UML类图详解

我们在阅读开源项目时，总是希望能比较高效的整理清楚项目中的各个类之间的关系，那么有没有相应的工具能高效、简洁的表示清楚类关系呢？UML类图就是一个可以帮我们解决此类问题的工具或者方法。

1 什么是UML

统一建模语言（Unified Modeling Language，缩写UML）是非专利的第三代建模和规约语言。
UML是一种开放的方法，用于说明、可视化、构建和编写一个正在开发的、面向对象的、软件密集系统的制品的开放方法。

UML模型和图形

UML分为模型和图形两大类。区分UML模型和UML图是非常重要的，UML图（包括用例图、协作图、活动图、序列图、部署图、构件图、类图、状态图）是模型中信息的图表表达形式，但是UML模型独立于UML图存在。

在UML系统开发中有三个主要的模型：

• 功能模型：从用户的角度展示系统的功能，包括用例图。
• 对象模型：采用对象，属性，操作，关联等概念展示系统的结构和基础，包括类别图、对象图。
• 动态模型：展现系统的内部行为。包括序列图，活动图，状态图。

UML2.2中一共定义了14种图示。

结构性图形（Structure diagrams）强调的是系统式的建模：

• 静态图（static diagram)：包括类图、对象图、包图
• 实现图（implementation diagram）：包括组件图、部署图
• 剖面图
• 复合结构图

行为式图形（Behavior diagrams）强调系统模型中触发的事件

• 活动图
• 状态图
• 用例图

交互性图形（Interaction diagrams），属于行为图形的子集合，强调系统模型中的资料流程

• 通信图
• 交互概述图
• 时序图
• 时间图

2 UML类图作用

UML展现了一系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是软件架构层次方面已经被验证有效。

我们这次介绍的主要是类图，为了解析项目的系统结构和架构层次，可以简洁明了的帮助我们理解项目中类之间的关系。

类图的作用：
（1）：在软件工程中，类图是一种静态的结构图，描述了系统的类的集合，类的属性和类之间的关系，可以简化了人们对系统的理解；
（2）：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。

3 类图格式

在UML类图中，类使用包含类名、属性(field) 和方法(method) 且带有分割线的矩形来表示，

举个栗子。一个Animal类，它包含name,age,state,isPet这4个属性，以及name相关方法。

class Animal: NSObject {

	public var name: String?
	internal var isPet: Bool?
	fileprivate var state: String?
	private var age: Int? = 0

	override init() {
    	self.name = "no name"
    	self.age = 0
    	self.isPet = true
    	self.state = "dead"
	}

	public func getName() -> String {
    	return self.name!
	}

	internal func setName(name: String?) {
    	self.name = name
	}
}

对应UML类图：

• 类名：粗体，如果是类是抽象类则类名显示为斜体！
• 属性：

可见性 名称：类型[=默认值]

可见性一般为public、private和protected，在类图分别用+、-和#表示，在Swift中没有与protected完全对应的可见控制，因此选用的是internal对应为#；名称为属性的名称；类型为数据类型；默认值如变量 age默认值为0。

• 方法：

可见性 名称（参数列表 参数1，参数2） ：返回类型

可见性如上名称表达式的介绍，名称就是方法名，参数列表是可选的项，多参数的话参数直接用英文逗号隔开；返回值也是个可选项，返回值类型可以说基本的数据类型、用户自定义类型和void。如果是构造方法，则无返回类型！

4类与类之间的关系表达

类图中类与类之间的关系主要由：继承、实现、依赖、关联、聚合、组合这六大类型。表示方式如下图：

(1)继承关系（Generalization/extends）

继承关系也叫泛化关系，指的是一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并可以增加它自己的新功能的能力，继承是类与类或者接口与接口之间最常见的关系。

继承用实线空心箭头表示，由子类指向父类。

下面写两个子类，Fish和Cat分别继承自Animal。

class Fish: Animal {
    
    public var fishType: String?
    func swim() {
    }
}

class Cat: Animal {
    public var hasFeet: Bool?
    func playToy(doll:Doll) {
        doll.toyMoved()
    }
}

(2)实现关系（implements）

指的是一个class类实现interface接口（可以是多个）的功能；实现是类与接口之间最常见的关系；在Java中此类关系通过关键字implements明确标识，在iOS中我将其理解成代理的实现。

写一个洋娃娃类Doll，该类遵循了ToyAction协议，实现了玩具移动的方法。

protocol ToyAction {
    func toyMoved() -> Void
}

class Doll: NSObject,ToyAction {
    
    public var body: Body?
    public var cloth: Cloth?
    
    func toyMoved() {
        //洋娃娃玩具动作具体实现
    }
}

(3)依赖关系（Dependency）

可以简单的理解，就是一个类A使用到了另一个类B，而这种使用关系是具有偶然性的、、临时性的、非常弱的，但是B类的变化会影响到A；比如某人要过河，需要借用一条船，此时人与船之间的关系就是依赖；表现在代码层面，为类B作为参数被类A在某个method方法中使用。

在我们的上述代码中Cat的playToy方法中参数引用了Doll，因此他们是依赖关系。

(4)关联关系（Association）

他体现的是两个类、或者类与接口之间语义级别的一种强依赖关系，比如我和我的朋友；这种关系比依赖更强、不存在依赖关系的偶然性、关系也不是临时性的，一般是长期性的，而且双方的关系一般是平等的、关联可以是单向、双向的；表现在代码层面，为被关联类B以类属性的形式出现在关联类A中，也可能是关联类A引用了一个类型为被关联类B的全局变量；

写一个Person类，他拥有一个宠物猫，他们之间的关系是关联。

class Head: NSObject {
    
}

class Person: NSObject {
    public var pet: Cat?
    public var head: Head?
}

](association.png)

(5)聚合关系（Aggregation）

聚合是关联关系的一种特例，他体现的是整体与部分、拥有的关系，即has-a的关系，此时整体与部分之间是可分离的，他们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享；比如计算机与CPU、公司与员工的关系等；表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分；

class Cloth: NSObject {
    
}

class Body: NSObject {
    
}

在上述代码中Doll由Body和Cloth组成，且即使失去Cloth，Doll也可以正常存在。

(6)组合关系（Composition）

组合也是关联关系的一种特例，他体现的是一种contains-a的关系，这种关系比聚合更强，也称为强聚合；他同样体现整体与部分间的关系，但此时整体与部分是不可分的，整体的生命周期结束也就意味着部分的生命周期结束；比如你和你的大脑；表现在代码层面，和关联关系是一致的，只能从语义级别来区分；

上述代码中的Person拥有Head，并且这个整体和部分是不可分割的。

最后来看看这个例子中的整体关系：

其实理解了之后我们发现还是很简单的，学会了之后就可以投入实践中了，举一个简单第三方库的类图例子，下图是Masonry的类图整理，可以看到项目结构很清晰的展示了出来。

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