UML精简概述

在学习设计模式之前，需要掌握一些预备知识，主要包括UML类图和面向对象设计原则，它们是“基础内功”，将为后续的“深入修行”奠定基础。UML类图可用于描述每一个设计模式的结构以及对模式实例进行说明，而模式结构又是设计模式解法的核心组成部分。学一个设计模式，如果不能绘制和理解其结构图，基本上等于没学。

UML的定义

UML是英文 Unified Modeling Language 的缩写，简称UML（统一建模语言），它是一种由一整套图组成的标准化建模语言，用于帮助系统开发人员阐明、设计和构建软件系统。

UML 的这一整套图被分为两组，一组叫结构性图，包含类图、组件图、部署图、对象图、包图、组合结构图、轮廓图；一组叫行为性图，包含用例图、活动图（也叫流程图）、状态机图、序列图、通信图、交互图、时序图。其中类图是应用最广泛的一种图，经常被用于软件架构设计中。

在UML中，类使用包含类名、属性和操作且带有分隔线的长方形来表示，如定义一个Employee类，它包含属性name、age和email，以及操作modifyInfo（），在UML类图中该类如图所示。

在UML类图中，类一般由三部分组成。

• 类名：每个类都必须有一个名字，类名是一个字符串。
• 类的属性（Attributes）：属性是指类的性质，即类的成员变量。一个类可以有任意多个属性，也可以没有属性。

可以有任意多个属性，也可以没有属性。

UML规定属性的表示方式为：

可见性 名称： 类型[ = 默认值]

其中：

• “可见性”表示该属性对于类外的元素而言是否可见，包括公有（public）、私有（private）和受保护（protected）3种，在类图中分别用符号+、-和＃表示。
• “名称”表示属性名，用一个字符串表示。
• “类型”表示属性的数据类型，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型。

“默认值”是一个可选项，即属性的初始值。

• 类的操作（Operations）：操作是类的任意一个实例对象都可以使用的行为，是类的成员方法。

UML规定操作的表示方式为：

可见性 名称([参数列表])[：返回类型]

其中：

• “可见性”的定义与属性的可见性定义相同。
• “名称”即方法名，用一个字符串表示。
• “参数列表”表示方法的参数，其语法与属性的定义相似，参数个数是任意的，多个参数之间用逗号“，”隔开。
• “返回类型”是一个可选项，表示方法的返回值类型，依赖于具体的编程语言，可以是基本数据类型，也可以是用户自定义类型，还可以是空类型（void）。如果是构造方法，则无返回类型。

常见的关系

类图用于表示不同的实体（人、事物和数据），以及它们彼此之间的关系。该图描述了系统中对象的类型以及它们之间存在的各种静态关系，是一切面向对象方法的核心建模工具。

UML 类图中最常见的几种关系有：泛化（Generalization）、实现（Realization）、组合（Composition）、聚合（Aggregation）、关联（Association）和依赖（Dependency）。这些关系的强弱顺序为：泛化=实现 > 组合 > 聚合 > 关联 > 依赖。

1. 泛化

泛化（Generalization）是一种继承关系，表示一般与特殊的关系，它指定了子类如何特化父类的所有特征和行为。如：哺乳动物具有恒温、胎生、哺乳等生理特征，猫和牛都是哺乳动物，也都具有这些特征，但除此之外，猫会捉老鼠，牛会耕地，如图所示。

2. 实现

实现（Realization）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。

如：蝙蝠也是哺乳动物，它除具有哺乳动物的一般特征之外，还会飞，我们可以定义一个IFlyable的接口，表示飞行的动作，而蝙蝠需要实现这个接口，如图所示。

3. 组合

组合（Composition）也表示整体与部分的关系，但部分离开整体后无法单独存在。因此，组合与聚合相比是一种更强的关系。

如：我们的电脑由CPU、主板、硬盘、内存组成，电脑与CPU、主板、硬盘、内存是整体与部分的关系，但如果让CPU、主板等组件单独存在，就无法工作，因此没有意义，如图所示。

4. 聚合

聚合（Aggregation）是整体与部分的关系，部分可以离开整体而单独存在。

如：一个公司会有多个员工，但员工可以离开公司单独存在，离职了依然可以好好地活着，如图所示。

5. 关联

关联（Association）是一种拥有关系，它使一个类知道另一个类的属性和方法。关联可以是双向的，也可以是单向的。

如：一本书会有多个读者，一个读者也可能会有多本书，书和读者是一种双向的关系（也就是多对多的关系）；但一本书通常只会有一个作者，是一种单向的关系（就是一对一的关系，也可能是一对多的关系，因为一个作者可能会写多本书），如图所示。

6. 依赖

依赖（Dependency）是一种使用的关系，即一个类的实现需要另一个类的协助，所以尽量不要使用双向的互相依赖。

如：所有的动物都要吃东西才能活着，动物与食物就是一种依赖关系，动物依赖食物而生存，如图所示。