11.16

1. 类（Class）的表示
   • 图形结构：在 UML 类图中，类通常用一个矩形来表示。这个矩形被划分为三个部分。最上面的部分是类名，类名一般是名词，并且首字母大写，它代表了这个类的抽象概念，比如 “Customer”（顾客）、“Product”（产品）等。中间部分是类的属性，用于描述类的状态信息。最下面的部分是类的操作，代表了类可以执行的行为或者功能。
   • 属性部分：属性的表示格式为 “[可见性] 属性名：类型”。可见性有三种常见的表示方式，“+” 表示公共（public）属性，意味着可以从其他类中访问这个属性；“-” 表示私有（private）属性，只能在类内部访问；“#” 表示受保护（protected）属性，本类及其子类可以访问。例如，“- customerId:Integer” 表示一个私有属性 customerId，其类型是整数。属性用于存储对象的状态信息，不同的属性可以有不同的数据类型，如整数、字符串、布尔值等。
   • 操作部分：操作的表示格式为 “[可见性] 操作名 (参数列表): 返回类型”。例如，“+ getCustomerId ():Integer” 表示一个公共方法 getCustomerId，没有参数，返回一个整数类型的值。操作定义了类可以执行的行为，比如计算、数据访问和修改等功能。
2. 接口（Interface）的表示
   • 图形结构：接口在 UML 类图中用一个带有《interface》关键字的矩形来表示。它与类的表示有所不同，因为接口主要关注的是方法签名，所以通常只有方法部分，没有属性部分（在一些高级用法或者特定的设计模式中，接口也可能有属性，但这种情况相对较少）。
   • 方法签名部分：接口中的方法签名和类中的操作表示类似，格式为 “[可见性] 方法名 (参数列表): 返回类型”。由于接口中的方法默认是抽象的（在 Java 等编程语言中），所以没有方法体。例如，一个名为 “Drawable” 的接口可能有一个方法 “+ draw ():void”，表示实现这个接口的类需要实现 draw 方法，并且这个方法没有返回值。
   • 接口与类的关系表示：当一个类实现一个接口时，在 UML 类图中用一条带有空心三角形箭头的虚线来表示这种实现关系，箭头从类指向接口。这表示类要遵循接口中定义的规范，实现接口中定义的所有方法。例如，如果有一个 “Shape” 类实现了 “Drawable” 接口，那么在类图中就会有一条从 “Shape” 类指向 “Drawable” 接口的虚线箭头。
3. 关联关系（Association）
   • 概念理解：关联关系是 UML 类图中最常见的关系之一，它表示类与类之间的一种连接，这种连接使得一个类知道另一个类的存在，并且可以访问另一个类的公共属性和方法。关联关系可以是双向的，也可以是单向的，它体现了对象之间的结构关系。
   • 图形表示：用一条直线来表示关联关系。如果是双向关联，两端都没有箭头，这意味着两个类可以互相访问对方的公共成员。例如，“Customer”（顾客）和 “Order”（订单）之间可能是双向关联，因为顾客可以查看自己的订单，订单也可以关联到下单的顾客。如果是单向关联，则在知道另一个类的一端有一个箭头，比如 “Customer”（顾客）和 “Address”（地址）之间可能是单向关联，顾客知道自己的地址，但地址不需要知道是哪个顾客的（在某些简单的设计场景下）。
   • 关联的多重性（Multiplicity）：关联关系还可以表示多重性，也就是一个类的对象可以与另一个类的多少个对象相关联。多重性可以用数字、数字范围或者特定的符号来表示。例如，“1” 表示一个对象只能和一个对象关联；“0..” 表示零个或多个对象关联；“1..3” 表示一个到三个对象关联。例如，一个 “Customer”（顾客）可以有 “0..” 个 “Order”（订单），表示一个顾客可以没有订单，也可以有多个订单。
4. 聚合关系（Aggregation）
   • 概念理解：聚合关系是一种特殊的关联关系，它表示整体与部分的关系，其中部分可以独立于整体存在。这种关系就像是一个容器和它里面的元素的关系，元素可以从容器中取出，并且在容器销毁后，元素仍然可以存在。
   • 图形表示：用一个空心菱形加一条直线来表示聚合关系，空心菱形靠近代表整体的类。例如，“Computer”（计算机）和 “CPU”（中央处理器）之间是聚合关系，计算机是一个整体，CPU 是它的一个部分，CPU 可以从计算机中拆卸下来，并且可以安装到其他计算机中，即使这台计算机报废了，CPU 仍然可以独立存在。
   • 与关联关系的区别：聚合关系比一般的关联关系更强调整体与部分的关系，并且这种关系在语义上更明确地表示了对象之间的组合层次。在实际的系统设计中，聚合关系可以帮助我们更好地组织和理解复杂的对象结构。
5. 组合关系（Composition）
   • 概念理解：组合关系也是一种整体与部分的关系，但与聚合关系不同的是，部分依赖于整体的生命周期，当整体被销毁时，部分也会随之销毁。这种关系就像是人体和器官的关系，器官不能独立于人体而存在，人体死亡，器官也就失去了意义。
   • 图形表示：用一个实心菱形加一条直线来表示组合关系，实心菱形靠近代表整体的类。例如，“Car”（汽车）和 “Engine”（发动机）之间是组合关系，发动机是汽车的一个重要组成部分，当汽车报废时，发动机通常也会被报废，因为发动机是专门为这辆汽车设计和安装的，很难再用于其他汽车（在一般情况下）。
   • 与聚合关系的对比应用：在设计系统时，需要根据实际情况选择使用聚合关系还是组合关系。如果部分对象可以在多个整体对象之间共享，并且有自己独立的生命周期，那么聚合关系更合适；如果部分对象紧密依赖于整体对象，并且它们的生命周期是同步的，那么组合关系更能准确地描述这种关系。
6. 依赖关系（Dependency）
   • 概念理解：依赖关系是一种比较弱的关系，它表示一个类在某些特定的情况下会使用另一个类。这种使用通常是临时性的，或者是在某个方法内部的调用关系。依赖关系不像关联关系、聚合关系或者组合关系那样表示一种长期的、结构上的关系。
   • 图形表示：用一条虚线箭头来表示依赖关系，箭头从依赖的类指向被依赖的类。例如，在一个 “Student”（学生）类中，有一个方法 “takeExam (ExamPaper examPaper)”，这个方法需要一个 “ExamPaper”（试卷）对象作为参数，这就表示 “Student” 类依赖于 “ExamPaper” 类。这种依赖关系只在学生参加考试这个行为发生时存在，平时学生对象和试卷对象之间没有结构上的关联。
   • 应用场景：依赖关系在很多情况下用于表示一个类对另一个类的局部使用，比如方法参数、局部变量或者在某个方法内部创建的对象。它可以帮助我们分析系统中类之间的临时交互关系，以及确定哪些类在某些功能实现上是相关的。
7. 实现关系（Realization）
   • 概念理解：实现关系用于表示一个类实现了一个接口所定义的规范。接口定义了一组方法签名，实现类需要按照这些签名来实现具体的方法，以满足接口的要求。实现关系体现了一种契约式的编程思想，即接口定义了契约，实现类遵守这个契约。
   • 图形表示：用一条带有空心三角形箭头的虚线来表示实现关系，箭头从实现类指向接口。例如，“ArrayList”（动态数组类）实现了 “List”（列表接口），在 UML 类图中就会有一条从 “ArrayList” 指向 “List” 的虚线箭头，表示 “ArrayList” 类实现了 “List” 接口中定义的所有方法，如添加元素、删除元素、获取元素等操作。
   • 接口的重要性及实现意义：接口在软件设计中起到了非常重要的作用，它可以使得系统更加灵活和可扩展。通过实现关系，不同的类可以实现相同的接口，这样在系统的其他部分使用这些类时，只需要依赖接口，而不需要关心具体的实现类，从而提高了系统的可维护性和可替换性。例如，在一个图形绘制系统中，不同的图形类（如 “Circle”（圆）、“Rectangle”（矩形）等）都可以实现 “Drawable”（可绘制）接口，系统的绘制模块只需要调用接口的方法就可以绘制不同的图形，而不需要针对每个图形类编写不同的绘制代码。