類圖的目的

1. 顯示系統中分類器的靜態結構
2. 為其他 UML 結構圖提供基礎的符號表示法
3. 對開發人員和其他團隊成員極為有用
4. 業務分析師可以使用類圖從業務角度來建模系統

UML 類圖由以下組成：

• 一組類別
• 類別之間的一組關係

什麼是類別？

一組具有相似角色的物件的描述，包括：

• 結構特性（屬性）：定義類別的物件「知道」什麼
  • 代表物件的狀態
  • 描述類別的結構或靜態特徵
• 行為特性（操作）：定義類別的物件「能做」什麼
  • 定義物件之間如何互動
  • 描述類別的行為或動態特徵

類別符號

類別符號由三個部分組成：

1. 類別名稱
   • 類別名稱出現在第一個區段中。
2. 類別屬性
   • 屬性顯示在第二個區段中。
   • 類型在冒號後顯示。
   • 屬性對應到程式碼中的成員變數（資料成員）。
3. 類別作業（方法）
   • 作業顯示在第三個區段中。它們代表類別所提供的服務。
   • 傳回類型出現在方法簽章末尾的冒號後。
   • 參數類型出現在參數名稱後的冒號後。
   • 作業對應到程式碼中的類別方法。

類別的圖形表示MyClass如上所示：

• MyClass 有 3 個屬性和 3 個作業
• op2 的參數 p3 類型為 int
• op2 傳回一個 float
• op3 傳回指向 Class6 的指標（以 * 表示）

類別關係

一個類別可能與其他類別建立一個或多個關係。關係可分為以下幾種類型：（請參閱右側圖示以了解圖形表示）。

關係類型	圖示
繼承（或泛化）： 代表「是一種」的關係。 抽象類別名稱以斜體顯示。 SubClass1 和 SubClass2 是 SuperClass 的特殊化。 實線搭配開口箭頭，由子類別指向父類別。
簡單關聯: 兩個同等類別之間的結構性連結。 Class1 與 Class2 之間存在關聯。 連接兩個類別的實線。
聚合: 一種特殊類型的關聯，表示「部分-整體」關係。 Class2 是 Class1 的一部分。 Class2 的多個實例（以 * 表示）可以與 Class1 關聯。 Class1 和 Class2 物件具有獨立的生命週期。 在組合類的一端使用空心菱形。
組合: 一種特殊的聚合，當整體被銷毀時，其部分也會被銷毀。 Class2 物件與 Class1 一同存在並一同消亡。 Class2 無法獨立存在。 在組合類的一端使用實心菱形。
依賴: 當一個類別的定義變更可能導致另一個類別的變更時（但反之不成立），兩者之間存在依賴關係。 Class1 依賴 Class2。 虛線搭配開放箭頭。

關係名稱

• 關係名稱寫在關聯線的中間。
• 良好的關係名稱在朗讀時具有意義：
  • • 「每個試算表 包含 一些單元格」

  <li>「表示式 求值為 一個值」

• 它們通常有一個小箭頭表示閱讀方向，例如：表示式求值為值，但值不會求值為表示式。小箭頭表示閱讀方向，例如：表示式求值為值，但值不會求值為表示式。

關係 – 角色

• 角色定義了關聯方向的目的。
• 角色寫在關聯線的末端，描述類在該關係中所扮演的角色。
  • 例如，單元格與表達式相關。這種關係的性質是表達式是單元格的公式單元格的公式。

可導航性

箭頭表示，給定一個關係的實例時，我們是否能夠確定另一個類的相關實例。

如圖所示：

• 給定一個試算表，我們可以找到它所包含的所有單元格，但是
  • 我們無法從單元格本身確定它屬於哪個試算表。
• 給定一個單元格，我們可以取得其相關的表達式和值，但是
  • 給定一個值（或表達式），我們無法找到具有這些屬性的單元格。

類成員的可見性

在物件導向設計中，屬性和操作的可見性會被表示出來。UML 定義了四種可見性類型：公開, 受保護, 私有，以及包.

屬性和操作名稱前的符號 +、-、# 和 ~ 表示可見性：

• + 表示公開屬性或操作
• – 表示私有屬性或操作
• # 表示受保護屬性或操作
• ~ 表示包屬性或操作

類可見性範例

在上述範例中：

• MyClassName 的 attribute1 和 op1 是公開的
• attribute3 和 op3 是受保護的
• attribute2 和 op2 是私有的

不同類別成員的存取權限如下所示：

多重性

多重性表示一個類別中有多少個物件參與關係。它可以表示為：

• 恰好 1 – 1
• 零或一個 – 0..1
• 多個 – 0..* 或 *
• 一個或多個 – 1..*
• 精確數量 – 例如：3..4 或 6
• 複雜關係 – 例如：0..1、3..4、6* 表示除了 2 或 5 以外的任何數量

多重性範例

• 需求：一名學生可以註冊多門課程，而多名學生也可以註冊同一門課程。
• 在下面的範例中，類圖（左側）描述了上述需求的靜態模型，而物件圖（右側）則顯示了軟體工程與資料庫管理課程的課程註冊（類圖的實例）的快照。

聚合範例 – 電腦與元件

• 聚合是關聯的一種特殊情況，代表「包含」的層級結構。
• 聚合是父類別，元件是子類別。

繼承範例 – 細胞分類

• 繼承是另一種關聯的特殊情況，代表「種類」的層級結構。
• 繼承透過引入分類法來簡化分析模型。
• 子類別從超類別繼承屬性和操作。

類圖 – 圖示工具範例

類圖可以包含附加到類別或關係上的註解。註解以灰色顯示。

從上述範例中，我們可以將圖示解讀如下：

1. Shape 是一個抽象類別。以斜體顯示。
2. Shape 是一個超類別。圓形、矩形和多邊形皆繼承自 Shape。換句話說，一個圓形就是一個形狀。這是一種泛化/繼承關係。
3. 對話方塊與資料控制器之間存在關聯。
4. 形狀是視窗的一部分。這是一種聚合關係。形狀可以在沒有視窗的情況下存在。
5. 點是圓形的一部分。這是一種組合關係。點無法在沒有圓形的情況下存在。
6. 視窗依賴事件。但事件不依賴視窗。
7. 圓形的屬性為半徑和中心。它是一個具體類別。
8. 圓形的方法包括 area()、circum()、setCenter() 和 setRadius()。
9. 圓形中的參數 radius 為 float 類型。
10. 圓形中的方法 area() 傳回一個 double 值。
11. 矩形的屬性和方法被隱藏。圖中其他一些類別也隱藏了它們的屬性和方法。

處理複雜系統 – 使用多個還是單一類圖？

在建模大型系統或大型商業領域時，必須考慮許多實體。我們應該使用多個還是單一類圖？答案是：

• 使用多個類圖比在單一圖中建模每個實體及其關係要好。
• 將系統分解為多個類圖，使其更容易理解，特別是當每個圖都是系統特定部分的視覺表示時。

軟體開發生命週期中類圖的觀點

類圖可以在軟體開發生命週期的不同階段使用，軟體開發生命週期（SDLC），通常會逐步建模三種不同層次的細節（觀點）：

概念觀點：圖表被解釋為描述現實世界中的事物。因此，如果你從概念觀點出發，你會繪製一個代表所研究領域中概念的圖表。這些概念自然與實現它們的類相關。這種觀點被認為是語言無關的.
規格觀點：圖表被解釋為描述具有規格和介面的軟體抽象或組件，而不承諾特定的實現方式。因此，如果你從規格觀點出發，你會研究軟體介面而非實現.
實現觀點：圖表被解釋為描述特定技術和語言的軟體實現。因此，如果你從實現觀點出發，你會研究軟體實現.

相關連結

1. UML 類圖教程
   • Visual Paradigm.（2022 年 9 月 2 日）。UML 類圖教程 52.
2. 實驗：在 Visual Paradigm 中建立類圖
   • 詹姆斯·麥迪遜大學。(n.d.)。實驗：在 Visual Paradigm 中建立類圖 54.
3. 類圖教程 | 使用 Visual Paradigm 進行 UML 建模
   • UML。(n.d.)。類圖教程 | 使用 Visual Paradigm 進行 UML 建模 55.
4. 線上類圖軟體
   • Visual Paradigm Online。(n.d.)。線上類圖軟體 56.
5. Visual Paradigm 類圖繪製
   • Stack Overflow。(2013年2月10日）。Visual Paradigm 類圖繪製 57.
6. 類圖範本
   • Visual Paradigm Online。(n.d.)。類圖範本 58.
7. 免費類圖工具
   • Visual Paradigm Online。(2019年6月6日）。免費類圖工具 59.
8. 類圖教程
   • Visual Paradigm Online. (2010年1月11日).類圖教程 60.
9. 什麼是類圖？
   • Visual Paradigm. (2022年2月9日).什麼是類圖？ 61.