类图简介

       类图是 UML （统一建模语言）中最核心、最常用的结构图之一。它用于描述系统中类的静态结构，展示系统的数据 / 信息视图。

       为了易于理解，我们使用 建模工具EA ，基于无人车系统案例进行了建模示例。

图例

       如下是 UML 类图的图例《无人车系统的构成》。

       可以使用类图描述无人车的系统构成，通过类图来表示：

下图中左侧的类只显示类名。右侧的类显示了属性和操作。

       下面的示例使用两个类无人车和 Wheel 。无人车类有四个部件，都是 Wheel 类型，代表无人车的四个轮子。前轮和后轮通过分别代表前轴和后轴的连接器连接。

       下图指定无论何时创建无人车类的一个实例，都会创建 Wheel 类的四个实例，并通过无人车实例中的组合保存它们。此外，在前轮实例和后轮实例之间各创建一个链接。

连接器和部件

       下图指定了一个等效系统，但通过多重性来展示轮轴结构的重复。此图表明，左侧轮会有两个实例，右侧轮也会有两个实例，且每个匹配的实例都通过代表车轴的 Connector 所派生的链接连接。

在结构图中使用多重性来表示连接器和部件

       下图显示了无人车类实例的实例规格（ Instance Specification ）。它描述了它创建的无人车的内部结构，以及四个包含的 Wheel 实例如何初始化。 Wheel 的每个实例都将具有预定义的尺寸及指定的轮胎品牌。左边的轮子实例被命名，所有的轮子实例都显示为各自的角色。轮子实例的类型已被隐藏。

元素

如下是根据《 UML2.5.1 建模规范》 编译的 UML 类图的元素说明：

元素	图例	说明
Class		类（ Class ）是面向对象系统的基本构建块，表示具有相同属性、操作、关系和语义的一组对象。 类显示为包含类名的实心轮廓矩形，可以设置类的属性，操作等，显示在不同的分隔区。 、
Interface		接口（Interface ）是一种分类器，它定义一组操作契约但不提供实现。接口指定 " 做什么 " 而不指定 " 如何做 " ，支持多重实现。可以使用矩形符号显示接口，在名称前面有关键字《 interface 》。
Data Type		数据类型（ Data Type ）是值类型的分类器。数据类型与类的不同之处在于，数据类型实例的唯一标识是其值。具有相同值的所有数据类型实例都被视为等同的实例。使用矩形符号和关键字 datatype 显示数据类型。 图例定义了无人小车传感器读数基类的数据类型，包含时间戳和原始值。数字红外循迹 / 避障的读数是布尔值，表示是否检测到线或障碍。模拟红外循迹读数，包含反射强度值和判断阈值。超声波模块的读数，直接包含计算出的距离值。
Enumeration		枚举（ Enumeration ）是一种特殊的数据类型，其值在模型中以“枚举常量（ EnumerationLiterals ）”的形式进行定义。枚举用于定义有限的、预定义的值集合 使用矩形符号和关键字 Enumeration 显示枚举。在定义无人车车灯颜色的时候，我们可以定义为枚举。车灯颜色可以是枚举中定义的指如红、绿。
Primitive		原始类型（ Primitive ）定义了一种预定义的数据类型，且没有任何子结构。原始类型可以有在 UML 之外定义的代数运算和操作，例如可以通过数学方式来定义。 标准的 UML 原始类型包括： Boolean ， Integer ， Unlimited Natural ， String ， Real 。
Signal		信号（ Signal ）用于异步通信的分类器，表示对象间发送的消息或事件。信号可以包含数据，用于触发状态转移或操作调用。 图例 是无人小车的一些输入信号和输出信息。输入信号包括 小车通过红外循迹传感器、红外避障传感器、超声波传感器感知到的障碍物信息。这些信息通过处理器处理决策后，会输入一些控制信号，如 PWM 调速信号用来控制电机速度、方向控制信号用来控制电机正反转、状态指示信号用来控制 LED 、蜂鸣器。
Association		N 元关联（ N-Ary Association ） n 元关联元素用于对三个或更多个元素之间的复杂关系进行建模，通常在几个元素之间存在依赖关系的情况下使用，它通常和关联关系一起使用。如下是 N 元关联的外观和实例。 图例当小车执行“沿黑线前进并避开障碍”这个任务时，它需要任务调度器、 红外循迹模块、超声波传感器 和 运动控制器 几者共同参与，形成一个不可分割的协作整体。

关系

如下是根据《 UML2.5.1 建模规范》 编译的 UML 类图的关系说明：

关系	图例	说明
Associate		关联（ Association ）是分类器之间的一种关系，用来表示分类器的实例可以相互连接，也可以在逻辑上或物理上组合成某种聚合。 图例是无人车与遥控器之间的关联关系，最核心的是 “ 命令 - 响应 ” 关系。
Generalize		泛化（ Generalization ）是通用的分类器，表示继承关系，子类继承父类。子类继承父类的特征并可以增加或覆盖特征。 图例 是雷达与超声波雷达、激光雷达之间的泛化关系。
Compose		组合（ Composition ）表示整体与部分的关联关系，部分的生命周期依赖于整体。实心菱形指向整体。 图例是无人车与车轮、电动机、电源、车灯等的组合关系。
Aggregate		聚合（ Aggregation ）表示特殊的关联，表示 " 整体 - 部分 " 关系，部分可独立存在。空心菱形指向整体。 Aggregation 。如下是无人车和摄像头、雷达之间的聚合关系。
Association Class		关联类（ Association Class ）既是关联又是类，用于存储关联本身的属性。虚线连接关联线和类框。 如下是远程控制器 通过控制命令 来控制无人车。控制命令类 不属于任何一个端点类，而是属于这条关联线。
Realize		实现（ Realization ）是一种特定的抽象关系，存在于两个模型元素集合之间。其中一个集合代表一个规范（即提供者），而另一个集合则代表该规范的实现（即客户）。表示类实现接口的契约，空心三角箭头虚线从实现者指向接口。 如下红外传感器和超声波传感器这两个具体类实现了 ISensor 接口。它们必须提供接口中所有方法的具体代码。同时，它们可以拥有自己特有的方法（如 customCalibrate （校准））。
Template Binding		模板绑定（ Template Binding ）是一种模板与模板化元素之间的关系，它规定了实际的参数化元素可替代模板中的形式化模板参数。它是将参数化模板与具体参数绑定的关系，用于实例化泛型类。 如下是无人车处理通过安全容易来处理不同类型的传感器数据，最基础的绑定，用于安全地存储任意类型的传感器原始读数。

元模型

       要充分的理解类图的建模语法规范，需要充分了解 UML 类图的元模型，如下是 UML 类图的元模型。

       Class 是一种封装分类器（ EncapsulatedClassifier ）、行为分类器（ BehavioredClassifier ）。 Class 有子类（ Class ）、分类器（ Classifier ）、属性（ Property ）、操作（ Operation ）、接收（ Reception ）、扩展（ Extension ）。

       如下是接口的元模型。 Interface 是一种特殊的 Classifier （分类器）。 Interface 有分类器（ Classifier ）、属性（ Property ）、操作（ Operation ）、接收（ Reception ）、协议状态机（ ProtocolStateMachine ）。

       如下是数据类型的元模型。 DataType 是一种 Classifier （分类器）。 DataType 元类有几种重要的具体化子类，构成了我们常用的数据类型：

•  PrimitiveType （原始类型）：最基本的、不可再分的值类型。例如， UML 标准定义的 Integer ， Unlimited Natural ， String ， Real 。这类似于编程语言中的 int, string, bool 。 Boolean ，

•  Enumeration （枚举）：一种特殊的 DataType ，它通过关联 EnumerationLiteral 元类来定义一组命名的常数值。例如， Color [Red, Green, Blue] 。

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