利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)

2019-11-17 04:36:42

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UML已成為面向對象設計的標準圖形化工具，在UML定義的各種圖中，本文只涉及類圖。java應用程序由許多類所構成，類圖的設計與實現，是Java實現面向對象應用程序的核心。本文通過一個具體的應用程序的設計與實現過程，具體說明了利用UML類圖設計Java應用程序，使得開發過程標準化、可視化，代碼編程簡單化。在類圖中，類被描述為帶有三層的盒子。利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖一）

頂層為類名，一般用加粗字體表示。假如類是抽象的，其名稱用斜體表示；假如類是接口，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，假如方法是抽象的，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，定能迅速把握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：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖二）

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.<a target="_blank"

class="Wordstyle">

java</a>public class Point {

// 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;}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：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖三）

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：// CGrid.<a target="_blank"

class="wordstyle">java</a>

public class CGrid {

// Variable declarationsprotected int width;

protected int depth;protected char grid[][];

// Method declarationspublic CGrid(int widthValue,int depthValue)

{width = widthValue;depth = depthValue;grid

= new char[depth][width];blankGrid();}public void blankGrid()

{fillGrid(' ');}public void fillGrid(char ch) {for(int j=0;

j<depth; ++j)for(int i=0; i>width; ++i)grid[j][i]= ch;}

public void setCharAt(char ch,Point p){grid[p.getY()][p.getX()] = ch;}

public char getCharFrom(Point p) {return grid[p.getY()][p.getX()];}}QQread.com 推出各大專業服務器評測 linux服務器的安全性能 SUN服務器 HP服務器 DELL服務器 IBM服務器聯想服務器浪潮服務器曙光服務器同方服務器華碩服務器寶德服務器 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：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖四）

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要害字指當前對象。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要害字聲明。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.<a target="_blank"

class="wordstyle">java</a>

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，它定義了答應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：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖五）

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。> 利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖六）

PrintCGrid類的原代碼為：import <a target="_blank"

class="wordstyle">java</a>.lang.System;

// PrintCGrid.<a target="_blank"

class="wordstyle">

java</a>public class PrintCGrid extends CGrid {

// Variable declarationsprotected CGObject displayList[];

protected static final int maxObjects = 100;protected int numObjects;

// Method declarationspublic PrintCGrid(int x,int y)

{super(x,y);numObjects = 0;

displayList = new CGObject[maxObjects];}

public void addCGObject(CGObject obj)

{if(numObjects < maxObjects)

{displayList[numObjects] = obj;++numObjects;}}

public void deleteCGObject(int index) {

if(index < numObjects && numObjects > 0)

{for(int i = index; i < numObjects -1 ;

++i)displayList[i] = displayList[i+1];

--numObjects;}}public void deleteLastObject()

{if(numObjects > 0) --numObjects;}public int getNumObjects()

{return numObjects;}public CGObject getObject(int index)

{return displayList[index];}public void clearGrid() {numObjects = 0;}

public void drawGrid()

{blankGrid();for(int i = 0;

i < numObjects ; ++i)displayList[i].display(this);}

public void displayGrid()

{for(int i=0;i<depth;++i)System.out.println

(String.valueOf(grid[i]));}

public void displayRow(int row)

{System.out.print(String.valueOf(grid[row]));}

public void show() {drawGrid();displayGrid();}}>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，是答應該數組包含CGObject類的子類的對象。一般來說，假如一個變量聲明成類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類繼續的方法清空網格，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。它是繼續的例子。Grid[][]數祖在CGrid類中定義，由PrintCGrid所繼續。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。QQread.com 推出各大專業服務器評測 Linux服務器的安全性能 SUN服務器 HP服務器 DELL服務器 IBM服務器聯想服務器浪潮服務器曙光服務器同方服務器華碩服務器寶德服務器 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。利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖七）

BorderedPrintCGrid類是PrintCGrid的子類，其類圖關系表示為：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖八）

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：lt;>// BorderedPrintCGrid.<a target="_blank"

class="wordstyle">

java</a>public class BorderedPrintCGrid extends PrintCGrid {

// Variable declarationsprivate boolean

useBorder;private char borderCharacter;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 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。首先我們分析繼續概念在UML類圖中的表示。利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖九）

通過UML類圖中的各類之間的繼續關系表示法，我們清楚地知道，CGrid是超類，PrintCGrid是CGrid的子類，BorderedPrintCGrid是PrintCGrid以及CGrid的子類。在Java類的代碼實現中，一定要用相應的extends語句來表示實際的繼續關系。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。利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖十）

在UML類圖中，我們用一條實線表示這種關聯為依靠關系，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。假如是0..1表示可以與1個對象關聯；假如是1表示必須與1個對象關聯；假如是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：利用UML類圖設計Java應用程序詳解(1)（圖十）