Полное руководство по диаграммам классов UML: нотация, отношения и лучшие практики

В области инженерии программного обеспечения и объектно-ориентированного проектирования (OOD),Диаграмма классов UML служит основой моделирования системы. Это статическая диаграмма структуры, которая описывает архитектуру системы, отображая ее классы, их атрибуты, операции (методы) и сложные отношения между объектами. Независимо от того, формулируете ли вы модель домена или детализируете спецификации программного обеспечения, понимание диаграмм классов является необходимым дляперевод концептуальных эскизов в функциональный код.

Понимание анатомии класса

В центре диаграммы находится “Класс, который выступает в качестве чертежа для объектов. В то время какобъекты являются используемыми экземплярами, содержащими данные и поведение, класс определяет правила для этих объектов. ВНотация UML, класс представляется прямоугольником, разделенным на три конкретные секции:

• Имя класса:Находится в первом (верхнем) разделе. Это обязательно. Абстрактные классы обычно пишутся курсивом.
• Атрибуты:Находится во второй части. Это представляют состояние или структурные особенности класса (члены переменных).
• Операции (методы):Находится в третьей части. Они определяют поведенческие характеристики или услуги, которые класс предоставляет.

Видимость и управление доступом

Для определения инкапсуляции UML использует специальные символы перед именами атрибутов и операций для обозначения видимости. Это определяет, какие другие классы могут получить доступ к этим членам.

Расшифровка отношений классов

Сила диаграммы классов UML заключается в том, как она отображаетвзаимодействие между классами. Так же, как реализация кода опирается на логику, UML опирается на специфические соединители для передачи намерения. Ниже приведены основные типы отношений:

1. Наследование (обобщение)

Наследование представляет собой «ЯВЛЯЕТСЯ-А» отношение. Это таксономическое отношение, при котором конкретный классификатор (дочерний) наследует признаки от общего классификатора (родительского). Например, Круг является Форма.

• Обозначение:Сплошная линия с пустым концом стрелки, указывающей от дочернего класса к родительскому классу.
• Использование: Используется для упрощения моделей анализа путем введения общности в суперклассе.

2. Ассоциация

Это структурная связь между классами-партнёрами, которая часто описывается глаголом (например, «Учитель учит ученика»). Она означает, что два класса связаны, но создают слабую связь.

• Обозначение:Сплошная линия, соединяющая два класса.
• Множественность: Указывает, сколько объектов участвуют (например, “1, 0..1, 1..*).

3. Агрегация

Агрегация — это особая форма ассоциации, представляющая собой«ЧАСТЬ-ОТ» отношение. Однако это предполагает слабую собственность. Часть может существовать независимо от целого. Например, часть Автомобиль имеет Шины, но если автомобиль будет уничтожен, шины все еще могут существовать.

• Обозначение:Сплошная линия спустой (пустотелый) ромб в конце связан с классом-агрегатом (родительским классом).

4. Композиция

Состав — это более строгая форма агрегации. Он представляет собой сильную принадлежность, при которой частьне может существовать без целого. Если родительский объект уничтожается, то уничтожаются и дочерние объекты. Примером может служить Дом и его Номера.

• Обозначение:Сплошная линия сзаполненный (сплошной) ромб в конце связан с составным (родительским) классом.

5. Зависимость

Это представляет собой отношение «использования». Оно существует, когда один класс взаимодействует с другим классом, в частности, в качестве параметра в методе или локальной переменной, а не в качестве поля. Изменения в определении класса-поставщика могут повлиять на класс-клиент.

• Обозначение: Пунктирная линия с открытым концом, указывающим на зависимость.

  

Руководящие принципы эффективных диаграмм классов

Создание читаемой и точной диаграммы требует соблюдения конкретных руководящих принципов.

1. Используйте стандартные соглашения об именовании: Имена классов должны быть существительными (например, Клиент, Заказ), как правило, с заглавной буквы. Названия ассоциаций должны быть глаголами (например, места, содержит).
2. Определите перспективу:Перед рисованием решите, моделируете ли выКонцептуальный просмотр (концепции области), a Спецификация вид (интерфейсы), илиРеализация вид (специфичный для кода).
3. Управление сложностью: Не пытайтесь смоделировать всю систему на одном диаграмме. Разделите систему на несколько диаграмм, сосредоточившись на конкретных модулях или областях бизнеса.
4. Явно указывайте кратность меток: Всегда уточняйте, является ли связь один к одному, один ко многим или многие ко многим, чтобы обеспечить соответствие логики базы данных или кода бизнес-требованиям.
   Как нарисовать диаграмму классов онлайн

Пример из реальной жизни: система обработки заказов

Рассмотрим стандартный сценарий электронной коммерции, включающий клиента, заказ и продукт. Вот как взаимосвязи транслируются в структуруструктуре диаграммы классов:

• Клиент и заказ (связь): Клиент места заказ. Множественность составляет 1 Клиент к 0..* Заказы.
• Заказ и элемент заказа (состав): Заказ состоит из элементов заказа. Если заказ удаляется, элементы заказа теряют смысл и уничтожаются. Это сплошной ромб, указывающий на заказ.
• Элемент заказа и продукт (ассоциация/агрегация):LineItem ссылается на Product. Однако Product существует независимо от LineItem (он остается на складе). Это стандартная ассоциация или слабая агрегация.
• Оплата (реализация): Интерфейс с именем IPayment может быть реализовано классами CreditCardPayment и PayPalPayment.

Советы и хитрости по оптимизации

Примените эти советы, чтобы превратить ваши диаграммы из простых рисунков в профессиональные технические изделия:

• Тест «Прочтите вслух»:Прочитайте свои отношения вслух. «Автомобиль состоит из колес». Если звучит неестественно, проверьте, используете ли вы правильное направление стрелки или тип отношения.
• Направленность параметра: В разделе операций вы можете указать направление параметра с помощью в, вне, или вывод-ввод перед именем параметра для уточнения потока данных.
• Абстрактный курсив:Если класс нельзя непосредственно создать (он абстрактный), убедитесь, что его имя выделено курсивом. Это тонкий, но критически важный сигнал для разработчиков.
• Не пересекайте линии:В то время как современные инструменты, такие какVisual Paradigm хорошо обрабатывает маршрутизацию, попробуйте вручную расположить классы, чтобы минимизировать пересечение линий, что значительно улучшает читаемость.

Чек-лист аудита диаграммы классов

Прежде чем завершить свой диаграмму классов UML, пройдитесь по этому практическому чек-листу:

• [ ] Полнота:Присутствуют ли все необходимые классы для конкретного модуля?
• [ ] Видимость: Обозначены ли атрибуты и операции правильными символами видимости (+, -, #)?
• [ ] Точность отношений:Вы правильно различаете агрегацию (пустой ромб) и композицию (заполненный ромб)?
• [ ] Множественность: Определяется ли кардинальность на обоих концах ассоциаций (например, 1..*)?
• [ ] Навигация: Стрелки четко указывают, какой класс может получить доступ к другому?
• [ ] Наименование: Имена классов являются существительными и уникальными? Ясны ли глаголы отношений?
• [ ] Обобщение:Иерархия наследования имеет смысл (отношение «является»)?