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【小沐学Python】UML类图的箭头连线关系总结（python+graphviz）

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《早秋》杨小羊


才感秋意凉，
又觉夏气返。
夏秋两交织，
亦如思绪缠。
晚霞追落日，
彩云寻新月，
日月两交替，
也似归心样。
来时观荷碧，
归家闻桂香。
夏秋已交替，
岁月蹉跎惘。
夜深不得寐，
薄帐披月光。
虫鸣伴我思，
徘徊入梦乡。

文章目录

1、简介

UML（unified modeling language，统一建模语言）是一种常用的面向对象设计的方法。其中最常用的是类图（class diagram），用于表示类的构成以及类之间的关系。

1.1 类图

在系统的逻辑视图中，类图用于描述系统中的类(对象)本身的组成和类(对象)之间的各种静态关系。
UML 类图（class diagram）是最常见的图，用于表示系统的静态结构。
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每个类成员的可见性以一个前置符号表示：

+ 公有（public）
- 私有（private）
# 保护（protected）
~ 包（package）

通常UML图分为三类：

  • 用例图(use case)
  • 静态结构图:类图、对象图、包图、组件图、部署图
  • 动态行为图:交互图(时序图与协作图)、状态图、活动图

1.2 Graphviz

Graphviz 是 AT&T 实验室开发的一个开源软件，它以一种文本语言去描述图（graph），然后自动排布节点和边去生成图片。它已有近 30 年历史。

Graphviz 是开源的图形可视化软件。图可视化是一种将结构信息表示为抽象图和网络图的方法。它在网络、生物信息学、软件工程、数据库和网页设计、机器学习以及其他技术领域的可视化界面中具有重要的应用。

2、Graphviz

2.1 安装

下载 Graphviz 安装包。
下载地址：https://www.graphviz.org/download/
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2.2 命令行测试

建立一个测试源文件 hello.dot（DOT语言为 Graphviz 的图形描述语言）：

digraph {
    Hello -> World
}

在命令行执行：

dot -Tpng hello.dot -o hello.png

生成结果文件：
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2.3 python测试

安装相关库：

pip install graphviz

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该graphviz模块提供了两个类：Graph和 Digraph。它们分别以DOT语言为无向图和有向图创建图描述。它们具有相同的 API。通过实例化一个new Graph或 Digraphobject 创建一个图形：

from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Round Table')

print(dot)

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然后可以添加点和边，通过node()和edge()或edges()来实现。

from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Round Table')
dot.node('A', 'King Arthur')
dot.node('B', 'Sir Bedevere the Wise')
dot.node('L', 'Sir Lancelot the Brave')

dot.edges(['AB', 'AL'])
dot.edge('B', 'L', constraint='false')
print(dot.source)

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最后可以通过如下代码保存图像pdf文件，并显示。通过设置view=True将自动使用系统默认的文件类型的查看器应用程序打开生成的文件（PDF，PNG，SVG等）。

dot.render('round-table.gv',format='jpg', view=True)

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from graphviz import Digraph

g = Digraph('G', filename='hello.gv',format='png')
g.edge('Hello', 'World')
g.view()

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3、关系

3.1 实现

实现关系是指接口及其实现类之间的关系。

在UML类图中，实现关系用空心三角和虚线组成的箭头来表示，从实现类指向接口。在Java代码中，用implements关键字表示。
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  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]
    edge [fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Bird, Fly

    /* Dependency */
    {
        edge [arrowhead=onormal, style=dashed]
        Bird -> Fly
    }
}
  • graphviz生成图：
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  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Implements Graph of YXY')
dot.node('A', 'Bird', shape='box')
dot.node('B', 'Fly', shape='box')

dot.edge('A', 'B', arrowhead='onormal', style='dashed')
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
    在这里插入图片描述

3.2 泛化

泛化关系（Generalization）是指对象与对象之间的继承关系。如果对象A和对象B之间的“is a”关系成立，那么二者之间就存在继承关系，对象B是父对象，对象A是子对象。

在UML类图中，泛化关系用空心三角和实线组成的箭头表示，从子类指向父类。在Java代码中，用关键字 extends表示。

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继承（inheritance）是类之间很重要的关系，在 UML 中又称其为泛化（generalization）关系，以空心箭头表示派生类指向基类。

  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Animal, Mammal, Reptile, Dog, Cat, Snake

    /* inheritance */
    {
        edge [arrowtail=onormal, dir=back]

        Animal -> { Mammal, Reptile }
        Mammal -> { Dog, Cat}
        Reptile -> Snake
    }
}
  • graphviz生成图：
    在这里插入图片描述
  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Generalization Graph of YXY')
dot.node('A', 'Animal', shape='box')
dot.node('B', 'Dog', shape='box')
dot.node('C', 'Cat', shape='box')

dot.edge('A', 'B', arrowtail='onormal', style='solid', dir='back')
dot.edge('A', 'C', arrowtail='onormal', style='solid', dir='back')
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
    在这里插入图片描述

3.3 关联

关联关系（Association）是指对象和对象之间的连接，它使一个对象知道另一个对象的属性和方法。关联关系有单向关联和双向关联。关联关系又分为依赖关联、聚合关联和组合关联三种类型。

在UML图中，双向关联关系用带双箭头的实线或者无箭头的实线双线表示。单向关联用一个带箭头的实线表示，箭头指向被关联的对象。在Java中，关联关系的代码表现形式为一个对象含有另一个对象的引用。

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  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Person, Magazine

    /* Association */
    {
        edge [dir=none]
        Person -> Magazine [label=" subscribe"]
    }
}
  • graphviz生成图：
    在这里插入图片描述
  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Association Graph of YXY')
dot.node('A', 'Person', shape='box')
dot.node('B', 'Magazine ', shape='box')

dot.edge('A', 'B', arrowhead='none', arrowtail='none')
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
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3.4 依赖

依赖（Dependency）关系是一种弱关联关系。如果对象A用到对象B，但是和B的关系不是太明显的时候，就可以把这种关系看作是依赖关系。如果对象A依赖于对象B，则 A “use a” B。

在UML类图中，依赖关系用一个带虚线的箭头表示，由使用方指向被使用方，表示使用方对象持有被使用方对象的引用。

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  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]
    edge [fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Factory, Product

    /* Dependency */
    {
        edge [arrowhead=vee, style=dashed]
        Factory -> Product [label=" <<create>>"]
    }
}
  • graphviz生成图：
    在这里插入图片描述
  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Dependency Graph of YXY')
dot.node('A', 'Factory', shape='box')
dot.node('B', 'Product', shape='box')

dot.edge('A', 'B', style='dashed', label=" <<create>>")
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
    在这里插入图片描述

3.5 聚合

聚合（Aggregation）是关联关系的一种特例，它体现的是整体与部分的拥有关系，即 “has a” 的关系。此时整体与部分之间是可分离的，它们可以具有各自的生命周期，部分可以属于多个整体对象，也可以为多个整体对象共享，所以聚合关系也常称为共享关系。

在UML图中，聚合关系用空心菱形加实线箭头表示，空心菱形在整体一方，箭头指向部分一方。其中箭头可以省略。

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  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]
    edge [fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Department, Employeee

    /* Aggregation */
    {
        edge [dir=back, arrowtail=odiamond, headlabel="* "]
        Department -> Employeee
    }
}
  • graphviz生成图：
    在这里插入图片描述
  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Aggregation Graph of YXY')
dot.node('A', 'Department', shape='box')
dot.node('B', 'Employeee', shape='box')

dot.edge('A', 'B', arrowtail='odiamond', dir='back')
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
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3.6 组合

组合（Composition）也是关联关系的一种特例，它同样体现整体与部分间的包含关系，即 “contains a” 的关系。但此时整体与部分是不可分的，部分也不能给其它整体共享，作为整体的对象负责部分的对象的生命周期。

在UML图中，组合关系用实心菱形加实线箭头表示，实心菱形在整体一方，箭头指向部分一方。其中箭头可以省略。

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  • graphviz代码：
digraph {
    node [shape=box, fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]
    edge [fontname="Inconsolata, Consolas", fontsize=10, penwidth=0.5]

    Company, Department, Employeee

    /* Composition */
    {
        edge [dir=back, arrowtail=diamond, headlabel="* "]
        Company -> Department        
    }

    /* Aggregation */
    {
        edge [dir=back, arrowtail=odiamond, headlabel="* "]
        Department -> Employeee
    }
}
  • graphviz生成图：
    在这里插入图片描述
  • python代码：
from graphviz import Digraph

dot = Digraph(comment='The Composition Graph of YXY')
dot.node('Z', 'Company', shape='box')
dot.node('A', 'Department', shape='box')
dot.node('B', 'Employeee', shape='box')

dot.edge('Z', 'A', arrowtail='diamond', dir='back', headlabel="* ")
dot.edge('A', 'B', arrowtail='odiamond', dir='back', headlabel="* ")
print(dot.source)  
dot.view()
  • python生成图：
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结语

如果您觉得该方法或代码有一点点用处，可以给作者点个赞，或打赏杯咖啡；╮(￣▽￣)╭
如果您感觉方法或代码不咋地//(ㄒoㄒ)//，就在评论处留言，作者继续改进；o_O???
如果您需要相关功能的代码定制化开发，可以留言私信作者；(✿◡‿◡)
感谢各位大佬童鞋们的支持！( ´ ▽´ )ﾉ ( ´ ▽´)っ！！！

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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