利用UML类图设计Java应用程序详解.docx

1、利用UML类图设计Java应用程序详解利用UML类图设计Java应用程序详解(一)UML已成为面向对象设计的标准图形化工具，在UML定义的各种图中，本文只涉及类图。Java应用程序由许多类所构成，类图的设计与实现，是Java实现面向对象应用程序的核心。本文通过一个具体的应用程序的设计与实现过程，详细说明了利用UML类图设计Java应用程序，使得开发过程标准化、可视化，代码编程简单化。在类图中，类被描述为带有三层的盒子。顶层为类名，一般用加粗字体表示。如果类是抽象的，其名称用斜体表示；如果类是接口，则在类名上方标注。中间层包含类的属性（或变量），底层包含类的方法。与类名相似，如果方法是抽象的，那

2、么它的名称也用斜体表示。我们要设计的应用程序CDrawApp应用程序在基于字符的网格上画点、框和文本串，该应用程序涉及到Java面向对象的许多概念与应用方法，非常系统、全面，在您仔细研读后，定能迅速掌握UML类图，并将其应用到实际的Java应用程序开发过程中。为减少代码长度，让程序简单易懂，这里使用Java控制台窗口显示程序运行结果。该程序总共由10个大类组成，以下分别介绍。一、Point类在CDrawApp程序中定义的第一个类是Point类，该类用于通过x和y坐标在网格上标识一点。其类图设计为：在该类中，有2个成员变量x和y,类图中，“-”表示变量或方法为private，“+”表示publi

3、c，“#”则表示protected。该类定义了三个不同的构造函数，这是重载（overload）的例子。接着该类设计了7个访问方法。getX()和getY()方法分别返回一点的x和y坐标。SetX()和setY()方法根据参数xValue和yValue的值设置这些坐标的值。两个add()方法通过被访问点的坐标加上一个值来建立一个新的Point对象。New运算符建立类的新实例。它后面紧跟着初始化新生成实例的构造函数。toString()方法返回类String的一个对象，该对象用一个有序对来描述一个点。依据设计的类图，其Java实现代码为：/ Point.javapublic class Point

4、 / Variable declarationsprivate int x;private int y;/Method declarationspublic Point() x = 0;y = 0;public Point(int xValue, int yValue) x = xValue;y = yValue;public Point(Point p) x = p.getX();y = p.getY();public int getX() return x;public int getY() return y;public void setX(int xValue) x = xValue;

5、public void setY(int yValue) y = yValue;public Point add(Point p) return new Point(x+p.getX(), y+getY();public Point add(int i,int j) return new Point(x+i,y+j);public String toString() return new String(+String.valueOf(x)+,+String.valueOf(y)+);二、CGrid类CGrid类用于定义指定大小的字符网格。它提供基本方法集，通过加入到这些方法中的其它类来得到扩展

6、。该类的类图为：CGrid类声明3个变量：width、depth和grid。width和depth 变量用于指定grid的水平和垂直尺寸，grid是保存网格字符的字符数组的数组。CGrid中的变量声明为protected，这就规定了它们只能在声明它们的包中和CGrid的任何子类中访问。CGrid类只有一个单一构造函数，它设置width和depth的值，分配grid数组，然后调用blankGrid()以空格为grid赋值。CGrid有4种访问方法。blankGrid()方法只是简单地用空格字符来调用fillGrid()。fillGrid()方法把grid的每个元素都设置为ch参数。GetChar

7、From()方法用于找出网格中给定位置的字符。SetCharAt()用于把网格中一点设置成特定字符。在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中使用Point类来定义它们的参数，这是类与类之间关联的例子，我们稍候讨论。根据以上类图，CGrid类的原代码为：/ CGrid.javapublic class CGrid / Variable declarationsprotected int width;protected int depth;protected char grid;/ Method declarationspublic CGrid(int widthValue,in

8、t depthValue) width = widthValue;depth = depthValue;grid = new chardepthwidth;blankGrid();public void blankGrid() fillGrid( );public void fillGrid(char ch) for(int j=0; jwidth; +i)gridji= ch;public void setCharAt(char ch,Point p)gridp.getY()p.getX() = ch;public char getCharFrom(Point p) return gridp

9、.getY()p.getX();三、CGObject类CGObject类是抽象类的例子，它通过abstract方法来限制其子类的行为。Abstract方法必须由非abstract子类实现。其类图设计如下：CGObject类用于定义在网格上显示的对象的一般行为。它有两个变量：location和drawCharacter。Location变量的类型是Point，用于在网格上指定一个对象所在的点。DrawCharacter变量用于画对象的字符。CGObject有三个方法，而没有构造函数。因为abstract类没有完整定义，所以它没有构造函数，也没有对象实例。第一个方法addToGrid()不是abs

10、tract类型的。它以类PrintCGrid的对象作为参数，调用PrintCGrid类的addCGObject()方法，把this对象加到网格中。this关键字指当前对象。用addToGrid()方法调用CGObject类的子类的对象，这些对象加到类PrintCGrid的对象中。CGObject的其它两个方法都用abstract关键字声明。这意味着，这两个方法在能够由CGObject类的非abstract子类使用前必须被覆盖。覆盖方法必须拥有与anstract方法相同的名字、参数和返回值。Display()方法用于再网格上显示类PrintCGrid的一个对象。Describe()方法用于显示网

11、格对象的描述。CGObject类的代码为：/ CGObject.java public abstract class CGObject / Variable declarations public Point location; public char drawCharacter; / Method declarations public void addToGrid(PrintCGrid grid) grid.addCGObject(this); public abstract void display(PrintCGrid grid); public abstract void descr

12、ibe(); 四、PrintCGrid类PrintCGrid类是CGrid类的子类，它定义了允许把对象加到网格中的附加变量和方法。它也提供了显示网格的方法。 PrintCGrid类的类图如下图所示：PrintCGrid类与CGrid类的关系是子类与父类的关系。在类图中用实线与空心箭头从子类指向父类表示。PrintCGrid类的原代码为：import java.lang.System;/ PrintCGrid.javapublic class PrintCGrid extends CGrid / Variable declarationsprotected CGObject displayLis

13、t;protected static final int maxObjects = 100;protected int numObjects;/ Method declarationspublic PrintCGrid(int x,int y) super(x,y);numObjects = 0;displayList = new CGObjectmaxObjects;public void addCGObject(CGObject obj) if(numObjects maxObjects) displayListnumObjects = obj;+numObjects;public voi

14、d deleteCGObject(int index) if(index 0) for(int i = index; i 0) -numObjects;public int getNumObjects() return numObjects;public CGObject getObject(int index) return displayListindex;public void clearGrid() numObjects = 0;public void drawGrid() blankGrid();for(int i = 0; i numObjects ; +i)displayList

15、i.display(this);public void displayGrid() for(int i=0;idepth;+i)System.out.println(String.valueOf(gridi);public void displayRow(int row) System.out.print(String.valueOf(gridrow);public void show() drawGrid();displayGrid();在以上代码中，PrintCGrid声明3个变量：displayList、maxObjects和numObjects。这些变量都声明为proceted，从而把

16、对它们的访问限制在一个包中和PrintCGrid的子类中。DisplayList变量是类CGObject(见以下类的介绍)的数组。但这并不意味着该数组包含作为类CGObject实例的对象。这是不可能的，因为CGObject是抽象的。把DisplayList声明成类CGObject的数组的目的，是允许该数组包含CGObject类的子类的对象。一般来说，如果一个变量声明成类X，那么可以把该变量赋值为X的子类的对象。MaxObjects变量声明成static并且final。使用static修饰符声明的变量，它们被作为一个类实例的所有对象公用，不会被每个实例复制，静态变量又成为类变量。没有被声明成静态

17、的变量是实例变量，对作为一个类的实例的每个对象进行复制。Final修饰符用于把变量标识成常量。用final修饰符声明的变量必须在声明时进行初始化，不能再声明之外的任何地方赋值。MaxObjects常量初始化为100，表示可以加到displayList中的对象的最大数目。NumObjects变量用于统计加到网格的displayList中的对象实际数目。PrintCGrid有一个构造函数。该构造函数有两个参数：x和y，它们表示网格的水平和垂直方向的尺寸。构造函数调用super()方法，并把这两个变量当着变元传递过去。Super()方法是构造函数调用语句的一个例子。它以x和y作为变元调用PrintC

18、Grid的父类（即CGrid类）的构造函数。CGrid的构造函数初始化其width和depth变量，分配grid数组，并用空格给该数组元素赋值。CGrid的构造函数运行完后，PrintCGrid的构造函数继续把numObjects设置为0，并分配displayList数组。PrintCGrid提供10个访问方法。AddCGObject()方法把对象加到displayList数组中。DeleteCGObject()方法删除位于指定索引位置的对象。所有的后续对象都向前移动，以填充被删除对象留下的空缺。DeleteLastObject()方法通过简单地把numObjects减1来删除最后一个对象。G

19、etNumObjects方法返回displayList中的对象数目。GetObject方法返回displayList中指定位置的对象。clearGrid()方法通过把numObjects设置为0去清除所有对象。DrawGrid()方法使用从CGrid类继承的方法清空网格，然后调用displayList中每个对象的display()方法。displayGrid方法在控制台窗口中显示每一行网格。它是继承的例子。Grid数祖在CGrid类中定义，由PrintCGrid所继承。它由CGObject类的所有子类的drawGrid()方法和display()方法更新。PrintGrid()类用它来在控制台

20、窗口中打印字符。ValueOf()方法用于displayGrid()方法中，它是String 类的静态方法。它把字符数组转换成String对象。静态方法类似于静态变量，它整体上应用于类，而不是作为类实例的各个对象使用。由于面向对象，静态方法只能访问静态变量。所有静态方法都是定局的，不能被覆盖。DisplayRow()方法在控制台窗口上显示一行网格，show()方法把drawGrid()和displayGrid()方法组合成一个方法。五、BorderPrintCGrid类BorderPrintCGrid类是PrintCGrid类的子类，它进一步扩展了CGrid类。它增加了生成类PrintCGri

21、d对象的边界的变量和方法。类图见如下所示：BorderPrintCGrid类有四个私有变量:useBorder、borderCharacter、horizEdge和vertEdge。UseBorder是boolean类型的变量，它决定边界是否应该显示。BorderCharacter为用于显示边界的字符。HorizEdge和vertEdge用于显示边界的水平和垂直边界的String对象。BorderPrintCGrid类有两个。第一个构造函数没有参数。它调用PrintCGrid类的构造函数构造一个75字符宽20行高的网格，其边界字符为*。SetBorderDefaults()方法用于初始化Bor

22、deredPrintCGrid类的变量。第二个构造函数类似于第一个构造函数，但它提供了直接指定网格尺寸及边界字符的功能。BorderPrintCGrid类提供4个访问方法。SetBorderDefaults()方法使用enableBorder()方法和setBorderCharacter()方法初始化BorderedPrintCGrid类的变量。enableBorder()方法把useBorder设置成true或false。setBorderCharacter()方法设置displayGrid()方法所用的borderCharacter、horizEdge和vertEdge变量。Bordere

23、dPrintCGrid类是PrintCGrid的子类，其类图关系表示为：displayGrid()方法覆盖 PrintCGrid类的displayGrid()方法。通过重新定义该方法以满足自己的需要。其中的super语句，将调用PrintCGrid.displayGrid()。该类的实现代码为：/ BorderedPrintCGrid.javapublic class BorderedPrintCGrid extends PrintCGrid / Variable declarationsprivate boolean useBorder;private char borderCharacte

24、r;private String horizEdge;private String vertEdge;/ Method declarationspublic BorderedPrintCGrid() super(75,20);setBorderDefaults(*);public BorderedPrintCGrid(int x,int y,char ch) super(x,y);setBorderDefaults(ch);private void setBorderDefaults(char ch) useBorder = true;setBorderCharacter(ch);public

25、 void enableBorder(boolean toggle) useBorder = toggle;public void setBorderCharacter(char ch) borderCharacter = ch;char border = new charwidth+2;for(int i=0;idepth;+i) System.out.print(vertEdge);displayRow(i);System.out.println(vertEdge);System.out.println(horizEdge);else super.displayGrid();到这里，我们的

26、程序设计与实现已完成将近一半。我们用UML类图分析了5个类，但这些类之间是如何相互作用而构成我们的应用程序呢？现在我们回过头来分析前面5个类之间的相互关联。首先我们分析继承概念在UML类图中的表示。通过UML类图中的各类之间的继承关系表示法，我们清楚地知道，CGrid是超类，PrintCGrid是CGrid的子类，BorderedPrintCGrid是PrintCGrid以及CGrid的子类。在Java类的代码实现中，一定要用相应的extends语句来表示实际的继承关系。一般类与类之间的关系我们可以用关联来表达。如在类CGrid中，在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中我们

27、使用了Point类来定义它们的参数，这是类CGrid对Point类的引用。类CGrid可以引用多个Point对象，因此，在多重性的概念中，表示该类CGrid可以与多个Point对象关系。在UML类图中，我们用一条实线表示这种关联为依赖关系，通过开叉的箭头表示是CGrid类引用Point类。箭头上方的0.*表示可以与多个对象关联。如果是0.1表示可以与1个对象关联；如果是1表示必须与1个对象关联；如果是1.*表示必须与至少1个对象关联。同样，在PrintCGrid类中，在其变量申明中，有对CGObject的引用，并且也是多重引用。其UML类图关系可以表示为：因此，以上5个类之间的相互关系，用UM

28、L类图关系可以清楚地表示为：本部分说明了5个类的UML类图表示、UML类图关系以及相应的Java实现代码。利用UML类图设计Java应用程序详解(二)在第一部分中，我们实现了5个类。在本部分中，我们接着说明如何利用UML类图来设计余下的各个类。为减少篇幅，本部分着重讲解UML类图及应用，对Java实现代码不再详细描述。 六、CGPoint类CGPoint类说明了如何利用非抽象类扩展抽象类。CGPoint类是CGObject的子类，CGPoint类扩展了 CGObject类，CGPoint类没有再它所继承的变量中增加变量，它所声明的方法只有构造函数和要求它实现的抽象方法。其类图如下：Java实现代码为：/ CGPoint.javapublic class CGPoint extends CGObject / Method declarationspublic CGPoint(int x, int y,char ch) location = new Point(x,y);drawCharacter = ch;public CGPoint(int x, int y) this(x,y,+);public CGPoint(Point p) this(p.getX(),p.getY(),+);p