UML类图
UML类图(ClasDiagram)描述了类以及类之间的静态关系。与传统软件
工程中的结构化分析使用的数据流模型不同,UML类图不仅显示了信息的结
构,还描述了对象的行为。以UML类图为基础的状态图、顺序图、协作图进一
步描述了系统其他方面的动态特性。

本章将首先介绍UML类图,然后阐述类之间的关系,并解释UML中的边
界类、控制类和实体类的概念,最后以学生成绩管理系统为例,阐述在Rose建
模环境下创建UML类图的方法和步骤。

5.概述
1 

作为一种语言,UML定义了一系列的图以描述软件密集型系统。UML图有
着严格的语义和清晰的语法,这些图及其定义的语义和语法组成了一个标准,使得
从事软件开发的所有相关人员都能够借助它们对软件系统的各个侧面进行描述。

类是具有相似结构、行为和关系的一组对象的描述符。类图是描述类以及

类之间的关系的一种图。类图从静态角度表示软件系统,属于一种静态模型。

类之间的关系有关联(Asociation)关系、泛化(Generalization)关系、依赖

(Dependency)关系、实现(Realization)关系等。

5.类的定义
2 

在UML中,类可以用划分为3个格子的长方形
表
示,上面是类名,中间是属性,下面是操作。类图就是由
这
些类框和表明这些类框之间的关系的连线组成的。图5.


1 
是一个表示Java类的UML类图,以及由Acount类生成
图5.的Java源代码(后续内容将讲述如何用Rose的正向工程
1 
UML类图
根据UML类图自动生成Java源代码)。的示例


第5章 UML类图 47 
1: public class Account { 
2: private Double balance; 
3: public Boolean showBalance( ) { } 
3: public Boolean deposit( ) { } 
4: public Boolean withdraw( ) { } 
5: public Account open( ) { } 
6: } 
1.类的属性
在UML中,类的属性的语法格式如下。 
[可见性] 属性名[: 类型] [' [ '多重性[次序]' ] [=初始值] [ {约束性}]' 
. 上面表示的属性格式中,除了用单撇号括起来的方括号表示一个具体的
字符外,其他方括号均表示该项是可选项。
. 属性的可见性(visibility)表示。在UML中,+、#、-等符号分别表示
public、protected、private,而Rose中用的是图形符号。
. 多重性声明不是表示数组,而是表示该属性值有两个或多个,这些值可
以是有序的,约束特性只是对该属性的一个声明。
2.类的操作
在UML中,类的操作的定义语法格式如下(各项的含义与属性的说明相同)。 
[可见性] 操作名[(参数列表)][:类型][{约束特性}] 
5.3 关联关系
在UML中,类之间的语义连接被定义为关系。在软件系统中,各种动态行
为的实现是由对象之间的交互产生的,所以类之间的关系建模就为类的对象之
间的交互提供了实现支持。对象之间的交互可以与类之间的关系相对应,而这
些关系又可以被映射到大多数的程序设计语言中,从而使得对象之间的交互能
得到最终实现。
5.3.1 关联
关联(Association)表示两个类之间存在的某种语义上的联系,它是对具有
共同的结构特性、行为特性、关系和语义的链接(Link)的描述,即与该关联连接

48 UML应用开发教程———基于RationalRose、Java与MySQL实现
的类的对象之间的语义连接(称为链接)。注意:“关联”表示类与类之间的关
系,而“链接”表示对象与对象之间的关系,即链接是关联的实例。
关联的表示方法就是在有关系的类之间画一条直线。关联可以是单向的, 
也可以是双向的。单向关联用带箭头的直线表示,双向关联用一条直线表示。
单向关联表示从箭头端出发的类的对象,可以调用箭头指向端的类中的方法。
在Java语言中,这个关联是可调用方法的这个类中的实例变量。单向关联的示
例如图5.2所示。
图5.2 单向关联的示例
图5.2所示的两个类生成的Java源代码如下所示。 
1. public class student { 
2. private String s_no; 
3. private Double s_name; 
4. public book theBook; 
5. public student( ) { 
6. } 
7. } 
1. public class book { 
2. private String b_name; 
3. private Double b_prise; 
4. public book( ) { 
5. } 
6. } 
从生成的Java代码中可以看出,在类student中,有一个属性theBook(关
联名),其类型为book。而在类book中,却没有相应类型为student的属性。
双向关联表示关联中的两个对象可以互相调用其方法。双向关联的示例如
图5.3所示。
图5.3 双向关联的示例

第5章 UML类图 49 
在类student中,有一个属性theBook,其类型为book;在类book中,也有
一个属性theStudent,其类型为student。在UML中,关联的两端都是角色,而
且都可以命名。如果用Java语言实现图5.3中的双向关联关系,则角色的名称
应与各个类中的实例变量的名称相同。图5.3所示的两个类生成的Java源代
码如下。 
1. public class student { 
2. private String s_no; 
3. private Double s_name; 
4. public book theBook; 
5. public student( ) { 
6. } 
7. } 
1. public class book { 
2. private String b_name; 
3. private Double b_prise; 
4. public book theStudent; 
5. public book( ) { 
6. } 
7. } 
5.3.2 关联类
关联也可以有自己的属性和操作,此时,这个关联称为关联类(Association 
Class)。关联类的可视化表示方式与一般类相同,但是要用一条虚线把关联类
和对应的关联线连接起来。如图5.4所示,contract是一个关联类,contract类
中的属性salary描述的是company类和person类之间的关联的属性,而不是其
他类的属性。
图5.4 关联类的示例
由于指定了关联角色的名字,所以生成的Java语言源代码直接使用了关联
角色名作为声明的变量名。另外,指定关联的thePerson端的多重性为1..n,所

50 UML应用开发教程———基于RationalRose、Java与MySQL实现
以thePerson是类型为persons的数组。图5.4所示的两个类生成的Java源代
码如下。 
1. public class company { 
2. private String company companyName; 
3. public persons thePersons[ ]; 
4. } 
1. public class persons { 
2. private String personName; 
3. public company theCompany; 
4. } 
1. public class contract { 
2. private String salary; 
3. } 
5.3.3 多重性
一个类的关联的任何一个连接点称为关联端(AssociationEnd),与类有关
的许多信息都附在它的端点上。关联端有名字(角色名)和可见性等特性,最重
要的特性是多重性(Multiplicity)。多重性是对象之间关联的一个重要方面,它
说明了某个类有多少个对象可以和另一个类的单个对象关联。例如,学校中的
一门课程如果由一名教师讲授,那么课程和教师之间就是一对一(one-to-one)的
关联;如果一门课程由多名教师讲授,那么课程与教师之间就是一对多(one-tomany)
的关联。
在UML中,使用“*”代表许多(more)和多个(many)。在一种语义环境
中,两个点代表or关系,例如,“1..*”代表一个或多个。在另一种语义环境中, 
or用逗号表示,例如“5,10”代表5或者10。多重性的符号表示如下所示(默认
值是1)。
. “0..1”———表示0或者1。
. “0..*”或“*”———表示0个或者多个。
. “1..*”———表示1个或者多个。
. “3..16”———表示3~16。
. “1,3,16”———表示或者1,或者3,或者16。
在关联的两端可以写上一个数值范围,表示该类有多少个对象可以与对方
的一个对象连接,即多重性。最普通的关联是一对类元之间的二元关联,包含一
对对象,用一条连接两个类的连线表示,连线上有相互关联的角色名,而多重性
则加在各个端点上。

51
第5章UML类图

在Java语言的实现方式中,多重性声明是一个多值的实例变量。例如,一
个公司可以雇佣多个职员,而一个职员可以为多个公司工作,并且假定一个人最
多在5个公司工作。对于变量的多个值,如果没有固定的上限,就表示只为一个
公司工作的人;对于为5个公司工作的人,就会转换成一个带有5个元素的对象
数组(参照图5.

4)。

5.4 
递归关联
3.
递归关联(ReflexiveAsociation)是一个类与其自身的关联,及一个类的两
个对象之间的关系。递归关联虽然只有一个被关联的类,但是有两个关联端,每
个关联端的角色不同。图5.

5是递归关联的示例。


图5.递归关联的示例

5 

5.5 
关联的约束
3.
对关联可以添加一些约束,以加强关联的语义。图5.

6是两个关联之间约

束的示例。


图5.带约束的关联示例

6 

house类或者与Person类有关联,或者与Corporation类有关联,但是不能
同时与这两个类都有关联。


52 UML应用开发教程———基于RationalRose、Java与MySQL实现
5.4 聚集与组成关系
关联关系的基本形式是双向的,这表明关联关系两端的类的地位是平等的。
关联关系又是一种结构关系,其中的角色代表一个类的对象在另一个类中的存
在,即类中的对象是相互拥有的。当需要打破这种平等关系,强调类与对象之间
的有向的拥有关系时,可以用聚集或组成关系对关联关系进行修饰,以表示类和
对象之间的拥有关系。
5.4.1 聚集关系
聚集(Aggregation)是关联关系的一种,表示两个类之间的整体与部分的关
系,表明聚集关系中的客户端以供应端的类的对象作为其一部分。聚集关系的
客户端的类称为聚集类,聚集类的实例是聚集对象。位于聚集关系的供应端的
类的实例是被聚集对象包含或拥有的部分。如果两个类具有聚集关系,则表示
其中的聚集对象在物理上是由其他对象构造的,或逻辑上包含另一个对象,聚集
对象具有其部分所有权。
聚集用端点带空心菱形的线段表示,空心菱形与聚集类连接,箭头方向是从
部分指向整体。聚集关系构成了一个层次结构,表示整体的类位于层次结构的
最顶部,以下依次是各个部分类。在对系统进行分析与设计时,需求描述中的
“包含”“组成”“分成…部分”等词汇意味着存在聚集关系。
图5.7所示的circle类与style类是聚集关系。一个圆可以有颜色、是否填
充等属性,可以用一个style对象表示这些属性。但是,同一个style对象也可以
表示其他对象,如像三角形这样图形的样式的属性,即style对象可以用于不同
的图形。如果circle这个对象不存在了,不一定就意味着style这个对象也不存
在了。
图5.7 聚集关系的示例
以下为图5.7所示的聚集关系生成的Java源代码。 
1. public class circle { 
2. private double radius;

第5章 UML类图 53 
3. public style theStyle; 
4. } 
1. public class style { 
2. private Color color; 
3. private Boolean isFilled; 
4. private circle theCircle; 
5. } 
5.4.2 组成关系
组成(Composition)也表示类之间的整体与部分的关系,但是组合关系中的
整体与部分具有相同的生命周期,即整体不存在了,部分也会随之消失。组合用
端点带实心菱形的线段表示,实心菱形与组合类连接,箭头的方向是从部分指向
整体。组合是一种特殊形式的聚集。在Java语言中,组成和聚集对应的Java 
源代码相同。
图5.8所示的circle类与point类是组合关系。一个圆可以由半径和圆心
确定,但是如果圆不存在了,那么表示这个圆的圆心也就不存在了,所以circle 
类和point类是组合关系。
图5.8 组合关系的示例
5.5 泛化关系
泛化(Generalization)关系描述类之间属性和操作的继承关系。当一个类
的属性和操作被定义后,可以用泛化关系建立一个新导出的类,使得导出类自动
具备基类已经具有的属性和操作,可以在任何基类出现的地方用其导出类代替
它,但反之则不行。
泛化用从子类指向父类的箭头表示,指向父类的是一个空三角形。多个泛
化关系可以用箭头线组成的树表示,每个分支指向一个子类。这种连接类型的
含义是“isakinkof”(属于…中的一种)。另外,在父类中已经定义的属性和操
作,在子类中不需要再定义。每种泛化元素都有一组继承特性。如果一个子类
继承了它所有祖先的可继承特性,那么它的完整特性就包括继承特性和直接声
明的特性。如果一个类只有一个父类,这样的继承关系称为单继承(Single

54 UML应用开发教程———基于RationalRose、Java与MySQL实现
Inheritance)。UML中的泛化可以直接映射为Java语言的关键字extends,示
例如图5.9所示。
图5.9 单继承关系的示例
以下为图5.9所示的继承结构生成的Java源代码。 
1. public class phoneCard { 
2. private Double balance; 
3. public phoneCard( ) { 
4. } 
5. public void performDial( ) { 
6. } 
7. public void getBalance( ) { 
8. return balance; 
9. } 
10. } 
1. public class numberPhoneCard extends phoneCard { 
2. private Integer cardNumber; 
3. private String password; 
4. private String connecNumber; 
5. private Boolean connected; 
6. public numberPhoneCard( ) { 
7. } 
8. public void performConnection( ) {

第5章 UML类图 55 
9. 
10. } 
11. } 
1. public class nonoNumberPhoneCard extends phoneCard { 
2. private String phoneSetType; 
3. public nonoNumberPhoneCard( ) { 
4. } 
5. public void getSetType( ) { 
6. return phoneSetType; 
7. } 
8. } 
5.6 依赖关系
在UML中,两个类之间的依赖(Dependency)关系表明其中的一个类(客户
类)依赖于另一个类(供应类)提供的某些服务。UML中的依赖关系被图形化
地表示为一个带虚线的箭头,箭头指向的类是供应类(被依赖的类),箭头出发点
的类是客户类,示例如图5.10所示。
图5.10 类之间的依赖关系
在图5.10中,course(课程)类是独立的供应者,schedule(课程表)类是依赖
于课程类的客户类。课程表类的操作add和remove都使用了课程类中的数据, 
课程类是这两个操作的参数类型。一旦课程发生变化,课程表也要随之改变。
5.7 接口和实现关系
软件系统的内部由大量相互关联的类构成,当对其中一个类的局部进行修
改时,不应影响其他类的工作。为了实现这一点,可以为类或类的集合设定一个
外部的行为规范,只要对类或类的集合进行的修改不会改变这个行为规范,就可
以保证其他类乃至整个系统能正常工作。这样的规范在UML 中称为接口
(Interface)。接口是一系列操作的集合,它指定了一个类或者一个部件能提供
的服务。接口只能拥有操作,不能拥有属性。接口可以用一个类图标表示。在