Luokkakaaviot

Luokkakaavio on ohjelmistojen suunnittelussa ja mallinnuksessa käytettävä kaavio, jonka avulla kuvataan luokkia ja niiden yhteyksiä. Luokkakaaviot mahdollistavat ohjelmien kuvaamisen korkealla abstraktiotasolla ilman lähdekoodin katsomista.

Luokkaaviossa kuvattavat luokat vastaavat ohjelmakoodin luokkia. Kaavioissa kuvataan luokkien nimet, attribuutit, luokkien väliset yhteydet sekä mahdollisesti myös metodit.

Luokan ja sen attribuuttien kuvaaminen

Tutustutaan ensin luokan ja sen attribuuttien kuvaamiseen. Luodaan luokka nimeltä Henkilo, jolla on oliomuuttujat nimi ja ikä.

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;
}

Luokkakaavioissa luokka kuvataan suorakulmiona, jonka ylälaidassa on luokan nimi. Luokan nimen alla on viiva, ja viivan alapuolella on attribuuttien eli oliomuuttujien nimet ja tyypit. Kukin oliomuuttuja kuvataan omalla rivillään.

Luokkaakaaviossa luokkaan liittyvät oliomuuttujat määritellään muodossa "muuttujanNimi: muuttujanTyyppi". Muuttujien näkyvyysmääreet merkitään muuttujan nimeä edeltävällä miinuksella (private) tai plussalla (public).

Luokan konstruktorin kuvaaminen

Määrittellään luokalle seuraavaksi parametrillinen konstruktori. Konstruktori saa parametrinaan nimen.

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;

    public Henkilo(String nimi) {
        this.nimi = nimiAlussa;
        this.ika = 0;
    }
}

Luokkakaaviossa konstruktori (ja metodit) merkitään oliomuuttujien jälkeen. Oliomuuttujien alapuolelle lisätään viiva, jonka jälkeen tulee konstruktori (ja metodit). Konstruktori saa näkyvyysmääreen public takia eteen plussan, jonka lisäksi siitä merkitään nimi sekä parametrien nimet ja niiden tyypit. Yllä olevan luokan konstruktori merkitään muodossa + Henkilo(nimi: String).

Parametrit noudattavat siis samaa määrittelymuotoa kuin oliomuuttujat, eli "muuttujanNimi: muuttujanTyyppi".

Luokan metodien kuvaaminen

Lisätään luokalle metodi, jonka palautustyyppi on void.

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;

    public Henkilo(String nimi) {
        this.nimi = nimi;
        this.ika = 0;
    }

    public void tulostaHenkilo() {
        System.out.println(this.nimi + ", ikä " + this.ika + " vuotta");
    }
}

Luokkakaaviossa metodi merkitään konstruktorin kanssa samaan alueeseen — konstruktorit listataan ennen metodeja. Toisin kuin konstruktorille, metodeille merkitään myös palautustyyppi.

Lisätään luokalle vielä nimen palauttava metodi getNimi.

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;

    public Henkilo(String nimi) {
        this.nimi = nimi;
        this.ika = 0;
    }

    public void tulostaHenkilo() {
        System.out.println(this.nimi + ", ikä " + this.ika + " vuotta");
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }
}

Luokkien väliset yhteydet

Luokkakaavioissa yhteydet merkitään viivoilla, joissa nuolet kuvaavat yhteyden suuntaa. Oletetaan, että käytössämme luokka Kirja.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private String kustantaja;

    // konstruktorit ja metodit
}

Jos luokalle kirja merkitään kirjoittaja, joka on tyyppiä Henkilo, ohjelmakoodissa oliomuuttuja merkitään muiden muuttujien seuraksi.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private String kustantaja;
    private Henkilo kirjoittaja;

    // konstruktorit ja metodit
}

Luokkakaaviossa toisiin olioihin viittaavia muuttujia ei merkitä attribuutteihin, vaan ne merkitään yhteyksinä. Alla olevassa luokkakaaviossa on merkittynä luokat Henkilo ja Kirja, sekä näiden välinen yhteys.

Nuoli kertoo "tietämyssuunnan". Yllä oleva yhteys kertoo, että kirja tietää kirjoittajansa, mutta henkilö ei tiedä mitään kirjoittamistaan kirjoista. Viivaan voi kirjoittaa myös tekstin, joka antaa lisätietoa yhteydestä. Yllä olevassa esimerkissä viivaan on kirjattu tieto siitä, että kirjaan liittyy "kirjoittaja".

Mikäli kirjalla voi olla useita kirjoittajia, kirjoittajat merkitään luokkaan listana.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private String kustantaja;
    private ArrayList<Henkilo> kirjoittajat;

    // konstruktorit ja metodit
}

Luokkakaaviossa tilanne merkitään yhteyden päätyyn asetettavalla tähdellä. Tähti kertoo, että kirjalla voi olla nollasta äärettömään kirjoittajaa. Alla olevassa esimerkissä yhteyteen ei ole merkitty yhteyttä kuvaavaa tekstiä "kirjoittajat", mutta se kannattaisi selkeyden takia lisätä kaavioon.

Metodit merkitään luokkakaavioon normaalisti. Alla luokkaan Kirja on lisätty metodit getKirjoittajat ja lisaaKirjoittaja.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private String kustantaja;
    private ArrayList<Henkilo> kirjoittajat;

    // konstruktori

    public ArrayList<Henkilo> getKirjoittajat() {
        return this.kirjoittajat;
    }

    public void lisaaKirjoittaja(Henkilo kirjoittaja) {
        this.kirjoittajat.add(kirjoittaja);
    }
}

Ylläolevaan kaavioon voisi lisätä vielä ArrayListin sisältämien arvojen tyypin ArrayList<Henkilo> sekä yhteyttä tarkentavan määreen "kirjoittajat".

Mikäli luokkakaavioon ei merkitä nuolta, näkyy yhteys kummassakin oliossa. Alla esimerkki tilanteesta, missä kirja tietää kirjoittajansa ja henkilö tietää kirjoittamansa kirjan.

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;
    private Kirja kirja;

    // ...
}

public class Kirja {
    private String nimi;
    private String kustantaja;
    private ArrayList<Henkilo> kirjoittajat;

    // ..
}

Kuten yllä huomaat, oletuksena — eli kun viivan päätyyn ei merkitä tähteä — kyse on yhdestä viitteestä. Yllä olevat luokat ovat mielenkiintoiset, sillä henkilöllä voi olla vain yksi kirja.

Mikäli henkilöllä voi olla monta kirjaa ja kirjalla monta kirjoittajaa, merkitään tähti yhteyden kumpaankin päätyyn seuraavasti:

Nyt luokka Henkilo olisi muotoa:

import java.util.ArrayList;

public class Henkilo {
    private String nimi;
    private int ika;
    private ArrayList<Kirja> kirja;

    // ...
}

Perintä luokkakaavioissa

Perintä merkitään luokkakaavioon kolmion muotoisella nuolella. Kolmio on perittävän luokan päädyssä. Alla olevassa esimerkissä luokka Moottori perii luokan Osa.

Alla olevaan esimerkkiin on kirjoitettu auki muistavaa tuotevarastoa käsittelevän tehtävän luokkakaavio. Muistava tuotevarasto perii tuotevaraston, joka taas perii varaston. Muutoshistoria on erillinen luokka, jonka muistava tuotevarasto sisältää. Muistava tuotevarasto tietää muutoshistorian, mutta muutoshistoria ei tiedä muistavasta tuotevarastosta.

Abstraktien luokkien perintä toimii lähes samalla tavalla. Abstraktit luokat kuitenkin merkitään luokkakaavioon siten, että luokan nimen yläpuolella lukee <<abstract>>. Tämän lisäksi luokan nimi ja luokassa määritellyt abstraktit metodit kuvataan kursiivilla.

Rajapinnat luokkakaavioissa

Rajapinnat merkitään luokkakaavioissa muodossa <<interface>> RajapintaLuokanNimi. Tarkastellaan esimerkkinä rajapintaa Luettava.

public interface Luettava {

}

Metodit voidaan merkitä alle kuten luokkakaavioissa.

Rajapinnan toteuttaminen merkitään katkoviivalla ja kolmiolla. Alla on kuvattu tilanne, missä luokka Kirja toteuttaa rajapinnan Luettava.

Muistathan tarkistaa pistetilanteesi materiaalin oikeassa alareunassa olevasta pallosta!