犬余🐶 “我欲贱而贵，愚而智，贫而富，可乎？ 曰：其唯学乎”

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零、什么是类图

类图（Class Diagram）是面向对象系统建模中最常用和最重要的图，它通过图形化的方式展示系统中的类和接口，以及它们之间的继承、关联、聚合、组合和依赖等关系，从而帮助开发者理解和设计系统结构。

一、类图的主要组成元素

1.1. 类（Class）

类是类图中最基本的元素，用于描述具有相同属性和方法的对象的集合。在UML中，类用矩形框表示，矩形框内分为三个区域：

最上方是类名，其中抽象类的类名用斜体来表示
中间是类的属性，描述类的特征或状态，如变量、常量等。属性通常以“名称:类型:默认值”的形式表示，例如“name:String:张三”。
下方是类的方法，描述类的行为或操作。方法通常以名称(参数列表):返回类型的形式表示，例如“setName(name: String):void”。

接口是一种特殊的类，在类图中通过<<Interface>>标签来区分，它只定义了一组操作的规范，而不实现这些操作。即代表接口的矩形框内只包含接口名和方法两个区域：

在上述类和接口中，可以发现属性以及方法前面带有“+”或“-”符号，这表示
属性或方法的访问级别，常见的访问级别包括：

+（public）：表示公有访问级别，对所有类可见;
-（private）：表示私有访问级别，仅对该类本身可用;
#（protected）：表示受保护的访问级别，对该类的子孙可见;
~（package）：表示包内可见，只对同一包声明的其他类可见。

1.2、关系

类图通过不同的关系来展示类或接口之间的静态结构。这些关系主要包括泛化(Generalization)、实现(Realization)、聚合(Aggregation)、组合(Composition)、依赖(Dependency)和关联(Association)。

1.2.1. 泛化（Generalization）

泛化关系即是一种继承关系，表示子类继承父类的所有特征和行为。在UML中，泛化关系用带空心三角形的实线表示，箭头从子类指向父类。例如，一个车辆（Vehicle）类可以有多个子类，如汽车（Car）、自行车（Bike）等，这些子类继承了车辆类的属性和方法。

1.2.2. 实现（Realization）

实现关系是一种类与接口的关系，表示类是接口所有特征和行为的实现。在UML中，实现关系用带空心三角形的虚线表示，箭头从类指向接口。例如，一个具体的汽车类（ConcreteCar）可以实现车辆接口（VehicleInterface），从而拥有接口中定义的所有方法。

1.2.3. 聚合（Aggregation）

聚合关系是一种整体与部分的关系，但部分可以离开整体而单独存在。在UML中，聚合关系用带空心菱形的实线表示，空心菱形指向整体。例如，一个电脑（Computer）类可以由多个部件（如显示器、键盘、鼠标等）组成，这些部件可以离开电脑而单独存在。

1.2.4. 组合（Composition）

组合关系也是一种整体与部分的关系，组合关系与聚合关系类似，同样描述了一种整体与部分的关系，但区别在于组合关系中的部分不能离开整体而单独存在。换句话说，组合关系是一种更强的拥有关系，其中整体对部分的生命周期负责。
在UML中，组合关系用带实心菱形的实线表示，实心菱形指向整体。这种表示法强调了整体对部分的控制权和所有权。例如，一个房子（House）由多个房间（Room）组成，如果房子被拆除，那么这些房间（在物理意义上）也将不再存在，因此房间和房子之间存在组合关系。

1.2.5. 依赖（Dependency）

依赖关系表示类之间的使用关系，即一个类需要使用另一个类的功能或属性来完成其操作。在UML中，依赖关系用带箭头的虚线表示，箭头从依赖方指向被依赖方。这种关系不是强关系，而是一种较弱的、临时的关系。例如，一个编译器类（Compiler）依赖于一个词法分析器类（Lexer）来完成其词法分析的任务，这时可以说编译器类依赖于词法分析器类。

1.2.6. 关联（Association）

关联关系指的是类与类之间的联接，它使一个类知道另一个类的属性和方法（实例变量体现）。A类依赖于B对象,并且把B作为A的一个成员变量, 则A和B存在关联关系。在UML中，关联关系用一条实线表示，可选地可以在线上标注关联的名称、角色和多重性等信息。关联关系可以分为单向关联、双向关联和自关联，单向关联用带有箭头的实线表示，箭头指向被拥有者；双向关联用不带箭头的实线或两条带有相反箭头的实线表示，自关联则是“自己拥有自己”的一种关系。

二、类图的应用场景

类图在软件开发的各个阶段都有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：

2.1. 需求分析阶段

在需求分析阶段，通过绘制类图可以帮助分析人员更清晰地理解系统的功能需求，识别出系统中的主要实体（类）以及它们之间的交互关系。这有助于形成更准确的需求规格说明书，为后续的设计和开发工作奠定基础。

2.2. 系统设计阶段

在系统设计阶段，类图扮演着至关重要的角色。它不仅帮助设计者规划系统的整体架构，还详细描述了系统中各个类的具体职责和它们之间的协作方式。通过类图，设计者可以确保系统结构的合理性、模块间的独立性以及接口的一致性，从而提高系统的可维护性和可扩展性。

2.3. 编码实现阶段

在编码实现阶段，类图可以作为程序员编码的参考和指导。程序员可以根据类图中定义的类、属性、方法和关系来实现具体的代码。这有助于保持代码的一致性和规范性，减少编码错误和遗漏。同时，类图还可以作为代码审查的依据，帮助团队成员检查代码是否符合设计要求。

2.4. 测试与维护阶段

在测试和维护阶段，类图同样具有重要的应用价值。测试人员可以根据类图来编写测试用例和测试计划，确保系统的各个部分都经过充分的测试。在维护过程中，如果需要对系统进行修改或升级，开发人员可以通过更新类图来反映系统的变化，从而保持文档与代码的一致性。

三、总结

UML类图是面向对象系统建模中不可或缺的工具之一。它通过图形化的方式展示了系统中的类、接口以及它们之间的静态结构和关系，为软件开发的各个阶段提供了有力的支持。因此，掌握UML类图的绘制方法和应用技巧对于提高软件开发的效率和质量具有重要意义。