Class Diagram là gì?

Class Diagram được biết đến là biểu đồ lớp. Nó là một phần quan trọng của Unified Modeling Language, chuyên được dùng để mô tả cấu trúc hệ thống phần mềm qua lớp, phương thức, thuộc tính và mối quan hệ giữa chúng. Class Diagram giúp cho lập trình viên có thể hiểu rõ quá trình hoạt động của phần mềm và là cơ sở để bảo trì mã nguồn và phát triển sau này.

Class Diagram là gì?

Khi nào nên sử dụng Class Diagram?

Class Diagram thường được sử dụng trong những trường hợp cụ thể sau đây:

Thiết kế hệ thống

Khi bắt đầu thiết kế hệ thống, Class Diagram giúp bạn xác định và mô hình hóa các lớp và đối tượng chính của hệ thống. Trong giai đoạn phân tích và thiết kế, nó giúp kiến trúc sư phần mềm và nhà phát triển hiểu rõ cấu trúc tĩnh của hệ thống. Lúc này, Class Diagram sẽ Biểu diễn các lớp, thuộc tính, phương thức và các mối quan hệ giữa các lớp như kế thừa, kết hợp, và phụ thuộc.

Giao tiếp giữa các bên

Trường hợp cần trình bày cấu trúc hệ thống cho các bên liên quan như khách hàng, nhà phát triển, quản lý dự án hoặc trong trường hợp giải thích cách hệ thống hoạt động ở mức độ cao. Biểu đồ lớp giúp các bên liên quan hiểu rõ hệ thống bằng cách biểu diễn một cách trực quan các thành phần chính và cách chúng tương tác với nhau.

Tạo các đoạn code

Khi bạn muốn tạo ra các đoạn mã cơ bản từ Class Diagram. Bên cạnh đó, các công cụ UML hiện đại cho phép tự động sinh mã từ Class Diagram, giúp giảm thiểu lỗi và tiết kiệm thời gian. Class Diagram sẽ cung cấp mô hình mà từ đó có thể sinh ra các mã nguồn cho các lớp, bao gồm định nghĩa các thuộc tính, phương thức và các mối quan hệ.

Phục vụ Testing

Khi cần xác định các thành phần cần kiểm thử (testing) hoặc xác định các mối quan hệ và phụ thuộc giữa các lớp để thiết kế các trường hợp kiểm thử (test cases). Biểu đồ lớp giúp người kiểm thử hiểu rõ cấu trúc của hệ thống, từ đó xác định các lớp và phương thức cần kiểm thử.

Kỹ thuật đảo ngược

Khi cần tạo lại tài liệu thiết kế từ mã nguồn có sẵn hoặc trường hợp hiểu và phân tích hệ thống hiện tại mà không có tài liệu thiết kế ban đầu. Class Diagram có thể được tạo ra từ mã nguồn hiện có để biểu diễn cấu trúc của hệ thống, giúp dễ dàng hơn trong việc bảo trì và phát triển hệ thống sau này.

Các thành phần chính trong Class Diagram

Class Diagram sẽ gồm có 4 thành phần chính sau đây:

Name Class

Name Class được biết đến là thành phần chính của Class Diagram. Nó thường đại diện cho một đối tượng cụ thể ở trong hệ thống. Thành phần này sẽ mô tả một nhóm đối tượng cụ thể có cùng tính chất, hành động trong hệ thống. Name Class thường được viết in hoa chữ cái đầu tiên và đặt ở giữa phần trên cùng của hình chữ nhật.

Attribute Class

Attribute thường chỉ những thông tin hoặc đặc điểm liên quan đến Name Class. Chúng thường được sử dụng nhằm mục đích mô tả tính chất đối tượng. Attribute được liệt kê trong phần giữa của hình chữ nhật, dưới tên lớp.

Operation Class

Operation Class là các hành động hoặc chức năng mà lớp có thể thực hiện. Mỗi phương thức bao gồm tên, danh sách tham số và kiểu dữ liệu trả về. Nó thường được liệt kê trong phần dưới cùng của hình chữ nhật, dưới danh sách thuộc tính.

Các thành phần chính trong Class Diagram

Visibility Notation

Visibility Notation  là xác định phạm vi mà thuộc tính hoặc phương thức có thể được truy cập. UML sử dụng các ký hiệu đặc biệt để biểu thị độ truy cập này.

Định hướng tham số trong Class Diagram

Định hướng tham số trong Class Diagram sẽ được chia ra làm 3 loại cơ bản sau đây:

Input

Input là tham số được truyền vào phương thức và sử dụng bên trong của phương thức. Ngoài ra, phương thức sẽ không thay đổi giá trị của tham số. Input không có ký hiệu đặc biệt vì đây là tham số mặc định. Với một số trường hợp đặc biệt, có thể ký hiệu là “in” để rõ ràng hơn.

Output

Output là tham số đầu ra được phương thức sử dụng để trả về giá trị sau khi thực hiện một số tác dụng. Giá trị của tham số sẽ được phương thức thay đổi. Trong UML, output sẽ được ký hiệu là “out”

InOut

Inout là tham số được truyền vào phương thức và có thể được thay đổi bởi phương thức. Phức thức có thể dùng giá trị ban đầu của tham số và cập nhật nó. Trong UML, nó thường được ký hiệu là “inout”

Phân loại Relationship trong Class Diagram

Trong Class Diagram, Relationship giữa các lớp đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả cấu trúc và hành vi của hệ thống. Sau đây sẽ là phân loại của từng Relationship:

Association

Đây là loại quan hệ phổ biến nhất giữa các lớp, biểu thị sự kết nối giữa hai hoặc nhiều lớp. Liên kết thể hiện rằng các đối tượng của các lớp này có thể tương tác với nhau.  

Directed Association

Directed Association là loại liên kết mà có một hướng cụ thể từ một lớp này tới lớp khác, biểu thị mối quan hệ định hướng giữa chúng.

Aggregation

Đây là một dạng đặc biệt của Aggregation, nhưng mạnh hơn, biểu thị mối quan hệ "là thành phần của" (part-of). Trong Composition, lớp thành phần không thể tồn tại độc lập mà phải thuộc về một lớp tổng thể cụ thể.

Composition

Composition là một dạng đặc biệt của Aggregation, nhưng mạnh hơn, biểu thị mối quan hệ "là thành phần của" (part-of). Trong Composition, lớp thành phần không thể tồn tại độc lập mà phải thuộc về một lớp tổng thể cụ thể.

Generalization (Inheritance)

Đây là quan hệ phân cấp giữa một lớp cha (superclass) và một hoặc nhiều lớp con (subclass). Lớp con thừa hưởng các thuộc tính và phương thức của lớp cha.

Realization (Interface Implementation)

Realization là quan hệ giữa một giao diện và một lớp thực hiện giao diện đó. Lớp thực hiện sẽ cung cấp chi tiết cụ thể cho các phương thức được định nghĩa trong giao diện.

Dependency

Đây là quan hệ tạm thời, mô tả rằng một lớp phụ thuộc vào một lớp khác (supplier) vì nó sử dụng các chức năng của lớp đó.

Multiplicity

Đây là thuộc tính của Association, Aggregation và Composition để biểu thị số lượng đối tượng của một lớp có thể liên kết với bao nhiêu đối tượng của lớp khác.

Lợi ích khi sử dụng Class Diagram

Sử dụng Class Diagram sẽ đem đến các lợi ích sau đây:

Mô hình hóa các cấu trúc của Class

Class Diagram giúp mô hình hóa các cấu trúc của các lớp trong hệ thống một cách trực quan. Nó sẽ bao gồm việc định nghĩa các attributes và methods của từng lớp.

Hiển thị rõ ràng cấu trúc: Giúp các thành viên trong nhóm phát triển hiểu rõ hơn về cách các lớp tương tác với nhau và dữ liệu nào được quản lý bởi từng lớp.

Phát hiện lỗi sớm: Nhìn vào sơ đồ, các nhà phát triển có thể phát hiện ra các vấn đề thiết kế tiềm tàng trước khi chúng trở thành lỗi trong quá trình lập trình.

Hiểu rõ hơn về các Relationships

Biểu đồ lớp không chỉ mô tả các lớp mà còn làm rõ các mối quan hệ  giữa chúng, bao gồm các loại quan hệ như aggregation, composition, inheritance và association.

Tạo ra một cái nhìn tổng thể: Giúp các thành viên trong nhóm hiểu được cấu trúc tổng thể của hệ thống và cách các thành phần liên quan với nhau.

Giảm thiểu xung đột: Giúp tránh các mâu thuẫn và hiểu lầm giữa các thành viên trong nhóm về cách các lớp nền tương tác.

Công cụ giao tiếp giữa các bên

Class Diagram là một công cụ quan trọng để giao tiếp giữa các nhà phát triển, kiến trúc sư hệ thống, quản lý dự án, và các bên liên quan khác.

Tạo ra một ngôn ngữ chung: Sử dụng sơ đồ lớp giúp tất cả các bên liên quan nói cùng một ngôn ngữ, dễ dàng trao đổi ý tưởng và yêu cầu.

Tăng cường sự hiểu biết: Giúp các bên không chuyên về kỹ thuật (như khách hàng) có thể hiểu được cách hệ thống sẽ được xây dựng và hoạt động.

Lên kế hoạch triển khai chi tiết

Class Diagram hỗ trợ lập kế hoạch triển khai chi tiết bằng cách cung cấp một cái nhìn rõ ràng về cấu trúc hệ thống.

Xác định yêu cầu cụ thể: Giúp xác định rõ ràng các yêu cầu và chức năng cần thiết của từng lớp, từ đó lên kế hoạch triển khai chi tiết và phân công công việc cụ thể.

Dễ dàng quản lý sự thay đổi: Khi có sự thay đổi yêu cầu, sơ đồ lớp giúp xác định nhanh chóng các lớp và mối quan hệ cần điều chỉnh, giảm thiểu rủi ro trong quá trình phát triển.

Tạo ra các đoạn mã hữu ích

Nó có thể được sử dụng để tạo ra các đoạn mã mẫu hoặc thậm chí là tự động sinh mã (code generation) thông qua các công cụ CASE (Computer-Aided Software Engineering).

Tiết kiệm thời gian: Giảm thời gian viết mã thủ công bằng cách tự động sinh ra các khung mã từ sơ đồ lớp.

Đảm bảo tính nhất quán: Đảm bảo rằng mã nguồn thực tế phản ánh chính xác thiết kế ban đầu, giảm thiểu sai sót và giữ cho hệ thống được phát triển theo đúng thiết kế đã đề ra.

Cách thiết kế Class Diagram cơ bản

Thiết kế Class Diagram là quá trình linh hoạt được điều chỉnh, cập nhật qua sự phát triển và yêu cầu của hệ thống phần mềm. Nó sẽ trải qua các bước cơ bản sau đây:

Bước 1: Xác định các Class

Trước tiên, cần phải thu thập các thông tin liên quan đến phi chức năng và yêu cầu chức năng của hệ thống. Khi đã có đầy đủ dữ liệu, bạn sẽ cần phân tích những quy trình, tính năng liên quan.

Bước 2: Liệt kê các Attributes và Methods

Thông qua kết quả phân tích, bạn cần liệt kê các Attributes và Methods trong hệ thống. Mỗi lớp sẽ cần đặt tên, mô tả rõ ràng những trách nhiệm, chức năng của nó.

Bước 3: Xác định Relationships phù hợp

Phân tích mối quan hệ giữa Attributes và Methods và xác định Relationship phù hợp trong các mối quan hệ.

Bước 4: Tạo các Box cho Class

Mỗi Class sẽ được biểu diễn dưới dạng một box hình chữ nhật. Chia box thành ba phần: tên Class ở trên cùng, Attributes ở giữa, và Methods ở dưới cùng

Bước 5: Thêm Attributes và Methods vào trong các Box

Thêm tên Attributes và Methods vào các phần tương ứng trong box của Class

Bước 6: Vẽ các Relationships

Sử dụng các đường kẻ để kết nối các Class với nhau theo các loại quan hệ đã xác định ở bước 3. Đồng thời, dùng các ký hiệu mũi tên, kim tự tháp, kim cương rỗng/đặc để biểu diễn các loại quan hệ khác nhau.

Bước 7: Đánh giá lại Class và điều chỉnh lại cho phù hợp

Đảm bảo rằng các Class và mối quan hệ phản ánh đúng yêu cầu của hệ thống. Sau đó, thêm, bớt, hoặc thay đổi các Class, Attributes, Methods và Relationships nếu cần thiết.

Bước 8: Sử dụng các công cụ kỹ thuật số để thiết kế

Sử dụng các công cụ kỹ thuật số như Microsoft Visio, Lucidchart, Draw.io, hoặc phần mềm chuyên dụng UML như StarUML, Enterprise Architect. Thực hiện tạo Class Diagram trên công cụ kỹ thuật số, lưu trữ và chia sẻ với đội ngũ phát triển.

Trên đây là thông tin chi tiết liên quan đến Class Diagram là gì? Hy vọng chúng tôi đã giúp bạn dễ dàng làm quen với các quy tắc, tính chất cơ bản trong quá trình tạo biểu đồ lớp. Hãy tiếp tục đồng hành với Bizfly Cloud để cập nhật thêm những thông tin hữu ích khác.