Diagramy tříd jsou typem UML (Unified Modeling Language) diagram používaný v softwarovém inženýrství k vizuální reprezentaci struktury a vztahů tříd v systému. UML je standardizovaný modelovací jazyk, který pomáhá při navrhování a dokumentaci softwarových systémů. Jsou nedílnou součástí procesu vývoje softwaru a pomáhají jak ve fázi návrhu, tak ve fázi dokumentace.

Důležitá témata pro diagram tříd

• Co jsou diagramy tříd?
• co je to třída?
• Notace třídy UML
• Vztahy mezi třídami
• Účel diagramů tříd
• Výhody diagramů tříd
• Jak kreslit diagramy tříd
• Příklady použití diagramů tříd

Co jsou diagramy tříd?

Diagramy tříd jsou typem diagramu UML (Unified Modeling Language), který se používá v softwarovém inženýrství k vizuální reprezentaci struktury a vztahů tříd v systému, tj. používá se ke konstrukci a vizualizaci objektově orientovaných systémů.

V těchto diagramech jsou třídy znázorněny jako rámečky, z nichž každý obsahuje tři oddíly pro název třídy, atributy a metody. Čáry spojující třídy znázorňují asociace a zobrazují vztahy, jako je jedna ku jedné nebo jedna k mnoha.

Diagramy tříd poskytují přehled na vysoké úrovni o návrhu systému a pomáhají komunikovat a dokumentovat strukturu softwaru. Jsou základním nástrojem v objektově orientovaném návrhu a hrají klíčovou roli v životním cyklu vývoje softwaru.

co je to třída?

V objektově orientovaném programování (OOP) je třída plánem nebo šablonou pro vytváření objektů. Objekty jsou instancemi tříd a každá třída definuje sadu atributů (datových členů) a metod (funkcí nebo procedur), které budou mít objekty vytvořené z této třídy. Atributy představují charakteristiky nebo vlastnosti objektu, zatímco metody definují chování nebo akce, které může objekt provádět.

Notace třídy UML

zápis třídy je grafické znázornění používané k zobrazení tříd a jejich vztahů v objektově orientovaném modelování.

lineární vyhledávání v Javě

1. Jméno třídy:
   • Název třídy je obvykle napsán v horní přihrádce pole třídy a je vycentrován a tučně.
2. Atributy:
   • Atributy, známé také jako vlastnosti nebo pole, představují datové členy třídy. Jsou uvedeny ve druhé přihrádce pole třídy a často obsahují viditelnost (např. veřejné, soukromé) a datový typ každého atributu.
3. Metody:
   • Metody, známé také jako funkce nebo operace, představují chování nebo funkčnost třídy. Jsou uvedeny ve třetím oddílu pole třídy a zahrnují viditelnost (např. veřejné, soukromé), typ návratu a parametry každé metody.
4. Zápis viditelnosti:
   • Zápisy viditelnosti udávají úroveň přístupu k atributům a metodám. Mezi běžné notace viditelnosti patří:
     • +>pro veřejnost (viditelné pro všechny třídy)
     • ->pro soukromé (viditelné pouze v rámci třídy)
     • #>pro chráněné (viditelné pro podtřídy)
     • ~>pro balíček nebo výchozí viditelnost (viditelné pro třídy ve stejném balíčku)

Parametr Směrovost

V diagramech tříd se směrovost parametrů týká indikace toku informací mezi třídami prostřednictvím parametrů metody. Pomáhá určit, zda je parametr vstupem, výstupem nebo obojím. Tyto informace jsou zásadní pro pochopení toho, jak jsou data předávána mezi objekty během volání metod.

V diagramech tříd se používají tři hlavní zápisy směrovosti parametrů:

• V (vstup):
  • Vstupní parametr je parametr předaný z volajícího objektu (klienta) volanému objektu (serveru) během vyvolání metody.
  • Je reprezentován šipkou směřující k přijímající třídě (třídě, která vlastní metodu).
• Výstup (výstup):
  • Výstupní parametr je parametr předaný z volaného objektu (serveru) zpět volajícímu objektu (klientovi) po provedení metody.
  • Je znázorněna šipkou směřující pryč od přijímající třídy.
• InOut (vstup a výstup):
  • Parametr InOut slouží jako vstup i výstup. Přenáší informace z volajícího objektu do volaného objektu a naopak.
  • Je znázorněna šipkou směřující k přijímající třídě a od ní.

Vztahy mezi třídami

V diagramech tříd vztahy mezi třídami popisují, jak jsou třídy propojeny nebo jak na sebe vzájemně působí v rámci systému. V objektově orientovaném modelování existuje několik typů vztahů, z nichž každý slouží specifickému účelu. Zde jsou některé běžné typy vztahů v diagramech tříd:

1. Asociace

Asociace představuje obousměrný vztah mezi dvěma třídami. Označuje, že instance jedné třídy jsou propojeny s instancemi jiné třídy. Přidružení jsou obvykle znázorněna jako plná čára spojující třídy s volitelnými šipkami označujícími směr vztahu.

Pojďme porozumět asociaci na příkladu:

Podívejme se na jednoduchý systém pro správu knihovny. V tomto systému máme dvě hlavní entity:Book>aLibrary>. KaždýLibrary>obsahuje víceBooks>a každýBook>patří ke konkrétnímuLibrary>. Tento vztah meziLibrary>aBook>zastupuje spolek.

Třídu Library lze považovat za zdrojovou třídu, protože obsahuje odkaz na více instancí třídy Book. Třída Book by byla považována za cílovou třídu, protože patří do konkrétní knihovny.

kde jsou nastavení prohlížeče

2. Řízené sdružení

Řízené přidružení v diagramu tříd UML představuje vztah mezi dvěma třídami, kde má přidružení směr, což naznačuje, že jedna třída je spojena s jinou specifickým způsobem.

• V orientovaném přidružení je k linii přidružení přidána šipka, která označuje směr vztahu. Šipka ukazuje z třídy, která iniciuje přidružení, na třídu, která je přidružením zacílena nebo ovlivněna.
• Řízená přidružení se používají, když má přidružení specifický tok nebo směr, jako je označení, která třída je zodpovědná za zahájení přidružení nebo která třída je závislá na jiné.

Zvažte scénář, kdy je třída Učitel spojena s třídou Kurz v univerzitním systému. Směrovaná šipka přidružení může ukazovat z třídy Učitel na třídu Kurz, což znamená, že učitel je přidružen ke konkrétnímu kurzu nebo jej vyučuje.

• Zdrojovou třídou je třída Učitel. Třída Učitel iniciuje sdružení výukou konkrétního kurzu.
• Cílovou třídou je třída Course. Třída kurzu je ovlivněna asociací, protože ji vyučuje konkrétní učitel.

3. Agregace

Agregace je specializovaná forma asociace, která představuje vztah celé části. Označuje silnější vztah, kde jedna třída (celek) obsahuje nebo je složena z jiné třídy (části). Agregace je znázorněna kosočtvercovým tvarem na straně celé třídy. V tomto druhu vztahu může podřízená třída existovat nezávisle na své nadřazené třídě.

Pojďme pochopit agregaci na příkladu:

Společnost lze považovat za celek, zatímco zaměstnanci jsou jejími částmi. Zaměstnanci patří do společnosti a společnost může mít více zaměstnanců. Pokud však společnost zanikne, zaměstnanci mohou nadále existovat samostatně.

4. Složení

Složení je silnější formou agregace, což naznačuje významnější vztah vlastnictví nebo závislosti. V kompozici nemůže třída části existovat nezávisle na celé třídě. Kompozice je reprezentována vyplněným kosočtvercovým tvarem na straně celé třídy.

Pojďme pochopit kompozici na příkladu:

Představte si aplikaci digitální knihy kontaktů. Kniha kontaktů je celek a každý záznam kontaktu je součástí. Každý záznam kontaktu je plně vlastněn a spravován knihou kontaktů. Pokud je kniha kontaktů odstraněna nebo zničena, budou odstraněny také všechny související položky kontaktů.

To ilustruje složení, protože existence záznamů kontaktů zcela závisí na přítomnosti knihy kontaktů. Bez knihy kontaktů ztrácejí jednotlivé položky kontaktů smysl a nemohou samy o sobě existovat.

5. Generalizace (dědičnost)

Dědičnost představuje is-vztah mezi třídami, kde jedna třída (podtřída nebo potomek) dědí vlastnosti a chování jiné třídy (nadtřídy nebo rodiče). Dědičnost je znázorněna plnou čarou s uzavřenou, dutou šipkou směřující z podtřídy do nadtřídy.

prioritní fronta c++

V příkladu bankovních účtů můžeme použít zobecnění k zobrazení různých typů účtů, jako jsou běžné účty, spořicí účty a úvěrové účty.

Třída Bankovní účet slouží jako zobecněná reprezentace všech typů bankovních účtů, zatímco podtřídy (Běžný účet, Spořicí účet, Úvěrový účet) představují specializované verze, které dědí a rozšiřují funkčnost základní třídy.

6. Realizace (implementace rozhraní)

Realizace naznačuje, že třída implementuje funkce rozhraní. Často se používá v případech, kdy třída realizuje operace definované rozhraním. Realizace je znázorněna přerušovanou čarou s otevřenou šipkou směřující z implementační třídy k rozhraní.

Podívejme se na scénář, kdy osoba i korporace realizují rozhraní vlastníka.

• Rozhraní vlastníka: Toto rozhraní nyní zahrnuje metody, jako je získat (vlastnictví) a disponovat (vlastnictví), které představují akce související s nabýváním a nakládáním s majetkem.
• Třída osoby (realizace): Třída Person implementuje rozhraní Owner a poskytuje konkrétní implementace pro metody získávání (vlastnictví) a likvidace (vlastnictví). Osoba může například získat vlastnictví domu nebo disponovat automobilem.
• Třída korporace (realizace): Podobně třída Corporation také implementuje rozhraní Owner, které nabízí specifické implementace pro metody získávání (vlastnictví) a likvidace (vlastnictví). Korporace může například nabýt vlastnictví nemovitostí nebo se zbavit služebních vozidel.

Jak třídy Person, tak třídy Corporation realizují rozhraní Owner, což znamená, že poskytují konkrétní implementace pro metody získání (vlastnictví) a likvidace (vlastnictví) definované v rozhraní.

7. Závislostní vztah

Mezi dvěma třídami existuje závislost, když jedna třída spoléhá na jinou, ale vztah není tak silný jako asociace nebo dědičnost. Představuje volněji vázané spojení mezi třídami. Závislosti jsou často zobrazeny jako přerušovaná šipka.

Uvažujme scénář, kdy Osoba závisí na Knize.

• Třída osoby: Představuje jednotlivce, který čte knihu. Třída Osoba závisí na třídě Kniha pro přístup a čtení obsahu.
• Třída knihy: Představuje knihu, která obsahuje obsah, který má číst osoba. Třída Book je nezávislá a může existovat bez třídy Osoba.

Třída Osoba závisí na třídě Kniha, protože ke čtení jejího obsahu vyžaduje přístup ke knize. Třída Book však nezávisí na třídě Osoba; může existovat nezávisle a nespoléhá na třídu Person pro svou funkčnost.

řetězec v porovnání s javou

8. Vztah použití (závislost).

Vztah závislosti použití v diagramu tříd UML označuje, že jedna třída (klient) využívá nebo závisí na jiné třídě (dodavateli) k provádění určitých úkolů nebo přístupu k určitým funkcím. Třída klientů se spoléhá na služby poskytované třídou dodavatelů, ale nevlastní ani nevytváří její instance.

• Závislosti použití představují formu závislosti, kdy jedna třída závisí na jiné třídě, aby splnila konkrétní potřebu nebo požadavek.
• Třída klientů vyžaduje přístup ke konkrétním funkcím nebo službám poskytovaným třídou dodavatelů.
• V diagramech tříd UML jsou závislosti použití obvykle reprezentovány přerušovanou šipkou směřující z třídy klienta do třídy dodavatele.
• Šipka ukazuje směr závislosti, což ukazuje, že třída klienta závisí na službách poskytovaných třídou dodavatelů.

Zvažte scénář, kdy třída Car závisí na třídě paliva FuelTank pro řízení spotřeby paliva.

• Třída Car může potřebovat přístup k metodám nebo atributům třídy FuelTank ke kontrole hladiny paliva, doplnění paliva nebo sledování spotřeby paliva.
• V tomto případě je třída Car závislá na třídě FuelTank, protože využívá jejích služeb k provádění určitých úkolů souvisejících s řízením paliva.

Účel diagramů tříd

Hlavním účelem použití diagramů tříd je:

• Toto je jediné UML, které dokáže vhodně zobrazit různé aspekty konceptu OOPs.
• Správný návrh a analýza aplikací může být rychlejší a efektivnější.
• Je to základ pro nasazení a diagram komponent.
• Zahrnuje dopředné a zpětné inženýrství.

Výhody diagramů tříd

• Struktura třídy modelování:
  • Diagramy tříd pomáhají při modelování struktury systému tím, že představují třídy a jejich atributy, metody a vztahy.
  • To poskytuje jasný a organizovaný pohled na architekturu systému.
• Porozumění vztahům:
  • Diagramy tříd zobrazují vztahy mezi třídami, jako jsou asociace, agregace, kompozice, dědičnost a závislosti.
  • To pomáhá zúčastněným stranám, včetně vývojářů, návrhářů a obchodních analytiků, pochopit, jak jsou různé součásti systému propojeny.
• Sdělení:
  • Diagramy tříd slouží jako komunikační nástroj mezi členy týmu a zainteresovanými stranami. Poskytují vizuální a standardizovanou reprezentaci, která je snadno pochopitelná pro technické i netechnické publikum.
• Plán pro implementaci:
  • Diagramy tříd slouží jako plán pro implementaci softwaru. Vedou vývojáře při psaní kódu tím, že ilustrují třídy, jejich atributy, metody a vztahy mezi nimi.
  • To může pomoci zajistit konzistenci mezi návrhem a skutečnou implementací.
• Generování kódu:
  • Některé nástroje a rámce pro vývoj softwaru podporují generování kódu z diagramů tříd.
  • Vývojáři mohou generovat významnou část kódu z vizuální reprezentace, což snižuje pravděpodobnost ručních chyb a šetří čas na vývoj.
• Identifikace abstrakce a zapouzdření:
  • Diagramy tříd podporují identifikaci abstrakcí a zapouzdření dat a chování v rámci tříd.
  • To podporuje principy objektově orientovaného návrhu, jako je modularita a skrývání informací.

Jak kreslit diagramy tříd

Kreslení diagramů tříd zahrnuje vizualizaci struktury systému, včetně tříd, jejich atributů, metod a vztahů. Zde jsou kroky pro kreslení diagramů tříd:

1. Identifikujte třídy:
   • Začněte identifikací tříd ve vašem systému. Třída představuje návrh objektů a měla by zapouzdřit související atributy a metody.
2. Seznam atributů a metod:
   • U každé třídy uveďte její atributy (vlastnosti, pole) a metody (funkce, operace). Zahrňte informace, jako jsou typy dat a viditelnost (veřejné, soukromé, chráněné).
3. Identifikujte vztahy:
   • Určete vztahy mezi třídami. Mezi běžné vztahy patří asociace, agregace, kompozice, dědičnost a závislosti. Porozumět podstatě a rozmanitosti těchto vztahů.
4. Vytvořte pole tříd:
   • Pro každou identifikovanou třídu nakreslete obdélník (rámeček třídy). Umístěte název třídy do horní přihrádky krabice. Rozdělte krabici na přihrádky pro atributy a metody.
5. Přidat atributy a metody:
   • Uvnitř každého pole třídy uveďte atributy a metody v příslušných oddílech. Použijte označení viditelnosti (+ pro veřejné, – pro soukromé, # pro chráněné, ~ pro balíček/výchozí).
6. Kreslit vztahy:
   • Nakreslete čáry, které znázorňují vztahy mezi třídami. Pomocí šipek označte směr přidružení nebo závislostí. Pro různé vztahy lze použít různé typy čar nebo zápisy.
7. Vztahy štítků:
   • V případě potřeby označte vztahy multiplicitou a názvy rolí. Násobnost udává počet instancí zapojených do vztahu a názvy rolí objasňují roli každé třídy ve vztahu.
8. Zkontrolujte a upřesněte:
   • Zkontrolujte svůj diagram tříd, abyste se ujistili, že přesně reprezentuje strukturu a vztahy systému. Upřesněte diagram podle potřeby na základě zpětné vazby a požadavků.
9. Použijte nástroje pro digitální kreslení:
   • Zatímco diagramy tříd můžete kreslit na papír, používání digitálních nástrojů může poskytnout větší flexibilitu a snadnější úpravy. Užitečné mohou být nástroje pro modelování UML, kreslicí software nebo dokonce specializované nástroje pro vytváření diagramů.

Příklady použití diagramů tříd

• Návrh systému:
  • Během fáze návrhu systému se diagramy tříd používají k modelování statické struktury softwarového systému. Pomáhají při vizualizaci a organizaci tříd, jejich atributů, metod a vztahů a poskytují plán pro implementaci systému.
• Komunikace a spolupráce:
  • Diagramy tříd slouží jako vizuální komunikační nástroj mezi zúčastněnými stranami, včetně vývojářů, designérů, projektových manažerů a klientů. Usnadňují diskuse o struktuře a designu systému a podporují sdílené porozumění mezi členy týmu.
• Generování kódu:
  • Některá prostředí a nástroje pro vývoj softwaru podporují generování kódu na základě diagramů tříd. Vývojáři mohou generovat kostry kódu, což snižuje úsilí o ruční kódování a zajišťuje konzistenci mezi návrhem a implementací.
• Testování a plánování testů:
  • Testeři používají diagramy tříd k pochopení vztahů mezi třídami a podle toho plánují testovací případy. Vizuální reprezentace struktur tříd pomáhá při identifikaci oblastí, které vyžadují důkladné testování.
• Reverzní inženýrství:
  • Diagramy tříd lze použít pro reverzní inženýrství, kde vývojáři analyzují existující kód, aby vytvořili vizuální reprezentace softwarové struktury. To je zvláště užitečné, když je dokumentace vzácná nebo zastaralá.