C++ UML 类图介绍与设计

C++ UML 类图介绍与设计

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/new9232/article/details/137740116

UML（统一建模语言）是一种用于设计软件的可视化建模语言，其中类图是面向对象建模的主要组成部分，用于显示模型的静态结构。本文将详细介绍C++ UML类图的绘制方法和设计原则，包括类的表示方法以及类之间的各种关系（关联、聚合、组合、依赖、继承和实现）。

1 类图概述

• UML(Unified Modeling Language)，即统一建模语言，是用来设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。
• UML从目标系统的不同角度出发，定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等9种图。
• 类图显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。类图是面向对象建模的主要组成部分，简化了人们对系统的理解。类图是系统分析和设计阶段的重要产物，是系统编码和测试的重要模型。

2 类图中类的表示方法

• 介绍一个绘制类图的在线工具draw
• 也可以去draw官网下载安装客户端

2.1 普通类

• 在UML类图中，类使用包含类名、属性和方法且带有分割线的矩形来表示。

• 比如有这样一个类

class Student {
public:
    int study(std::string name);
private:
    std::string m_name;
    int m_code;
};

• 可以如下表示

• 访问权限

• • 表示public
• • 表示private

• 表示protect

• 属性的完整表示方式

• 可见性 名称: 类型

• 方法的完整表示方式

• 可见性 名称(参数列表): 返回类型

2.2 抽象类

• 有这样一个抽象类

class Animal {
public:
    virtual void makeSound() = 0;
    std::string getName() ;
private:
    std::string m_name;
};

• 可以如下表示

• 抽象类类名称用斜体表示，抽象方法用斜体表示

• 类图边框用虚线表示(建议)

3 类与类的关系

3.1 关联关系

• 关联关系是对象之间的一种引用关系，用于表示一类对象与另一类对象之间的联系，比如老师和学生等。关联关系是类与类之间最常用的一种关系，一般引用的对象，会作为另外一个类的成员变量来使用。

• 关联关系又可以分为单向关联、双向关联和自关联。

3.1.1 单向关联

• 有以下两个类Address和Person，其中Person有一个属性为Address，这种就称为单向关联关系。

// Address类
class Address {
public:
    // 获取街道信息
    std::string getStreet() { return m_street; }
    // 获取城市信息
    std::string getCity() { return m_city; }

private:
    std::string m_street; // 街道信息
    std::string m_city; //城市信息
};

// Person类，其中包含一个Address对象的指针
class Person {
public:
    // 设置某人地址
    void setAddress(Address* address) { m_address = address; }
    // 获取某人姓名
    std::string getName() { return m_name; };
    // 获取某人对应地址
    Address* getAddress() { return m_address; };
private:
    std::string m_name;
    Address* m_address; // 关联关系，Person类包含一个Address类的指针
};

• 在UML类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。

3.1.2 双向关联

• 双向关联就是双方各自含有对方类型的成员变量

// 课程类
class Course {
public:
    void setTeacher(Teacher* teacher) { m_teacher = teacher;}
    std::string getName()  { return m_name; }
    Teacher* getTeacher() { return m_teacher; }

private:
    std::string m_name;
    Teacher* m_teacher; // 课程属于哪个教师
};

// 教师类
class Teacher {
public:
    // 获取教师姓名
    std::string getName() const { return m_name; }
    // 给教师设置课程
    void setCourse(Course* course) { m_courses = course;  };
    // 获取该教师教授的所有课程
    Course* getCourses() { return m_courses; }

private:
    std::string m_name; // 教师姓名
    Course* m_courses; // 教师对应的课程
};

• 在UML类图中，双向关联用一个不带箭头的直线表示

3.2 聚合关系

• 这是一种特殊形式的关联，表示类之间整体与部分的关系，其中部分可以独立存在，即使整体不存在。

• 下面实现了一个员工类和部门类，部门类中包含了员工类对象。而员工类可以离开部门类而单独存在。

// 员工类
class Employee {
public:

    std::string getName() const { return m_name; }
    int getId() const { return m_id; }

private:
    std::string m_name;
    int m_id;
};

// 部门类
class Department {
public:
    // 添加员工
    void addEmployee(Employee emp) {
        m_employees.push_back(emp);
    }

    // 展示员工信息
    void displayEmployees() {

        std::vector<Employee>::iterator iter = m_employees.begin();
        for (; iter != m_employees.end(); iter++) {
            std::cout << "name : " << iter->getName();
            std::cout << "id : " << iter->getId();
        }
    }

private:
    std::vector<Employee> m_employees; // 部门类包含员工对象的容器，形成聚合关系
};

• UML类图中，组合关系用带空心菱形的实线表示，菱形指向整体。

• 聚合关系可以是一对一，也可以是一对多。比如Department中可以包含多个Employee数组，也可以只包含一个Employee对象。

3.3 组合关系

• 组合表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系。在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的声明周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。

• 实现一个引擎类和汽车类，引擎属于汽车的一部分，且引擎不能脱离汽车而单独存在。

// 引擎类，是汽车类的一部分
class Engine {
public:

    int getHorsePower() { return m_horsePower; }

private:
    int m_horsePower;
};

// 汽车类
class Car {
public:

    int getCarId() { return m_carId; }
    int getEngineHorsePower() { return m_engine->getHorsePower(); }

private:
    int m_carId;
    Engine* m_engine; // Car类组合了一个Engine对象
};

• UML类图中，组合关系用带实心菱形的实线表示，菱形指向整体。

3.4 依赖关系

• 依赖关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。

• 依赖关系指的是一个类依赖于另一个类的功能或服务，但并不直接拥有或包含另一个类的实例。依赖关系通常体现在一个类的方法中通过参数传递、全局函数或静态方法等方式使用另一个类。

• 比如有一个People类和Circle类，People类中并不包含Circle，但是可以调用Circle类对象的draw方法来画一个圆。

// 圆
class Circle {
public:
    // 画圆
    void draw() { }

private:
    int m_radius;
};

// 有一个人
class People {
public:
    // 调用圆类的画圆方法
    void drawCircle(Circle circle) { circle.draw(); }

private:
    string m_name;
};

• 在UML类图中，依赖关系用带箭头的虚线表示，箭头从使用类指向被依赖的类。

3.5 继承（泛化）关系

• 继承（泛化）关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系。

• 比如学生类和教师类都继承于基本类People，有基本方法sleep和eat以及各自独有的方法study和work

class People {
public:
    void sleep() {  }
    void eat() { }

private:
    int m_name;
};

class Studet : public People {
public:
    void study() {}
private:
    int m_studentId;
};

class Teacher : public People {
public:
    void work() {}
private:
    int m_jobNumber;
};

• UML类图中，继承关系用带空心三角箭头的实线表示，箭头从子类指向父类。

3.6 实现关系

• 实现关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。

// 抽象接口类，相当于UML中的Interface
class Printable {
public:
    virtual void print()  = 0;
};

// 具体实现类，实现了Printable接口
class Document : public Printable {
public:

    // 实现接口中的print()函数
    void print() {
        std::cout << "Content of the document: " << m_content << std::endl;
    }

private:
    std::string m_content;
};

• 在UML类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线表示