程序员眼中的UML(4)

--类图释疑之一，Attribute和Property之区别

上一篇中提出了很多问题，其中最令人费解的可能就是Attribute和Property之区别了吧。我在网络上寻找良久也没有发现好的解释，反而发现了很多混乱的解释和用法。因此，依靠OMG网站上的UML规范以及自己的理解，整理出了这篇文章。

UML中的Attribute和Property之区别

在很多人的脑海中，Attribute就是类的属性，Property呢？好像也是类的属性？因此有很多人不加区别的统一称为类的属性，尤其是在写中文文章的时候。这种心理是典型的鸵鸟心态，眼不见为净。其实稍微用脚想一下就知道，事实肯定不是这样的，UML中既然发明了这两个术语，显然不是用来冗余的。它们之间肯定有着千丝万缕的联系与区别。

各种各样的面向对象语言、各种组件技术、模板技术、Web Service技术，其中大部分涉及到了“属性”这个概念，而其英文术语则常常是Attribute、Property或者Field。很多人一概称之为“属性”，有的地方确实可以不加区分，但有的地方却是差之毫厘、谬以千里。我对于这些纷纷扰扰的技术和术语也很苦恼，但是我们至少可以通过UML中的这两个术语的解释找到一个可以参考的标准。无论如何，UML是面向对象技术的集大成者和事实上的标准。

UML1.4中的Attribute和Property

造成Attribute和Property理解混乱的罪魁祸首有一半是OMG自己，因为在UML1.4以前的规范中，Property并没有当作一个标准的术语出场，而是叫做Element Properties。其定义如下[1]：

Many kinds of elements have detailed properties that do not have a visual notation. In addition, users can define new element properties using the tagged value mechanism. A string may be used to display properties attached to a model element. This includes properties represented by attributes in the metamodel as well as both predefined and user-defined tagged values.

许多模型元素含有详细的特性（properties），它们并没有可视化的符号。另外，用户可以使用标记值（tagged value）机制定义新的模型元素特性。一个字符串可以被用来显示附着在模型元素上面的特性。它包括在元模型中用来表示特性（properties）的属性（attribute）以及预定义和用户自定义的标记值。

从上面的定义可以看出，OMG的本意是将Property作为表示模型元素特性的统一术语。模型元素是UML所有建模元素的顶层父类和原子成分，Class也是一种模型元素。因此Property是用来修饰一部分模型元素的，而不仅仅是用来修饰Class的。另外一层含义是，Property包含了Attribure和tagged value，它的概念范围应该比Attribute要大。

再来看看Attribute在UML1.4规范中的定义[2]：

An attribute is a named slot within a classifier that describes a range of values that instances of the classifier may hold. In the metamodel, an Attribute is a named piece of the declared state of a Classifier, particularly the range of values that Instances of the Classifier may hold.

一个属性（attribute）是类元（classifier）中的一个命名的槽（named slot），它用来描述此类元的实例可能拥有的取值范围。在元模型中，一个属性是一个类元的可命名的声明状态，尤其表示了这个类元的实例可能拥有的取值范围。
          由此可知，Attribute是与Classifier相关联的术语，它比Property的影响范围要小。Class是Classifier的子类，因此Attribute也可以表示Class的属性。从上面的定义还可以看出，Attribute可以是Classifier的实例的命名的槽。对于Class来说，其实例就是Object，Object的槽就是对象的属性值槽。因此，Attribute是可以作为对象的属性的。而Property似乎没有这一层的含义。按MOF（元对象设施，OMG的另一个规范，后面会有详细解释）的模型层次划分，Attribute涉及的模型层从M2到M0，而Property似乎只是M2层的概念。

很客观的说，UML1.4中对于这两个术语并没有很清晰的定义，但是其区别还是显而易见的。Attribute应该是UML1.4中的宠儿，而Property连一个单独的术语都没有捞到。谁也没想到在UML2.0中风云突变，Attribute从类图中消失了，而Property堂而皇之入主中原。

UML2.0抛弃Attribute了么？

当我看到UML2.0的类图元模型的那一刹那，第一个感觉就是“Attribute哪儿去了？”下面是UML2.0中的Core::Basic包中的类图元模型[3]：

从图中可以清晰的看到，Class仅仅聚合了两个元素：Property和Operation。而Attribute却从类图元模型中消失了。

先看看此元模型中Property的定义[4]：

A property is a typed element that represents an attribute of a class.

一个特性（property）是一个有类型的元素（typed element），它代表了一个类中的一个属性（Attribute）。

哇，这个定义是不是在搞笑？各位别急，别忘记了UML2.0中的类图元模型可不止一个，它的类图元模型是由三个分散的部分组成的。除了上面提到的Core::Basic::Class Diagram之外，还有Core::Constructs::Class Diagram和Class Diagram from Kernel Package。下面再来看看Core::Constructs::Class Diagram[5]：

可以看出这个图与上面的不同之处是加入了Classifier和Association，Class、Property和Operation三巨头还在。这个图对于Property的定义几乎可以解开我心中的疑惑了：

A property is a structural feature of a classifier that characterizes instances of the classifier. Constructs::Property merges the definition of Basic::Property with Constructs::StructuralFeature.

When a property is owned by a class it represents an attribute. In this case it relates an instance of the class to a value or set of values of the type of the attribute.

When a property is owned by an association it represents a non-navigable end of the association. In this case the type of the property is the type of the end of the association.

Property represents a declared state of one or more instances in terms of a named relationship to a value or values. When a property is an attribute of a classifier, the value or values are related to the instance of the classifier by being held in slots of the instance. When a property is an association end, the value or values are related to the instance or instances at the other end(s) of the association (see semantics of Association).

一个property是一个类元（classifier）的结构化特征，它用来刻画这个类元的实例。Constructs包中的Property（Constructs::Property）结合了Basic::Property和Constructs::StructuralFeature的定义。

当一个property被一个class拥有时它代表一个attribute。在这种情况下，它将一个class的实例联系到一个具体值或者一组值，这些值的类型符合attribute的类型。

当一个property被一个连接（association）拥有时它代表一个非导向的连接端。在这种情况下这个property的类型就是这个association的连接端的类型。

Property表达了一个或者一些实例的声明状态，它使用了一个命名的关系将实例连接到一个值或者一组值。当一个property是一个classifier中的attribute的时候，它通过将值储存在这个classifier的实例的槽（slot）中来给一个实例赋值。当一个property是一个关联端（association end）的时候，它的值被关联到association另一个关联端的实例。

从上面的定义中可以看出，Property同时代表了Attribute和Association end，如果它的owningAssociation不为空，则表明它属于一个Association，这时它代表了一个关联端；如果它的owningAssociation为空，则表明它不属于一个Association，这时它代表了类的一个Attribute。同时，Property继承了UML1.4中的定义，它可以用来表示标记值（Tagged Value）。

那么Attribute呢？UML2.0彻底抛弃它了么？不是的，它的定义依然存在[6]：

A structural feature of a classifier that characterizes instances of the classifier. An attribute relates an instance of a classifier to a value or values through a named relationship.

一个类元的结构特征，它能够刻画这个类元的实例。一个Attribute通过一个命名的关系将一个类元的实例联系到一个或者一组具体值。

比起UML1.4中的定义，这个定义要简洁多了，Attribute这里仅仅指一个类元的结构特征，可以将类元的实例联系到一个或者一组具体值。而没有提到实例的槽（slot）等等。我猜想，这是因为UML2.0中已经把Attribute作为Property的一个子集了，所以关于实例的槽（slot）等等的具体赋值方法，都归结到Property的定义中解释了。

另外一点值得注意的是，Attribute的定义来自于术语表，而没有在元模型图中出现。而Property出现在元模型图中，并且都做了详细而具体的解释。这一点可以看出，UML强化Property，弱化Attribute的决心。

Attribute和Property的总结

这一节对Attribute和Property作一个小结，基于目前最新的UML2.0规范：

l         总体上来说，Attribute是Property的子集，Property会在适当的时机表现为Attribute；

l         Property出现在类图的元模型中，代表了Class的所有结构化特征；Attribute没有出现在元模型中，它仅仅在Class的概念中存在，没有相应的语法了；

l         Property有详细的定义和约束，而Attribute没有详细的定义，因此也不能用OCL写出其约束。

l         Property和Attribute都是M2层的概念。在M1层，它们的实例是具体类的属性；在M0层，它们的实例的实例是具体对象的槽中存储的值。

上面多次提到了MOF的四层模型，这应该是属于MDA范畴中的概念，下面这一小节给出一个例子，希望能够说明Attribute和Property及其实例在不同的模型层中扮演的角色。

元模型图、模型图、对象图

MOF的四层模型分别是：元元模型层（M3）、元模型层（M2）、模型层（M1）、运行时（M0）。其中元元模型层包含了定义建模语言所需的元素；元模型层定义了一种建模语言的结构和语法；模型层定义了一个具体的系统的模型；运行时包含了一个模型的对象在运行时的状态等。

本文涉及到的有M2、M1和M0层，下面给出一个例子，首先是M2层，它可以定义一个建模语言的结构和语法，例如：

这是一个简要的元模型图，它表示Class由Property和Operation组成，这张图符合UML2.0的概念，但是我们也可以这样画：

这样一来，Class包含三种元素：Attribute、AssociationEnd和Operation，这样我们就创建了一个新的元模型，也可以说创建了一个小的新建模语言。虽然它不符合UML2.0规范。

M1层模型就是我们通常简称的“模型”，它是系统的标准化表示，一般用建模语言来表示一个软件系统，例如下面的汽车和人的系统：

其中Car类表示汽车的模型，它有两个属性price和type，另外还有一个关联端owner（表示车主），这些都是Property的实例。Person类也有两个属性age和name，还有一个关联端car。可以看出，M1层模型中的元素都是M2层模型元素的实例，例如：

Car和Person是Class的实例；price、type、age、name以及car、owner都是Property的实例；run()和drive()都是Operation的实例。

所谓“建模”实际上就是利用M2层定义的元模型作为建模语言来定义M1层的模型。

再来看看M0层，汽车和人系统的运行时对象图如下：

因为不态熟悉对象图，所以其中可能有疏漏，不过其意义是一目了然的。其中具体的对象属性就是Property的实例的实例了。例如type=medium，medium是M1层模型中type的实例值，type是M2层中Property的实例值。

后记

总算将这一篇写完了，在群里面和阿飞仔细讨论了好久，真的是非常辛苦，但是我觉得弄清楚了Attribute和Property的区别是非常有意义的。它们所涉及的范围很广，可谓知十而闻一。这篇似乎不能够叫“程序员眼中的UML了”，因为涉及了好多MDA的知识，而且离代码很远。不过我尽量写得清楚通俗一点，文中出现的术语都作了解释，希望能够让大家看懂。

文中的术语翻译来自于《UML参考手册》[7]，因为UML很多术语的翻译不统一，因此我用了这本很著名的UML书的译法。同时注明了英文原文。

参考文献

1．  UML1.4-01-09-67文档 289页

2．  UML1.4-01-09-67文档 80页

3．  UML 2.0 Infrastructure Final Adopted Specifcation03-09-15文档109页

4．  UML 2.0 Infrastructure Final Adopted Specifcation03-09-15文档111页

5．  UML 2.0 Infrastructure Final Adopted Specifcation03-09-15文档123页

6．  UML 2.0 Infrastructure Final Adopted Specifcation03-09-15文档17页

7．  UML参考手册