軟件開發(fā)方法與技術(shù)(動態(tài)模型)

第4章動態(tài)模型之

狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖和活動圖§4.1狀態(tài)圖（StatechartDiagram）狀態(tài)圖：描述了一個特定對象在其生存期間的所有可能狀態(tài)以及引起狀態(tài)躍遷的事件。其中：1.“事件”是引起狀態(tài)躍遷（轉(zhuǎn)移）的內(nèi)部消息2.“狀態(tài)圖”主要用于描述一個對象在其生存期間的動態(tài)行為，表現(xiàn)一個對象所經(jīng)歷的狀態(tài)序列，引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件(event)，以及因狀態(tài)轉(zhuǎn)移而伴隨的動作(action);3.所謂對象可以是類的實例、用例的實例或整個系統(tǒng)的實例.大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)用狀態(tài)圖描述單個對象（類的實例）在其生命周期中的動態(tài)行為；4.狀態(tài)圖是對某個類對象的補充;5.狀態(tài)圖在檢查、調(diào)試和描述類的動態(tài)行為時非常有用;6.狀態(tài)圖是UML中對系統(tǒng)的動態(tài)行為建模的5個視圖之一一、狀態(tài)圖中的基本元素基本元素包括：狀態(tài)、關(guān)系（轉(zhuǎn)移）、判斷、事件和動作。

1.狀態(tài)（State）狀態(tài)：是指在對象的生命期中的某種狀況，在此期間對象將滿足某個條件、或執(zhí)行某個動作、或等待某個事件。說明：每個對象都有狀態(tài)，一個狀態(tài)表示該對象執(zhí)行了之前活動后的結(jié)果。其中：狀態(tài)可以細分為不同的類型：

⑴初態(tài)：⑵終態(tài)：

說明：一個狀態(tài)圖只能有一個初態(tài)。但終態(tài)可以有一個或多個，也可以沒有終態(tài)。

⑶一般狀態(tài)：

活動格式：

do/執(zhí)行的動作

entry/執(zhí)行的動作：入口動作

exit/執(zhí)行的動作：出口動作例如：或狀態(tài)名狀態(tài)名活動表說明：

①

當進入這個狀態(tài)時首先執(zhí)行“entry”動作，所以一個狀態(tài)只能有一個“entry”動作。習慣上把它放在其他動作的最前面。

②當退出這個狀態(tài)時再執(zhí)行“exit”這個動作，所以一個狀態(tài)只能有一個“exit”動作。習慣上把它放在其他動作的最后面。③“do”動作順次執(zhí)行，執(zhí)行完所有動作（不包括“exit”這個動作）后等待事件發(fā)生。⑷組合狀態(tài)（compositestate）組合狀態(tài)：一個含有“子狀態(tài)(substate)”的狀態(tài)子狀態(tài)：嵌套在另一個狀態(tài)中的狀態(tài)

WXYAB例如：⑸歷史狀態(tài)（historystate）歷史狀態(tài)：是一個偽狀態(tài)(pseudostate)，其目的是記住從組合狀態(tài)中退出時所處的子狀態(tài)。當再次進入組合狀態(tài)時，可直接進入這個子狀態(tài)，而不是再次從組合狀態(tài)的初態(tài)開始。HH*其中：歷史狀態(tài)用符號或表示:是淺(shallow)歷史狀態(tài)的符號，表示只記住最外層組合狀態(tài)的歷史H設(shè)置方法：在該狀態(tài)的Specification對畫框中的General頁面選擇

State/activityhistory。：是深(deep)歷史狀態(tài)的符號，表示可記住任何深度的組合狀態(tài)的歷史。H*設(shè)置方法是在該狀態(tài)的Specification對畫框中的General頁面同時選擇：

State/activityhistory和Substate/activityhistory。說明:需要注意的是，如果一個組合狀態(tài)到達了其終態(tài)，則會丟失歷史狀態(tài)中的信息，就好像還沒有進入過這個組合狀態(tài)一樣2.關(guān)系

狀態(tài)與狀態(tài)之間的關(guān)系是標有“事件”字符串的單向關(guān)聯(lián)關(guān)系。也可以沒有“事件”。3.并發(fā)和同步4.判定一個判定是一個狀態(tài)同兩個以上狀態(tài)之間的一種關(guān)系，工作流在此處分支轉(zhuǎn)移。判定符號：例如：二、事件（event）“事件”是引起狀態(tài)躍遷（轉(zhuǎn)移）的內(nèi)部消息。（前面給出的）或者說是指已發(fā)生并可能引發(fā)某種活動的一件事其中：事件產(chǎn)生的原因有調(diào)用、滿足條件的狀態(tài)的出現(xiàn)、到達時間點或經(jīng)歷某一時間段、發(fā)送信號等。事件的語法格式：

?事件名：包括“調(diào)用事件”、“變化事件”、“時間事件”名稱

?參數(shù)列表傳送的數(shù)據(jù)列表或是表達式

?監(jiān)護條件：當該事件發(fā)生時，是否躍遷到下一個狀態(tài)條件表達式

?動作表達式：當事件發(fā)生，監(jiān)護條件成立時所執(zhí)行的動作。事件名（參數(shù)列表）[監(jiān)護條件]/動作表達式

1.調(diào)用事件(Callevent)：

?“調(diào)用(Call)”

是指在一個過程的執(zhí)行點激發(fā)一個操作，它將一個控制線程暫時從調(diào)用過程轉(zhuǎn)移到被調(diào)用過程。

?調(diào)用事件(Callevent)

指的是一個對象對調(diào)用(Call)的接收，這個對象利用狀態(tài)轉(zhuǎn)換而不是利用固定的處理流程實現(xiàn)操作。說明：調(diào)用事件分為同步調(diào)用和異步調(diào)用兩種；如果調(diào)用者需要等待操作的完成，則是同步調(diào)用；反之則是異步調(diào)用。調(diào)用事件的語法格式如下：過程名（實參列表）[監(jiān)護條件]/動作表達式例：設(shè)有登錄窗口和Login類，Login類中暫時沒有屬性

其描述“準備登錄”狀態(tài)到“登錄”狀態(tài)過程的狀態(tài)圖:123456******其描述“準備登錄”狀態(tài)到“登錄”狀態(tài)過程的狀態(tài)圖:例：設(shè)有登錄窗口和Login類，Login類中有屬性

123456******

2．變化事件(ChangeEvent)：變化事件指的是依賴于特定屬性值的布爾表達式的條件滿足時，狀態(tài)發(fā)生改變。變化事件用關(guān)鍵字“when”表示，其語法格式如下：

when（布爾表達式）[監(jiān)護條件]/動作表達式例：基于上例，Login類中增加屬性LoginTimes用來記錄登錄次數(shù)則描述“等待登錄”到“準備登錄”狀態(tài)過程的狀態(tài)圖為:

3.時間事件(timeevent)：

時間事件指的是滿足某一時間表達式的情況的出現(xiàn)，例如到了某一時間點或經(jīng)過了某一時間段.

時間事件用關(guān)鍵字“after/when”表示，其語法格式如下：after（時間表達式）[監(jiān)護條件]/動作表達式例：基于上例，Login類中再增加屬性CountTime用來記錄等待時間（秒）.

則描述“等待登錄”到“終止狀態(tài)”狀態(tài)過程的狀態(tài)圖為:OK例1：基于類Login的對象進行登錄之狀態(tài)圖例2：殺毒軟件的定時殺毒過程可用狀態(tài)圖描述如下：例3：BOOLCEditDlg::OnInitDialog(){

CDialog::OnInitDialog();

//TODO:Addextrainitializationhere

EditRes.Open(CRecordset::snapshot,NULL,CRecordset::none);m_er1=EditRes.m_R1; m_er2=EditRes.m_R2;m_er3=EditRes.m_R3; m_er4=EditRes.m_R4;

UpdateData(FALSE);

returnTRUE;//returnTRUEunlessyousetthefocustoacontrol //EXCEPTION:OCXPropertyPagesshouldreturnFALSE}voidCEditDlg::OnCancel(){ //TODO:Addextracleanuphere

EditRes.Close();

CDialog::OnCancel();}voidCEditDlg::OnUpButton(){ //TODO:Addyourcontrolnotificationhandlercodehere

if(!EditRes.IsBOF())EditRes.MovePrev(); m_er1=EditRes.m_R1; m_er2=EditRes.m_R2;m_er3=EditRes.m_R3; m_er4=EditRes.m_R4;

UpdateData(FALSE); }voidCEditDlg::OnDownButton(){ //TODO:Addyourcontrolnotificationhandlercodehere

if(!EditRes.IsEOF())EditRes.MoveNext();m_er1=EditRes.m_R1;m_er2=EditRes.m_R2;m_er3=EditRes.m_R3;m_er4=EditRes.m_R4;

UpdateData(FALSE);}voidCEditDlg::OnOK(){ //TODO:Addextravalidationhere

UpdateData();//將編輯框中的值賦給對應(yīng)變量m_erl--m_er4

EditRes.Edit();EditRes.m_R1=m_er1; EditRes.m_R2=m_er2;EditRes.m_R3=m_er3; EditRes.m_R4=m_er4;

if(EditRes.CanUpdate()) {

EditRes.Update();

AfxMessageBox("修改成功！");}

EditRes.Close();

CDialog::OnOK();}CDialog::OnCancel()CDialog::OnOK()!EOF!BOF!BOF!EOF!EOFdo/close()注：作為課后練習，建議課后用

Rose

重新構(gòu)造該圖三、狀態(tài)圖的用途及建模技術(shù)問題：在對對象（類、用例）建模時，在什么樣的情況下使用狀態(tài)圖呢?回答：對反應(yīng)型對象建模一般使用狀態(tài)圖。反映型對象通常具有如下特點：

(1)響應(yīng)外部事件，即來自對象語境外的事件；例如，窗口中的菜單和按鈕命令

(2)在對某事件做出反映后，它又會變回空閑狀態(tài)，等待下一個事件；

窗口菜單選擇退出IdleWorking例如：

(3)具有清晰的生命期，可以被建模為狀態(tài)、躍遷和事件的演化;

例如，時間事件或變化事件的發(fā)生

(4)當前行為和過去行為存在著依賴關(guān)系。例如，“目標狀態(tài)”返回到“源狀態(tài)”在使用狀態(tài)圖對系統(tǒng)反映型對象建模時，可以參照以下步驟進行：

(1)識別一個要對其生命周期進行描述的參與行為的類；

(2)對狀態(tài)建模，即確定對象可能存在的狀態(tài)；

(3)對事件建模，即確定對象可能存在的事件；

(4)對動作建模，即確定當轉(zhuǎn)變被激活時，相應(yīng)被執(zhí)行的動作；

(5)對建模結(jié)果進行精化和細化。狀態(tài)圖作用是輔助確定類中的：

(1)屬性、方法

(2)方法和方法之間的關(guān)系

(3)對方法中的算法設(shè)計也起著指導(dǎo)作用說明：在實際建模應(yīng)用中狀態(tài)圖用的并不多，使用較多的有：時序圖、協(xié)作圖和活動圖；但學習、建立和理解狀態(tài)圖對基于事件驅(qū)動的程序設(shè)計和對程序的分析、調(diào)試是很重要的?！?.2順序圖（sequencediagram）

順序圖：也稱時序圖,它是一種描述對象之間按照時間順序進行交互的圖，它由一組相互協(xié)作的對象以及它們之間可發(fā)送的消息組成，它強調(diào)消息之間的順序。順序圖組成：主要有橫向和縱向兩個軸。其中：橫向軸排列的是參與交互的對象，縱向軸表示時間。例如：

對象時間說明：1．對象間的排列順序并不重要，但一般把表示參與者的對象放在圖的兩側(cè)，主要參與者放在最左邊，次要參與者放在最右邊(或表示人的參與者放在最左邊，表示系統(tǒng)的參與者放在最右邊)；2．縱向軸按時間順序列出各對象所發(fā)出和接受的消息。順序圖建模元素：對象（object）生命線（lifeline）控制焦點（focusofcontrol）或激活期（activation）消息（message）其中：

1．對象的命名方式主要有以下三種：其中：第一種命名方式包括對象名和類名；第二種命名方式只顯示類名不顯示對象名，即表示這是一個匿名對象；第三種命名方式只顯示對象名不顯示類名，即不關(guān)心對象屬于什么類。

2．消息包含普通消息、調(diào)用消息、異步消息和返回消息等多種（1）普通消息(Simple)

（2）調(diào)用消息（Procedurecall）

調(diào)用消息：指發(fā)送者把控制傳遞給消息的接收者，然后停止活動，等待消息接收者放棄或返回控制。調(diào)用消息的表示符號如下圖所示：①調(diào)用消息可以用來表示同步的意義，事實上，在UML規(guī)范說明的早期版本中，就是采用“同步消息”這個術(shù)語的。②一般地，調(diào)用消息的接收者必須是一個被動對象(passiveobject)，即它是一個需要通過消息驅(qū)動才能執(zhí)行動作的對象。③另外調(diào)用消息必有一個配對的返回消息，為了圖的簡潔和清晰，與調(diào)用消息配對的返回消息可以不用畫出。說明：(3)異步消息（Asynchronous）異步消息指發(fā)送者通過消息把信號傳遞給消息的接收者，然后繼續(xù)自己的活動，不等待接收者返回消息或控制異步消息的表示符號如下圖所示：說明：異步消息的接收者和發(fā)送者是并行工作的。(4)返回消息（Return）

返回消息的表示符號如下圖所示：說明：如果是從調(diào)用（同步）消息返回，則返回消息是隱含的，所以返回消息可以不用畫出來。對于非調(diào)用（同步）消息，如果有返回消息，必須明確表示出來。

ROSE中順序圖消息圖形符號列表：英文名稱中文名稱符號simple普通消息synchronous同步消息balking阻止消息timeoue超時消息Procedurecall調(diào)用消息asynchronous異步消息return返回消息對象的創(chuàng)建和撤銷

1.對象的創(chuàng)建（兩種形式）

如果對象在圖的頂部（默認位置），說明對象在交互開始之前就已經(jīng)存在了（關(guān)聯(lián)）。如果對象是在交互過程中創(chuàng)建的，那末應(yīng)當位于圖的中間（依賴）2.對象的撤銷建立時序圖遵循的指導(dǎo)性的原則：

(1)確定交互的語境語境：可以是系統(tǒng)、子系統(tǒng)和用例等

(2)確定參與交互作用的角色—對象，根據(jù)對象的重要性，將其從左向右的方向放在時序圖中。

(3)設(shè)置每個對象的生命線。一般情況下，對象存在于交互的整個過程，但它也可以在交互過程中創(chuàng)建和撤銷。

(4)從引發(fā)某個交互的信息開始，在生命線之間按從上向下的順序畫出隨后的消息。

(5)如果需要設(shè)置時間或空間的約束，可以為每個消息附上合適的時間和空間約束。

(6)給某控制流的每個消息附上前置或后置條件，這可以更詳細地說明這個控制流。例1：基于“學生成績管理系統(tǒng)”之“登錄”語境建立順序圖控制焦點的嵌套：Tools

Options

Diagram設(shè)置了“顯示”中的“控制焦點”+“分級消息”后的視圖：例2：基于“圖書館管理系統(tǒng)”之“登錄”、“借書業(yè)務(wù)”語境建立順序圖借助上述順序圖的進一步分析和設(shè)計,可將概念層類圖細化為如下說明層類圖：注意：不完備界面設(shè)計登錄界面：借書業(yè)務(wù)界面：§4·3協(xié)作圖（CollaborrationDiagram）消息消息流圖形表示為：

顯示兩個對象之間的信息流:協(xié)作圖：描述系統(tǒng)成份如何協(xié)同工作，它強調(diào)參加交互的各對象的組織結(jié)構(gòu)。·協(xié)作圖組成：主要由對象、關(guān)聯(lián)和消息流3種成份組成。其中：關(guān)聯(lián)就是關(guān)聯(lián)關(guān)系，其圖形符號為：·建立協(xié)作圖遵循的指導(dǎo)性的原則：

(1)確定交互過程的語境（上下文）)。

(2)識別參與交互過程的對象。

(3)確定對象之間的鏈(Link)，以及沿著鏈的消息。

(4)從引發(fā)這個交互過程的初始消息開始，將隨后的每個消息附到相應(yīng)的鏈上。順序圖到協(xié)作圖自動轉(zhuǎn)換:

BrowseCreate

CollaborrationDiagram或F5協(xié)作圖到順序圖自動轉(zhuǎn)換:

BrowseCreate

SequenceDiagram或F5例：順序圖和協(xié)作圖的比較

1．順序圖和協(xié)作圖都屬于交互圖，都用于描述系統(tǒng)中對象之間的動態(tài)關(guān)系。

2．順序圖和協(xié)作圖在語義上是等價的，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)換，但兩者并不能完全相互代替。

3．兩者強調(diào)的重點不同。順序圖強調(diào)的是消息的時間順序；協(xié)作圖強調(diào)的是參與交互的對象的組織。

4．順序圖可以表示某些協(xié)作圖無法表示的信息，同樣，協(xié)作圖也可以表示某些順序圖無法表示的信息。說明：可根據(jù)交互圖補充提取類操作?；顒訄D：是狀態(tài)圖的擴展，其擴展包括以下兩方面：內(nèi)部增加以下等元素：動作狀態(tài)（原有“狀態(tài)”）和“活動狀態(tài)”；對象及與對象的關(guān)聯(lián)（用依賴關(guān)系）外部增加有：泳道（不同對象的活動區(qū)）●說明：活動圖同狀態(tài)圖一樣也是一種特殊的狀態(tài)機，

整個活動圖起始于起始狀態(tài)●終止于結(jié)束狀態(tài)§4.4活動圖(ActivityDiagram)一、組成元素1．動作狀態(tài)動作狀態(tài)：表示活動圖的原子動作，即：結(jié)構(gòu)上不能再被分解，工作上不能被中斷的狀態(tài)。動作狀態(tài)的圖形符號為：如:說明：動作狀態(tài)是構(gòu)造活動圖的最小單位（原子動作），不能再分解；動作狀態(tài)是不可以中斷的狀態(tài)；

動作狀態(tài)是瞬時行為，它所占用的處理時間極短，有時可以忽略不計；動作狀態(tài)不能同對象直接建立聯(lián)系，即不可以創(chuàng)建、撤銷一個對象；動作狀態(tài)不可以有入口動作、出口動作和子狀態(tài)機

2．活動狀態(tài)活動狀態(tài)：是非原子的，也即是可以分解的，可被中斷的狀態(tài)。說明：

(1)活作狀態(tài)是可以被中斷的狀態(tài)；

(2)活動狀態(tài)可以有入口動作、出口動作、狀態(tài)動作和子狀態(tài)機

(3)活作狀態(tài)可以同對象直接建立聯(lián)系，即活動狀態(tài)可以創(chuàng)建、撤銷一個對象?；顒訝顟B(tài)的圖形符號為：

如:3．躍遷躍遷：由一個狀態(tài)轉(zhuǎn)向下一個狀態(tài)，不需要事件的觸發(fā)。用關(guān)聯(lián)線表示：4．分支（Branch）分支：規(guī)定了基于布爾表達式的替換路徑。圖形表示為：5．分叉和匯合（ForkandJoin）分叉：分叉表示將單一的控制流分成兩個或多個并發(fā)的控制流匯合：代表了兩個或多個并發(fā)（異步）控制流的同步，聯(lián)結(jié)有多個輸入躍遷和一個