Diagrames de classes UML

Autor: Joan Puigcerver Ibáñez

Correu electrònic: j.puigcerveribanez@edu.gva.es

Llicència: CC BY-NC-SA 4.0

(Reconeixement - NoComercial - CompartirIgual) 🅭

UML¶

UML és l’acrònim, en anglès, de Unified Modeling Language, és a dir, Llenguatge unificat de modelització. UML són un conjunt de notacions gràfiques que serveixen per especificar, dissenyar, elaborar i documentar models de sistemes i, en particular, d’aplicacions informàtiques. A partir d’aquestes notacions gràfiques o diagrames, l’analista i el dissenyador podran recrear les característiques que caldrà que tingui l’aplicació informàtica que els desenvolupadors hauran de crear posteriorment.

En l’actualitat és el llenguatge de modelització de sistemes més conegut i utilitzat. Gaudeix d’una acceptació pràcticament universal i, entre altres beneficis, ha tingut l’efecte d’impulsar el desenvolupament d’eines de modelització gràfica del programari orientat a l’objectes.

Els avantatges de la notació UML són els següents:

• Es basa en una notació gràfica concreta i fàcil d’interpretar, sent completada amb explicacions escrites.
• A l’analista i/o al dissenyador els permet fer ús dels diagrames que consideren oportuns i amb el grau de detall que consideren, en funció de les característiques del sistema.
• Permet tindre una visió global del sistema a implementar.
• Promou la reutilització.

Cal tindre en compte que:

• UML no és una metodologia, és una notació.
• UML no és un llenguatge de programació.
• Pot resultar complex obtenir un coneixement complet de les possibilitats del llenguatge.

UML incorpora una gran varietat de diagrames:

Diagrames estàtics¶

Diagrames dinàmics¶

En aquesta unitat didàctica ens centrarem en els estàtics Diagrames de classes.

Diagrames de classes¶

Els diagrames de classes són uns diagrames estàtics que mostren les classes i les relacions entre elles. És un dels diagrames més utilitzats en les fases d’anàlisi i de disseny que es basen en UML.

Un diagrama de classes representa les classes que seran utilitzades dins el sistema i les relacions que existeixen entre elles.

Aquest tipus de diagrames són utilitzats durant les fases d’anàlisi i de disseny dels projectes de desenvolupament de programari. És en aquest moment en què es comença a crear el model conceptual de les dades que farà servir el sistema. Per això s’identifiquen els components (amb els seus atributs i funcionalitats) que prendran part en els processos i es defineixen les relacions que hi haurà entre ells.

Un diagrama de classes porta vinculats alguns conceptes que ajudaran a entendre'n la creació i el funcionament en la seua totalitat. Aquests conceptes són:

• Classe, atribut i mètode (operacions o accions).
• Visibilitat.
• Objecte. Instanciació.
• Relacions. Herència, composició i agregació.
• Classe associativa.
• Interfícies.

Classes. Atributs i mètodes¶

Una classe és una representació d'un objecte del món real o abstracte, el qual està compost d'atributs, que representen característiques de l'objecte, i els mètodes, que representen les accions de l'objecte.

Es representen amb la notació UpperCamelCase, és a dir, comencen en majúscula i cada paraula comença en majúscula.

Atributs¶

Els atributs (també anomenats propietats o característiques) són les dades detallades que contenen els objectes. Aquests valors corresponen a l’objecte que instancia la classe i fa que tots els objectes siguen diferents entre si.

Cada atribut té assignat un tipus i una multiplicitat. Es representen amb la notació lowerCamelCase, és a dir, comencen en minúscula i cada paraula comença en majúscula.

El tipus indica la naturalesa de les dades (numèriques, alfanumèriques, booleanes, ...). Els tipus poden ser:

• Tipus primitius: són els tipus de dades bàsiques que proporciona el llenguatge de programació.
  • int
  • char
  • boolean
  • float
  • ...
• Tipus derivats: són tipus de dades que es creen a partir de tipus primitius.
  • String
  • Date
  • ...

La multiplicitat indica quants diferents valors poden haver en un atribut:

Mètodes¶

Els mètodes implementen les accions que es podran dur a terme sobre els atributs. Ofereixen la possibilitat d’aplicar canvis sobre els atributs, però també moltes altres accions relacionades amb l’objecte, com obrir-lo o tancar-lo, carregar-lo, fer càlculs...{.box}

Cada mètode es defineix amb un nom i cal especificar els paràmetres que rep i el valor que retorna.

• Els paràmetres tenen nom, tipus, multiplicitat.
• El valor de retorn, si n’hi ha, només té tipus i multiplicitat.

Els mètodes poden llançar Excepcions, que són errors que poden ocórrer durant l'execució de codi. Si el mètode pot llançar alguna excepció concreta, cal indicar-ho.

Representació¶

Les classes és representen amb un rectangle dividit en 3 apartats:

• El nom de la classe.
• Els atributs de la classe. S'especifica la visibilitat i el tipus.
• Els mètodes de la classe. S'especifica la visibilitat els paràmetres i el tipus del valor de retorn.

classDiagram
    class Persona{
        -DNI: String
        -nom: String
        -adreça: String
        -telefon [0..*]: String
        -dataNaixement: Date
        +edat() int
        +afegirTelefon(telefon : String) void
    }

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.time.Duration;

public class Persona {
    // Atributs
    private String dni;
    private String nom;
    private String adreça;
    private List<String> telefons;
    private LocalDate dataNaixement;

    // Constructor
    public Persona(String dni, String nom, String adreça, String dataNaixement) {
        this.dni = dni;
        this.nom = nom;
        this.adreça = adreça;
        this.telefons = new ArrayList<>();
        this.dataNaixement = LocalDate.parse(dataNaixement, DateTimeFormatter.ofPattern("dd/MM/yyyy"));
    }

    // Mètodes
    public int edat() {
        LocalDate dataActual = LocalDate.now();
        int days = (int) Duration.between(dataNaixement.atStartOfDay(), dataActual.atStartOfDay()).toDays();
        return days / 365;
    }

    public void afegirTelefon(String telefon) {
        this.telefons.add(telefon);
    }
}

Objectes. Instanciació¶

Un objecte és una instanciació d’una classe. El concepte instanciació indica l’acció de crear una instància d’una classe.

La creació d’una instància d’una classe es realitza mitjançant una crida al mètode constructor d’una classe en temps d’execució del programa.

Mentre que una classe defineix el disseny conceptual, un objecte és la especificació d'un element d'aquesta classe.

public class CrearPersones {
    public static void main(String[] args) {
        Persona p1 = new Persona("12345678S", "Joan", "C/Còrsega", "25/07/1988");
        Persona p2 = new Persona("87654321T", "Marta", "Av. Cardenal Benlloch", "01/04/1995");

        p1.afegirTelefon("+34 654876195")

        System.out.printf("Edat de Joan: %d\n", p1.edat());
        System.out.printf("Edat de Marta: %d\n", p2.edat());
    }
}

Visibilitat¶

La visibilitat d’un atribut o d’un mètode definirà l’àmbit des del qual podran ser utilitzats aquests elements. Aquesta característica està directament relacionada amb el concepte d’orientació a objectes anomenat encapsulació, mitjançant el qual es permet als objectes decidir quina de la seva informació serà més o menys pública per a la resta d’objectes.{.box}

Les possibilitats per a la visibilitat, tant d’atributs com de mètodes, són:

• + o public, que vol dir que l’element és accessible per tots els altres elements del sistema.
• - o private, que significa que l’element només és accessible pels elements continguts dins el mateix objecte.
• # o protected, que vol dir que l’element només és visible per als elements del seu mateix objecte i per als elements que pertanyen a objectes que són especialitzacions (herència).
• ~ o package, que vol dir que l’element només és visible per als elements continguts ment dins el paquet que on està l’objecte.

En Java es considera una bona pràctica NO definir atributs com a pubilc. Si volem que es puga accedir o modificar algun atributs des d'una altra classe, cal definir el mètode get (getter) i el mètode set (setter).

Els mètodes get i set es poden incloure en el diagrama, però realment no està definit en el model UML.

classDiagram
    class Persona{
        -DNI: String
        «get» -nom: String
        «get/set» -adreça: String
        -telefon [0..*]: String
        -dataNaixement: Date
        +edat() int
    }

public class Persona {
    // Atributs
    private String dni;
    private String nom;
    private String adreça;
    private List<String> telefons;
    private LocalDate dataNaixement;

    // Constructor
    public Persona(String dni, String nom, String adreça, List<String> telefons, String dataNaixement) { ... }

    // Mètodes
    public int edat() { ... }
    }

    // Getters i Setters
    public String getNom(){
        return this.nom;
    }

    public String getAdreça(){
        return this.adreça;
    }
    public void setAdreça(String adreça){
        this.adreça = adreça;
    }
}

Enumeracions¶

Les enumeracions son classes representen un tipus de dada que sols permet un conjunt definit de valors.

Les enumeracions es representen amb un rectangle amb el nom de la classe en UpperCamelCase, i els valors de l'enumeració es representen amb MAJÚSCULES, ja que es consideren constants.

Relacions entre classes¶

Les relacions en un diagrama de classes especifiquen quines classes estan relacionades. Per relació s'entén que un objecte interactue d'alguna manera amb un altre objecte.{.box}

Les relacions també tenen assignada una multiplicitat, que especifica amb quants objectes d'una classe es relaciona l'altre objecte de l'altra classe. Les multiplicitats s'especifiquen de la mateixa manera que la multiplicitat dels atributs (consultar taula).

Si una classe té una altra classe com a atribut, estan relacionades i aquest atribut es defineix en la associació entre les dues.

Associació¶

Les relacions entre les diferents classes, generalment, s'anomenen associacions.

Aquestes relacions es representen mitjançant una línia contínua, sense fletxes ni cap altre símbol als extrems. És un tipus de relació estructural que defineix les connexions entre dos o més objectes.

Una associació amb dos extrems es diu que és binària; seria el cas de l’exemple d’un client que reserva una habitació d’hotel. Una associació amb tres extrems es diu que és ternària.

Associació reflexiva¶

Una associació reflexiva és una associació entre una classe amb ella mateixa.

Aquest tipus d'associació és útil per modelar relacions jeràrquiques o recursives.

Navegabilitat¶

La navegabilitat especifica si una instància d'una classe pot accedir eficientment als objectes de l'altra classe de la relació.

• No especificat: No s'especifica si es pot navegar d'un objecte a l'altre. Per defecte.
• Navegable: Especifica que sí es pot navegar d'un objecte a l'altre. S'indica amb una fletxa oberta al final de la associació.
• No navegable: Especifica que no es pot navegar d'un objecte a l'altre. S'indica amb una X al final de la associació.

Agregació¶

Una relació d’associació d’agregació és un cas especial d’associació entre dos o més objectes. Es tracta d’una relació del tipus tot-part. Aquest tipus de relació implica dos tipus d’objectes, l’objecte anomenat base i l’objecte que estarà inclòs a l’objecte base.

Si desapareix l’objecte base, el o els objectes que es troben inclosos en l’objecte base no desapareixeran i podran continuar existint amb les seves funcionalitats pròpies. La relació d’associació d’agregació es representa mitjançant una línia contínua que finalitza en un dels extrems per un rombe buit, sense omplir. El rombe buit s’ubicarà a la part de l’objecte base.

Composició¶

Una relació de composició és un cas especial d’associació entre dos o més objectes. És una relació del tipus tot-part. És una relació molt semblant a la relació d’agregació, amb la diferència que hi ha una dependència d’existència entre l’objecte base i l’objecte (o els objectes) que hi està inclòs.

Si deixa d’existir l’objecte base, deixarà d’existir també el o els objectes inclosos. El temps de vida de l’objecte inclòs depèn del temps de vida de l’objecte base. La relació d’associació de composició es representa mitjançant una línia contínua finalitzada en un dels extrems per un rombe pintat.

Dependència¶

Un altre tipus de relació entre classes és la relació de dependència. Aquest tipus de relació es representa mitjançant una fletxa discontínua entre dos elements. L’objecte del qual ix la fletxa es considera un objecte dependent. L’objecte al qual arriba la fletxa es considera un objecte independent. Es tracta d’una relació semàntica. Si hi ha un canvi en l’objecte independent, l’objecte dependent es veurà afectat.

Herència, especialització o generalització¶

La relació de generalització es dona entre dues classes on hi ha un vincle que es pot considerar d’herència. Una classe és anomenada classe mare o superclasse.

L’altra (o les altres) són les anomenades classes filles, subclasses o especialitzacions, que hereten els atributs, els mètodes i el comportament de la classe mare. Aquest tipus de relació queda especificat mitjançant una fletxa que ix de la classe filla i que acaba a la classe mare.

Classe associativa¶

Quan una associació té propietats o mètodes propis es representa com una classe unida a la línia de l’associació per mitjà d’una línia discontínua. Tant la línia com el rectangle de classe representen el mateix element conceptual: l’associació.

Recursos addicionals¶

• UML Class Diagram Tutorial, Lucid Software

Exemples¶

• Hospital Management
• Library

Bibliografia¶

Aquest material és una obra derivada del material:

• Diagrames estàtics, Institut Obert de Catalunya

Altres referències consultades:

• UML Class and Object Diagrams Overview
• https://stackoverflow.com/questions/28139621/shortcut-for-denoting-or-implying-getters-and-setters-in-uml-class-diagrams
• https://support.bizzdesign.com/display/knowledge/Setting+the+multiplicity+for+a+UML+attribute%2C+operation+or+association
• https://www.uml-diagrams.org/association.html