Диаграмма классов ( англ. class diagram ) — структурная диаграмма языка моделирования UML , демонстрирующая общую структуру иерархии классов системы, их коопераций, атрибутов (полей), методов , интерфейсов и взаимосвязей (отношений) между ними. Широко применяется не только для документирования и визуализации, но также для конструирования посредством прямого или обратного проектирования .

Введение

Целью создания диаграммы классов является графическое представление статической структуры декларативных элементов системы (классов, типов и т. п.) Она содержит в себе также некоторые элементы поведения (например — операции), однако их динамика должна быть отражена на диаграммах других видов ( диаграммах коммуникации , диаграммах состояний). Для удобства восприятия диаграмму классов можно также дополнить представлением пакетов , включая вложенные .

При представлении сущностей реального мира разработчику требуется отразить их текущее состояние, их поведение и их взаимные отношения. На каждом этапе осуществляется абстрагирование от маловажных деталей и концепций, которые не относятся к реальности (производительность, инкапсуляция , видимость и т. п.). Классы можно рассматривать с позиции различных уровней. Как правило, их выделяют три основных: аналитический уровень, уровень проектирования и уровень реализации :

• на уровне анализа класс содержит в себе только набросок общих контуров системы и работает как логическая концепция предметной области или программного продукта.
• на уровне проектирования класс отражает основные проектные решения касательно распределения информации и планируемой функциональности, объединяя в себе сведения о состоянии и операциях.
• на уровне реализации класс дорабатывается до такого вида, в каком он максимально удобен для воплощения в выбранной среде разработки; при этом не воспрещается опустить в нём те общие свойства, которые не применяются на выбранном языке программирования.

Элементы диаграммы

Класс является ключевым элементом в объектно-ориентированном моделировании. На диаграмме классы представлены в рамках, содержащих три компонента:

• В верхней части написано имя класса. Имя класса выравнивается по центру и пишется полужирным шрифтом. Имена классов начинаются с заглавной буквы. Если класс абстрактный — то его имя пишется полужирным курсивом.
• Посередине располагаются поля (атрибуты) класса. Они выровнены по левому краю и начинаются с маленькой буквы.
• Нижняя часть содержит методы класса. Они также выровнены по левому краю и пишутся с маленькой буквы.

Язык UML предоставляет механизмы для представления членов класса, например атрибутов и методов, а также дополнительной информации о них.

Видимость

Для задания видимости членов класса (то есть — любым атрибутам или методам), эти обозначения должны быть размещены перед именем участника:

+	Публичный (Public)
-	Приватный (Private)
#	Защищённый (Protected)
/	Производный (Derived) (может быть совмещён с другими)
~	Пакет (Package)

Области действия

UML определяет два типа областей действия для членов: экземпляр и классификатор , последние имеют подчёркнутые имена .

• Члены классификаторы . Во многих языках называются static . Область действия — сам класс.
  • Значения полей одинаковы для всех экземпляров в данной единице трансляции
  • Вызов метода не меняет состояние объекта
• Члены экземпляры . Область действия — объект.
  • Значения полей могут отличаться в разных объектах
  • Методы могут изменять поля

Чтобы показать принадлежность к классификатору, имя подчёркивается , в противном случае область действия полагается областью действия по умолчанию.

Взаимосвязи

Взаимосвязь — это особый тип логических отношений между сущностями, показанных на диаграммах классов и объектов . В UML представлены следующие виды отношений:

Взаимосвязи объектов классов

Зависимость

обозначает такое отношение между классами, что изменение спецификации класса-поставщика может повлиять на работу зависимого класса, но не наоборот.

Ассоциация

Ассоциация показывает, что объекты одной сущности (класса) связаны с объектами другой сущности таким образом, что можно перемещаться от объектов одного класса к другому. Является общим случаем композиции и агрегации.

Например, класс Человек и класс Школа имеют ассоциацию, так как человек может учиться в школе. Ассоциации можно присвоить имя «учится в».

Двойные ассоциации представляются линией без стрелочек на концах, соединяющей два классовых блока. Ассоциации более высокой степени имеют более двух концов и представляются линиями, один конец которых идёт к классовому блоку, а другой к общему ромбику. В представлении однонаправленной ассоциации добавляется стрелка, указывающая на направление ассоциации.

Ассоциация может быть именованной, и на концах представляющей её линии могут быть подписаны роли, принадлежности, индикаторы, мультипликаторы, видимости или другие свойства.

Агрегация

Агрегация — это разновидность ассоциации при отношении между целым и его частями. Как тип ассоциации агрегация может быть именованной. Одно отношение агрегации не может включать более двух классов (контейнер и содержимое).

Агрегация встречается, когда один класс является коллекцией или контейнером других. Причём по умолчанию, агрегацией называют агрегацию по ссылке , то есть когда время существования содержащихся классов не зависит от времени существования содержащего их класса. Если контейнер будет уничтожен, то его содержимое — нет.

Графически агрегация представляется пустым ромбом на блоке класса, и линией, идущей от этого ромба к содержащемуся классу.

Композиция

Композиция — более строгий вариант агрегации. Известна также как агрегация по значению.

Композиция имеет жёсткую зависимость времени существования экземпляров класса контейнера и экземпляров содержащихся классов. Если контейнер будет уничтожен, то всё его содержимое будет также уничтожено.

Графически представляется, как и агрегация, но с закрашенным ромбиком.

Различия между композицией и агрегацией

Приведём наглядный пример. Комната является частью квартиры, следовательно здесь подходит композиция, потому что комната без квартиры существовать не может. А, например, мебель не является неотъемлемой частью квартиры, но в то же время, квартира содержит мебель, поэтому следует использовать агрегацию.

Взаимосвязи классов

Обобщение (наследование)

Обобщение (Generalization) показывает, что один из двух связанных классов ( подтип ) является частной формой другого ( надтипа ), который называется обобщением первого. На практике это означает, что любой экземпляр подтипа является также экземпляром надтипа. Например: животные — супертип млекопитающих, которые, в свою очередь, — супертип приматов, и так далее. Эта взаимосвязь легче всего описывается фразой «А — это Б» (приматы — это млекопитающие, млекопитающие — это животные).//

Графически обобщение представляется линией с пустым треугольником у супертипа.

Обобщение также известно как наследование или « » взаимосвязь (или отношение «является»).

Реализация

Реализация — отношение между двумя элементами модели, в котором один элемент ( клиент ) реализует поведение, заданное другим ( поставщиком ). Реализация — отношение целое-часть. Графически реализация представляется так же, как и наследование, но с пунктирной линией.

Поставщик, как правило, является абстрактным классом или классом-интерфейсом.

Общая взаимосвязь

Зависимость

Зависимость (dependency) — это слабая форма отношения использования, при которой изменение в спецификации одного влечёт за собой изменение другого, причём обратное не обязательно. Возникает, когда объект выступает, например, в форме параметра или локальной переменной.

Графически представляется штриховой стрелкой, идущей от зависимого элемента к тому, от которого он зависит.

Существует несколько именованных вариантов.

Зависимость может быть между экземплярами, классами или экземпляром и классом.

Уточнения отношений

Уточнение имеет отношение к уровню детализации. Один пакет уточняет другой, если в нём содержатся те же самые элементы, но в более подробном представлении. Например, при написании книги вы наверняка начнете с формулировки предложения, в котором кратко будет представлено содержание каждой главы. Предположим, что резюме к каждой главе в качестве отдельного элемента входит в пакет «Предложение». Допустим также, что «Завершённая книга» — это пакет, элементами которого являются законченные главы. В этом контексте пакет «Завершённая книга» является уточнением пакета «Предложение».

Мощность отношений (Кратность)

Мощность отношения (мультипликатор) означает число связей между каждым экземпляром класса (объектом) в начале линии с экземпляром класса в её конце. Различают следующие типичные случаи:

нотация	объяснение	пример
0..1	Ноль или один экземпляр	Кошка имеет хозяина.
1	Обязательно один экземпляр	у кошки одна мать
0..* или *	Ноль или более экземпляров	у кошки могут быть, а может и не быть котят
1..*	Один или более экземпляров	у кошки есть хотя бы одно место, где она спит

См. также

• Entity-Relationship модель
• Объектно-ориентированное проектирование
• Объектно-ориентированное программирование
• Теория множеств ( множество , элемент множества )
• Теория категорий

Примечания

Источники

• Г. Буч, Д. Рамбо, И. Якобсон. Язык UML. Руководство пользователя = The Unified Modeling Language Usere Guide. — 2-е. — М. : ДМК Пресс, 2006. — 496 с. — ISBN 5-94074-334-X .
• Г. Буч, А. Якобсон, Д. Рамбо,. UML. Классика CS = The Unified Modeling Language Reference Manual. — 2-е. — СПб. : «Питер», 2006. — 736 с. — ISBN 5-469-00599-2 .

Ссылки