第2章　设计模式常用的UML图

2.1　类图

在UML 2.0的13种图中，类图（Class Diagrams）是使用频率最高的UML图之一。类图描述系统中的类，以及各个类之间的关系的静态视图，能够让我们在正确编写代码之前对系统有一个全面的认识。类图是一种模型类型，确切地说，是一种静态模型类型。类图表示类、接口和它们之间的协作关系，用于系统设计阶段。

类图用3个矩形拼接表示，最上面的部分标识类的名称，中间的部分标识类的属性，最下面的部分标识类的方法，如下图所示。

类与类之间的关系（即事物关系）有继承（泛化）关系、实现关系、组合关系、聚合关系、关联关系和依赖关系6种。下面我们来详细分析类关系的具体内容。

2.1.1　继承关系

在继承（Generalization，又叫作泛化）关系中，子类继承父类的所有功能，父类所具有的属性、方法，子类都应该有。除了与父类一致的信息，子类中还包括额外的信息。例如，公交车、出租车和小轿车都是汽车，它们都有名称，并且都能在路上行驶。其类图如下。

其代码结构如下。

2.1.2　实现关系

接口（包括抽象类）是方法的集合，在实现（Realization）关系中，类实现了接口，类中的方法实现了接口声明的所有方法。例如，汽车和轮船都是交通工具，而交通工具只是一个可移动工具的抽象概念，船和车实现了具体移动的功能。其类图如下。

其代码结构如下。

2.1.3　组合关系

组合（Combination）关系表示类之间整体与部分的关系，整体与部分有一致的生存期。一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，整体和部分是同生共死的关系。例如，人由头部和身体组成，两者不可分割，共同存在。其类图如下。

其代码结构如下。

2.1.4　聚合关系

聚合（Aggregate）关系也表示类之间整体与部分的关系，成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象独立存在。例如，公交车司机和工作服、工作帽是整体与部分的关系，但是可以分开，没有共同的生命周期。工作服、工作帽可以穿、戴在别的司机身上，公交车司机也可以换别人的工作服、工作帽。其类图如下。

其代码结构如下。

2.1.5　关联关系

关联（Association）关系是类与类之间最常用的一种关系，表示一类对象与另一类对象之间有联系。组合、聚合也属于关联关系，只是关联关系的类间关系比其他两种关系要弱。

关联关系有4种：双向关联、单向关联、自关联、多重性关联。例如汽车和司机，一辆汽车对应特定的司机，一个司机也可以开多辆车。其类图如下。

在多重性关联关系中，可以直接在关联直线上增加一个数字，表示与之对应的另一个类的对象的个数，具体含义如下表所示。

其代码结构如下。

2.1.6　依赖关系

依赖（Dependency）关系是一种“使用”关系，特定事物的改变有可能会影响到使用该事物的其他事物，当需要表示一个事物使用另一个事物时，使用依赖关系。在大多数情况下，依赖关系体现在某个类的方法使用另一个类的对象作为参数。例如，汽车依赖汽油，如果没有汽油，则汽车将无法行驶。其类图如下。

其代码结构如下。

在这6种类关系中，组合、聚合和关联的代码结构一样，可以从关系的强弱来理解，各类关系从强到弱依次是：继承＞实现＞组合＞聚合＞关联＞依赖。下面我们用一张完整的类图，将前面描述的所有类与类之间的关系串联起来。

UML类图是面向对象设计的辅助工具，但并非是必须工具，所以我们把它作为架构师软技能来讲解。

2.1.7　类关系记忆技巧

类关系记忆技巧总结如下表所示。

注：UML的标准类关系图中，没有实心箭头（有些Java编程的IDE自带类生成工具可能出现实心箭头，主要目的是降低理解难度）。

下面用一个经典案例来加深和巩固对类图的理解。下图是《大话设计模式》一书中对动物衍生关系描述的类图。这个图非常有技术含量也非常经典，大家可以好好理解一下。