1 • Diagramy UML

UML, diagramy, schémata programu, datových struktur, databází

Co je UML

UML (Unified Modeling Language) je standardizovaný grafický jazyk pro vizualizaci, návrh a dokumentaci softwarových systémů. Vznikl v 90. letech sloučením tří dřívějších metod (Booch, Rumbaugh OMT, Jacobson OOSE).

K čemu UML slouží

Komunikace v týmu mezi vývojáři, analytiky a zákazníkem
Dokumentace architektury systému
Návrh před samotným kódováním (analýza, plánování)
Reverse engineering existujícího kódu do diagramů
Code generation z diagramů (vzácné, ale možné)

Rozdělení UML diagramů

Drobnost: zápisky uvádí 6 typů. UML 2.x specifikuje 14 typů diagramů, rozdělených do dvou hlavních kategorií. Pro maturitu nemusíš znát všech 14 detailně, ale mít přehled se vyplatí.

Skupina	Účel	Otázka
Strukturální (7)	Statická struktura systému	Z čeho je systém složený?
Behaviorální (7)	Dynamické chování	Jak systém funguje?

Strukturální diagramy

Diagram	Co ukazuje
Class diagram	Třídy, atributy, metody, vztahy
Object diagram	Konkrétní instance tříd v daný moment
Package diagram	Logické skupiny tříd (moduly)
Component diagram	Softwarové komponenty a jejich rozhraní
Composite structure	Vnitřní struktura komponenty
Deployment diagram	Fyzické nasazení (servery, hardware)
Profile diagram	Rozšíření UML pro doménu (málokdy potřeba)

Behaviorální diagramy

Diagram	Co ukazuje
Use case diagram	Co může uživatel se systémem dělat
Activity diagram	Tok aktivit (jako vývojový diagram)
State machine	Stavy objektu a přechody mezi nimi
Sequence diagram	Časová posloupnost zpráv mezi objekty
Communication diagram	Vztahy mezi objekty (bez časové osy)
Timing diagram	Změny stavu v čase
Interaction overview	Kombinace activity a interakce

V praxi se nejčastěji potkáš s těmito 5: Class, Use Case, Activity, State Machine, Sequence.

Class diagram (diagram tříd)

Nejdůležitější UML diagram. Slouží jako návod pro programátora: musí být úplný a konkrétní.

Anatomie třídy

Viditelnost (visibility modifiers)

Symbol	Význam	Java/C# ekvivalent
`+`	Public	`public`
`-`	Private	`private`
`#`	Protected	`protected`
`~`	Package	`internal` (C#) / package-private (Java)

Speciální značení

	Jak
Abstraktní třída	Název kurzívou nebo stereotyp `<<abstract>>`
Statický člen	Podtržené
Rozhraní	Stereotyp `<<interface>>` nad názvem
Enumeration	Stereotyp `<<enumeration>>`
Abstraktní metoda	Kurzívou

Příklad: dědičnost a rozhraní

Object diagram (diagram objektů)

Zachycuje konkrétní instance tříd v jednom okamžiku za běhu systému. Ukazuje skutečné hodnoty atributů, bez metod a bez násobnosti.

Object diagram je vlastně "snapshot" class diagramu se skutečnými hodnotami.

Package diagram (diagram balíčků)

Sdružuje třídy do logických celků (modulů). Pro přehled architektury velkých systémů.

Šipka mezi balíčky znamená závislost (balíček A používá balíček B).

Component diagram

Ukazuje softwarové komponenty (knihovny, moduly, služby) a jejich rozhraní. Komponenta je samostatně nasaditelná jednotka.

○ = required interface (potřebné), ) = provided interface (poskytované).

Use Case diagram (diagram užití)

Vizualizuje interakce mezi aktérem (uživatelem) a systémem. Odpovídá na otázku: co může uživatel se systémem dělat?

Klíčové prvky

Prvek	Význam
Actor (postavička)	Uživatel nebo externí systém
Use case (elipsa)	Akce, kterou aktér s systémem dělá
System boundary (obdélník)	Hranice systému
Association (čára)	Aktér používá use case
`<<include>>`	Use case A vždy zahrnuje use case B (přihlášení)
`<<extend>>`	Use case B volitelně rozšiřuje A (zapomenuté heslo)
Generalization	Dědičnost mezi use cases nebo aktéry

Praktická pravidla

Aktér je role, ne konkrétní osoba
Use case popisuje co, ne jak (žádné implementační detaily)
Use case má vždy konkrétní výsledek pro aktéra
Vícenásobné role: jeden uživatel může být v různých kontextech různý aktér

Activity diagram (diagram aktivit)

Tahle sekce v původních zápiscích chyběla, přitom je to vlastně moderní verze vývojového diagramu a komise se ráda ptá.

Popisuje tok aktivit, podobně jako vývojový diagram. Velmi vhodný pro modelování business procesů a algoritmů.

Klíčové elementy

Tvar	Význam
● (plný kruh)	Začátek
⬤ (kruh v kruhu)	Konec celého toku
⊗ (kruh s X)	Konec jedné větve, ne celého toku
Zaoblený obdélník	Krok aktivity
◇ (kosočtverec)	Větvení (if/switch), s `[guard]`
◇ (kosočtverec)	Spojení po větvení
▬ (tlustá čára)	Paralelní rozdělení
▬ (tlustá čára)	Synchronizace paralelních větví
Sloupec	Kdo akci provádí (oddělení/role)

State machine diagram (stavový diagram)

Popisuje životní cyklus objektu: stavy, ve kterých se může nacházet, a přechody mezi nimi.

Elementy

Element	Význam
State	Stav, ve kterém objekt je
Transition	Přechod mezi stavy, popsaný `událost [guard] / akce`
Initial state ●	Startovní stav
Final state ⬤	Konečný stav
Composite state	Stav obsahující vnořené substavy
Self-transition	Přechod do sebe (při události provede akci)
Guard `[podmínka]`	Přechod proběhne jen pokud podmínka platí
Entry / exit / do	Akce při vstupu / opuštění / průběhu stavu

Sequence diagram (sekvenční diagram)

Zobrazuje časovou posloupnost zpráv mezi objekty. Kdo komu volá a v jakém pořadí. Čas plyne shora dolů.

Klíčové elementy

Element	Význam
Lifeline (svislá přerušovaná čára)	Časová osa objektu
Activation bar (úzký obdélník na lifeline)	Doba, kdy objekt něco vykonává
Synchronous message (plná šipka)	Volání, čeká na návrat
Asynchronous message (otevřená šipka)	Volání, nečeká
Return message (přerušovaná šipka)	Návratová hodnota
Self-message	Volání na sebe
Object creation	Šipka přímo na objekt
Object destruction	× na konci lifeline

Combined fragments (rámečky)

Pro řízení toku v sequence diagramu:

Fragment	Co dělá
`alt`	Alternativa (if-else)
`opt`	Volitelná akce (if)
`loop`	Cyklus
`par`	Paralelní vykonání
`break`	Předčasné ukončení
`critical`	Kritická sekce

Communication diagram (komunikační diagram)

Alternativa k sequence diagramu. Zaměřuje se na vztahy mezi objekty, ne na časovou osu. Zprávy jsou číslovány.

Sequence i Communication diagram zobrazují stejné informace, jen z jiného úhlu. Lze mezi nimi automaticky konvertovat.

Vztahy v UML class diagramu

Vztah	Značka	Význam
Asociace	`───────`	Základní vztah, objekty si o sobě "vědí"
Agregace	`───────◇`	Celek-část, část přežije celek
Kompozice	`───────◆`	Silná vazba, část bez celku nedává smysl
Generalizace	`───────▷`	Dědičnost, šipka míří na rodiče
Realizace	`- - - -▷`	Implementace rozhraní
Závislost	`- - - -▶`	A používá B, ale neukládá si referenci

Agregace vs Kompozice (klasický chyták)

	Agregace	Kompozice
Značka	`─◇` (prázdný kosočtverec)	`─◆` (plný kosočtverec)
Životní cyklus	Část přežije celek	Část umírá s celkem
Příklad	Tým ◇ Hráč (hráč přežije tým)	Dům ◆ Pokoj (pokoj neexistuje bez domu)
Jiný příklad	Knihovna ◇ Kniha	Auto ◆ Motor
Sdílení	Část může být v víc celcích	Část v jednom celku

Asociace s rolemi

        zaměstnává
[Firma] ◆──────────▷ [Zaměstnanec]
        zaměstnavatel   zaměstnanec
        1               *

Role popisují, jakou funkci hraje objekt ve vztahu.

Multiplicita (násobnost)

Zápis	Význam
`1`	Právě jeden
`0..1`	Žádný nebo jeden (nepovinný)
`` nebo `0..`	Libovolný počet (i 0)
`1..*`	Alespoň jeden
`2..5`	Od dvou do pěti
`n`	Konkrétní počet (např. `8` rohů kostky)

[Student] 1 ──── 1..* [Kurz]

Student se může zapsat na 1 a více kurzů, kurz má 1 nebo více studentů.

[Auto] 1 ──── 4 [Kolo]

Auto má vždy přesně 4 kola.

[Osoba] 0..1 ──── 0..* [Telefon]

Telefon má nula nebo jednoho majitele, osoba může mít libovolně mnoho telefonů.

UML pro datové struktury

UML class diagram se používá i pro modelování datových struktur jako spojový seznam, strom, hashmapa.

Spojový seznam (linked list)

┌───────────────┐         ┌───────────────┐         ┌───────────────┐
│     Node      │  next   │     Node      │  next   │     Node      │
├───────────────┤────────▷├───────────────┤────────▷├───────────────┤
│ - value: int  │ 0..1    │ - value: int  │ 0..1    │ - value: int  │──▷ null
│ - next: Node  │         │ - next: Node  │         │ - next: Node  │
└───────────────┘         └───────────────┘         └───────────────┘

Binární strom

┌──────────────────┐
│   TreeNode       │
├──────────────────┤   left    ┌──────────────────┐
│ - value: int     │──────────▷│   TreeNode       │ (recursive)
│ - left: TreeNode │          │                  │
│ - right: TreeNode│  right   ├──────────────────┤
└──────────────────┘─────────▷│ - value: int     │
                              │ ...              │
                              └──────────────────┘

UML vs ER pro databáze

ER diagram

Vztahy v ER

Kardinalita	Význam
1:1	Jeden má jednoho (student má jeden pas)
1:N	Jeden má víc (učitel má víc kurzů)
N:M	Více má víc (studenti se zapisují na víc kurzů)

Vazební tabulka pro N:M

STUDENT (id PK, jmeno, email)
KURZ (id PK, nazev, kredity)
ZAPIS (student_id FK, kurz_id FK, datum_zapisu)   ← vazební tabulka

V relačních DB se vztah N:M nedá uložit přímo, vždy potřebuje vazební tabulku s dvojicí cizích klíčů.

Nástroje pro tvorbu UML

Nástroj	Charakter
Draw.io / diagrams.net	Zdarma, browser, jednoduchý
PlantUML	Text-to-diagram, perfektní pro git verzování
Mermaid	Markdown-friendly, podpora v GitHubu, Notion
Modelio	Open source, plnohodnotný UML editor
Lucidchart	Online, kolaborace v reálném čase
Visual Paradigm	Profesionální, placené
Enterprise Architect	Enterprise standard pro velké projekty
StarUML	Lehký desktop editor
ChatGPT Image	Prostě mu řekni, ať ti to vygeneruje. Lol.

Z těchto pár řádků PlantUML vygeneruje hotový diagram. Skvělé pro dokumentaci, kterou chceš verzovat v gitu.

Rychlý tahák

Pojem	Klíčová fakta
UML	Standardizovaný grafický jazyk pro návrh softwaru, UML 2.5.1
OMG	Object Management Group, standardizuje UML
14 typů diagramů	7 strukturálních + 7 behaviorálních
Strukturální	Class, Object, Package, Component, Composite, Deployment, Profile
Behaviorální	Use Case, Activity, State Machine, Sequence, Communication, Timing, Interaction Overview
Class diagram	Třídy + atributy + metody + vztahy, nejdůležitější
Visibility	`+` public, `-` private, `#` protected, `~` package
Object diagram	Konkrétní instance s hodnotami, "snapshot"
Use Case	Aktér + akce, co může uživatel se systémem dělat
`<<include>>`	Use case A vždy zahrnuje B
`<<extend>>`	Use case B volitelně rozšiřuje A
Activity diagram	Tok aktivit, jako vývojový diagram, kosočtverec = if
Decision	Kosočtverec v activity, s `[guard]` podmínkou
Fork / Join	Paralelní rozdělení a spojení
State diagram	Stavy objektu a přechody mezi nimi
Sequence diagram	Časová posloupnost zpráv shora dolů
Lifeline	Svislá přerušovaná čára objektu v sequence
Combined fragments	alt, opt, loop, par v sequence
Asociace	Plná čára, základní vztah
Agregace ◇	Část přežije celek
Kompozice ◆	Část umírá s celkem
Generalizace ▷	Dědičnost, šipka na rodiče
Realizace ┄▷	Implementace rozhraní
Multiplicita	`1`, ``, `0..1`, `1..`, `2..5`
ER diagram	NENÍ součástí UML, samostatná notace (Chen 1976)
Crow's Foot	Nejpopulárnější DB notace dnes
N:M v DB	Vyžaduje vazební tabulku s FK na obě entity

Tipy pro ústní zkoušku

Jak začít

"UML je standardizovaný grafický jazyk pro vizualizaci a návrh softwaru, spravovaný organizací OMG. Definuje 14 typů diagramů ve dvou kategoriích: strukturální popisují, z čeho je systém složený, behaviorální popisují, jak funguje. V praxi se používá kombinace 4-5 nejčastějších diagramů: Class, Use Case, Activity, State Machine, Sequence."

Co komise typicky chce slyšet

Rozdělení strukturální vs behaviorální s ukázkou diagramů v každé kategorii.
Class diagram podrobně: třída, atributy, metody, viditelnost (+/-/#), vztahy.
Rozdíl agregace vs kompozice s konkrétním příkladem.
Use Case diagram: aktér, system boundary, include/extend.
Multiplicita se zápisy a praktickou ukázkou.

Doplňky, které komisi potěší

OMG jako standardizační organizace, UML 2.5.1.
Activity diagram s decision (kosočtverec) a swimlanes.
State diagram s guards a self-transitions.
Sequence diagram s combined fragments (alt, opt, loop).
PlantUML / Mermaid jako moderní text-based UML.
ER vs UML rozlišení, Crow's Foot notace.

1 • Diagramy UML ​

Co je UML ​

K čemu UML slouží ​

Rozdělení UML diagramů ​

Strukturální diagramy ​

Behaviorální diagramy ​

Class diagram (diagram tříd) ​

Anatomie třídy ​

Viditelnost (visibility modifiers) ​

Speciální značení ​

Příklad: dědičnost a rozhraní ​

Object diagram (diagram objektů) ​

Package diagram (diagram balíčků) ​

Component diagram ​

Use Case diagram (diagram užití) ​

Klíčové prvky ​

Praktická pravidla ​

Activity diagram (diagram aktivit) ​

Klíčové elementy ​

State machine diagram (stavový diagram) ​

Elementy ​

Sequence diagram (sekvenční diagram) ​

Klíčové elementy ​

Combined fragments (rámečky) ​

Communication diagram (komunikační diagram) ​

Vztahy v UML class diagramu ​

Agregace vs Kompozice (klasický chyták) ​

Asociace s rolemi ​

Multiplicita (násobnost) ​

UML pro datové struktury ​

Spojový seznam (linked list) ​

Binární strom ​

UML vs ER pro databáze ​

ER diagram ​

Vztahy v ER ​

Vazební tabulka pro N:M ​

Nástroje pro tvorbu UML ​

Rychlý tahák ​

Tipy pro ústní zkoušku ​

Jak začít ​

Co komise typicky chce slyšet ​

Doplňky, které komisi potěší ​

1 • Diagramy UML

Co je UML

K čemu UML slouží

Rozdělení UML diagramů

Strukturální diagramy

Behaviorální diagramy

Class diagram (diagram tříd)

Anatomie třídy

Viditelnost (visibility modifiers)

Speciální značení

Příklad: dědičnost a rozhraní

Object diagram (diagram objektů)

Package diagram (diagram balíčků)

Component diagram

Use Case diagram (diagram užití)

Klíčové prvky

Praktická pravidla

Activity diagram (diagram aktivit)

Klíčové elementy

State machine diagram (stavový diagram)

Elementy

Sequence diagram (sekvenční diagram)

Klíčové elementy

Combined fragments (rámečky)

Communication diagram (komunikační diagram)

Vztahy v UML class diagramu

Agregace vs Kompozice (klasický chyták)

Asociace s rolemi

Multiplicita (násobnost)

UML pro datové struktury

Spojový seznam (linked list)

Binární strom

UML vs ER pro databáze

ER diagram

Vztahy v ER

Vazební tabulka pro N:M

Nástroje pro tvorbu UML

Rychlý tahák

Tipy pro ústní zkoušku

Jak začít

Co komise typicky chce slyšet

Doplňky, které komisi potěší