UML (统一建模语言)，对於所有学过 OOP 语言的人是一个耳熟能详的图表，UML, SysML, IDEF 都是建模语言，他们要做的事情其实都是在描述整个功能、系统的关联性。

前面一些文章也或多或少介绍了 UML 概念下产生的表达图，所以这篇文章就会专注在 Code 上。

General 的 UML

图形元素

UML 的图形元素被分成四大种，里面都有不同的表达方式:

• 结构型
  • 类别
  • 物件
  • 介面
  • 协作
  • 使用案例
  • 演员
  • 初始状态
  • 最终状态
  • 活动类别
  • 元件
  • 节点
• 行为型
  • 时序
  • 协作状态
• 群组组织型
  • 封装 Package
• 注释型
  • 笔记注解
  • 相依性
  • 关联性
  • 泛型化
  • 自订延伸符号

由於项目太多，可自行到 [3] 去参考，这里介绍类别、介面、封装、以及关联性就好:

类别的表示法:

范例是一个学生类别，这个类别被 new 出来後只有姓名属性可以直接被存取，其他的都不行，方法也只有 EnrollClass() 可以直接被呼叫。

物件的表示法，就是把名称划上底线，假设要描述一个传递物件到某个参数的行为，在此先假设学生 B 已经被 new 完後传递，则可以直接使用上图，排除掉非公开的属性跟方法，画成图:

介面，则是在名称上加上 <<interface>>:

封装的画法如下图:

不过介面里面可装的元素包含属性、类别、各种类别放在一起的 Library、或是 Interface，像是下图这样。

关联性的线则是有以下图表可以对照 [5]:

注记: 组合、聚合、依赖、继承、关联相关减少混淆解释范例，可以参考 [7] [10]。

UML 图表类型

UML 图表类型总共有 14 种:

分别是:

Structure Diagrams 结构图 (Structural Modeling):

• Static Diagram 静态图

  • 类别图 Class Diagram
  • 物件图 Object Diagram
  • 套件图 Package Diagram

• Implementation Diagram 实现图

  • 组件图 Component Diagram
  • 布署图 Deploymenet Diagram

• 剖面图 Profile Diagram (内部构造图)

  • 复合结构图 Composite Structure Diagram

• Behaviour Diagrams 行为图 (Behavioral Modeling):

  • 活动图 Activity Diagram
  • 状态图 State Machine Diagram
  • 使用案例图 Use case Diagram

• Interaction Diagrams 互动图 (Architectural Modeling):

  • 通讯图 Communication Diagram
  • 互动摘要图 Interaction Overview Diagram (包含 Sequence Diagram 跟 Collaboration Diagram (协作图)互动)
  • 时序图 Sequence Diagram
  • 时间图 Timing Diagram

本文章使用的是 UML 2.0 版，包含互动摘要、时序、时间图都是新增进去的功能。

UML 模型

模型与图形是不同的，这些独立的 UML 模型可以用来呈现不同情境:

• 功能模型: 使用案例图
• 物件模型: 类别图、物件图
• 动态模型: 序列图、活动图、状态图

【功能模型】，最直接的例子就是使用案例图，，主要是从使用者角度(包含工程师、终端使用者)展示系统功能，包括但不限於这个案例图来制作 [8]。

【物件模型】，就是上述介绍的类别图、物件图…ETC 等。

【动态模型】，最直接的例子就是状态图、有限状态机，这些图可以用来描述并发 (Concurrent) 状态及系统事件。

比方说，使用动态图来描述一个并发内的子状态，可以参考下图 [9]:

设计模式表达

设计模式的书其实也会使用 UML 图来表达，而且大多都不是用复杂的 UML 图来呈现的，最主要需要了解的关联性有以下六种:

泛化 (Generalization)、实现 (Realization)、聚合 (Aggregation)、组合 (Composition)、依赖 (Dependency)、关联 (Association) 。

最後可以透过这六种图的搭配组合出不同的 UML 模式，本篇文章想要使用程序码搭配图形来解释，请见下一节。

使用程序产生 UML

OOP 的 IDE 像是 Visual Studio, Net Beans 都有 UML 图设计的工具，可以按照程序码产生类别图後作画， Visual Studio 里面，可以透过 add item -> diagram 就可以产生这些图了。

现在下面要试着混用 Visual Studio 介绍关联性的六种表达线。

继承

实心箭头 + 实线表示继承，他的写法是 (C#):

abstract class 动物
{
    public abstract void 行走();
    public abstract void 跳();

    public abstract void 叫();
}

class 猫: 动物
{
    public Program many_program;

    public override void 叫()
    {
        Console.WriteLine("Meow");
    }

    public override void 行走()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }

    public override void 跳()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

让动物变成一个抽象类别，然後让猫咪继承他之後实作。

实作

Visual Studio 表示法有点奇特，不过空心箭头 + 虚线是指实作 Interface 的意思。

public interface I人猫通讯介面
{
    void 握手();

    void 吃罐罐();
}

public class 猫通讯 : I人猫通讯介面
{
    void I人猫通讯介面.吃罐罐()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }

    void I人猫通讯介面.握手()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

猫通讯本身就是一个介面，让人类把猫通讯介面实现出来之後，透过其他神秘的方法，吃下这个介面的实现值再去执行功能，让猫猫知道你要让他吃罐罐跟握手。

依赖

依赖是虚线箭头 + 虚线构成，由於在 Visual Studio 工具箱找不到那条虚线，所以直接画图出来。

**class 股票
{

}

class 彩券
{

}


class Me
{
    public void 致富(股票 股, 彩券 券)
    {
        // 疯狂买股买券
    }
}

我看几个范例都喜欢写新陈代谢，不过我改成 Me，我离不开致富，而致富需要使用彩券 + 股票，这就形成依赖关系了 (见笑)。

关联

关联是实现箭 + 头线现表示。

class 辣椒作物
{

    // 我需要知道天气
    天气 天气;

    // 建构子 (请在实作时让我知道天气)
    辣椒作物(天气 天气) {
        this.天气 = 天气;
    }

    public void 成熟采收()
    {
        if(this.天气.目前季节() == "夏天")
        {
            Console.WriteLine("成熟准备采收");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("还不到采收季节");
        }
    }

}

class 天气
{
    public string 目前季节 ()
    {
        return "冬天";
    }
}

辣椒作物需要知道天气，才能让成熟采收功能运作，所谓知道的意思，也可以想成是 Class 中的属性是否有这项资料，或是从建构子带入进来哪些资料 (不一定)。

聚合

聚合是使用空心菱形 + 实线表示。

class 团体
{
    public List<人> 成员; // 成员列表

    internal 人 人
    {
        get => default;
        set
        {
        }
    }

    public void 加入团体(人 某人) {
        成员.Add(某人);
    }
    public void 退出团体() { }
}

class 人
{
    public void 工作() { 
    }
}

人和团体是不同的概念，团体在成员属性中需要蒐集各式各样的人，这些人也因此聚合到团体中了。

组合

组合是使用实心菱形 + 实线表示。

class 墨西哥帽子
{

}

class 棒球衣服
{

}

class 演员
{
    private 墨西哥帽子 墨西哥帽;
    private 棒球衣服 棒球衣;

    //建构子
    演员()
    {
        this.墨西哥帽 = new 墨西哥帽子();
        this.棒球衣 = new 棒球衣服();
    }
}

演员本身可以透过陈列多个属性，最後在建构子建立时，帮演员装上特定的衣服跟帽子，组合出装备。

References:
[1] https://www.tutorialspoint.com/uml/uml_basic_notations.htm
[2] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%9F%E4%B8%80%E5%BB%BA%E6%A8%A1%E8%AF%AD%E8%A8%80
[3] https://www.tutorialspoint.com/uml/uml_architecture.htm
[4] https://www.conceptdraw.com/How-To-Guide/uml-class
[5] https://creately.com/blog/diagrams/class-diagram-tutorial/
[6] http://www-sop.inria.fr/axis/cbrtools/usermanual-eng/Print/UMLNotationPrint.html
[7] https://www.visual-paradigm.com/guide/uml-unified-modeling-language/uml-aggregation-vs-composition/
[8] https://creately.com/diagram/example/i9z1wc852/Functional%20model
[9] https://www.tutorialspoint.com/object_oriented_analysis_design/ooad_dynamic_modeling.htm
[10] https://juejin.cn/post/6844904006221824013