Samouczek dotyczący diagramów klas

Diagramy klas to jedne z najużyteczniejszych typów diagramów w UML, ponieważ jasno przedstawiają strukturę danego systemu poprzez modelowanie jego klas, atrybutów, operacji i relacji między obiektami. Dzięki naszemu oprogramowaniu do tworzenia diagramów UML tworzenie tych schematów nie jest tak skomplikowane, jak się wydaje. Ten przewodnik pokaże Ci, jak rozumieć, planować i tworzyć własne diagramy klas.

Czym jest diagram klas w UML?

Unified Modeling Language (UML) pomaga modelować systemy na różne sposoby. Jednym z popularniejszych typów w UML jest diagram klas. W szerszej taksonomii UML diagramy klas należą do rodziny diagramów strukturalnych (statycznych), które skupiają się na tym, z czego składa się system, a nie na tym, jak zachowuje się w czasie.

UML powstał jako standaryzowany model opisujący podejście do programowania obiektowego. Ponieważ klasy są budulcem obiektów, diagramy klas stanowią fundamenty UML. Różne elementy na diagramie klas reprezentują klasy, które zostaną faktycznie zaprogramowane, główne obiekty lub interakcje między klasami i obiektami. Ponieważ są ściśle powiązane z programowaniem obiektowym, diagramy klas można często bezpośrednio przełożyć na konstrukcje kodu w popularnych językach OOP, takich jak Python, Java i C++.

Sam kształt klasy składa się z prostokąta z trzema wierszami. Górny wiersz zawiera nazwę klasy, środkowy zawiera atrybuty klasy, a dolna sekcja wyraża metody lub operacje używane przez klasę. Klasy i podklasy są grupowane razem, aby pokazać statyczną relację między poszczególnymi obiektami.

Niezależnie od poziomu znajomości UML lub diagramów klas nasze oprogramowanie UML jest proste i łatwe w użyciu. Biblioteka kształtów UML w Lucidchart pozwala stworzyć niemal każdy spersonalizowany diagram klas za pomocą naszego narzędzia do diagramów UML. A dzięki funkcji tworzenia diagramów jako kodu jest to łatwiejsze i szybsze niż kiedykolwiek. Stwórz w pełni spersonalizowany diagram klas i dodaj go do dokumentu Lucidchart za pomocą kodu Mermaid.

Korzyści z diagramów klas

Diagramy klas oferują szereg korzyści dla każdej organizacji. Używaj diagramów klas UML, aby:

• Pomóc programistom przemyśleć strukturę klas i interakcje przed napisaniem jakiegokolwiek kodu. Prowadzi to do czystszego i lepiej działającego oprogramowania.
• Rysować szczegółowe wykresy i dokumentować wymagania, które muszą znaleźć się w kodzie.
• Łatwiej dzielić się informacjami z interesariuszami za pomocą wizualnych prezentacji bez zagłębiania się w kod.
• Ilustrować modele danych dla każdego systemu, bez względu na jego złożoność.
• Łatwo udostępniać informacje w całej firmie.
• Lepiej rozumieć ogólne schematy aplikacji.
• Dokumentować wymagania i inne aspekty systemu bez skomplikowanych, przeładowanych tekstem wyjaśnień.
• Tworzyć modele z perspektywy biznesowej jako analityk biznesowy.

Są one również przydatne na wczesnym etapie cyklu życia jako narzędzie do myślenia — pomagają zespołom analizować strukturę i relacje przed implementacją — oraz jako artefakt komunikacyjny zarówno dla technicznych, jak i nietechnicznych interesariuszy.

Podstawowe elementy diagramu klas

W zależności od kontekstu klasy na diagramie klas reprezentują główne obiekty, interakcje w aplikacji lub klasy do zaprogramowania. Aby odpowiedzieć na pytanie „Czym jest diagram klas w UML?”, musisz najpierw zrozumieć jego podstawową strukturę.

• Klasy: szablon do tworzenia obiektów i wdrażania zachowań w systemie. W UML klasa reprezentuje obiekt lub zestaw obiektów, które współdzielą wspólną strukturę i zachowanie. Są one reprezentowane przez prostokąt zawierający wiersze z nazwą klasy, jej atrybutami i operacjami. Podczas rysowania klasy na diagramie klas wymagane jest wypełnienie tylko górnego wiersza — pozostałe są opcjonalne, jeśli chcesz podać więcej szczegółów.
• Sygnały: symbole reprezentujące jednokierunkową, asynchroniczną komunikację między aktywnymi obiektami.
• Typy danych: klasyfikatory definiujące wartości danych. Typy danych modelują zarówno typy pierwotne, jak i wyliczenia.
• Pakiety: kształty przeznaczone do organizowania powiązanych klasyfikatorów na diagramie. Są symbolizowane przez duży prostokąt z zakładką.
• Interfejsy: kolekcja sygnatur operacji i/lub definji atrybutów, które definiują spójny zestaw zachowań. Interfejsy są podobne do klas, z tą różnicą, że klasa posiada instancję swojego typu, a interfejs musi mieć co najmniej jedną klasę, która go implementuje.
• Wyliczenia: reprezentacje typów danych zdefiniowanych przez użytkownika. Wyliczenie zawiera grupy identyfikatorów reprezentujących wartości wyliczenia.
• Obiekty: instancje klasy lub klas. Obiekty dodaje się do diagramu klas, aby reprezentować konkretne lub prototypowe instancje.
• Artefakty: elementy modelu reprezentujące konkretne podmioty w systemie oprogramowania, takie jak dokumenty, bazy danych, pliki wykonywalne, komponenty oprogramowania itp.

Sekcje wewnątrz klasy

Standardowa klasa składa się z trzech sekcji:

Sekcja górna

Zawiera nazwę klasy. Ta sekcja jest zawsze wymagana, niezależnie od tego, czy mowa o klasyfikatorze, czy o obiekcie. Nazwa klasy powinna:

• Zaczynać się wielką literą.
• Być sformatowana pogrubioną czcionką.
• Być wyśrodkowana w górnej sekcji.
• Być opisowa.

Sekcja środkowa

Zawiera atrybuty klasy. Używaj tej sekcji do opisu cech klasy. Jest to wymagane tylko przy opisywaniu konkretnej instancji klasy.

Sekcja dolna

Obejmuje operacje klasy (metody). Są one wyświetlane w formacie listy, gdzie każda operacja zajmuje osobną linię. Operacje opisują, jak klasa wchodzi w interakcję z danymi. Tekst w dwóch dolnych sekcjach jest zazwyczaj wyrównany do lewej i pisany małą pierwszą literą.

Modyfikatory dostępu do elementów składowych

Wszystkie klasy mają różne poziomy dostępu w zależności od modyfikatora dostępu (widoczności). Oto poziomy dostępu wraz z odpowiadającymi im symbolami:

• Publiczny (+)
• Prywatny (-)
• Chroniony (#)
• Pakietowy (~)
• Pochodny (/)
• Statyczny (podkreślony)

Zakresy elementów składowych

Istnieją dwa zakresy elementów składowych: klasyfikatory i instancje.

Klasyfikatory są często uznawane za statyczne, co oznacza, że wartości atrybutów pozostają takie same we wszystkich instancjach, a wywołanie metody nie wpływa na stan instancji. Dla porównania, instancje zawierają metody zmieniające stan instancji oraz wartości atrybutów, które różnią się w zależności od instancji. Aby wskazać klasyfikator, podkreśl jego nazwę; pozostaw tekst bez zmian, aby wskazać instancję.

Interakcje

Termin „interakcje” odnosi się do różnych relacji i powiązań, które istnieją na diagramach klas i obiektów. Do najpopularniejszych interakcji należą:

Dziedziczenie: proces przejmowania funkcjonalności klasy nadrzędnej (nadklasy) przez klasę podrzędną (podklasę), znany również jako uogólnienie. Symbolizuje go prosta linia ciągła z zamkniętym grotem strzałki skierowanym w stronę nadklasy.

W tym przykładzie obiekt „Samochód” dziedziczy wszystkie atrybuty (prędkość, liczba pasażerów, paliwo) i metody (go(), stop(), changeDirection()) klasy nadrzędnej („Pojazd”) oprócz specyficznych atrybutów (typ modelu, liczba drzwi, producent samochodu) i metod własnej klasy (Radio(), windshieldWiper(), ac/heat()). Dziedziczenie jest przedstawiane na diagramie klas za pomocą linii ciągłej z zamkniętą, pustą strzałką.

Asocjacja dwukierunkowa: domyślna relacja między dwiema klasami. Obie klasy wiedzą o sobie nawzajem i o swojej relacji z drugą klasą. Ta asocjacja jest reprezentowana przez prostą linię między dwiema klasami.

W powyższym przykładzie klasa Samochód (Car) i klasa WycieczkaSzosowa (RoadTrip) są ze sobą powiązane. Na jednym końcu linii Samochód przyjmuje asocjację „assignedCar” z krotnością 0..1, więc gdy istnieje instancja RoadTrip, ma ona przypisaną jedną instancję Samochodu lub nie ma żadnej. W tym przypadku wymagana jest osobna klasa Karawana (Caravan) z krotnością 0..*, aby wykazać, że RoadTrip ma przypisane wiele instancji Samochodów. Ponieważ jedna instancja Samochodu ma wiele asocjacji „getRoadTrip” — innymi słowy, jeden samochód jedzie na wiele wycieczek — wartość krotności wynosi 0..*

Asocjacja jednokierunkowa: nieco rzadziej spotykana relacja między dwiema klasami. Jedna klasa wie o drugiej i wchodzi z nią w interakcję. Asocjacja jednokierunkowa jest modelowana za pomocą prostej linii łączącej, która wskazuje otwarty grot strzałki od klasy wiedzącej do klasy znanej.

Przykładowo, podczas wycieczki przez Arizonę trafiasz na fotoradar, który rejestruje Twoją prędkość, ale dowiadujesz się o tym dopiero po otrzymaniu wezwania pocztą. Nie pokazano tego na rysunku, ale w tym przypadku wartość krotności wynosi 0..* w zależności od tego, ile razy przejedziesz obok fotoradaru.

Przykłady diagramów klas

Tworzenie diagramu klas do mapowania przepływów procesów jest proste. Przeanalizuj dwa poniższe przykłady podczas budowania własnych diagramów klas w UML.

Diagram klas dla systemu zarządzania hotelem

Diagram klas przedstawia relacje między poszczególnymi obiektami w systemie zarządzania hotelem, w tym informacje o gościach, obowiązki personelu i obłożenie pokoi. Poniższy przykład zapewnia przydatny przegląd systemu zarządzania hotelem. Rozpocznij pracę nad diagramem klas, klikając poniższy szablon.

Diagram klas dla systemu bankomatu

Bankomaty są złudnie proste: choć klienci muszą nacisnąć tylko kilka przycisków, aby otrzymać gotówkę, bezpieczny i skuteczny bankomat ma wiele warstw zabezpieczeń zapobiegających oszustwom i zapewniających wartość dla klientów banku. Różne ludzkie i nieożywione części systemu bankomatu ilustruje ten czytelny diagram — każda klasa ma swój tytuł, a atrybuty są wymienione poniżej. Edytuj, zapisuj i udostępniaj ten wykres, otwierając dokument i rejestrując się na bezpłatne konto Lucidchart.

Wskazówki dotyczące planowania czytelnych diagramów klas

Zanim zaczniesz rysować diagram (lub podczas pracy nad jego wczesną wersją roboczą), wdrożenie kilku prostych nawyków planowania sprawi, że Twoje diagramy klas będą czytelniejsze i bardziej użyteczne dla innych.

• Nazwa klasy powinna być opisowa i mieć znaczenie. Na przykład, jeśli nazwiesz klasę UserAccount, staje się jasne, że klasa służy do tworzenia określonego konta użytkownika.
• Jasno określ, za co odpowiada każda klasa.
• Zidentyfikuj każdy element z wyprzedzeniem i zrozum, jak korelują ze sobą.
• Dodawaj do każdej klasy tylko istotne właściwości. Dodanie niepotrzebnych właściwości sprawia, że diagram wygląda na przeładowany i zbyt skomplikowany.
• Używaj krótkich notatek, gdy musisz opisać określoną część diagramu.
• Współpracuj z członkami zespołu i modyfikuj diagram w miarę potrzeb, aby uzyskać pożądany efekt.

Praktyki te są szczególnie pomocne, ponieważ diagramy klas rzadko istnieją w izolacji; zazwyczaj reprezentują zestaw klas, które muszą współpracować w ramach większego systemu. Nawet przy tworzeniu diagramu pojedynczej klasy zostanie ona prawdopodobnie użyta w większym systemie. System jest reprezentowany na diagramie klas jako kolekcja klas, które muszą ze sobą współpracować. Dlatego tak ważne jest wcześniejsze zidentyfikowanie elementów i zrozumienie relacji między nimi. Gdy kilka klas zostanie zgrupowanych na jednym diagramie klas, pomaga to zrozumieć statyczną strukturę i relacje między nimi. Ułatwia to również identyfikację i naprawę potencjalnych problematycznych obszarów, zanim pojawią się błędy.

Jak stworzyć diagram klas

Tworzenie diagramu klas od zera w Lucidchart jest zaskakująco proste. Wykonaj poniższe kroki:

1. Rozpocznij pracę z Lucidchart

Jeśli dopiero zaczynasz korzystać z Lucidchart, przed rozpoczęciem przeciągania kształtów na obszar roboczy załóż konto i otwórz dokument. Jeśli nie masz jeszcze rejestracji w Lucidchart, zarejestruj się bezpłatnie. Zaloguj się i wybierz szablon lub otwórz nowy dokument.

2. Dodaj lub zaimportuj kształty

Każdy diagram klas musi zawierać kształty klas UML. W Lucidchart dodasz całą bibliotekę kształtów UML do swojego paska narzędzi. Kliknij Kształty po lewej stronie edytora i wybierz „UML”. Stamtąd rozbudujesz domyślną bibliotekę UML, jeśli Twój diagram wymaga dodatkowych elementów wizualnych lub niestandardowych zasobów. Jeśli potrzebujesz więcej kształtów, wyszukaj ikony za pomocą funkcji wyszukiwania obrazów lub zaimportuj własne szablony i ikony. W Lucidchart nie ma ograniczeń co do kształtów. Po umieszczeniu kształtu klasy wybierasz stopień szczegółowości — niektóre diagramy pomijają atrybuty i operacje, aby zachować wysoki poziom ogólności. Standardowy symbol klasy ma trzy wiersze, ale jeśli wolisz, użyjesz podobnego kształtu, który pomija dwa dolne wiersze.

3. Dodaj teksty i pojęcia do diagramu klas

Podczas uzupełniania każdej klasy postępuj zgodnie ze standardową konwencją wiersz po wierszu, aby odbiorcy mogli szybko zinterpretować widoczną zawartość. Aby dodać tekst w każdym wierszu kształtu klasy, wystarczy kliknąć i zacząć pisać. Pierwszy wiersz powinien zawierać wyłącznie nazwę klasy, drugi przedstawia jej atrybuty, a ostatnia sekcja zawiera listę potencjalnych metod lub operacji, które klasa wykonuje. Dodawaj kolejne kształty klas, aż w pełni odwzorujesz statyczną strukturę aplikacji.

Wskaż zakres, podkreślając określone elementy składowe (termin określający atrybuty lub metody w klasie). Elementy składowe dzielą się na instancje lub klasyfikatory. Klasyfikatory są często uznawane za statyczne, co oznacza, że wartości atrybutów pozostają takie same we wszystkich instancjach, a wywołanie metody nie wpływa na stan instancji. Dla porównania, instancje zawierają metody zmieniające stan instancji oraz wartości atrybutów, które różnią się w zależności od instancji. Aby wskazać klasyfikator, podkreśl jego nazwę; pozostaw tekst bez zmian, aby wskazać instancję.

Zademonstruj widoczność, umieszczając odpowiedni symbol wewnątrz kształtu klasy i przed konkretnym atrybutem lub metodą. Jest to również nazywane oceną widoczności. Używaj symbolu powiązanego z każdym poziomem dostępu: publiczny (+), prywatny (-), chroniony (#), pakietowy (~) i pochodny (/).

Pokaż odbiorcom interakcje za pomocą diagramów klas i obiektów, czyli relacji i powiązań istniejących między obiektami. W Lucidchart wskażesz relacje między obiektami, rysując linię, a następnie zmieniając styl notacji zgodnie z potrzebami.

4. Sformatuj diagram klas

Gdy zawartość jest już na miejscu, dopracujesz wygląd diagramu i ułatwisz jego odbiór dzięki spójnemu stylowi. Z łatwością sformatujesz diagramy klas w Lucidchart, aktualizując czcionki, kolory i ustawienia linii.

5. Publikuj, wdrażaj i udostępniaj

Diagramy klas są najbardziej wartościowe, gdy są udostępniane — niezależnie od tego, czy zostaną osadzone w dokumentacji, przekazane interesariuszom, czy zintegrowane z narzędziami, z których korzysta Twój zespół. Po utworzeniu diagramu klas w Lucidchart łatwo go udostępnisz, aby zwiększyć poziom zrozumienia w całej organizacji. Opublikuj i osadź swój wykres w firmowej bazie wiedzy wiki lub wyślij go do innych użytkowników (oraz osób niekorzystających z Lucidchart) za pomocą prostych funkcji udostępniania. Pobierzesz również gotowy diagram klas w dowolnym formacie pliku.

Dzięki licznym integracjom Lucidchart dołączysz swoje diagramy klas do aplikacji używanych na co dzień. Korzystając z naszych bezpłatnych integracji z Google Workspace, dodasz swój diagram klas wraz z dodatkowym kontekstem w Dokumentach, Arkuszach lub Prezentacjach Google. Nasze integracje z Microsoft pozwalają bezproblemowo importować diagramy po współpracy w czasie rzeczywistym w chmurze.

Diagramy klas to jeden z najpopularniejszych typów diagramów w UML, a Lucidchart ułatwia ich zrozumienie i tworzenie. Przejdź od razu do jednego z naszych szablonów, zaimportuj istniejący diagram klas i kontynuuj pracę nad nim w Lucidchart lub zacznij od zera. Mamy wszystkie funkcje i narzędzia potrzebne do rozpoczęcia pracy.