4.2 泛化關(guān)系

類與類之間的關(guān)系有多種，如依賴、實(shí)現(xiàn)和泛化等。泛化描述了一般事物與該事物的特殊種類之間的關(guān)系。在解決復(fù)雜問題時(shí)，通常需要將具有共同特性的元素抽象成類，并通過增加其內(nèi)容而進(jìn)一步分類。例如，車可以分為火車、汽車、摩托車等。它們也可以表示為泛化關(guān)系，下面將詳細(xì)介紹與泛化相關(guān)的知識(shí)。

4.2.1 泛化的含義和用途

應(yīng)用程序中通常會(huì)包含大量緊密相關(guān)的類，如果一個(gè)類A的所有屬性和操作能被另一個(gè)類B所繼承，則類B不僅可以包含自己獨(dú)有的屬性和操作，而且可以包含類A中的屬性和操作，這種機(jī)制就是泛化（Generalization）。

UML中，繼承是泛化的關(guān)鍵。父類與子類各自代表不同的內(nèi)容，父類描述具有一般性的類型，而子類則描述該類型中的特殊類型。從另外一種方法來說，泛化是一種繼承關(guān)系，表示一般與特殊的關(guān)系，它指定了子類如何特化父類的所有特征和行為。例如，老虎是動(dòng)物的一種，既有老虎的特性，也有動(dòng)物的共性。

泛化關(guān)系是一種存在于一般元素和特殊元素之間的分類關(guān)系。這里的特殊元素不僅包含一般元素的特征，而且包含其獨(dú)有的特征。凡是可以使用一般元素的場(chǎng)合都可以用特殊元素的一個(gè)實(shí)例代替，反之則不行。

泛化關(guān)系只使用在類型上，而不用于具體的實(shí)例。泛化關(guān)系描述了“is a kind of”（是……的一種）的關(guān)系。例如，金絲猴、獼猴都是猴子的一種，東北虎是老虎的一種。在采用面向?qū)ο笏枷牒头椒ǖ牡胤剑话阍乇环Q為超類或者父類，而特殊元素被稱作子類。

UML規(guī)定，泛化關(guān)系用一個(gè)末端帶有空心三角形箭頭的直線表示，有箭頭的一端指向父類。如下圖演示了一個(gè)簡(jiǎn)單的泛化關(guān)系，其中Monkey類表示父類或超類，該類包含Golden Monkey和Macaque兩個(gè)子類，這兩個(gè)子類不僅繼承了父類中的所有屬性和操作，同時(shí)也可以擁有自己特定的屬性和操作。

泛化主要有兩個(gè)用途：第一個(gè)用途是，當(dāng)變量被聲明承載某個(gè)給定類的值時(shí)，可使用類的實(shí)例作為值，這被稱作可替代性原則。該原則表明無論何時(shí)祖先被聲明了，其后代的一個(gè)實(shí)例都可以被使用。例如，如果猴子父類Monkey被聲明，那么一個(gè)金絲猴或者獼猴的對(duì)象就是一個(gè)合法的值。第二個(gè)用途是通過泛化使多態(tài)操作成為可能，即操作的實(shí)現(xiàn)是由它們所使用的對(duì)象的類決定的，而不是由調(diào)用者決定的。

4.2.2 泛化的層次與多重繼承

泛化可能跨越多個(gè)層次。一個(gè)子類的超類也可以是另一個(gè)超類的子類。如下圖所示為具體層次結(jié)構(gòu)的泛化。

在上圖中，AutoMobile類是Car類的子類，不僅如此，AutoMobile類還是PassengerCar類和TouringCar類的超類，這就顯示出了泛化的層次結(jié)構(gòu)。子類和超類這兩個(gè)術(shù)語是相對(duì)的，它們描述的是一個(gè)類在特定泛化關(guān)系中所扮演的角色，而不是類自身的內(nèi)在特性。在該圖中，Bicycle類表示Car類中的另外一個(gè)子類，也可以使用3個(gè)點(diǎn)表示省略號(hào)，如果為3個(gè)點(diǎn)時(shí)，表明Car類除了圖中所顯示的子類AutoMobile外，還可以擁有其他子類。

對(duì)泛化層次圖中的一個(gè)類而言，從它開始向上遍歷到根時(shí)經(jīng)歷的所有類都是其祖先，從它開始向下遍歷時(shí)遇到的所有類都是其后代。這里的“上”和“下”分別表示“更一般的類”和“更特殊的類”。

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的最佳原則之一是避免緊密耦合的類，使一個(gè)類改變時(shí)不必改變一系列相關(guān)的其他類。由于泛化使用子類可以看見父類內(nèi)部的大部分內(nèi)容，使得子類緊密耦合于父類，所以泛化是類關(guān)系中最強(qiáng)的耦合形式。因此，使用泛化的基本原則是：只有在一個(gè)類確定是另外一個(gè)類的特殊類型時(shí)才使用泛化。

多重繼承在UML中的正式術(shù)語稱為多重泛化。多重泛化使同一個(gè)子類不僅可以像上圖中的Car類那樣具有多個(gè)子類，而且可以擁有多個(gè)父類，即一個(gè)類可以從多個(gè)父類派生而來。例如，坦克是一種武器，但它同時(shí)也可作為一種車來使用。多重泛化在UML中的表示方法如下圖所示。

在上圖中，一個(gè)子類帶有兩個(gè)指向超類的箭頭。通過Vehicle類的drive、reverse、park、start和stop操作確定了屬于Vehicle類的行駛功能，通過Weapon類的load、aim和fire操作確定了屬于Weapon類的破壞功能。ram和radio操作則是Tank類獨(dú)有的。

雖然UML支持多重泛化，但是通常情況下，實(shí)際應(yīng)用中的泛化使用并不多。其主要原因在于當(dāng)兩個(gè)父類具有重疊的屬性和操作時(shí)，多重繼承里的父類會(huì)存在錯(cuò)綜復(fù)雜的問題。因此，多重繼承在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)中已經(jīng)被禁止，當(dāng)今流行的一些開發(fā)語言（如Java和C#）都不支持多重繼承。

4.2.3 泛化約束

泛化約束用于表明泛化有一個(gè)與其相關(guān)的約束，帶有約束條件的泛化也被稱為受限泛化。泛化建模約束有兩種情況：如果有多個(gè)泛化使用相同的約束，可以繪制虛線穿過兩個(gè)泛化，并且在花括號(hào)中標(biāo)注約束名；如果只有一個(gè)泛化，或者多個(gè)泛化共享關(guān)聯(lián)的空箭頭部分，就只需在朝向空箭頭的花括號(hào)中注明約束即可，如下圖所示。

泛化約束包含4種：不完全約束（Incomplete Constraint）、完全約束（Complete Constraint）、解體約束（Disjoint Constraint）和重疊約束（Overlapping Constraint）。

1．不完全約束

表示類圖中沒有完全顯示出泛化的類，這種約束可以讓讀者知道類圖中顯示的內(nèi)容僅僅是實(shí)際內(nèi)容的一部分，其余內(nèi)容可能位于其他類圖中，如下圖所示。

2．完全約束

與不完全約束相對(duì)應(yīng)的是完全約束，當(dāng)類圖中存在完全約束時(shí)，表示類圖中顯示了全部?jī)?nèi)容，如下圖所示。

3．解體約束

表示緊靠約束下面的泛化類不能有子轉(zhuǎn)為通用的類，它比前兩種約束更加復(fù)雜，如下圖所示。

從上圖中可以看出，根超類OS有兩個(gè)子類Windows和Linux。解體約束表示W(wǎng)indows和Linux類都不能共享其他的子類。在該圖中，Windows類和Linux類都有各自的子類，但不能從Windows NT類到Linux類繪制一個(gè)泛化關(guān)聯(lián)，由于解體約束的存在，Windows NT類不能同時(shí)繼承Windows和Linux類。

4．重疊約束

與解體約束作用相反的泛化約束，即重疊約束。該類型約束表示兩個(gè)子類可以共享相同的子類。如下圖所示，Database類有兩個(gè)子類Relational和OLAP，它們共享相同的類DataWarehouse。