图解设计模式——UML

简介: UML是让系统可视化、让规格和设计文档化的表现方法,是 unified modeling language 的简称。具体可以查看 http://ww.omg.org/uml 官方网站

图解设计模式——UML

UML

类图

接口与实现

聚合

可见性(访问控制)

类的关联

时序图

处理流与对象之间的协作

UML

UML是让系统可视化、让规格和设计文档化的表现方法,是 unified modeling language 的简称。


具体可以查看 http://ww.omg.org/uml 官方网站


类图

UML 中的类图(class diagram)用于表示类、接口、实例等之间相互的的静态关系。如下示例:

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该图展示了 parentclass 和 childclass 两个类之间的关系,其中空心箭头表明两者之间的层次关系。


箭头由自雷指向父类,换言之,表示继承。

图中的长方形表示类,长方形内部被横线自上而下分为以下三个区域:


类名

字段名

方法名


有时,图中除了会写出类名、字段名和方法名等信息外,还会写出其他信息(可见性、方法的参数和类型等)。反之,有时图中也会省略所有不必要的项目(因此,我们无法确保一定可以根据类图生成源程序)。


abstract 类(抽象类)的名字以斜体方式显示

static 字段(静态字段)的名字带有下划线

abstract 方法(抽象方法)的名字以斜体显示

static 方法(静态方法)的名字以下划线显示

接口与实现

为了强调接口与抽象类的相似性,类图中会以斜体方式显示接口名称。空心箭头代表了接口与实现类的关系,箭头从实现类指向接口。


UML 以 <> 表示接口。如下图所示:


展示接口与实现类的类图:

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聚合

展示聚合关系的类图:

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上图展示了 color(颜色)、fruit(水果)、basket(果篮)这三类之间的关系。basket 类中的 fruits 字段是可用存放 fruit 类型数据的数组,在一个 basket 类的实例中可以持有一个 color 类的实例。通俗地说就是在篮子里可以放入很多个水果,每个水果都有其自身的颜色。


我们将这种“持有”关系称为聚合。只有在一个类中持有另一个类的实例——无论是一个还是多个——它们之间就是聚合关系。就程序上而言,无论是使用数组、vector、list 或者其他实现方式,只要在一个类中持有另一个类的实例,它们就是聚合关系。


在 UML 中,我们使用带有空心菱形的实现表示聚合关系,因此可以进行联想记忆,将聚合关系想象为在空心菱形的器皿中装有其他物品。


可见性(访问控制)

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该图标识了方法和字段的可见性。在 UML 中可以通过在方法名和字段名前面加上记号来表示可见性。


“+” 表示 public 方法和字段,可以从类外部访问这些方法和字段

“-” 表示 private 方法和字段,无法从类外部访问这些方法和字段

“#” 表示 protect 方法和字段,能够访问这些方法和字段的只能是该类自身、该类的子类以及同包中的类

“~”表示只有同包中的类才能访问的方法和字段

类的关联

可以在类名前面加上黑三角表示累之间的关联关系,如下图所示:

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时序图

UML 的时序图(sequence diagram)用来表示程序在工作时其内部方法的调用顺序,以及事件的发生顺序。


类图中表示的是 “不因时间流逝而发生变化的关系(静态关系)”,时序图正好与之相反,表示的是 “随时间发生变化的东西(动态行为)”。


处理流与对象之间的协作

下图是一个时序图的例子:


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图中,右侧是时序图示例,左侧是与之对应的代码片段。


该图中共有三个实例,如图中最上方的三个长方形所示。长方形内部写有类名,类名跟在冒号(:)后面,并带有下划线。


:client、:server、:device 分别代表 client 类、server 类、device 类的实例。


如果需要,还可以在冒号(:)之前表示出实例名,如 server:Server。


每个实例都带有一个向下延伸的虚线,称为生命线,可以理解为时间从上向下流逝,上面是过去,下面是未来。生命线仅存在于实例的生命周期内。


在生命线上,有一些细长的长方形,它们表示实例处于某种活动中。


横方向上有许多箭头,请先看带有 open 字样的箭头。黑色实线箭头(->) 表示方法的调用,这里表示 client 调用 server 的 open 方法。当 server 的 open 方法被调用后,server 实例处于活动中,因此在 open 箭头处画出了一个细长的长方形。


而在 open 箭头画出的长方形下方,还有一条指向 client 实例的虚线箭头(<…),它表示返回 open 方法。在上图中,我们画出了所有的返回箭头,但是有些时序图也会省略掉返回箭头。


由于程序控制已经返回到 client,所以表示 server 实例处于活动状态的长方形就此结束了。接着,client 实例会调用 server 实例的 print 方法。不过这次不同的是在 print 方法中,server 会调用 device 实例的 write 方法。


这样,我们就将多个对象之间的行为用图示的方法展现出来了。时序图的阅读顺序是沿着生命线从上到下阅读。当遇到箭头时,我们可以顺着箭头所指的方向查看对象之间的协作。


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