Quelle: SPARXSYSTEMS: Klassendiagramm (Class Diagram)
Klassendiagramm (Class Diagram)
Das Klassendiagramm bildet das Herzstück der UML. Es basiert auf den Prinzipien der Objektorientierung (Abstraktion, Kapselung, Vererbung, …) und ist durch seine Vielseitigkeit in allen Phasen eines Projekts einsetzbar. In der Analysephase tritt es als Domainmodell in Erscheinung und versucht ein Abbild der Wirklichkeit darzustellen. In der Designphase wird damit die Software modelliert und in der Implementierungsphase daraus Sourcecode generiert.
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Da eine Klasse die Struktur und das Verhalten von Objekten, die von dieser Klasse erzeugt werden, modellieren muss, können diese mit Methoden und Attributen versehen werden. Weiterhin ist die Modellierung von Basisklassen und Schnittstellen über Stereotypen möglich. In einigen Programmiersprachen können Templateklassen implementiert werden. Die UML stellt solche Klassen im Klassendiagramm als parametrisierbare Klassen dar.
Klasse
Eine Klasse (Class) beschreibt eine Menge von Instanzen, die dieselben Merkmale, Zusicherungen und Semantik haben.
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Die Attribute einer Klasse werden mindestens mit ihrem Namen aufgeführt und können zusätzlich Angaben zu ihrem Typ, einen Initialwert, Eigenschaftswerte und Zusicherungen enthalten. Methoden werden ebenfalls mindestens mit ihrem Namen, zusätzlich mit möglichen Parametern, deren Typ und den Initialwerten, sowie eventueller Eigenschaftswerte und Zusicherungen notiert.
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Abb. 30: Beispiel Klasse
Sichtbarkeitsbereich
Der Sichtbarkeitsbereich (Scope) der Klassenelemente wird mit einem Zeichen vor dem Namen gekennzeichnet. Ist ein Element öffentlich sichtbar, steht vor dem Namen das Zeichen +. Private Elemente erhalten das Zeichen - vorangestellt. Das Zeichen # vor dem Namen bedeutet, dass das Klassenelement mit dem Zugriffsattribut protected gekennzeichnet ist. Protected bedeutet eine Erweiterung von private – Tochterklassen erben Attribute, die als protected gekennzeichnet sind.
~ vor dem Namen bedeutet Package – eine Einschränkung von public; nicht unbegrenzte öffentliche Sichtbarkeit, sondern begrenzt auf das Package.
Abstrakte Klasse
Von einer abstrakten Klasse werden niemals Instanzen erzeugt. Sie ist bewusst unvollständig und bildet somit die Basis für weitere Unterklassen, die Instanzen haben können. Eine abstrakte Klasse wird wie eine normale Klasse dargestellt, jedoch wird der Klassenname kursiv gesetzt.
Stereotypen
Durch Stereotypen können z. B. abstrakte Klassen gekennzeichnet werden. Die Angabe des Stereotyps erscheint ober dem Klassennamen in französischen Anführungsstrichen « ». Stereotypen können auch durch unterschiedliche Farben oder durch die Kursivschreibweise des Namens der Klasse sichtbar gemacht werden.
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Abb. 31: Beispiel Stereotypen
Parametrisierbare Klassen
Eine besondere Art von Klassen sind parametrisierbare Klassen. Bei diesen Klassen ist der Typ der enthaltenen Attribute noch nicht festgelegt. Die Festlegung erfolgt erst beim Instanzieren eines Objekts dieser Klassen. Für solche Klassen wird die grafische Darstellung abgewandelt. Das Rechteck für die Klasse bekommt im oberen Bereich ein zweites Rechteck mit einer Umrandung, in dem der variierbare Typ steht.
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Abb. 32: Parametrisierbare Klasse
Objekt
Objekte sind die konkreten, agierenden Einheiten einer objektorientierten Anwendung. Sie werden nach einem Bauplan, der Klassendefinition, im Speicher erzeugt. Jedes Objekt hat eine eigene Identität. Ein Objekt besitzt ein bestimmtes Verhalten, das durch seine Methoden bestimmt ist. Zwei Objekte der gleichen Klasse haben das gleiche Verhalten. Objekte besitzen weiters Attribute, die bei Objekten derselben Klasse gleich sind. Der Zustand eines Objekts wird durch die Werte bestimmt, die in den Attributen gespeichert sind. Deshalb sind zwei Objekte einer Klasse gleich, wenn die Werte in den Attributen übereinstimmen.
Im Diagramm werden Objekte analog zu den Klassen mit einem Rechteck gezeichnet. Der Name wird unterstrichen, um sie von den Klassen unterscheiden zu können. Dem Namen des Objekts wird nach einem Doppelpunkt der Klassenname angefügt. Hat für den zu modellierenden Fall der konkrete Objektname keine Bedeutung, kann dieser auch entfallen. Es werden dann nur ein Doppelpunkt und der Klassenname dargestellt. Da die Methoden in der Objektdarstellung uninteressant sind, werden diese nicht angegeben.
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Abb. 33: Beispiel Objekt
Eigenschaften (Attribute)
Ein Attribut ist ein (Daten-)Element, das in jedem Objekt einer Klasse gleichermaßen enthalten ist und von jedem Objekt mit einem individuellen Wert repräsentiert wird.
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[Sichtbarkeit][/]Name[:Typ][Multiplizität][=Initialwert]
Methoden (Operationen)
Eine Klasse muss für jede Nachricht, die sie empfängt, eine zuständige Methode besitzen. Über eine Methode stellt eine Klasse anderen Klassen Funktionalität zur Verfügung. Über Nachrichten, sprich Methodenaufrufe, kommunizieren die aus den Klassen installierten Objekte untereinander und erreichen so eine Koordinierung ihres Verhaltens. Objekte und ihre Kommunikation über Methodenaufrufe werden in der Gruppe der Interaktionsdiagramme dargestellt.
Beziehungen
Es gibt vier verschiedene Arten von Beziehungen zwischen Klassen, wobei die Generalisierung eine Sonderform ist, die anderen drei, Assoziation, Aggregation und Komposition sind einander sehr ähnlich sind.
Assoziation
Die Assoziation stellt die Kommunikation zwischen zwei Klassen im Diagramm dar. Die Klassen werden mit einer einfachen Linie verbunden. Mithilfe eines Pfeils kann man eine gerichtete Assoziation modellieren.
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Dabei werden die Kardinalitäten vor der Zielklasse gelesen.
Multiplizität
In der UML gibt es den Begriff Multiplizität, um die Menge möglicher Ausprägungen zu beschreiben. Die Multiplizität wird durch einen minimalen Wert und einen maximalen Wert beschrieben, z. B. 3..7. Ist der minimale Wert gleich dem maximalen Wert kann die Unter- oder Obergrenze entfallen. Es wird dann anstelle von 3..3 lediglich 3 geschrieben. Ist die untere Grenze 0, so bedeutet dies, dass die Beziehung optional ist.
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Der Begriff Kardinalität hat seinen Ursprung in der Datenmodellierung und dort die gleiche Bedeutung wie die Multiplizität in der UML. In der UML werden beide Begriffe verwendet und somit feiner zwischen möglichen Ausprägungen und tatsächlichen Ausprägungen unterschieden. Die Kardinalität beschreibt z. B. beim Objektmodell die konkrete Anzahl assoziierter Objekte.
Assoziationsklasse
Klassen können aber auch kombinatorisch untereinander in Beziehung stehen; betrachtet man die Beziehungen zwischen Kunde, Konto und Bankomatkarte, dann stellt sich heraus, dass eine Bankomatkarte für eine Kombination aus einem Kunden und einem Konto existiert und das ist etwas gänzlich anderes, als die Karte mit Kunde und Konto direkt zu assoziieren! Die UML stellt dafür die Schreibweise Assoziationsklasse zur Verfügung:
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Zum Beispiel: Ein Passagier hat für einen Flug an einem Datum genau ein Flugticket. Falls es möglich sein sollte, dass der Passagier mehrere Tickets für denselben Flug am gleichen Datum besitzen darf, muss die Multiplizität bei Flugticket größer als 1 sein (z. B. *).
Aggregation
Eine Aggregation ist eine Assoziation, erweitert um den semantisch unverbindlichen Kommentar, dass die beteiligten Klassen keine gleichwertige Beziehung führen, sondern eine "Teil von"-Beziehung darstellen. Eine Aggregation soll beschreiben, wie sich etwas Ganzes aus seinen Teilen logisch zusammensetzt.
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Abb. 40: Beispiel Aggregation
Komposition
Eine Komposition ist eine strenge Form der Aggregation, bei der die Teile vom Ganzen existenzabhängig sind. Sie beschreibt, wie sich etwas Ganzes aus Einzelteilen zusammensetzt. Die Komposition wird wie die Aggregation als Linie zwischen zwei Klassen gezeichnet und mit einer kleinen Raute auf der Seite des Ganzen versehen. Im Gegensatz zur Aggregation wird die Raute jedoch ausgefüllt.
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Ein Saalplan hat beliebig viele Plätze, aber mindestens einen.
Ein Platz gehört genau zu einem Saalplan.
Jeder Saalplan gehört zu einer Veranstaltung.
Eine Veranstaltung kann beliebig viele Saalpläne enthalten.
Der Saalplan könnte auch zu einer anderen Veranstaltung zugeordnet werden (Aggregation), muss allerdings immer eine Veranstaltung haben.
Der Platz gehört zu einem Saalplan, diese Beziehung kann nicht geändert werden (Komposition).
Generalisierung/Spezialisierung
Eine Generalisierung ist eine Beziehung zwischen einer allgemeinen und einer speziellen Klasse, wobei die speziellere weitere Merkmale hinzufügen kann und sich kompatibel zur allgemeinen verhält.
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Abb. 44: Beispiel Vererbung
Abhängigkeiten (Dependencies)
Eine Abhängigkeit (Dependency) ist eine Beziehung von einem (oder mehreren) Quellelement(en) zu einem (oder mehreren) Zielelement(en).
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Die Berechtigungsbeziehung (Permission) ist eine spezielle Abhängigkeitsbeziehung, die dem abhängigen Element Zugriffsrechte auf das unabhängige Element erteilt.
Schnittstellen
Schnittstellen (Interfaces) sind spezielle Klassen, die mit einer Menge von Merkmalen (Features) einen ausgewählten Teil des extern sichtbaren Verhaltens von Modellelementen (hauptsächlich von Klassen und Komponenten) spezifizieren.
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Abb. 50: Beispiel zur Implementierung von Schnittstellen
Symbole
Die folgende Tabelle enthält die Symbole der Klassendiagramme.
Name/Symbol | Verwendung |
|---|---|
 Klasse | Eine Klasse wird im Diagramm mit einem Rechteck dargestellt, in dem der Name der Klasse angezeigt wird. Das Klassensymbol kann mit einem Bereich zur Darstellung der Attribute und der Methoden erweitert werden. Für parametrierbare Klassen wird das Klassensymbol mit einem Rechteck erweitert, das den Namen des Parameters enthält. |
 Objekt | Objekte werden mit einem Rechteck dargestellt, in dem der Name und die Klasse des Objekts unterstrichen angezeigt werden. Beide werden durch einen Doppelpunkt getrennt. Auf den Klassennamen kann verzichtet werden, wenn das Objekt auch ohne Klassennamen eingeordnet werden kann. Ein anonymes Objekt (ohne Namen) wird nur mit einem Doppelpunkt und dem Klassennamen angegeben. |
 Paket | Pakete beinhalten mehrere Klassen, die für eine bestimmte Aufgabe dort gruppiert wurden. Die Grafik für ein Paket symbolisiert eine Karteikarte, auf der der Paketname steht. |
 Assoziation |
Stehen zwei Klassen in einer Beziehung, wird das durch die Verbindung der beiden Klassen mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Auf der Linie kann in der Nähe des Klassensymbols die Kardinalität angegeben werden.
Auf der Linie können weiterhin der Name der Beziehung und die Rolle angegeben werden (Rollen: Angeklagter, Ankläger; Beziehungsname: klagt an).
Sie können mit einem Pfeil die vorrangige Richtung der Kommunikation angeben. (Navigation) |
 Aggregation | Die Aggregation wird mit einer Linie, an deren einem Ende ein Rautensymbol zur Klasse des Containers zeigt, dargestellt (Klasse B kann Objekte der Klasse A verwalten). Das Rautensymbol ist nicht gefüllt. Rollen, Kardinalität und vorrangige Richtung der Kommunikation werden wie bei der Assoziation angegeben. |
 Komposition | Die Komposition wird im Unterschied zur Aggregation mit einer gefüllten Raute dargestellt. Die weitere Symbolik entspricht der der Aggregation. |
 Generalisierung | Das Symbol ist ein Pfeil, der auf die Basisklasse zeigt und diese mit der abgeleiteten Klasse verbindet. Der Pfeil wird nicht gefüllt dargestellt (Klasse A erbt von der Klasse B). |
 Realisierung/Realisierung | Implementiert eine Klasse eine Schnittstelle (Interface), wird die Verbindung mit einem Pfeil und einer unterbrochenen Linie dargestellt. |
Beispiel
Bei einem Ticketsystem für ein Schauspielhaus werden über einen Veranstaltungsplan alle Stücke des Theaters verwaltet. Die Klasse Veranstaltungsplan ist mit der Klasse Saalplan über eine Komposition verbunden. Somit kann die Klasse Veranstaltungsplan Objekte der Klasse Saalplan verwalten. Jeder Saalplan enthält die Plätze des Theaters, und diese werden über den Saalplan verkauft. Die Klasse Saalplan verwaltet über eine weitere Komposition Objekte der Klasse Platz. Die Navigation ist in Richtung der Klasse Platz gerichtet. Die Klasse Saalplan kommuniziert mit der Klasse Veranstaltung, in die die Daten der Aufführung ausgelagert sind, z. B. Datum und Uhrzeit. Die Angaben zur Spielstätte, z. B. der Name und die Adresse, wurden in die Klasse Spielstätte ausgelagert. Die Navigation erfolgt von der Klasse Saalplan.
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Abb. 51: Beispiel Klassendiagramm
Paketdiagramm (Package Diagram)
Ein Paket (Package) ist eine logische Ansammlung von Modellelementen beliebigen Typs, mit denen das Gesamtmodell in kleinere überschaubare Einheiten gegliedert wird.
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Das Zusammenspiel der Pakete des Systems wird in einem Paketdiagramm dargestellt, in dem man auch den internen Aufbau eines Pakets modelliert.
Grafische Elemente
Name/Element | Verwendung |
|---|---|
Paket | Das Symbol des Paketes ist einer Karteikarte nachempfunden. Innerhalb dieses Symbols wird der Paketname dargestellt. Möchten Sie innerhalb des Paketes die Kommunikationen der Unterpakete modellieren, können Sie den Paketnamen in das oben angefügte Rechteck verlagern. |
 Kommunikation | Die Kommunikation der Pakete untereinander wird mit einem Pfeil dargestellt, der auf einer unterbrochenen Linie verläuft. Der Pfeil geht von dem Paket aus, von dem auch die Kommunikation überwiegend ausgeht. |
 Generalisierung | Erbt ein Paket von einem anderem, wird das Symbol für die Generalisierung verwendet. Mit einem Pfeil werden die beteiligen Pakete verbunden, wobei die Pfeilspitze auf das Paket zeigt, von dem geerbt wird. |
 Enthält (Nesting) | Mit diesem Symbol können Sie die Paketgliederung vom übergeordneten Paket her modellieren. Dazu wird das Symbol „Enthält“ an das Paketsymbol des übergeordneten Paketes gezeichnet. Die untergeordneten Pakete werden durch durchgezogene Linien mit diesem Symbol verbunden. |