類圖是統一建模語言（UML）的基本組成部分，通過展示類、介面、合作關係及其關係，提供系統的結構視圖。本指南將涵蓋類圖的關鍵概念、組成部分和用途，幫助您理解並有效運用它們進行系統建模。
類圖的目的
類圖是一種結構圖，用於展示一組類、介面和合作關係及其關係。它是建模物件導向系統中最常見的圖表。類圖呈現系統的靜態設計視圖，用於建模系統的詞彙、合作關係或結構模式。它們是組件圖和部署圖的基礎。
範例： 在圖書館管理系統中，類圖可能顯示如下類別：書籍, 作者, 圖書館，以及會員，以及它們之間的關係和屬性。
靜態視圖
類圖代表系統的靜態視圖，意味著它們不顯示與時間相關的行為。它們呈現模型中與時間無關的元素。這些圖表展示可能存在于現實世界、軟體或硬體實現中，或僅存在於抽象中的有意義且有用的觀念。它們可能包含代表現實世界概念、抽象概念、實現概念或電腦概念的元素。
範例： 在電子商務系統中，類圖可能包含如下類別：產品, 客戶, 訂單，以及付款，展示它們的屬性和關係，而不考慮操作的順序。
類別
定義與特徵
類是一組共享相同屬性、操作、關係和語義的物件的描述。它是系統詞彙中事物的抽象。類是UML建模中最常見的元素。其他建模元素則描述一個或多個類的行為、內部結構、配置、關係或組織方式。
範例： 在銀行系統中，類圖可能包括如下類別：帳戶, 客戶, 交易，以及銀行每個類別都有其自身的屬性和操作。
類別的類型
- 軟體類別：代表軟體實體。
- 硬體類別：代表硬體元件。
- 概念類別：代表抽象概念。
範例： 在智慧家庭系統中，類別可能包括感測器（硬體），控制器（軟體），以及房間（概念）。
類別的組成部分
- 屬性：我們感興趣的類別之特性。
- 操作：該類別的物件所能執行的事項。
範例： A 書 類別可能具有如下屬性：標題, 作者，以及ISBN，以及如下操作：借出() 和歸還書籍().
符號表示法
類別的符號表示法是一個矩形，其中包含一個必有的名稱區段。可選的區段可用來顯示類別的屬性。類別也可以有一個可選的區段來顯示其操作。
範例：
抽象層級
類別可以在不同的意義層級上存在，包括分析層級、設計層級和實現層級。
範例： 在一個軟體開發專案中，你可能會有一個分析層級的類別，例如使用者，一個設計層級的類別，例如使用者介面，以及一個實作層級的類別，例如使用者登入表單.
抽象類別與具體類別
- 抽象類別：一個無法直接實例化的類別。其名稱可能以斜體顯示。
- 具體類別: 一個可以擁有獨立實例的類別。
範例： 一個抽象類別 形狀 以及其子類別 圓形 和 矩形.
類別範圍的屬性和操作
類別可被視為一個全域物件。類別範圍的屬性是此隱含物件的屬性。類別範圍的操作作用於類別本身，而非作用於物件。
範例： 一個 數學工具 類別，具有一個類別範圍的操作 階乘（整數 n）.
造型
類別可以使用尖括號（« 和 »）以造型顯示。造型表示模型元素的特殊類別或語法中的新術語。類別可能具有建立操作（建構函數），該操作在類別中以底線標示。
範例：
關係
類別圖也顯示類別之間的關係。這些關係包括：
關聯
關聯描述特定類別中個別物件之間的語義連結。它們提供了不同類別物件之間互動的連結。
範例： 一個 顧客 類別與一個 訂單 類別關聯，表示顧客可以下訂單。
泛化
泛化將父分類器（超類）的通用描述與更專門的子分類器（子類）相關聯。它促進了使用逐步聲明來描述分類器，這些聲明會在繼承自祖先的描述基礎上增加內容。
範例： 一個 車輛 類別，包含子類別 汽車 和 自行車.
依賴關係
依賴關係顯示元素之間的關係，例如抽象層級、模板參數、權限或使用方式。
範例： 一個 記錄器 類別，依賴於一個 檔案寫入器 類別來寫入日誌檔案。
實例與物件
定義
物件是類別的一個實例。它是一個具有身份的個體，其結構與行為由類別描述。物件具有狀態，即其屬性的當前值。
範例： 一個 書籍 類別，書名為「UML入門」。
符號表示
UML實例規格（物件）的符號表示是一個方框，包含一個必填的名稱欄位，其中包含物件名稱、「:」以及實例化類別的名稱。可選的第二個欄位可用來顯示槽位，即屬性及其當前值。實例的名稱會被底線標示。
範例：
在圖表中的呈現
實例可以出現在類別圖和物件圖中。類別可以透過虛線箭頭連接到其對應的實例，以表示依賴關係。類別圖可以包含實例，以視覺化實例的（可能動態的）類型。
範例： 顯示一個類別的類別圖圖書館 類別與一個實例主圖書館 透過虛線箭頭連接。
圖示內容
類別圖包含類別、介面、合作關係與關係。它們也可能包含註解與限制。類別圖可以包含套件或子系統，以將模型元素分組成較大的單元。
範例： 一個大學系統的類別圖可能包含像學生管理, 課程管理，以及教職員管理.
類別圖的使用
類別圖用於模擬系統的靜態設計視圖。它們可用於模擬系統的詞彙、模擬類別的合作關係，以及模擬邏輯資料庫結構。
範例： 使用類別圖來模擬線上商店的資料庫結構，包含像產品, 類別，以及顧客.
與其他圖示的關係
類別圖與其他圖示相關，例如：
物件圖
物件圖顯示類別的實例及其關係。
範例： 一個物件圖，顯示實例的客戶 和 訂單 類別及其關係。
元件圖與部署圖
元件圖與部署圖與類別圖類似，但分別包含元件與節點。
範例： 一個顯示電子商務系統軟體元件的元件圖，以及一個顯示這些元件如何部署在伺服器上的部署圖。
抽象
類別圖是一種抽象形式，提供系統的簡化視圖，在保留必要細節的同時隱藏不必要的複雜性。
範例： 一個銀行系統的高階類別圖，僅顯示主要類別及其關係，隱藏個別屬性和操作的細節。
多個圖表
通常需要多個類別圖來呈現系統的完整靜態視圖。每個圖表應專注於系統的特定方面。
範例： 一個用於系統使用者管理方面的類別圖，另一個用於訂單處理方面的類別圖。
圖表作為投影
類別圖是對模型的一種投影，是對一組元素的圖形化呈現。
範例： 一個顯示零售系統中與庫存管理相關的類別子集的投影的類別圖。
正向與逆向工程
類別圖可用於模型與程式碼的正向與逆向工程。
範例： 使用類別圖來為一組類別產生 Java 程式碼，然後利用逆向工程根據程式碼的變更來更新類別圖。
元模型
UML 的抽象語法使用 MOF 模型來呈現 UML 語法。這些 MOF 模型使用 UML 結構圖的一個子集。抽象語法圖中的方框為 «元類別»。UML 的元素是這些 «元類別» 的實例。
範例： 一個顯示 UML 類別圖抽象語法的元模型，其中包含 «元類別» 如類別, 屬性，以及操作.
這些概念是理解並有效運用UML中的類圖進行系統建模的基礎。透過掌握這些元素，您可以建立全面且準確的類圖，有效傳達系統內部的結構與關係。
範例 1：圖書館管理系統
類圖：
範例 2：電子商務系統
類圖：
範例 3：銀行系統
類圖：
範例 4：智慧家庭系統
類圖：
範例 5：抽象類別與具體類別
類圖：
範例 6：元模型
類圖：
範例 7：銀行系統的高階類圖
類圖：
結論
類圖是統一模型語言（UML）中不可或缺的工具，能提供系統元件及其關係的清晰且結構化的視圖。透過理解並有效運用類圖，開發人員與架構師可以建模系統的靜態設計視圖，捕捉類別的詞彙與合作關係，並設計邏輯資料庫結構。
在本指南中，我們探討了類圖的關鍵概念、組成部分及其應用。我們看到如何透過類別、屬性、操作與關係的表示，來建模現實世界、抽象概念與實作層面的內容。透過使用造型、泛化、關聯與依賴，進一步提升了建模能力，使系統結構得以全面且詳細地呈現。
所提供的範例及其對應的類圖，展示了類圖在各個領域中的實際應用，從圖書館管理系統到電子商務平台與銀行系統。這些範例說明了如何利用類圖來建模複雜系統，捕捉關鍵細節，並有效地向利益相關者傳達設計內容。
此外，類圖並非孤立的實體，而是與其他UML圖表相互關聯，例如物件圖、組件圖與部署圖。這種互連性使得系統能夠獲得整體性的視圖，確保所有面向都得到正確建模與理解。
總而言之，類圖是UML中強大且多功能的工具，對於建模系統的靜態結構至關重要。透過掌握本指南中討論的概念與技巧，您可以建立準確且有效的類圖，作為系統設計與開發的基礎。無論您是設計新系統、記錄現有系統，或向利益相關者傳達設計理念，類圖都能提供所需的清晰度與細節，以確保成功成果。
參考文獻
- UML 類圖教學
- UML 類圖教學
- 這份全面指南深入介紹了UML類圖，包括如何有效創建和使用它們。它還突出了Visual Paradigm社區版的功能，這是一款免費的UML軟體。
- 免費類圖工具
- 免費類圖工具
- Visual Paradigm Online提供免費版本，用於創建類圖及其他UML圖。此工具使用者友善，支援多種圖表類型，且不限制圖表或形狀的數量。
- 什麼是類圖？
- 什麼是類圖？
- 本文解釋了UML中類圖的基本概念，包括其結構和組成部分。同時也提供了使用Visual Paradigm創建這些圖表的見解。
- 如何繪製類圖？
- 如何繪製類圖？
- 使用Visual Paradigm繪製類圖的逐步指南，包括建立枚舉和連接成員的技巧。
- 線上類圖軟體
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- Visual Paradigm的線上類圖工具設計快速且直覺，讓使用者能快速且協作地創建專業的UML圖。
- UML圖表：一份全面指南
- UML圖表：一份全面指南
- 本指南涵蓋了各種類型的UML圖表，包括類圖，以及它們在軟體工程中的重要性。它探討了類圖如何呈現系統的靜態結構及類別之間的關係。
- UML類圖的全面指南
- UML類圖的全面指南
- 本文提供了UML類圖的詳細概述，包括其組成部分，以及它們在系統設計不同階段的應用。同時也提及使用Visual Paradigm來創建這些圖表。
- Visual Paradigm中UML圖表的介紹
- Visual Paradigm中UML圖表的介紹
- 本文介紹了Visual Paradigm支援的各種UML圖表類型，重點在於類圖及其在建模系統靜態結構中的角色。
- 使用Visual Paradigm學習類圖
- 使用Visual Paradigm學習類圖
- 使用Visual Paradigm創建類圖的逐步指南，包括保持圖表簡潔清晰的最佳實務。
- 探索UML：14種圖表類型的概覽及其在敏捷環境中的相關性
- 探索UML：14種圖表類型的概覽及其在敏捷環境中的相關性
- 本概覽探討了各種UML圖表類型，包括類圖，以及它們在敏捷軟體開發環境中的相關性。
這些參考資料提供了對類圖和UML的全面理解，以及使用Visual Paradigm創建這些圖表的實用指南。