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C++編程雜談之四:漫談UML

編輯:關於C++

UML對很多人來說應該不是一個陌生的概念,這一兩年來,UML被大家越來越多的討論著。本來UML跟我這個主題似乎並不能扯上多大的關系(它是語言無關的,甚至可以說其本身就是一種語言——用於交流的)。我在此談到它有兩個目的:

1.UML是針對面向對象軟件開發的,而C++正是這樣的一種語言

2.UML在設計中被越來越多的使用著,而下一篇雜談准備討論設計模式,如果不了解UML,那麼無法進行下去

UML,全稱:Unified Modeling Language,其目的是為了對軟件密集型的制品進行可視化、詳述、構造和文檔化的圖形語言。UML是依據許多前人的思想總結出的成果,1997年被OMG通過並成為標准(所以在《設計模式》書中如果你看到與標准不一樣的地方,不要奇怪,那本書是95年的)。關於UML的歷史和更詳細的描述,可以參考《UML 參考手冊》。UML主要由一系列視圖組成,其中包括靜態視圖(Static view),用例視圖(Use case view)活動視圖(Activity view)等,不同的圖用處自然也不一樣,而對開發人員來講(或者說為我的下一篇來說),更重要的應該是靜態視圖中的類圖(class diagram)和交互視圖(Interaction view)中的順序圖(Sequence diagram),請注意view和diagram的區別。

類圖

靜態視圖說明了對象的結構,其中最常用的就是類圖,類圖可以幫助我們更直觀的了解一個系統的體系結構,有時侯,描述系統快照的對象圖(Object diagram)也是很有用的。在這裡,我們主要介紹類圖,下面的圖就是一個簡單的類圖:

在類圖中,類由矩形框來表示,如上圖中,定義了4個類,分別為Base、A、B、C,類之間的關系通過各種線條和其他符號來表示,在上圖中,空心的三角表示繼承關系,在UML的術語中,這種關系被稱為泛化(Generalization),所以上面的類用等價代碼表示為:

class Base{…};

class A:public Base{…};

class B:public Base{…};

class C:public Base{…};

我們再看下一幅圖:

這幅圖與上幅幾乎沒有什麼區別,唯一的不同就是Base類中增加了成員,一個私有的integer _x(UML術語為property)和一個公有的fun()的函數(method),是否需要這些類的內部細節UML本身並沒有限制,完全取決於你自己如何使用,UML的用處在於幫助你了解系統,所以只要你自己覺得足夠清楚,那麼夠了,不要再復雜了。

接著看第三幅圖:

上面圖中的箭頭表示一種關系,箭頭另一邊有一個菱形(空心)表示聚合(aggregation),聚合的意義表示has-a關系,其等價代碼如下:

class A{…};

class B{ A* theA;…};

聚合是一種相對松散的關系,聚合類B不需要對被聚合的類A負責。

下面的圖:

這幅圖與上面的唯一區別是菱形為實心的,它代表了一種更為堅固的關系——組合(composition)。組合表示的關系也是has-a,不過在這裡,A的生命期受B控制,通常情況,等價代碼如下:

class A{…};

class B{A theA;…};

即A會隨著B的創建而創建,隨B的消亡而消亡。

下圖:

這裡B與A的關系只是一種依賴關系,這種關系表明,如果類A被修改,那麼類B會受到影響,一個簡單的例子就是:

class A{…};

class B{fun(A params);…};

常用的關系就是我們上面用的這些,通過這些關系和類表示的類圖,我們可以用圖形化的方式描述一個系統的設計部分,當你習慣使用UML後,你會發現,這往往比你告訴同伴某某類從某某類派生,派生類又和某某類具有什麼關系容易的多。

順序圖:

UML中另外一個常用的圖形就是交互視圖中的順序圖,在以往的過程化語言中,我們通常使用流程圖來描述一個函數(系統)是如何工作的,而在面向對象的系統中,這顯然是不可行的,而順序圖正是來解決這個問題的。

假設有如下的偽代碼:

class circle
{
public:
  void fillcolor()
  {
//    ...
  };
  void draw()
  {
    fillcolor();
  };
};
class window
{
public:
  void drawcircle()
  {
    _circle.draw();
  };
private:
  circle _circle;
};

對於下面的調用:

window wnd;

wnd.drawcircle();

對應的順序圖如下:

圖中上方的方塊表示參與的對象,垂直的虛線表示對象的生命線,方框表示激活,其中箭頭表示了一個調用消息(也可以有回送return),如果是異步的消息,則用半箭頭表示,其中draw表示了一個自調用(self call)

至此,UML中最常用的(從開發人員的角度),當然UML的內容遠遠不只這些,這裡的介紹只是一些簡單的概括,並且UML本身也在不斷的發展之中,無論怎樣,我覺得UML會越來越多的深入我們的開發過程中,特別是對下一篇我們要介紹的設計模式而言,類圖是主要的描述工具(到那個時候你會體會到UML描述的優越)。

如果你看過《設計模式》著本書,你會發現與我上面所描述的有一些細微的不同,不要緊張,《設計模式》是GOF95年的作品,那時候UML還沒有形成,而且,其中也明確那是OMT方法(Jim Rumbaugh在通用電氣發表的建模技術——Object Modeling Technique)和Booch方法。如果你覺得UML有些讓你無所適從,也不必緊張,UML本身只是一個輔助工具,它的目的是幫助你描述系統,不是復雜你的工作,如果你的系統很簡單,一句話可以說的很清楚,那麼不要用UML,如果你只想說明類之間的關系,而不是類的接口描述,那麼像第一副圖那樣簡單的描述就很好,總之不要去追求細節,只要能說明問題,那麼你的目的就達到了(甚至你沒有必要完全遵守規范)。

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