认识UML类关系——依赖、关联、聚合、组合、泛化

设计模式 2020-06-21

在学习面向对象设计时，类关系涉及依赖、关联、聚合、组合和泛化这五种关系，耦合度依次递增。关于耦合度，可以简单地理解为当一个类发生变更时，对其他类造成的影响程度，影响越小则耦合度越弱，影响越大耦合度越强。

下面根据个人理解，尝试讲解这五种类关系。

1.依赖（Dependency）

依赖关系使用虚线加箭头表示，如下图所示：

学生在学习生活中经常使用电脑，于是对电脑产生了依赖。依赖关系是五种关系中耦合最小的一种关系。类A要完成某个功能引用了类B，则类A依赖类B。依赖在代码中主要体现为类A的某个成员方法的返回值、形参、局部变量或静态方法的调用，则表示类A引用了类B。以Student类和Computer类为例，用C++语言编码如下：

class Computer{
public:
    static void start(){
        cout<<"电脑正在启动"<<endl;
    } 
};
class Student{
public:
    //返回值构成依赖
    Computer& program();
    //形参构成依赖
    void program(Computer&);
    //局部变量构成依赖
    void playGame(){
        Computer* computer=new Computer;
        ...
    }
    //静态方法调用构成依赖
    Computer::star();
};

2.关联（Association）

关联关系使用实线加箭头表示，类之间的关系比依赖要强。学生与老师是关联的，学生可以不用电脑，但是学生不能没有老师。如下图所示：

关联与依赖的对比：
相似之处：
关联暗示了依赖，二者都用来表示无法用聚合和组合表示的关系。

区别：
（1）发生依赖关系的两个类都不会增加属性。其中的一个类作为另一个类的方法的参数或者返回值，或者是某个方法的变量而已。

发生关联关系的两个类，类A成为类B的属性，而属性是一种更为紧密的耦合，更为长久的持有关系。在代码中的表现如下：

class Teacher;
class Student{
public:
    Teacher teacher;  //成员变量
    void study();
}

（2）从关系的生命周期来看，依赖关系是仅当类的方法被调用时而产生，伴随着方法的结束而结束。关联关系当类实例化的时候产生，当类对象销毁的时候关系结束。相比依赖，关联关系的生存期更长。

关联关系有单向关联、双向关联、自身关联、多维关联等等。其中后三个可以不加箭头。
单向关联：

双向关联：

自身关联：

多维关联：

3.聚合（Aggregation）

聚合关系使用实线加空心菱形表示。聚合用来表示集体与个体之间的关联关系。例如班级与学生之间存在聚合关系，类图表示如下：

聚合关系在代码上与关联关系表现一致，类Student将成为类Classes的成员变量。代码如下：

class Student;
class Classes{
public:
    Student* student; 
    Classes(Student* stu):student(stu){}
};

4.组合（复合，Composition）

复合关系使用实线加实心菱形表示。组合又叫复合，用来表示个体与组成部分之间的关联关系。例如学生与心脏之间存在复合关系，类图表示如下：

组合关系在代码上与关联关系表现一致，类Heart将成为类Student的成员变量。代码如下：

class Heart;
class Student{
public:
    Heart* heart; 
    Student(){
        heart=new Heart;
    }
    ~Student(){
        delete heart;
    }
};

聚合与组合的对比：
（1）聚合关系没有组合紧密。
学生不会因为班级的解散而无法存在，聚合关系的类具有不同的生命周期；而学生如果没有心脏将无法存活，组合关系的类具有相同的生命周期。

这个从构造函数可以看出。聚合类的构造函数中包含另一个类的实例作为参数，因为构造函数中传递另一个类的实例，因此学生可以脱离班级体独立存在。组合类的构造函数包含另一个类的实例化。因为在构造函数中进行实例化，因此两者紧密耦合在一起，同生同灭，学生不能脱离心脏而存在。
（2）信息的封装性不同。
在聚合关系中，客户端可以同时了解Classes类和Student类，因为他们是独立的。

在组合关系中，客户端只认识Student类，根本不知道Heart类的存在，因为心脏类被严密地封装在学生类中。

理解聚合与复合的区别，主要在于聚合的成员可独立，复合的成员必须依赖于整体才有意义。