物件導向的照妖鏡——UML類圖繪製指南

2.類的識別

UML類圖的基本語法是很簡單的，可能懂點程式設計的人在不繫統學習的情況下，藉助繪圖工具都可以繪製出來。但在實際的業務需求中，充斥著各種晦澀的業務概念、事物，要從其中準確無誤的提煉出有利於業務系統的類，並非一件簡單的事情。

對於類的識別，並沒有很具體的步驟、公式進行照搬硬套，往往只能通過自身的經驗和物件導向的造詣去識別類。並且識別類往往也不是一蹴而就的，還要結合類與類之間的關係、業務的使用場景，反覆推敲，才能逐步得到合適的型別。對此我只能提供一些概念性的經驗心得，讀者可以選擇性的參考，並不作為一個標準。

類的識別很大程度上需要依靠「邊界」，這是一個複雜的概念，你可以簡單理解它相當於一個範圍，設定邊界可以讓我們知道能做什麼事情，和不能做什麼事情。並且邊界的設定會決定我們看待事物的視角和抽象事物的層次。對於類的識別而言，其邊界可參考當前的系統的目標、業務場景等，有了清晰的邊界，可以縮小類的識別範圍，不在是天馬行空，毫無根據。

如果不通過邊界確定一個角度，那麼對於同一事物，通過不同的角度會提煉出不同的型別。就拿我們自身舉例，從職業的角度來看我們則是程式設計師，從國家的角度來看我們則是中國人，從動物的角度來看我們則是人類。所以我們必須要通過邊界來確定一個角度，從而清晰的分析獲取有利於業務系統的型別。

對於分析類中的成員（屬性、操作）也可以利用邊界來分析。還是以上面的網課教育系統為例，如果不考慮邊界，很可能會對老師類和學生類分析出：體重、身高、髮量等無意義的屬性。只有你充分考慮邊界，你就會注重系統的目標、業務的場景，分析出對業務有價值的屬性，例如學生類的選修課程、老師類的教齡等。

如果你對邊界的概念還是比較模糊，那麼你可以在識別類的時候，嘗試將當前的系統目標、業務場景看作一個邊界，從而選擇合適的角度，去提煉出對業務系統有價值的型別。

3.1.可見性

可見性主要用於標識類圖中的屬性和操作，通過設定不同的可見性決定外界對其的存取程度，和程式語言中的存取修飾符同理。UML規範定義了4種可見性，如下表所示。

3.2.類的表現形式

類在UML類圖中的形狀是一個矩形的方框，在方框中被分為三段區域，上段主要是標識類的名稱，中段主要包含類的屬性（特徵），下段主要是包含類的是操作（行為）。表示一個類時，三段區域的設定並不是必須的，可以只在矩形方框中寫一個類名，也可以只寫類名和屬性，或者是類名和操作。

下面將使用C#程式語言編寫出：普通型別、抽象類、介面。然後體現出它們在類圖中的表現形式。

4.1.關聯關係

概述

我們以物件導向的思想去分析業務時，其中最基本的是，要弄清楚完成這個業務需要哪些物件。但是往往只分析出物件還遠遠不夠，因為業務物件之間是相互獨立的。物件之間必須建立某種連結，促使它們相互共同作業通訊，才能實現業務目標。而這其中用於連結物件的關係，就稱之為關聯。換句話說，只要兩個物件之間存在關聯，那麼就意味著物件可以與它關聯物件進行通訊，獲取對方的資料進行訊息傳遞。

結構化

關聯定義了類之間的一種結構化關係，是一種天然存在的關係。（好比如人出生就有擁有一個國家和一對父母）通常在程式碼中，關聯關係體現為類的屬性，如A關聯B，那麼B的物件會作為A物件的某個屬性。在例如在運用ORM框架的程式碼中，類的關聯物件通常定義為一個「導航屬性」，可以通過這個導航屬性獲取到關聯物件的資料。在例如資料庫中，表的關聯物件通常體現為一個「外來鍵」屬性，表的某行資料可以通過這個外來鍵屬性獲取到關聯表的資料。不管是導航屬性或是外來鍵，它們都是靜態的、天然存在的結構。

方向

預設的關聯關係是一條不帶箭頭的直線表示的，這代表著兩個關聯的類「知道」雙方的存在，並可以互相參照。在少數情況下，當兩個類之間只需要單方向連結來獲取訊息時，就需要標識箭頭指向被連結的一方。在實際中，我們不必太過於究竟箭頭的方向，大多數情況下，關聯關係一般不強調關聯的方向。

多重性

關聯關係最明顯的特徵就是具有多重性，其意思是一個物件可能通過關聯關係連結到多個物件上。例如張三是員工類的物件，那麼張三很可能會通過與「工作任務類」之間的關聯，連結獲取到張三在「工作任務類」中存在的多個工作任務物件（設計XX、開發XX等），這當中物件通過關聯連結到資料量的「多少」即為多重性的體現。常見的多重性包括：一對一關聯、一對多關聯、多對多關聯等，也可以是任意數量的多重性關聯，如*對*關聯（*代表任意數）。

在分析關聯關係的多重性是否合理時，可以通過「讀圖檢查法」來進行關聯關係的準確性判斷。你可以分別從左到右、從右到左來讀圖，看看有沒有不合理的地方。我們使用上面多重性表格中人和車的關係為例，從左到右讀：一個人對應零到多個車。從右到左讀：一輛車對應一個人，而不能讀成：多輛車對應一個人。注意由「多」的一邊往另外一邊讀時，仍然是一個什麼對應多少個什麼，無論你從哪邊開始讀起，都是以「一個.....」開頭。

4.2.聚合關係

在分析出兩個類的關聯關係之後，兩個關聯的類中可能還存在一種整體和部分的含義，即存在整體包含部分的現象。對於這種，存在整體和部分含義的關聯關係可以進一步細化，表示成聚合關係。聚合關係可以看作，是在普通關聯的基礎上細化的一種特殊關聯關係。除了擁有關聯關係所有的基本特徵外，其中一個類描述了一個較大的事物（整體），另一個類代表較小的事物（部分），較小的事物可以構成一個較大的事物。

對於聚合關係的識別，可以在已有的關聯關係基礎上，通過分析兩個類之間是否存在：「整體由部分構成」、「部分是整體的一部分」等整體和部分的語意來完成。例如對於一個OA辦公系統來說，其中部門和員工之間的關聯關係就存在著整體和部分的含義。員工是部門的一部分，部門由員工構成。聚合關係是用一條帶空心菱形箭頭的直線表示，空心菱形箭頭指向的一端表示「整體」，反方向是「部分」。範例的聚合關係如下圖所示。

4.3.組合關係

組合關係是在聚合關係基礎之上延申的一種關聯關係，還可以將它看作是聚合關係的變體，或者是對聚合關係的進一步強調。因此組合關係具有關聯、聚合的所有特徵。在分析出聚合關係之後，還可以對針對整體和部分做進一步的分析：兩者之間除了整體擁有部分的語意之外，兩者之間是否屬於「強依賴」；並且整體和部分的生命週期是一致的。如果存在以上的特點，那麼可以將其表示為組合關係。

「強依賴」和一致的生命週期意味著：整體擁有部分的同時，部分不能脫離整體而存在；當整體不存在時，部分也沒有存在的意義。對於組合關係中的整體和部分之間的關係特點，我們可以用一則成語來形象的描述：「皮之不存，毛將焉附」。在這種特點上，它和聚合關係恰恰相反，聚合關係即使整體不存在了，部分也依然存在。如果你認為聚合和組合比較容易混淆，那麼你可以將聚合看成「弱包含關係」，組合可以看成「強包含關係」，以此來區分兩者之間的差異。

基於組合關係中整體和部分的「強依賴」現象，因此在圖中表示該關係的箭頭，是由一條實心菱形箭頭的直線表示，實心菱形箭頭指向的一端表示「整體」，反方向是「部分」。範例的組合關係如下圖所示。

4.4.依賴關係

概述

依賴關係是一種側重於「行為」的使用關係，表示某個物件在某個場景下產生的行為，需要使用另外一個物件提供的服務來完成。這也意味著，被使用物件的變化可能會影響到使用物件。依賴關係的分析要結合特定的場景和相應的行為，這一點可表面它屬於一種臨時性的關係，它通常在行為執行期產生，並且隨著執行場景的不同，依賴的物件也會發生變化。

臨時性

例如人和汽車這兩個物件，如果執行場景是讓汽車執行在馬路上，那麼汽車的執行則需要依賴於人的駕駛；如果場景變為人乘坐汽車去上班，那就變成人上班通勤依賴於汽車的送達。可見，它並不像關聯關係那樣是一種天然的結構化關係，依賴關係是短暫的，它會隨著不同場景的變化而變化的，並且依賴關係是基於場景下的行為所產生的，使用場景結束後，依賴關係也會暫時消失。如人和菜刀這兩個物件，靜態時它們沒有關係，但在廚房切菜的場景裡，人切菜的行為就依賴於菜刀；脫離了這個切菜的場景，人就暫時不需要菜刀了。

運用

依賴關係的參照通常在程式碼裡體現為：類構造方法的引數、方法的引數。在分析時，如果發現A物件需要儲存B物件的範例，但A物件的類中對B物件沒有操作，B發生修改後，A不會發生變化，僅僅是A「知道」B物件，那麼可以將其定義為關聯關係。在分析時，如果發現A物件需要在某個業務場景的方法中，使用入參物件B的屬性或方法，那麼可以將其定義為依賴關係，這同時也意味著，B的修改會導致A發生修改（A依賴於B）。依賴關係在圖中用一條帶箭頭的虛線表示，箭頭指向被依賴的物件。

4.4.泛化關係

泛化關係表明，一個類可以共用另外一個或多個類的結構和行為。為了實現泛化關係，我們引入了繼承機制，一個子類可以繼承一個或多個父類別，子類會繼承父類別的屬性、操作和關係，因此我們通常也將泛化稱為繼承。此外，子類還可以根據自己的需要新增額外的屬性、操作或關係，還可以對父類別已有的操作進行重新定義。其中，繼承一個父類別為單一繼承，繼承多個父類別為多重繼承。在實際的系統應用中，我們大多數採用單一繼承，因為多重繼承會存在一些隱患問題，並且主流的程式語言（Java、C#）都不支援多重繼承。

泛化關係除了實現複用性，更深層次的目的是達到父類別替代子類的可替換性，從而實現多型處理。另外，在分析出泛化關係後，可以通過描述類之間是否存在[is a 關係]或者[kind of 關係]的語意來驗證。具體來說，就是「子類是父類別」（貓是動物）,或「子類是父類別的一種」（貓是動物的一種）。

泛化關係是用一條帶空心箭頭的直線表示。如下圖展示了學生管理系統的一種泛化關係，其中代表子類（畢業生類和新生類）都從父類別（學生類）繼承，它們繼承了父類別全部屬性和操作。此外，子類也會繼承父類別中的關係，因此畢業生類和新生類於賬戶類也有聚合關係。

結語