UML 2 中的陰和陽
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在 UML 2 中有二種基本的圖範疇：結構圖和行為圖。每個 UML 圖都屬于這二個圖範疇。結構圖的目的是顯示模組化系統的靜态結構。它們包括類，元件和（或）對象圖。另一方面，行為圖顯示系統中的對象的動态行為，包括如對象的方法，協作和活動之類的内容。行為圖的執行個體是活動圖，用例圖和序列圖。
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大體上的結構圖
如同我所說的，結構圖顯示模組化系統的靜态結構。關注系統的元件，無需考慮時間。在系統内，靜态結構通過顯示類型和它們的執行個體進行傳播。除了顯示系統類型和它們的執行個體，結構圖至少也顯示了這些元素間的一些關系，可能的話，甚至也顯示它們的内部結構。
貫穿整個軟體生命周期，結構圖對于各種團隊成員都是有用的。一般而言，這些圖支援設計驗證，和個體與團隊間的設計交流。舉例來說，業務分析師可以使用類或對象圖，來為目前的資産和資源模組化，例如分類賬，産品或地理層次。架構師可以使用元件和部署圖，來測試/确認他們的設計是否充分。開發者可以使用類圖，來設計并為系統的代碼（或即将成為代碼的）類寫文檔。
特殊的類圖
UML 2 把結構圖看成一個分類；這裡并不存在稱為“結構圖”的圖。然而，類圖提供結構圖類型的一個主要執行個體，并為我們提供一組記号元素的初始集，供所有其它結構圖使用。由于類圖是如此基本，本文的剩餘部分将會把重點集中在類圖記号集。在本文的結尾，你将對于如何畫UML 2類圖有所了解，而且對于了解在後面文章中将涉及的其他結構圖有一個穩固的基礎。
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基礎
如先前所提到的，類圖的目的是顯示模組化系統的類型。在大多數的 UML 模型中這些類型包括：
- 類
- 接口
- 資料類型
- 元件
UML 為這些類型起了一個特别的名字：“分類器”。通常地，你可以把分類器當做類，但在技術上，分類器是更為普遍的術語，它還是引用上面的其它三種類型為好。
類名
類的 UML 表示是一個長方形，垂直地分為三個區，如圖 1 所示。頂部區域顯示類的名字。中間的區域列出類的屬性。底部的區域列出類的操作。當在一個類圖上畫一個類元素時，你必須要有頂端的區域，下面的二個區域是可選擇的（當圖描述僅僅用于顯示分類器間關系的高層細節時，下面的兩個區域是不必要的）。圖 1 顯示一個航線班機如何作為 UML 類模組化。正如我們所能見到的，名字是 Flight，我們可以在中間區域看到Flight類的3個屬性：flightNumber，departureTime 和 flightDuration。在底部區域中我們可以看到Flight類有兩個操作：delayFlight 和 getArrivalTime。
圖 1: Flight類的類圖
類屬性清單
類的屬性節（中部區域）在分隔線上列出每一個類的屬性。屬性節是可選擇的，要是一用它，就包含類的清單顯示的每個屬性。該線用如下格式：
name : attribute type
flightNumber : Integer
繼續我們的Flight類的例子，我們可以使用屬性類型資訊來描述類的屬性，如表 1 所示。
表 1：具有關聯類型的Flight類的屬性名字
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在業務類圖中，屬性類型通常與機關相符，這對于圖的可能讀者是有意義的（例如，分鐘，美元，等等）。然而，用于生成代碼的類圖，要求類的屬性類型必須限制在由程式語言提供的類型之中，或包含于在系統中實作的、模型的類型之中。
在類圖上顯示具有預設值的特定屬性，有時是有用的（例如，在銀行賬戶應用程式中，一個新的銀行賬戶會以零為初始值）。UML 規範允許在屬性清單節中，通過使用如下的記号作為預設值的辨別：
name : attribute type = default value
舉例來說：
balance : Dollars = 0
顯示屬性預設值是可選擇的；圖 2 顯示一個銀行賬戶類具有一個名為 balance的類型，它的預設值為0。
圖 2：顯示預設為0美元的balance屬性值的銀行賬戶類圖。
類操作清單
類操作記錄在類圖長方形的第三個（最低的）區域中，它也是可選擇的。和屬性一樣，類的操作以清單格式顯示，每個操作在它自己線上。操作使用下列記号表現：
name(parameter list) : type of value returned
下面的表 2 中Flight類操作的映射。
表 2：從圖 2 映射的Flight類的操作
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圖3顯示，delayFlight 操作有一個Minutes類型的輸入參數 -- numberOfMinutes。然而，delayFlight 操作沒有傳回值。 1當一個操作有參數時，參數被放在操作的括号内；每個參數都使用這樣的格式：“參數名：參數類型”。
圖 3：Flight類操作參數，包括可選擇的“in”辨別。
當文檔化操作參數時，你可能使用一個可選擇的訓示器，以顯示參數到操作的輸入參數、或輸出參數。這個可選擇的訓示器以“in”或“out”出現，如圖3中的操作區域所示。一般來說，除非将使用一種早期的程式程式設計語言，如Fortran ，這些訓示器可能會有所幫助，否則它們是不必要的。然而，在 C++和Java中，所有的參數是“in”參數，而且按照UML規範，既然“in”是參數的預設類型，大多數人将會遺漏輸入/輸出訓示器。
繼承
在面向對象的設計中一個非常重要的概念，繼承，指的是一個類（子類）繼承另外的一個類（超類）的同一功能，并增加它自己的新功能（一個非技術性的比喻，想象我繼承了我母親的一般的音樂能力，但是在我的家裡，我是唯一一個玩電吉他的人）的能力。為了在一個類圖上模組化繼承，從子類（要繼承行為的類）拉出一條閉合的，單鍵頭（或三角形）的實線指向超類。考慮銀行賬戶的類型：圖 4 顯示 CheckingAccount 和 SavingsAccount 類如何從 BankAccount 類繼承而來。
圖 4: 繼承通過指向超類的一條閉合的，單箭頭的實線表示。
在圖 4 中，繼承關系由每個超類的單獨的線畫出，這是在IBM Rational Rose和IBM Rational XDE中使用的方法。然而，有一種稱為 樹标記的備選方法可以畫出繼承關系。當存在兩個或更多子類時，如圖 4 中所示，除了繼承線象樹枝一樣混在一起外，你可以使用樹形記号。圖 5 是重繪的與圖 4 一樣的繼承，但是這次使用了樹形記号。
圖 5: 一個使用樹形記号的繼承執行個體
抽象類及操作
細心的讀者會注意到，在圖 4 和 圖5 中的圖中,類名BankAccount和withdrawal操作使用斜體。這表示，BankAccount 類是一個抽象類，而withdrawal方法是抽象的操作。換句話說，BankAccount 類使用withdrawal規定抽象操作，并且CheckingAccount 和 SavingsAccount 兩個子類都分别地執行它們各自版本的操作。
然而，超類（父類）不一定要是抽象類。标準類作為超類是正常的。
關聯
當你系統模組化時，特定的對象間将會彼此關聯，而且這些關聯本身需要被清晰地模組化。有五種關聯。在這一部分中，我将會讨論它們中的兩個 -- 雙向的關聯和單向的關聯，而且我将會在Beyond the basics部分讨論剩下的三種關聯類型。請注意，關于何時該使用每種類型關聯的詳細讨論，不屬于本文的範圍。相反的，我将會把重點集中在每種關聯的用途，并說明如何在類圖上畫出關聯。
雙向（标準）的關聯
關聯是兩個類間的聯接。關聯總是被假定是雙向的；這意味着，兩個類彼此知道它們間的聯系，除非你限定一些其它類型的關聯。回顧一下Flight 的例子，圖 6 顯示了在Flight類和Plane類之間的一個标準類型的關聯。
圖 6：在一個Flight類和Plane類之間的雙向關聯的執行個體
一個雙向關聯用兩個類間的實線表示。線上的任一端，你放置一個角色名和多重值。圖 6 顯示Flight與一個特定的Plane相關聯，而且Flight類知道這個關聯。因為角色名以Plane類表示，是以Plane承擔關聯中的“assignedPlane”角色。緊接于Plane類後面的多重值描述0...1表示，當一個Flight實體存在時，可以有一個或沒有Plane與之關聯（也就是，Plane可能還沒有被配置設定）。圖 6 也顯示Plane知道它與Flight類的關聯。在這個關聯中，Flight承擔“assignedFlights”角色；圖 6 的圖告訴我們，Plane實體可以不與flight關聯（例如，它是一架全新的飛機）或與沒有上限的flight（例如，一架已經服役5年的飛機）關聯。
由于對那些在關聯尾部可能出現的多重值描述感到疑惑，下面的表3列出了一些多重值及它們含義的例子。
表 3: 多重值和它們的表示
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單向關聯
在一個單向關聯中，兩個類是相關的，但是隻有一個類知道這種聯系的存在。圖 7 顯示單向關聯的透支财務報告的一個執行個體。
圖 7: 單向關聯一個執行個體：OverdrawnAccountsReport 類 BankAccount 類，而 BankAccount 類則對關聯一無所知。
一個單向的關聯，表示為一條帶有指向已知類的開放箭頭（不關閉的箭頭或三角形，用于标志繼承）的實線。如同标準關聯，單向關聯包括一個角色名和一個多重值描述，但是與标準的雙向關聯不同的時，單向關聯隻包含已知類的角色名和多重值描述。在圖 7 中的例子中，OverdrawnAccountsReport 知道 BankAccount 類，而且知道 BankAccount 類扮演“overdrawnAccounts”的角色。然而，和标準關聯不同，BankAccount 類并不知道它與 OverdrawnAccountsReport 相關聯。 2
軟體包
不可避免，如果你正在為一個大的系統或大的業務領域模組化，在你的模型中将會有許多不同的分類器。管理所有的類将是一件令人生畏的任務；是以，UML 提供一個稱為 軟體包的組織元素。軟體包使模組化者能夠組織模型分類器到名字空間中，這有些象檔案系統中的檔案夾。把一個系統分為多個軟體包使系統變成容易了解，尤其是在每個軟體包都表現系統的一個特定部分時。 3
在圖中存在兩種方法表示軟體包。并沒有規則要求使用哪種标記，除了用你個人的判斷：哪種更便于閱讀你畫的類圖。兩種方法都是由一個較小的長方形（用于定位）嵌套在一個大的長方形中開始的，如圖 8 所示。但是模組化者必須決定包的成員如何表示，如下：
- 如果模組化者決定在大長方形中顯示軟體包的成員，則所有的那些成員 4需要被放置在長方形裡面。另外，所有軟體包的名字需要放在軟體包的較小長方形之内（如圖 8 的顯示）。
- 如果模組化者決定在大的長方形之外顯示軟體包成員，則所有将會在圖上顯示的成員都需要被置于長方形之外。為了顯示屬于軟體包的分類器屬于，從每個分類器畫一條線到裡面有加号的圓周，這些圓周粘附在軟體包之上（圖9）。
圖 8：在軟體包的長方形内顯示軟體包成員的軟體包元素例子
圖 9：一個通過連接配接線表現軟體包成員的軟體包例子
了解基礎重要性
在 UML 2 中，了解類圖的基礎更為重要。這是因為類圖為所有的其他結構圖提供基本的建構塊。如元件或對象圖（僅僅是舉了些例子）。
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超過基礎
到此為止，我已經介紹了類圖的基礎，但是請繼續往下讀！在下面的部分中，我将會引導你到你會使用的類圖的更重要的方面。這些包括UML 2 規範中的接口，其它的三種關聯類型，可見性和其他補充。
接口
在本文的前面，我建議你以類來考慮分類器。事實上，分類器是一個更為一般的概念，它包括資料類型和接口。
關于何時、以及如何高效地在系統結構圖中使用資料類型和接口的完整讨論，不在本文的讨論範圍之内。既然這樣，我為什麼要在這裡提及資料類型和接口呢？你可能想在結構圖上模仿這些分類器類型，在這個時候，使用正确的記号來表示，或者至少知道這些分類器類型是重要的。不正确地繪制這些分類器，很有可能将使你的結構圖讀者感到混亂，以後的系統将不能适應需求。
一個類和一個接口不同：一個類可以有它形态的真實執行個體，然而一個接口必須至少有一個類來實作它。在 UML 2 中，一個接口被認為是類模組化元素的特殊化。是以，接口就象類那樣繪制，但是長方形的頂部區域也有文本“interface”，如圖 10 所示。 5
圖 10：Professor類和Student類實作Person接口的類圖執行個體
在圖 10 中顯示的圖中，Professor和Student類都實作了Person的接口，但并不從它繼承。我們知道這一點是由于下面兩個原因：1) Person對象作為接口被定義 -- 它在對象的名字區域中有“interface”文本，而且我們看到由于Professor和Student對象根據畫類對象的規則（在它們的名字區域中沒有額外的分類器文本）标示，是以它們是 類對象。 2) 我們知道繼承在這裡沒有被顯示，因為與帶箭頭的線是點線而不是實線。如圖 10 所示，一條帶有閉合的單向箭頭的點 線意味着實作（或實施）；正如我們在圖 4 中所見到的，一條帶有閉合單向箭頭的實線表示繼承。
更多的關聯
在上面，我讨論了雙向關聯和單向關聯。現在，我将會介紹剩下的三種類型的關聯。
關聯類
在關聯模組化中，存在一些情況下，你需要包括其它類，因為它包含了關于關聯的有價值的資訊。對于這種情況，你會使用 關聯類 來綁定你的基本關聯。關聯類和一般類一樣表示。不同的是，主類和關聯類之間用一條相交的點線連接配接。圖 11 顯示一個航空工業執行個體的關聯類。
圖 11：增加關聯類 MileageCredit
在圖 11 中顯示的類圖中，在Flight類和 FrequentFlyer 類之間的關聯，産生了稱為 MileageCredit的關聯類。這意味當Flight類的一個執行個體關聯到 FrequentFlyer 類的一個執行個體時，将會産生 MileageCredit 類的一個執行個體。
聚合
聚合是一種特别類型的關聯，用于描述“總體到局部”的關系。在基本的聚合關系中， 部分類 的生命周期獨立于 整體類 的生命周期。
舉例來說，我們可以想象，車 是一個整體實體，而 車輪 輪胎是整輛車的一部分。輪胎可以在安置到車時的前幾個星期被制造，并放置于倉庫中。在這個執行個體中，Wheel類執行個體清楚地獨立地Car類執行個體而存在。然而，有些情況下， 部分 類的生命周期并 不 獨立于 整體 類的生命周期 -- 這稱為合成聚合。舉例來說，考慮公司與部門的關系。 公司和部門 都模組化成類，在公司存在之前，部門不能存在。這裡Department類的執行個體依賴于Company類的執行個體而存在。
讓我們更進一步探讨基本聚合群組合聚合。
基本聚合
有聚合關系的關聯指出，某個類是另外某個類的一部分。在一個聚合關系中，子類執行個體可以比父類存在更長的時間。為了表現一個聚合關系，你畫一條從父類到部分類的實線，并在父類的關聯末端畫一個未填充棱形。圖 12 顯示車和輪胎間的聚合關系的例子。
圖 12: 一個聚合關聯的例子
組合聚合
組合聚合關系是聚合關系的另一種形式，但是子類執行個體的生命周期依賴于父類執行個體的生命周期。在圖13中，顯示了Company類和Department類之間的組合關系，注意組合關系如聚合關系一樣繪制，不過這次菱形是被填充的。
圖 13: 一個組合關系的例子
在圖 13 中的關系模組化中，一個Company類執行個體至少總有一個Department類執行個體。因為關系是組合關系，當Company執行個體被移除/銷毀時，Department執行個體也将自動地被移除/銷毀。組合聚合的另一個重要功能是部分類隻能與父類的執行個體相關（舉例來說，我們例子中的Company類）。
反射關聯
現在我們已經讨論了所有的關聯類型。就如你可能注意到的，我們的所有例子已經顯示了兩個不同類之間的關系。然而，類也可以使用反射關聯與它本身相關聯。起先，這可能沒有意義，但是記住，類是抽象的。圖 14 顯示一個Employee類如何通過manager / manages角色與它本身相關。當一個類關聯到它本身時，這并不意味着類的執行個體與它本身相關，而是類的一個執行個體與類的另一個執行個體相關。
圖 14：一個反射關聯關系的執行個體
圖 14 描繪的關系說明一個Employee執行個體可能是另外一個Employee執行個體的經理。然而，因為“manages”的關系角色有 0..*的多重性描述；一個雇員可能不受任何其他雇員管理。
可見性
在面向對象的設計中，存在屬性及操作可見性的記号。UML 識别四種類型的可見性：public，protected，private及package。
UML 規範并不要求屬性及操作可見性必須顯示在類圖上，但是它要求為每個屬性及操作定義可見性。為了在類圖上的顯示可見性，放置可見性标志于屬性或操作的名字之前。雖然 UML 指定四種可見性類型，但是實際的程式設計語言可能增加額外的可見性，或不支援 UML 定義的可見性。表4顯示了 UML 支援的可見性類型的不同标志。
表 4：UML 支援的可見性類型的标志
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現在，讓我們看一個類，以說明屬性及操作的可見性類型。在圖 15 中，所有的屬性及操作都是public，除了 updateBalance 操作。updateBalance 操作是protected。
圖 15：一個 BankAccount 類說明它的屬性及操作的可見性
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UML 2 補充
既然我們已經覆寫了基礎和進階主題，我們将覆寫一些由UML 1. x增加的類圖的新記号。
執行個體
當一個系統結構模組化時，顯示例子類執行個體有時候是有用的。為了這種結構模組化，UML 2 提供 執行個體規範 元素，它顯示在系統中使用例子（或現實）執行個體的值得注意的資訊。
執行個體的記号和類一樣，但是取代頂端區域中僅有的類名，它的名字是經過拼接的:
Instance Name : Class Name
Donald : Person
因為顯示執行個體的目的是顯示值得注意的或相關的資訊，沒必要在你的模型中包含整個實體屬性及操作。相反地，僅僅顯示感興趣的屬性及其值是完全恰當的。如圖16所描述。
圖 16：Plane類的一個執行個體例子（隻顯示感興趣的屬性值）
然而，僅僅表現一些執行個體而沒有它們的關系不太實用；是以，UML 2 也允許在實體層的關系/關聯模組化。繪制關聯與一般的類關系的規則一樣，除了在模組化關聯時有一個附加的要求。附加的限制是，關聯關系必須與類圖的關系相一緻，而且關聯的角色名字也必須與類圖相一緻。它的一個例子顯示于圖 17 中。在這個例子中，執行個體是圖 6 中類圖的例子執行個體。
圖 17：圖 6 中用執行個體代替類的例子
圖 17 有Flight類的二個執行個體，因為類圖指出了在Plane類和Flight類之間的關系是 0或多。是以，我們的例子給出了兩個與NX0337 Plane執行個體相關的Flight執行個體。
角色
模組化類的執行個體有時比期望的更為詳細。有時，你可能僅僅想要在一個較多的一般層次做類關系的模型。在這種情況下，你應該使用 角色 記号。角色記号類似于執行個體記号。為了建立類的角色模型，你畫一個方格，并在内部放置類的角色名及類名，作為實體記号，但是在這情況你不能加下劃線。圖 18 顯示一個由圖 14 中圖描述的雇員類扮演的角色執行個體。在圖 18 中，我們可以認為，即使雇員類與它本身相關，關系确實是關于雇員之間扮演經理及團隊成員的角色。
圖 18：一個類圖顯示圖14中扮演不同角色的類
注意，你不能在純粹類圖中做類角色的模組化，即使圖 18顯示你可以這麼做。為了使用角色記号，你将會需要使用下面讨論的内部結構記号。
内部的結構
UML 2 結構圖的更有用的功能之一是新的内部結構記号。它允許你顯示一個類或另外的一個分類器如何在内部構成。這在 UML 1. x 中是不可能的，因為記号限制你隻能顯示一個類所擁有的聚合關系。現在，在 UML 2 中，内部的結構記号讓你更清楚地顯示類的各個部分如何保持關系。
讓我們看一個執行個體。在圖 18 中我們有一個類圖以表現一個Plane類如何由四個引擎和兩個控制軟體對象組成。從這個圖中省略的東西是顯示關于飛機部件如何被裝配的一些資訊。從圖 18 的圖，你無法說明，是每個控制軟體對象控制兩個引擎，還是一個控制軟體對象控制三個引擎，而另一個控制一個引擎。
圖 19: 隻顯示對象之間關系的類圖
繪制類的内在結構将會改善這種狀态。開始時，你通過用二個區域畫一個方格。最頂端的區域包含類名字，而較低的區域包含類的内部結構，顯示在它們父類中承擔不同角色的部分類，角色中的每個部分類也關系到其它類。圖 19 顯示了Plane類的内部結構；注意内部結構如何澄清混亂性。
圖 20：Plane類的内部結構例子。
在圖 20 中Plane有兩個 ControlSoftware 對象，而且每個控制二個引擎。在圖左邊上的 ControlSoftware（control1）控制引擎 1 和 2 。在圖右邊的 ControlSoftware（control2）控制引擎 3 和 4 。
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結論
至少存在兩個了解類圖的重要理由。第一個是它顯示系統分類器的靜态結構；第二個理由是圖為UML描述的其他結構圖提供了基本記号。開發者将會認為類圖是為他們特别建立的；但是其他的團隊成員将發現它們也是有用的。業務分析師可以用類圖，為系統的業務遠景模組化。正如我們将會在本系列關于 UML 基礎的文章中見到的，其他的圖 -- 包括活動圖，序列圖和狀态圖——參考類圖中的類模組化和文檔化。
關于“UML 基礎”的本系列的後面的元件圖。
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腳注
1 delayFlight沒有傳回值，因為我作出了設計決定，不要傳回值。有一點可以争論的是，延遲操作應該傳回新的到達時間，而且，如果是這種情形，操作屬性将顯示為
delayFlight(numberOfMinutes : Minutes) : Date。
2可能看起來很奇怪， BankAccount 類不知道 OverdrawnAccountsReport 類。這個模組化使報表類可以知道它們報告的業務類，但是業務類不知道它們正在被報告。這解開兩個對象的耦合，并是以使系統變得更能适應變化。
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