この記事ではUML（統一モデリング言語）の代表的なもののひとつである「クラス図」について、用語の意味から作成方法、分かりやすく書くコツまで解説します。
用語の意味を正しく理解することは作業の効率化に繋がります。ぜひこの記事で理解を深めてくださいね。
目次
クラス図とは
クラス図はUML（統一モデリング言語）のひとつで、特徴は「システムの静的な構造・関係性を視覚的に表現するための図」であることです。
視覚的に表現、というのがポイントです。たとえばシステム開発の仕様書がすべて文字ベースだと、読み解く人はもちろん作成する人も大変な労力です。さらに文字ベースの仕様書だと、システムの抜け漏れにも気付きにくいです。
文字ベースの仕様書に対して、クラス図はシステム間の静的構造・関係性を図で表現したものです。記述ルールも統一されており、汎用性および保守性に優れています。
クラス図のメリット
主に下記の3点がクラス図を作成するメリットとして挙げられます。
- システム全体をグラフィカルに表現し、概要の把握と共有がしやすい。
- クラス図を参考に、別のUML図を使用して詳細を掘り下げやすい。
- システムの実装をせずに、クライアントに対してシステムの全体像を説明できる。
1番については上記でも解説したとおりです。ルールに基づいた記述で、視覚的にシステムの全体像を表現することができるので「何を目的にして作られたシステムなのか」を分かりやすくメンバー間で共有できます。
2番については、詳しくはこの記事では解説しません。「クラス図」はUMLの手法のひとつです。クラス図以外にも「アクティビティ図」「シーケンス図」などさまざまな手法があります。クラス図はUMLの中でも最も基本的な手法です。つまり、クラス図をもとにデータベース設計用のUML図、システムの処理の流れの確認用UML図などが作成できます。
3番については理解しやすいと思います。グラフィカルにシステム全体を表現すれば、エンジニア・非エンジニアに関わらず直感的に理解しやすくなります。クライアントと認識をすりあわせておくことで、後の仕様変更リスクを抑えることが可能です。
クラス図の使用例
クラス図がイメージしやすいよう、分かりやすい例を挙げてみましょう。
たとえば出退勤の管理システムを単純にクラス図で表現するなら「社員」と「会社」が登場します。そこから掘り下げると、「社員」のシステム（クラス）では日々の出退勤を記録し、「会社」のシステム（クラス）では入社日および退社日について記録します。
非常にシンプルなシステムですが、文字ベースで説明すると大変ですよね。しかし、クラス図を描けば視覚的に簡単にイメージを共有することができます。
社員の働いた記録を残す、システム（クラス）間のつながりについてイメージできたでしょうか。
クラス図を作成してみよう
クラス図を作成するには「クラス」と「属性」「操作」に対する理解が欠かせません。先にクラス図の全体像について、概要を説明します。
「クラス」には「属性」と「操作」がついてきます。上記でも使用した、社員管理システムを例にイメージしましょう。
たとえば、「社員」というクラスの中には「社員番号」「名前」「性別」といった属性があります。「操作」はもちろん「出勤」と「退勤」です。
関係するクラスの「会社」ではどうでしょうか。「属性」は会社の名前や住所、操作は、ここでは「入社」と「退社」にしておきましょう。最後に、「社員」クラスと「会社」クラスを線でつなぐことによって、お互いに関係があることが視覚的に理解できます。
ここまではクラス図作成のイメージを説明しました。以下では、実際にクラス図を1から作成する場合の手順について、具体的に解説します。
クラス図の書き方・ルールを解説
ここからは「属性」や「操作」について、具体的な書き方を解説しましょう。引き続き、社員の出退勤管理システムを例に解説していきます。
クラスが保有する要素は「属性名」に表される
クラス図を作成するときの第一歩は、登場するクラスをすべて洗い出すことです。出退勤管理システムの例では「社員」と「会社」だけですが、実際のシステム開発では登場するクラスはもっと多いです。
クラスをすべて洗い出せたら、次は「属性」をすべて洗い出して名前を付けましょう。「名前」「住所」「社員番号」「入社日」などが「社員」クラスの 属性名として考えられます。
ただし、どの要素を実装するかはプロジェクトによって変わります。実際の仕様については、クライアントとよく認識をすり合わせておきましょう。
どのような情報かを表す「型」
属性名の右側には情報の「型」が入ります。属性名が「名前」の場合は「文字列」などといったかんじです。
クラス図においては、実際のプログラミングに使用する型を記述する時もあれば、もうすこし単純に、文字列か数値か程度で表現する時もあります。「住所」であれば「文字列」になりますし、「社員番号」については型は「数値」であるほうがふさわしいでしょう。
「属性名：型＝初期値」でクラス内容を表現しよう
最後に初期値について。これは名前のとおり、最初に入れておくべき値（デフォルト値）になります。
以上の内容をまとめると、属性部分を記述は「属性名：型＝初期値」と表現されます。
「操作」するには操作名と戻り値を理解しよう
属性の下には「操作」が入ります。操作では、そのクラスで実行可能な内容が記述されています。勤怠管理システムであれば「出社時間」「退社時間」の操作が挙げられます。
最後に、操作プログラムを終了するための「戻り値」を設定しましょう。
以上の内容を記述すると、「操作名（引数：引数の型）：戻り値」と表されます。ちなみに、戻り値を設定しないときは「void」と設定しましょう。
アクセス範囲を見るときは「可視性」に注目しよう
「クラス」「属性」「操作」については理解しました。次は、そのシステムにアクセスできる範囲はどこまでか設定しましょう。システムにアクセスできる範囲を表現するものを「可視性」と言います。
勤怠管理システムの例でいうと、出退勤時間をチェックするには「社員」クラスからしか確認できないのか、もしくは「会社」クラスからでも確認できるか、というイメージです。
クラス図で可視性を表現する場合、要素名や操作の左側に記号で可視性が記入されます。すべて記号で表現されています。可視性は4種類のみなので、比較的覚えやすいかと思います。
「+」・・・すべてのクラスからアクセス可能
「-」・・・自クラスのみアクセス可能
「#」・・・自クラスおよび継承されているクラスからアクセス可能
「~」・・・同一パッケージ内のクラスからアクセス可能
クラス図を使い分ける方法とは
ここまでは勤怠管理システムを例に、可能な限りシンプルにクラス図の使い方を説明してきました。
しかし、実際のシステム開発はより複雑です。以下では、複雑なシステムのクラス図を作成する際に使用される、細かいクラス図の書き方を紹介します。
クラス間の「関連」と「多重度」「誘導可能性」とは
「関連」とは文字通り、クラス間の関係性を記述しています。
勤怠管理システムの例だと、「社員」と「会社」クラス間には雇用関係がありますよね。そのときはクラス間を線で結び、線の上に関連名（この場合は「雇用」「所属」など）を記述します。
「多重度」とは、「Aクラスから見た場合のBクラスが存在しうる数」です。少しわかりにくいですよね。勤怠管理システムの例で考えてみましょう。
「会社」クラスから見ると「社員」クラスは（従業員が1人以上存在する限り）複数存在するはずです。逆もしかりで、「社員」クラスからみて「会社」クラスは1つしか存在しません。この場合、クラス間をつなぐ線の端に、多重度を示す記号を表記します。
記号と意味は、下記のとおりです。
n・・・n(数字)のとおり
0,nまたは*・・・0以上
1..*・・・1以上
m..n・・・mからnまで
「誘導可能性」は、クラス同士のやりとりの方向性を表現します。勤怠管理システムの例だと、「社員」クラスから「会社」クラスの操作ができることはありえません。逆に、「会社」クラスから「社員」クラスへのアクセスは考えられます。
この場合、クラス間の関係を表す線は矢印とバツで表現します。
クラスの型を継承する「汎化」「特化」「実現」とは
あるクラスAの型を継承してより具体化したクラスBを作成した場合、この2クラスの関係性は具体的なクラスBと抽象的なクラスAという意味で「凡化」関係と言えます。
たとえば「営業社員」「事務社員」「技術社員」などのクラスを、より抽象的な「社員」クラスへと凡化することが可能です。また、逆に「社員」クラスからより具体的な「営業社員」「事務社員」「技術社員」などのクラスに具体化することを「特化」と言います。
下記で詳述する「インターフェース」ともつながりますが、共通操作を定義したクラスと個別動作を定義したクラス間の関係を「実現」と言います。詳しくは下記「インターフェースとは？」を参考にしてください。
クラスの「集約」と「コンポジット」とは
クラス同士の関係が「全体と部分」であるときに「集約」として表現されます。「会社」クラスという全体があり、「社員」クラスという部分があるイメージです。
「コンポジット」は集約の一種で、「全体」クラスが「個別」クラスの生成や削除の権利があるときに使用されます。「会社」クラスが「社員」クラスを自由に生成・削除可能な場合はコンポジットであると言えます。
クラス図で使われる「依存」は弱い関係性を表す？
クラス図には「依存」という言葉があります。依存というと密接な関係をイメージしますが、クラス図においてはまったく逆の意味なので注意しましょう。
クラス図での「依存」は「クラス間の弱い関係性がある」場合に使われます。たとえば「社員」「会社」クラスの間に「部署」クラスがあると仮定しましょう。
「会社」クラスは「社員」クラスを生成・削除できますが、普段は「部署」クラスを通してシステム処理をしているので「会社」「社員」クラスはつながりが弱いです。この場合、会社と社員クラスは「依存」であると言えます。
クラス間で共通している「インターフェース」とは？
インターフェースとは「クラスで共通した機能を定義だけしたもの」のことを指します。ここでは「車を操作するシステム」を例にイメージしましょう。
自動車・バス・トラックなど、車は種類を問わず「走る・止まる・曲がる」という操作が必須です。この必須動作の定義だけを記述したものを「インターフェース」と言います。
なお、インターフェースに定義した機能を実現したクラスを「実装クラス」と呼ぶことがあります。車のインターフェースであれば、実装クラスである「自動車」「バス」「トラック」などで、「走る」「止まる」「曲がる」を個別に実装しなければなりません。また更に、バスであれば「アナウンスをする」「ドアを開く」、トラックであれば「荷物の積み降ろし操作」など、個別の機能を追加で実装できます。
矢印の種類まとめ
クラス図の細かい使い方について、用語の理解はできたでしょうか。しかし、クラス図を作るためには用語の理解だけでなく作成まで対応しないといけません。
矢印の意味は上記ですべて説明しました。以下に説明した矢印をまとめています。矢印の種類と意味を一致させられるようにしましょう。
矢印の種類まとめ
見やすいクラス図を書くコツ
ここまで読んで、実際にクラス図を作成するイメージは湧きましたでしょうか。読んだだけでは難しいかもしれませんが、クラス図の利用は慣れです。日々の業務を頑張りましょう。
最後に、クラス図を上手に書くちょっとしたポイントをご紹介します。コツを意識するだけで見やすいクラス図を作成することができますので、ぜひ試してみましょう。
クラスをグルーピングする
クラス図を洗い出したとき、できるだけ機能や役割に関係があるクラスをちかくにまとめておきましょう。これを「グルーピング」と言います。
グルーピングするときは、クラスをまとめて四角形でくくりましょう。そのうえで、グループの名称を隅に記載しておくと分かりやすいです。
グルーピングしないとクラス間のつながりを示す線が冗長になり、見にくいクラス図になる恐れがあります。クラスの洗い出しをするときに気をつけるか、洗い出し後にグルーピングするようにするとよいです。
線は上から下、左から右に書く
クラス図は静的なシステムのつながりを表現した図ですが、時系列もできるだけ分かりやすくすると読みやすくなります。
一般的にはプログラム実行順に、はじめに動くほうが上もしくは左に記載しましょう。上から下、左から右にシステム処理のフローも記載すると良しです。
クラス図はUMLの基本
簡単そうで意外とルールが多いクラス図について解説しました。
UMLにはほかにもさまざまな手法があります。しかし、あれこれと手を出すのではなく、まずはクラス図について理解を深めるのをおすすめします。なぜなら、ほかのUML図でも「クラス」の概念を理解していないと正しく理解するのが難しいからです。
繰り返しになりますが、クラス図は実際に作ってみる・読んでみることで上手に活用できるようになります。実践の中で慣れていきましょう。
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