【用VS2010動手學UML第13回】快速上手UML類別圖的初級概念：類別（一）

雖然，在前面的系列文章中，我們從沒正式談過類別（Class）的概念，但是已經看過好幾次它的蹤影了。在關於UML母模的圖中，看到的矩形圖示，就是類別。一個類別（Class）代表一群相同的物件（Object）。這群物件在下列特性上頭，呈現出相同並且可以讓人辨識出相同，這些特性有：

1.語意（sematic）：概念、定義。其實，就是指同樣的東西，我們會說同樣的定義、同樣的概念、同樣的語意、同樣一種東西。

2.屬性（attribute）：資料。這一群物件具有相同的屬性特質、或者說相同的資料項目，但是每個物件可以保有自己的屬性「值」（Value）。

3.操作（operation）：行為。這一群相同概念、相同屬性的物件，也具有相同的行為、動作，這些行為或動作我們會將它們分解並設計成一個個不同的操作。這一群物件，可以享有並執行這一組相同的操作。當然，在不同的時刻、不同的流程、不同的互動、不同的目的、不同的情境下，這一群物件可能執行不同的操作。

4.關係（relationship）：結合關係、組合關係、聚合關係。同類的一群物件，除了享有相同的語意、屬性和操作外，最容易被人遺漏的是，它們也享有相同的關係。

在真實世界中、在問題領域中，我們可以發現許多種類的物件。無論是，感官可以感覺到的「實體物件」（physical objects）；或者是，感官無法感覺到、但是我們的腦袋確實可以認知並辨識的「非實體物件」（nonphysical objects）。這些真實的物件都可能會被我們抽象化，並且實作成系統內部的軟體物件。

延續一開始說的四個相同特性，因此我們可以推想，在類別的矩形圖示中，應該會記錄著這些特性吧？確實如此，請你看到的圖1類別圖中，典型的類別圖示包含三個區塊，最上層放置類別名稱（概念），中間層放置一組屬性，最下層放置一組操作。然後，類別的矩形圖示之間可以放置各式的關係。

圖1 類別

緊接著，我們打開類別的性質表來看看，還有哪些特性被收錄進來了，如圖2所示。其中的「樣版」（Template）概念屬於UML高級認證的範圍，我們會留到後面的類別圖的中高級概念小節中，才來詳細說明。

圖2 類別的性質表

還有，類別性質表中的能見度（Visibility）、抽象（Is Abstract）、葉節點（Is Leaf）這三個特性，我們用例圖的章節中已經談過，這邊就不重複了。不過，我們可以簡單看一下UML母模，如圖3所示。類別因為一路繼承了可被重新定義的元素（RedefinableElement）和類詞（Classifier），所以也就因此繼承了葉節點和抽象特性了。有沒有覺得這張圖很眼熟，想起來了嗎？我們在用例圖的章節中，談到「產出物」（Artifact）時，同樣看到產出物繼承了可被重新定義的元素，以及繼承了類詞。

圖3 類別[UML母模]

至於，「主動類別」（Active Class）的概念是第一次出現，它的預設值是「否」（False），也就是說，一般的類別都不是主動類別，或者稱為「被動類別」（Passive Class）。簡單地說，主動物件（Active Object）擁有自己的執行緒（Thread），通常用在即時系統（Real-Time System）的同步（Concurrency）設計中，一般商用系統鮮少用主動物件。

圖4 類別[UML母模]

UML規格書有建議主動類別的圖示可以用雙直線，如圖4所示，這樣就可以一眼辨識出主動類別或者是被動類別了。不過，VS2010/UML沒有支援這樣的圖示，圖4是從StarUML中截取的。

最後，請你打開類別性質表中的模版，數一數，類別一共有八個模版，如圖5所示，條列說明如下：

圖5 類別[UML母模]

● 輔助（auxiliary）和焦點（focus）：這兩個要一塊看，而且兩者應該是互斥的。焦點類別通常包含了主要的、基礎的、核心的流程，並且經常搭配多個輔助類別。輔助類別則通常包含次要的邏輯或流程，用來支援焦點類別。

● 實作類別（implementationClass）：某種程式語言實作出來的類別。

● 型別（type）：型別可以跟實作類別一塊看，型別同樣可以擁有屬性和結合關係，但是型別的操作沒有具體實作。一個物件可能被歸類於某一個實作類別，但是該物件卻可以同時符合（conform）多種不同的型別。

● 母類別（metaclass）：一般類別誕生個體（也稱為物件），但是母類別誕生的個體比較特別，它誕生類別。

● 實現（realization）與規格（specification）：在用例圖的章節中，我們就已經談過這兩個模版了。它們繼承自類詞的模版，實現代表含有具體實作，然而規格代表則未包含具體實作。

圖6 公用類別

● 公用（utility）：這八個類別模版中，我個人覺得公用類別大概是最實用、也最常用的，可以把一些公共的、共用的、像是工具類的屬性和操作收錄在公用類別中，如圖6所示。屬性

屬性（Attribute）是類別內部非常重要的組成元素之一，它的概念簡單，其實就是用來保存資料罷了。不過，你要是打開屬性的性質表一看，會發現相關的瑣碎性質還真不少，如圖7所示。

圖7 屬性的性質表

圖8 屬性的格式

那我們就一個一個來看吧。但是我發現，無論做了多少設定，VS2010/UML在類別圖示上永遠都出現最一般性的屬性格式，如圖8所示。

屬性名稱後頭放置屬性的資料型別，不過兩者中間會用冒號分隔。UML預設了四個原生型別（Primitive Type），你可以打開屬性性質表的型別（Type）查看一下，會發現有如圖9的設定。

圖9 靜態屬性與靜態操作[StarUML]

●布林（Boolean）：包含true和false。

● 整數（Integer）：包含了正負整數和零。

● 字串（String）：字串要用「雙引號」（“”）括起來。

● 無限自然數（UnlimitedNatural）：包含正整數和零，並且使用「星號」（*）代表無限大，請參考維基百科說明。

UML也同樣預設了四種能見度，在用例圖時我們提過能見度，當時沒說明能見度的符號。在屬性和操作名稱前頭出現的減號、加號等等符號，就是能見度的符號，條列如下：

● 公開（Public）：公開能見度的符號是「加號」（+）。通常，我們不會將屬性的能見度設為公開等級，因為這樣就打破了物件的資訊隱藏的封裝特性了。不過，操作的預設能見度，就會是公開等級，方便外界呼叫使用。

● 私有（Private）：私有能見度的符號是「減號」（-）。屬性能見度的預設值是私有等級。少數不想讓外頭呼叫的操作，也會被設成私有等級。

● 保護（Protected）：保護能見度的符號是「井號」（#）。通常會配合一般化關係使用，當父類別（superclass）想要讓子類別（subsclass）直接使用時，可以將私有屬性改成保護等級的屬性，方便子類別直接存取。

● 套件（Package）：套件能見度的符號是「否定號」（~），配合套件（Package）概念一塊使用。

除此之外，我們將屬性的其餘特性一併條列如下：

● 預設值（Default Value）：等號後面放置預設值，例如：-付訂金額：Integer=1000。

● 唯讀（Is Read Only）：大括號內放置readOnly的字眼，代表這個屬性是唯讀，例如：-付訂金額：Integer=1000{readOnly}。

圖10 靜態屬性與靜態操作[StarUML]

● 靜態（Is Static）：預設值是「否」，代表這個屬性由個別的物件所擁有。如果設定值是「真」，則代表這個屬性由類別本身所擁有。當然，操作也同樣有這個設定。請看到圖10，靜態屬性和靜態操作名稱底下應該要出現底線，但是VS2010/UML的靜態屬性底下的底線不見了。我在多次嘗試之後發現，如果是中文名稱的靜態屬性，下方的底線會消失，但如果是英文名稱的靜態屬性的話，名稱下方就會出現底線。

圖12 OwnerScope是UML1的用詞[StarUML]

請看到圖11，UML規格書上清楚指出，在靜態特徵的表示法上，必須有底線。所以，我們再打開StarUML來確認一下，請看到圖12，確實靜態屬性是有底線的，VS2010/UML應該是中文名稱的問題。

圖11 isStatic是UML2的用詞[UML規格書]

● 衍生（Is Derived）：可以從其他資訊計算得出的屬性，就是衍生屬性。比方說，付訂金額是學費的六分之一，只要知道學費，就可以計算出付訂金額，所以付訂金額就是衍生屬性。衍生屬性名稱前頭應該加上斜線（/），像是：/付訂金額。在VS2010/UML的類別圖示中，所有的屬性設定都不會出現在圖面上，不過只要滑鼠游標移近，就可以看到完整的設定，如圖13所示。

圖13 屬性[UML母模]

圖14 屬性[UML母模]

有時候，屬性的型別不是一般的資料型別，而是我們自訂的類別。再者，這個屬性的內容值可能不是指向一個物件，而是多個物件、一個物件集合時，就會須要下列的「多值」（multivalue）設定了，如圖14所示。

● 排序（Is Ordered）：用來指出這組屬性多值裡頭的物件是否有特殊的排序法，預設值是「否」（false）。

● 唯一（Is Unique）：用來指出這組屬性多值裡頭的每個物件是否唯一，預設值是「真」（true）。

● 個體數目（Multiplicity）：用來指出這組屬性多值裡有多少個物件，表示法為「下限..上限」。最小下限為零（0），最大上限是無限大（*）。

其實，屬性從好幾個父類別身上，繼承了我們在上述看到的一堆特性。最後，我們簡單來看一下屬性在UML母模中的情況，如圖15所示。

圖15 屬性[UML母模]
公用類別與抽象類別
這邊我要補充說明一下公用類別（utility class）和抽象類別（abstract classs）。在實務上，這兩個概念其實不容易搞錯的，不過由於它們的特性很相似，所以我想要補充說明一下它們的特性，如下：

圖16 公用類別與抽象類別

●一般人對抽象類別最主要的印象，多半是抽象類別不能誕生個體（instance）。其實，雖然公用類別不是抽象類別，但是它跟抽象類別一樣，是沒有個體的。請看到圖16，抽象類別的類別名稱是斜體字，公用類別則是在類別名稱上方標示了《utility》字眼。

●抽象類別「不能夠」誕生個體，通常是因為有不完整，像是擁有缺乏完整的實作或規格之類的抽象操作（abstract operation），所以不能夠誕生個體。但是，公用類別是「不需要」誕生個體，因為它的屬性和操作都是靜態的（static），不需要誕生個體，直接呼叫公用類別，便可以使用它的靜態屬性和操作。請看到圖17，抽象操作的也是使用斜體字，公用類別則是擁有靜態屬性和靜態操作，以底線標示出靜態。

圖17 靜態與抽象

●在使用上，抽象類別通常會搭配一般化關係一塊出現，並且由底下的子類別來實作抽象操作。但是，公用類別通常會獨立存在，其他類別不需要跟公用類別建立特別的關係，就可以直接使用它。

●但是，公用類別可以同時具有抽象特性嗎？當然可以。一旦公用類別擁有了抽象操作之後，它其實也就同時是個抽象的公用類別，需要透過一般化關係來讓它的子類別實作抽象操作，如此一來其他類別才能夠使用公用子類別，如圖18所示。

圖18 抽象的公用類別