什么是UML类图，成员的关系是什么？

Question

《流畅的python》经常提到UML类图（比如第三章讲集合运算的时候用了下图），请问：

（1）什么是UML类图？
（2）Collection，Set和MutableSet分别指什么？
（3）它们的相互关系（两个箭头符号代表什么？）
尽量通俗易懂地解答。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

（1）什么是UML类图？

UML类图是一种统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）的图形表示法，用于描述软件系统的静态结构。在UML类图中，主要通过图形符号来展示类（Class）、接口（Interface）、继承关系、关联关系、聚合关系、组合关系以及依赖关系等元素。它可以帮助开发者理解系统中的类和它们之间的关系，从而更好地设计和实现代码。

• 类：用一个矩形框表示，其中包含类名、属性（Attributes）和操作（Methods）。
• 关系：
  • 继承（Inheritance）：通常用带空心三角箭头的实线指向父类，表示子类继承父类的属性和方法。
  • 实现（Realization）：接口与类之间用带空心三角箭头的虚线连接，表示类实现了接口定义的所有方法。
  • 关联（Association）：一般用直线表示，两端带有数字或箭头，表示类与类之间存在的联系及数量关系。
  • 聚合（Aggregation）：用空心菱形加实线表示，表示整体与部分的关系，部分可以独立于整体存在。
  • 组合（Composition）：用实心菱形加实线表示，同样表示整体与部分的关系，但部分不能脱离整体而单独存在。
  • 依赖（Dependency）：用带箭头的虚线表示，表示一个类依赖另一个类的服务，或者类A的变化可能会影响到类B。

由于您提到的图片无法显示，我将根据您的问题进行假设性解答：

（2）Collection, Set 和 MutableSet 分别指什么？

这里提到的是Python集合框架的一部分概念：

• Collection：在Python标准库中，并没有直接名为Collection的类，但在抽象层次上，所有序列类型（如列表、元组）、映射类型（如字典）以及其他容器类型（如集合set）都可以认为是集合的一种，它们都实现了collections.abc.Collection抽象基类，提供了诸如len()、in 和 for 循环迭代等基本操作。

• Set：Python中的set是一个无序且不包含重复元素的数据集合。它提供了一些数学集合操作，例如并集、交集和差集。

• MutableSet：在Python的collections.abc模块中，MutableSet是一个抽象基类，它扩展了Collection并添加了对可变集合所需的方法，比如添加和删除元素。实际应用中，Python内置的set类就是MutableSet的一个具体实现。

（3）它们的相互关系（两个箭头符号代表什么？）

在UML类图中，如果Collection、Set和MutableSet形成一种继承或实现关系，那么箭头符号可能会表示以下含义：

• 如果箭头从Set指向Collection，意味着Set是Collection的一个子类或特殊化，继承了Collection的特性并可能增加或修改某些行为。

• 如果箭头从MutableSet指向Set，则表示MutableSet是Set的一个子类或实现，增加了对集合内容进行修改的能力。

请注意，由于您未提供具体的UML类图，上述解释是基于通用的UML语义做出的推测。在实际的Python集合框架中，类之间的关系可能是抽象基类与其实现类之间的关系。例如：

+-----------------------+
|   collections.abc     |
|                        |
|   Collection          |
+-----------------------+
       | 实现/继承
+-----------------------+
|      abc.Set          |
+-----------------------+
       | 实现/继承
+-----------------------+
|   collections.MutableSet|
|                        |
|    (例如: set 类)    |
+-----------------------+

在这个模拟图中，尽管Python并没有这样明确的层级结构，但为了便于理解，我们假设有一个类似的抽象层次关系，其中MutableSet可能是某种形式地“实现”了Set所定义的行为规范。实际上，Python中的set类虽然不直接引用这些抽象基类，但它确实符合MutableSet这样的接口约定。