從類別圖了解類別之間的依賴關係

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物件導向程式設計，是在設計一個系統－－用到多少類別，以及類別之間的關係。

類別圖（class diagram）可以用圖例的方法呈現類別之間的關係，正所謂一圖勝萬言，使用圖例表達類別的關係，比直接看程式碼來的清楚很多；因為類別圖很常用，所以學習物件導向程式設計，至少要懂得看類別圖。

以下使用 PlantUML 作為畫圖的工具

首先先看單一類別是如何呈現資訊：

@startuml
skinparam classAttributeIconSize 0
class Person {
  .. public property ..
  + age : int
  .. private property ..
  - height : float
  .. protected property ..
  # name : string
  .. package property ..
  ~ weight : float
  ==
  .. public method ..
  + getAge() : int
  .. private method ..
  - getHeight() : float
  .. protected method ..
  # setName(String name) : void
  .. package method ..
  ~ getWeight() : float
}
@enduml

一個類別可以分作四個部分：

  • 類型，比方說是介面（interface）或類別（class），上例為類別
  • 名稱，上例為 Person
  • 屬性（property）
  • 方法（method）

其中屬性和方法會有不同的能見度。而能見度的表示方法如下：

  • + public
  • - private
  • # protected
  • ~ package

了解單一類別的表示法，再來是了解類別之間關係。類別圖定義了六種關係，以下為簡單的說明。

依賴（Dependency）

類別間的依賴，表示了 A 類別使用了 B 類別，如下圖：

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A .> B
@enduml

在程式上的意義，指的是 A 類別的方法定義裡，有 B 類別。比方說，Person 類別使用信用卡買 Switch，用 PHP 程式語言表達的方法如下：

class Person {
    public function buy(CreditCard $card): Switch {}
}

對應的類別圖如下：

@startuml
class Person {
  + buy(CreditCard) : Switch
}
class CreditCard
class Switch
Person ..> CreditCard
Person ..> Switch
@enduml

這個程式寫法很常出現在靜態方法上。

關聯（Association）

關聯表示的是 A 類別擁有 B 類別，如下圖：

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A -> B
@enduml

程式上的意義，指的就是類別的屬性，比方說 Person 類別有 cellphone 屬性是 Cellphone 類別。PHP 程式語言表達的方法如下：

class Person {
    public $cellphone;
}

對應的類別圖如下：

@startuml
class Person {
  + cellphone : Cellphone
}
Person --> Cellphone
@enduml

聚合（Aggregation）

聚合表示的關係是 A 類別包含了 B 類別，如下圖：

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A o-> B
@enduml

程式上的意義有下面幾個：

  1. A 類別的屬性有 B 類別
  2. A 類別的方法會用到 B 的屬性
  3. A 類別與 B 類別的生命週期是各自獨立的，比方說 B 類別產生的物件可同時被另一個 A 類別產生的物件聚合。

第三點可能有點抽象，舉個實例：如 Switch 與 JoyCon 的關係就是一個聚合最佳實例，JoyCon 不限定用在哪台主機，只要是 Switch，裝上去都能正常操作。而且兩者生命週期是各自獨立的，JoyCon 壞了可以買新的裝上；Switch 主機壞了，JoyCon 可以留到下一台主機繼續用。

畫成類別圖如下：

@startuml
class Switch {
+ joycon1 : JoyCon
+ joycon2 : JoyCon
}
class JoyCon

Switch o--> JoyCon
@enduml

組合（Composition）

組合代表的意義為，B 類別為 A 類別的一部分，如下圖

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A *-> B
@enduml

與聚合的條件類似，唯獨第三點不同：A 類別與 B 類別的生命週期是一致的，也就是要嘛一起產生，要嘛一起死。

實務上來說，Macbook 與記憶體（Memory）的關係即為組合：如果一個壞，另一個也難逃一死。而過去較舊的機型則是聚合，因為可以抽換。

畫成類別圖如下：

@startuml
class Macbook {
  - memory : Memory
}
class Memory
Macbook *--> Memory
@enduml

實作（Realization）與繼承（Generalization）就不特別說明，因為跟物件導向討論的大同小異，對應的圖如下：

實作：

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A .|> B
@enduml

繼承：

@startuml
scale 200 width
class A
class B
A -|> B
@enduml

小結

一共有六種關係，下面是一個關係由弱到強的表格

關係 描述
依賴 A use a B
關聯 A has a B
聚合 A owns a B
組合 B is part of A
實作 B implement A
繼承 B extends A

越弱的關係，在修改 B 的程式碼，影響 A 的風險就越小。

了解類別圖與這個比較表的目的有兩個：

  1. 這是共同語言（UML）。
  2. 知道有不同的關係後，才知道如何比較不同的程式碼，進而達到改善的目的。