(五)第四章 動態(tài)建模

1、第四章 動態(tài)建模系統(tǒng)的動態(tài)行為是指對象是如何通過通信來進行協(xié)作的，以及系統(tǒng)中的對象是如何在系統(tǒng)的生命周期內改變狀態(tài)的。交互（Interaction）：為產生某種功能而在一組對象之間進行的通信過程。描述交互的動態(tài)圖：· 狀態(tài)圖（State Diagram）：可以描述一個對象在其生命周期中擁有哪些狀態(tài)，該對象在這些狀態(tài)下的行為，以及什么樣的事件會導致狀態(tài)發(fā)生改變。· 交互圖（Interaction Diagram）：可以描述對象之間是如何進行交互和通信的。包括順序圖（Sequence Diagram）、通信（協(xié)作）圖（Communication Diagram）、交互概觀圖（I

2、nteraction Overview Diagram）以及時序圖（Timing Diagram）。其中，順序圖和通信圖都可以顯示交互。但是順序圖的焦點在時間上， 而通信圖的焦點在空間上。交互概觀圖顯示了一些作為一個較大交互流的部分內容的交互圖。時序圖顯示沿著一個精確時間軸的交互。· 活動圖（Activity Diagram）：是另外一種顯示交互的方法，但是活動圖的主要焦點是工作。4.1 對象之間的交互兩個對象之間的交互是通過一個對象向另一個對象發(fā)送消息來實現(xiàn)的。消息的類型：· 簡單消息：一個平直的控制流。簡單消息顯示了控制是如何從一個對象傳遞到另一個對象的，這個過程中并沒

3、有描述任何有關對象之間通信的細節(jié)信息。· 同步消息：一個嵌套的控制流，一般是作為操作調用來實現(xiàn)的。只有在處理該消息的操作結束之后，調用者才能恢復繼續(xù)執(zhí)行。· 異步消息：異步的控制流。對象之間的異步消息表明了不等待語義；發(fā)送者不必等待該消息處理完就可以繼續(xù)執(zhí)行。同步消息異步消息簡單消息立即返回的同步消息圖4.1 消息類型注解4.2 狀態(tài)圖4.2.1 狀態(tài)和轉換 狀態(tài)和狀態(tài)轉換的概念一個對象的狀態(tài)是該對象在此之前所執(zhí)行的所有活動的結果，通常是由對象的屬性值所決定的，并且會鏈接到其他對象。有關對象狀態(tài)的例子：· 貨物（對象）已經付款（狀態(tài)）；· 小轎車（對象）

4、靜止不動（狀態(tài)）；· 機器的引擎（對象）在運轉（狀態(tài)）；· Jim（對象）擔任銷售員的角色（狀態(tài)）；· Kate（對象）結婚了（狀態(tài)）。當一個事件發(fā)生時，對象就可能會改變狀態(tài)。對象的動態(tài)行為可以表現(xiàn)在兩個方面：交互和內部狀態(tài)的變化。 狀態(tài)圖的組成部分· 起始點（初態(tài)）（Initial State）· 結束點（終態(tài)）（Final State）· 狀態(tài)（State）· 狀態(tài)轉換（State Transition）· 導致狀態(tài)發(fā)生轉換的事件狀態(tài)轉換激發(fā)（Fire）或狀態(tài)轉換被觸發(fā)（Triggered）UnpaidPaid

5、刪除貨物對象付款創(chuàng)建貨物對象圖4.2 貨物對象的狀態(tài)圖Onfirst floorMovingupMovingdownMoving tofirst floorIdlearrivedarrivedarrivedgo upgo upgo downtime-out圖4.3 電梯對象的狀態(tài)圖 狀態(tài)的組成部分狀態(tài)名狀態(tài)變量活動圖4.4 狀態(tài)的三個部分：狀態(tài)名、狀態(tài)變量和活動 活動組成在活動組成中可能會使用的三個標準事件：entry, exit和do?；顒咏M成的形式語法（Formal Syntax）是：event-name argument-list /action-expression LoginLogi

6、n time = Current timeentry/type“l(fā)ogin”exit/login(user name, password)do/get user namedo/get passwordhelp/display help圖4.5 一個名為login的狀態(tài) 狀態(tài)轉換Startingapplicationsdo/loadapplicationsStarting OSdo/load OSBootdo/run biosprogram圖4.6 不帶顯式事件的狀態(tài)轉換用于確定一個狀態(tài)轉換的形式語法是：event-signature guard-condition/ action-expres

7、sion send-clause其中，event-signature的語法定義為：event-name(parameter, .)并且send-clause的語法是：destination-expressiondestination-event-name(argument,)Event-Signature（事件簽名）event-signature包括一個事件名（event-name）和相關的參數(shù)。參數(shù)列表的語法是：Parameter-name:type-expression, Parameter-name:type-expression Onfirst floorMoving tofirst

8、floorIdlearrivedarrivedarrivedgo up (floor)go up (floor)go down (floor)time-outMoving updo/moving to floorMoving downdo/moving to floor圖4.7 狀態(tài)轉換上所附的事件帶有一個參數(shù)floor帶event-signature的狀態(tài)轉換的例子如下：draw (f : Figure , c : Color )redraw ( )redrawprint ( invoice )Initializingdo/bootupWorkingShutting Downturn PC

9、onshut down圖4.8 GUI 的狀態(tài)和狀態(tài)轉換Guard-Condition（保護條件）Onfirst floorMoving tofirst floorarrivedarrivedarrivedgo up (floor)go up (floor)go down (floor)timer = time-outMoving updo/moving to floorMoving downdo/moving to floorIdletimer = 0do/increase timer圖4.9 guard-condition：timer = time-out帶一個guard-conditio

10、n的狀態(tài)轉換的例子如下： t = 15 sec number of invoices > n withdrawal ( amount ) balance >= amount Initializingdo/bootupWorkingShutting Downturn PC onshut downScreensavingtime outkeystrokeormouse movement圖4.10 帶保護條件的GUI 的狀態(tài)圖Action-Expression（動作表達式）Onfirst floorarrivedarrivedgo up (floor)go up (floor)go do

11、wn (floor)timer = time-out / go down (first floor)Moving updo/moving to floorMoving downdo/moving to floorIdletimer = 0do/increase timer圖4.11 在Idle 狀態(tài)和On first floor 狀態(tài)之間的狀態(tài)轉換上有一個guard-condition和一個 action-expression。帶有action-expression的狀態(tài)轉換的例子如下：increase ( ) / n : = n+1 / m : = m+1add (n) / sum : =

12、sum + n/ flashSend-Clause（發(fā)送語句）send-clause是動作的特殊情況。它是一個用于在兩個狀態(tài)的轉換過程中發(fā)送消息的顯式語法。該語法包括一個destination-expression和一個event-name。例如，下面的action-expression： timer = Time-out / go down ( first floor )可以被轉換成如下的send-clause： timer = Time-out self.go down ( first floor )其他帶有send-clause的狀態(tài)轉換的例子如下：out_of_paper ( ) in

13、dicator.light( )left_mouse_btn_down ( location ) / color := pick_color ( location ) pen.set ( color )4.2.2 事件事件是指發(fā)生的某件事情，它可以導致產生某一動作。Displaydo/displaycurrent timeSet minutedo/displayminutesSet hoursdo/display hoursmode_buttonmode_buttoninc/hours := hours + 1inc/minutes := minutes + 1mode_buttonDigit

14、al_watchmode_button()inc()類狀態(tài)圖圖4.12 Digital_watch類及其相應的狀態(tài)圖在UML中有以下四種類型的事件：· 條件變?yōu)檎妫哼@種事件在圖形上顯示為一個狀態(tài)轉換上的guard-condition條件。· 接收到一個顯式的來自其他對象的信號：在圖形上顯示為狀態(tài)轉換上的一個event-signature。· 接收到操作調用：對象調用了另一個對象中的操作。在圖形上顯示為狀態(tài)轉換上的一個 event-signature。· 指定的一段時間的消耗：在圖形上顯示為狀態(tài)轉換上的一個時間表達式。錯誤也是一種事件例如：errorout

15、_of_memory類可以接收或發(fā)送消息。信號也是普通的類，但只用于發(fā)送信號。信號類可以使用signal構造型來構造。signalInputabstractdevice: Devicetime: TimesignalMouseabstractup: Booleandown: BooleanxPos: IntyPos: IntsignalKeyboardcharacter: Charup: Booleandown: BooleansignalVoice Recognitioncommando: stringsignalRight MouseButtonsignalLeft MouseButton

16、Senddo/send(input) to corresponding classIdleInput輸入信號Input可以是下述任意一種類的對象：Keyboard, Left Mouse Button, Right Mouse Button, Voice Recognition圖4.13 帶抽象父類的信號類層次結構Java ImplementationDisplaydo/displaycurrent timeSet minutedo/displayminutesSet hoursdo/display hoursmode_buttonmode_buttoninc/hours := hours +

17、 1 modulo 24inc/minutes := minutes + 1 modulo 60mode_button圖4.14 一個數(shù)字手表的狀態(tài)圖public class State public final int Display = 1; public final int Set_hours = 2; public final int Set_minutes = 3; public int value;public class Watchprivate State state = new State ( );private DigitalDisplay LCD = new Digita

18、lDisplay ( ); public Watch ( ) state.value = State.Display ( ); LCD.display_time ( ); public void mode_button ( ) switch ( state.value ) case State.Display : LCD.display_time ( ); state.value = State.Set_hours; break;case State.Set_Hours : LCD.display_hours ( ); state.value = State.Set_minutes; brea

19、k; case State.Set_minutes : LCD.display_time ( ); state.value = State.Display; break;public void inc ( )case ( state.value )case State.Display :;break;case State.Set_hours :LCD.inc_hours ( );break;case State.Set_minutes :LCD.inc_minutes ( );break;使用中維修中閑置報廢修好損壞多余重新使用不能修好超過年限圖4.15 一個設備使用狀態(tài)的狀態(tài)圖4.3 在狀態(tài)

20、圖之間發(fā)送消息On/StopOn/PlayOffOffOnOn ()Off ()Play ()Stop ()Remote ControlOn ()Play ()Off ()Stop ()Off()/Stop()CD PlayerOn ()Off ()Play ()Stop ()圖4.16 遙控器對象（Remote Control）向CD播放機對象（CD Player）發(fā)送消息待命啟動加熱計時關機加熱開機關機暫停溫度計時控制器電烤箱加熱( )加熱( )關機( ) 計時器5分鐘關機( )加熱( )關機( )溫度120溫度140圖4.17 狀態(tài)圖之間的消息發(fā)送4.3.1 子狀態(tài)一個狀態(tài)可以包含一些嵌套的子狀態(tài)（Substate）。這些子狀態(tài)可能是與子狀態(tài)（And-substate），也可能是或子狀態(tài)（Or-substate）。ForwardBackwardRunning圖4.18 或子狀態(tài)ForwardBackwardHigh speedLow speedRunning圖4.19 與子狀態(tài)待機提速運行減速使用中啟動開機到達運行速度停機速度=0圖4.20 描述設備使用狀況的嵌套狀態(tài)圖4.3.2 歷史指示器歷史指示器（History