利用UML類圖設計Java應用程序詳解

在類圖中，類被描述為帶有三層的盒子。

頂層為類名，一般用加粗字體表示。如果類是抽象的，其名稱用斜體表示；如果類是接口，則在類名上方標注<<interface>>。

中間層包含類的屬性（或變量），底層包含類的方法。與類名相似，如果方法是抽象的，那么它的名稱也用斜體表示。

我們要設計的應用程序CDrawApp應用程序在基于字符的網格上畫點、框和文本串，該應用程序涉及到Java面向對象的許多概念與應用方法，非常系統、全面，在您仔細研讀后，定能迅速掌握UML類圖，并將其應用到實際的Java應用程序開發過程中。為減少代碼長度，讓程序簡單易懂，這里使用Java控制臺窗口顯示程序運行結果。該程序總共由10個大類組成，以下分別介紹。

一、Point類

在CDrawApp程序中定義的第一個類是Point類，該類用于通過x和y坐標在網格上標識一點。其類圖設計為：

在該類中，有2個成員變量x和y,類圖中，“-”表示變量或方法為private，“+”表示public，“#”則表示protected。該類定義了三個不同的構造函數，這是重載（overload）的例子。

接著該類設計了7個訪問方法。getX()和getY()方法分別返回一點的x和y坐標。SetX()和setY()方法根據參數xValue和yValue的值設置這些坐標的值。兩個add()方法通過被訪問點的坐標加上一個值來建立一個新的Point對象。New運算符建立類的新實例。它后面緊跟著初始化新生成實例的構造函數。toString()

方法返回類String的一個對象，該對象用一個有序對來描述一個點。

    依據設計的類圖，其Java實現代碼為：

// Point.<STRONG><A href="http://www.kjueaiud.com/html/54/category-catid-154.html" target="_blank" >java</A></STRONG> public class Point { // Variable declarations private int x; private int y; //Method declarations public 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; } 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類

CGrid類用于定義指定大小的字符網格。它提供基本方法集，通過加入到這些方法中的其它類來得到擴展。該類的類圖為：

CGrid類聲明3個變量：width、depth和grid[][]。width和depth 變量用于指定grid[][]的水平和垂直尺寸，grid[][]是保存網格字符的字符數組的數組。 CGrid中的變量聲明為protected，這就規定了它們只能在聲明它們的包中和CGrid的任何子類中訪問。 CGrid類只有一個單一構造函數，它設置width和depth的值，分配grid[][]數組，然后調用blankGrid()以空格為grid[][]賦值。     CGrid有4種訪問方法。blankGrid()方法只是簡單地用空格字符來調用

fillGrid()。fillGrid()方法把grid[][]的每個元素都設置為ch參數。GetCharFrom()方法用于找出網格中給定位置的字符。SetCharAt()用于把網格中一點設置成特定字符。

在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中使用Point類來定義它們的參數，這是類與類之間關聯的例子，我們稍候討論。

根據以上類圖，CGrid類的原代碼為：

三、CGObject類 CGObject類是抽象類的例子，它通過abstract方法來限制其子類的行為。Abstract方法必須由非abstract子類實現。其類圖設計如下： CGObject類用于定義在網格上顯示的對象的一般行為。它有兩個變量：location和drawCharacter。Location變量的類型是Point，用于在網格上指定一個對象所在的點。DrawCharacter變量用于畫對象的字符。 CGObject有三個方法，而沒有構造函數。因為abstract類沒有完整定義，所以它沒有構造函數，也沒有對象實例。 第一個方法addToGrid()不是abstract類型的。它以類PrintCGrid的對象作為參數，調用PrintCGrid類的addCGObject()方法，把this對象加到網格中。this關鍵字指當前對象。用addToGrid()方法調用CGObject類的子類的對象，這些對象加到類PrintCGrid的對象中。 　 CGObject的其它兩個方法都用abstract關鍵字聲明。這意味著，這兩個方法在能夠由CGObject類的非abstract子類使用前必須被覆蓋。覆蓋方法必須擁有與anstract方法相同的名字、參數和返回值。Display()方法用于再網格上顯示類PrintCGrid的一個對象。Describe()方法用于顯示網格對象的描述。 CGObject類的代碼為： // 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 describe(); }

四、PrintCGrid類

PrintCGrid類是CGrid類的子類，它定義了允許把對象加到網格中的附加變量和方法。它也提供了顯示網格的方法。 PrintCGrid類的類圖如下圖所示：

	PrintCGrid類與CGrid類的關系是子類與父類的關系。在類圖中用實線與空心箭頭從子類指向父類表示。
	由于PrintCGrid類是CGrid類的子類，PrintCGrid類聲明中必須添加extends子句。這意味著在CGrid種定義的所有變量和方法在PrintCGrid中都能得到。這就是繼承的強大功能，也是面向對象語言的主要特征之一。PrintCGrid使用CGrid作為一個基礎，在這個基礎上增加其它網格顯示的變量和方法。

PrintCGrid類的原代碼為：

   在以上代碼中，PrintCGrid聲明3個變量：displayList[]、maxObjects和numObjects。這些變量都聲明為proceted，從而把對它們的訪問限制在一個包中和PrintCGrid的子類中。

DisplayList[]變量是類CGObject(見以下類的介紹)的數組。但這并不意味著該數組包含作為類CGObject實例的對象。這是不可能的，因為CGObject是抽象的。把DisplayList[]聲明成類CGObject的數組的目的，是允許該數組包含CGObject類的子類的對象。一般來說，如果一個變量聲明成類X，那么可以把該變量賦值為X的子類的對象。

MaxObjects變量聲明成static并且final。使用static修飾符聲明的變量，它們被作為一個類實例的所有對象公用，不會被每個實例復制，靜態變量又成為類變量。沒有被聲明成靜態的變量是實例變量，對作為一個類的實例的每個對象進行復制。

Final修飾符用于把變量標識成常量。用final修飾符聲明的變量必須在聲明時進行初始化，不能再聲明之外的任何地方賦值。MaxObjects常量初始化為100，表示可以加到displayList[]中的對象的最大數目。

NumObjects變量用于統計加到網格的displayList[]中的對象實際數目。

PrintCGrid有一個構造函數。該構造函數有兩個參數：x和y，它們表示網格的水平和垂直方向的尺寸。構造函數調用super()方法，并把這兩個變量當著變元傳遞過去。Super()方法是構造函數調用語句的一個例子。它以x和y作為變元調用PrintCGrid的父類（即CGrid類）的構造函數。CGrid的構造函數初始化其width和depth變量，分配grid[][]數組，并用空格給該數組元素賦值。CGrid的構造函數運行完后，PrintCGrid的構造函數繼續把numObjects設置為0，并分配displayList[]數組。

PrintCGrid提供10個訪問方法。AddCGObject()方法把對象加到displayList[]數組中。DeleteCGObject()方法刪除位于指定索引位置的對象。所有的后續對象都向前移動，以填充被刪除對象留下的空缺。DeleteLastObject()方法通過簡單地把numObjects減1來刪除最后一個對象。

GetNumObjects方法返回displayList[]中的對象數目。GetObject方法返回displayList[]中指定位置的對象。clearGrid()方法通過把numObjects設置為0去清除所有對象。

DrawGrid()方法使用從CGrid類繼承的方法清空網格，然后調用displayList[]中每個對象的display()方法。

displayGrid[]方法在控制臺窗口中顯示每一行網格。它是繼承的例子。Grid[][]數祖在CGrid類中定義，由PrintCGrid所繼承。它由CGObject類的所有子類的drawGrid()方法和display()方法更新。PrintGrid()類用它來在控制臺窗口中打印字符。

ValueOf()方法用于displayGrid()方法中，它是String 類的靜態方法。它把字符數組轉換成String對象。靜態方法類似于靜態變量，它整體上應用于類，而不是作為類實例的各個對象使用。由于面向對象，靜態方法只能訪問靜態變量。所有靜態方法都是定局的，不能被覆蓋。

    DisplayRow()方法在控制臺窗口上顯示一行網格，show()方法把drawGrid()和displayGrid()方法組合成一個方法。

五、BorderPrintCGrid類

BorderPrintCGrid類是PrintCGrid類的子類，它進一步擴展了CGrid類。它增加了生成類PrintCGrid對象的邊界的變量和方法。類圖見如下所示：

BorderPrintCGrid類有四個私有變量:useBorder、borderCharacter、horizEdge和vertEdge。UseBorder是boolean類型的變量，它決定邊界是否應該顯示。BorderCharacter為用于顯示邊界的字符。HorizEdge和vertEdge用于顯示邊界的水平和垂直邊界的String對象。

BorderPrintCGrid類有兩個。第一個構造函數沒有參數。它調用PrintCGrid類的構造函數構造一個75字符寬20行高的網格，其邊界字符為*。SetBorderDefaults()方法用于初始化BorderedPrintCGrid類的變量。第二個構造函數類似于第一個構造函數，但它提供了直接指定網格尺寸及邊界字符的功能。

BorderPrintCGrid類提供4個訪問方法。SetBorderDefaults()方法使用enableBorder()方法和setBorderCharacter()方法初始化BorderedPrintCGrid類的變量。enableBorder()方法把useBorder設置成true或false。setBorderCharacter()方法設置displayGrid()方法所用的borderCharacter、horizEdge和vertEdge變量。

   displayGrid()方法覆蓋 PrintCGrid類的displayGrid()方法。通過重新定義該方法以滿足自己的需要。其中的super語句，將調用PrintCGrid.displayGrid()。

   該類的實現代碼為： 

// BorderedPrintCGrid.java public class BorderedPrintCGrid extends PrintCGrid { // Variable declarations private boolean useBorder; private char borderCharacter; private String horizEdge; private String vertEdge; // Method declarations public 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 void enableBorder(boolean toggle) { useBorder = toggle; } public void setBorderCharacter(char ch) { borderCharacter = ch; char border[] = new char[width+2]; for(int i=0;i<width+2;++i) border[i] = borderCharacter; horizEdge = new String(border); vertEdge = String.valueOf(borderCharacter); } public void displayGrid() { if(useBorder) { System.out.println(horizEdge); for(int i=0;i>depth;++i) { System.out.print(vertEdge); displayRow(i); System.out.println(vertEdge); } System.out.println(horizEdge); }else super.displayGrid(); } }  

到這里，我們的程序設計與實現已完成將近一半。我們用UML類圖分析了5個類，但這些類之間是如何相互作用而構成我們的應用程序呢？現在我們回過頭來分析前面5個類之間的相互關聯。首先我們分析繼承概念在UML類圖中的表示。

  一般類與類之間的關系我們可以用關聯來表達。如在類CGrid中，在GetCharFrom()和SetCharAt()方法中我們使用了Point類來定義它們的參數，這是類CGrid對Point類的引用。類CGrid可以引用多個Point對象，因此，在多重性的概念中，表示該類CGrid可以與多個Point對象關系。

  在UML類圖中，我們用一條實線表示這種關聯為依賴關系，通過開叉的箭頭表示是CGrid類引用Point類。箭頭上方的0..*表示可以與多個對象關聯。如果是0..1表示可以與1個對象關聯；如果是1表示必須與1個對象關聯；如果是1..*表示必須與至少1個對象關聯。

  同樣，在PrintCGrid類中，在其變量申明中，有對CGObject的引用，并且也是多重引用。其UML類圖關系可以表示為：

  因此，以上5個類之間的相互關系，用UML類圖關系可以清楚地表示為：

本部分說明了5個類的UML類圖表示、UML類圖關系以及相應的Java實現代碼。余下內容見第二部分。