圖可以被看作是類圖在某一時刻的實例。
在UML中，對象圖使用的是與類圖相同的符號和關係，因爲對象就是類的實例。下圖顯示了對象圖的模型。其中節點可以是對象也可以是類，連線表示對象之間的關係：
二、類圖和對象圖的區別
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類圖 |
對象圖 |
| 類具有3個分欄：名稱、屬性和操作 | 對象只有兩個分欄：名稱和屬性 |
| 在類的名稱分欄中只有類名 | 對象的名稱形式爲“對象名：類名”，匿名對象的名稱形式爲“：類名” |
| 類的屬性分欄定義了所有屬性的特徵 | 對象則只定義了屬性的當前值，以便用於測試用例或例子中 |
| 類中列出了操作 | 對象圖中不包括操作，因爲對於同屬於同一個類的對象而言，其操作是相同的 |
| 類使用關聯連接，關聯使用名稱、角色、多重性以及約束等特徵定義。類代表的是對對象的分類所以必須說明可以參與關聯的對象的數目 | 對象使用鏈連接、鏈擁有名稱、角色，但是沒有多重性。對象代表的是單獨的實體，所有的鏈都是一對一的，因此不涉及到多重性。 |
對象圖建模技術
一、對對象結構建模
對系統的設計視圖建模時，可以使用一組類圖完整地描述抽象的語義以及它們之間的關係。但是使用對象圖不能完整地描述系統的對象結構。對於一個個體類，可能存在多個實例，對於相互之間存在關係的一組類，對象間可有的配置可能是相當多的。所以，在使用對象圖時，只能在一定意義上顯示感興趣的具體或原型對象集。這就是對對象結構建模，即一個對象圖顯示了某一時刻相互聯繫的一組對象。
對對象結構建模，要遵循以下策略：
(1)、識別將要使用的建模機制。該機制描述了一些正在建模的部分系統的功能和行爲，它們由類、接口和其他元素的交互而產生。
(2)、對於各種機制，識別參與協作的類、接口和其他元素，同時也要識別這些事物之間的關係。
(3)、考慮貫穿這個機制的腳本。凍結某一時刻的腳本，並且彙報每個參與這個機制的對象。
(4)、按照需要顯示出每個對象的狀態和屬性值，以便理解腳本。
(5)、顯示出對象之間的鏈，以描述對象之間關聯的實例。
二、正向工程和逆向工程
1、正向工程
對對象圖工程進行正向工程在理論上是可行的，但是在實際上卻是受限制的。
2、逆向工程
對對象圖進行逆向工程是非常困難的。當對系統進行調試時，總要依靠開發人員或工具來進行。