UML类图：全面解析与应用指南

### UML 类图：全面解析与应用指南 在软件开发中，UML（统一建模语言）类图是一种至关重要的工具，它为定义程序中的数据类型、数据结构以及对这些数据的操作提供了基础，也是面向对象分析（OOA）和面向对象设计（OOD）的基石。下面我们将深入探讨 UML 类图的各个方面。 #### 1. 面向对象分析与设计中的 UML 类图 UML 的创建者旨在设计一种正式的系统，用于设计面向对象的软件，以取代 20 世纪 90 年代流行的结构化编程形式。在 UML 中，我们可以通过类图来表示类（数据类型）和对象（数据类型的实例变量）。 UML 类图有三种主要形式： - **完整类图**：包含类名、属性和操作，属性对应类的数据字段成员（变量和常量），代表类内部的信息；操作对应表示类行为的活动，包括方法、函数、过程等代码。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(ClassName):::process --> B(Attributes):::process A --> C(Operations):::process ``` - **部分类图**：当不需要列出类的所有属性和操作时，可以使用部分类图。缺少属性或操作并不意味着它们不存在，只是在当前上下文中不需要添加到图中。 - **简单类图**：用一个简单的矩形表示类，只包含类名。这并不意味着类没有属性或操作，只是这些项在当前图中不相关。 #### 2. 类图中的可见性 UML 定义了四种类型的类成员可见性，这些可见性借鉴了 C++ 和 Java 等语言，其他语言如 Swift 也支持这些可见性： | 可见性类型 | 符号 | 说明 | | --- | --- | --- | | 公共可见性（Public） | + | 公共类成员对包含该公共项的类内外的所有类和代码都是可见的。在设计良好的面向对象系统中，公共项通常是操作，形成类与外部世界的接口。虽然也可以将属性设为公共，但这通常会破坏面向对象编程的主要优点之一——封装。在 UML 中，公共属性和操作前缀为加号（+）。 | | 私有可见性（Private） | - | 私有属性和操作只能在类内部访问，它们是封装的体现。在类图中，用减号（-）表示私有实体。建议将不需要其他可见性的属性和操作设为私有，并尽量确保所有属性都是类的私有成员。如果外部代码需要访问数据字段，可以使用公共访问器函数（getter 和 setter）。 | | 受保护可见性（Protected） | # | 在某些特殊情况下，如继承时，需要使用介于公共和私有之间的可见性——受保护可见性。继承是面向对象编程的“三大特性”之一，允许一个类从另一个类继承所有特性。私有可见性的问题是，继承类无法访问私有字段，而受保护可见性放宽了这些限制，允许继承类访问，但不允许外部类访问。在 UML 中，用井号（#）表示受保护可见性。 | | 包可见性（Package） | ~ | 包可见性介于私有和受保护之间，主要是 Java 的概念。其他语言如 Swift、C++ 和 C# 可以使用命名空间来模拟包可见性，但语义并不完全相同。包保护的字段在同一个包中的所有类中可见，包外的类（即使是继承类）无法访问具有包可见性的项。在 UML 中，用波浪号（~）表示包可见性。 | 如果所使用的编程语言不支持 UML 指定的可见性类型，可以用更公共的可见性替代更私有的可见性。例如，高级汇编（HLA）语言只支持公共字段；C++ 仅部分支持包可见性；Swift 支持包可见性的变体。为避免滥用额外的可见性，可以在属性或操作的名称中添加可见性符号，如在受保护的名称前加上 prot_ 并声明为公共对象。 #### 3. 类属性 UML 类中的属性（也称为数据字段或简称为字段）保存与对象相关的数据。属性具有可见性、名称，还可以有数据类型和初始值。 属性的各个方面如下： - **属性可见性**：通过在属性名称前加上 +、-、# 或 ~ 符号来指定公共、私有、受保护和包可