軟件開(kāi)發(fā)方法與技術(shù)(動(dòng)態(tài)模型)

第4章動(dòng)態(tài)模型之

狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖和活動(dòng)圖§4.1狀態(tài)圖（StatechartDiagram）狀態(tài)圖：描述了一個(gè)特定對(duì)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(gè)對(duì)象在其生存期間的動(dòng)態(tài)行為，表現(xiàn)一個(gè)對(duì)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(dòng)作(action);3.所謂對(duì)象可以是類(lèi)的實(shí)例、用例的實(shí)例或整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)例.大多數(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)用狀態(tài)圖描述單個(gè)對(duì)象（類(lèi)的實(shí)例）在其生命周期中的動(dòng)態(tài)行為；4.狀態(tài)圖是對(duì)某個(gè)類(lèi)對(duì)象的補(bǔ)充;5.狀態(tài)圖在檢查、調(diào)試和描述類(lèi)的動(dòng)態(tài)行為時(shí)非常有用;6.狀態(tài)圖是UML中對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為建模的5個(gè)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(dòng)作。

1.狀態(tài)（State）狀態(tài)：是指在對(duì)象的生命期中的某種狀況，在此期間對(duì)象將滿足某個(gè)條件、或執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作、或等待某個(gè)事件。說(shuō)明：每個(gè)對(duì)象都有狀態(tài)，一個(gè)狀態(tài)表示該對(duì)象執(zhí)行了之前活動(dòng)后的結(jié)果。其中：狀態(tài)可以細(xì)分為不同的類(lèi)型：

⑴初態(tài)：⑵終態(tài)：

說(shuō)明：一個(gè)狀態(tài)圖只能有一個(gè)初態(tài)。但終態(tài)可以有一個(gè)或多個(gè)，也可以沒(méi)有終態(tài)。

⑶一般狀態(tài)：

活動(dòng)格式：

do/執(zhí)行的動(dòng)作

entry/執(zhí)行的動(dòng)作：入口動(dòng)作

exit/執(zhí)行的動(dòng)作：出口動(dòng)作例如：或狀態(tài)名狀態(tài)名活動(dòng)表說(shuō)明：

①

當(dāng)進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)時(shí)首先執(zhí)行“entry”動(dòng)作，所以一個(gè)狀態(tài)只能有一個(gè)“entry”動(dòng)作。習(xí)慣上把它放在其他動(dòng)作的最前面。

②當(dāng)退出這個(gè)狀態(tài)時(shí)再執(zhí)行“exit”這個(gè)動(dòng)作，所以一個(gè)狀態(tài)只能有一個(gè)“exit”動(dòng)作。習(xí)慣上把它放在其他動(dòng)作的最后面。③“do”動(dòng)作順次執(zhí)行，執(zhí)行完所有動(dòng)作（不包括“exit”這個(gè)動(dòng)作）后等待事件發(fā)生。⑷組合狀態(tài)（compositestate）組合狀態(tài)：一個(gè)含有“子狀態(tài)(substate)”的狀態(tài)子狀態(tài)：嵌套在另一個(gè)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(gè)偽狀態(tài)(pseudostate)，其目的是記住從組合狀態(tài)中退出時(shí)所處的子狀態(tài)。當(dāng)再次進(jìn)入組合狀態(tài)時(shí)，可直接進(jìn)入這個(gè)子狀態(tài)，而不是再次從組合狀態(tài)的初態(tài)開(kāi)始。HH*其中：歷史狀態(tài)用符號(hào)或表示:是淺(shallow)歷史狀態(tài)的符號(hào)，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(duì)畫(huà)框中的General頁(yè)面選擇

State/activityhistory。：是深(deep)歷史狀態(tài)的符號(hào)，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(duì)畫(huà)框中的General頁(yè)面同時(shí)選擇：

State/activityhistory和Substate/activityhistory。說(shuō)明:需要注意的是，如果一個(gè)組合狀態(tài)到達(dá)了其終態(tài)，則會(huì)丟失歷史狀態(tài)中的信息，就好像還沒(méi)有進(jìn)入過(guò)這個(gè)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(biāo)有“事件”字符串的單向關(guān)聯(lián)關(guān)系。也可以沒(méi)有“事件”。3.并發(fā)和同步4.判定一個(gè)判定是一個(gè)狀態(tài)同兩個(gè)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(hào)：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(shuō)是指已發(fā)生并可能引發(fā)某種活動(dòng)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(dá)時(shí)間點(diǎn)或經(jīng)歷某一時(shí)間段、發(fā)送信號(hào)等。事件的語(yǔ)法格式：

?事件名：包括“調(diào)用事件”、“變化事件”、“時(shí)間事件”名稱(chēng)

?參數(shù)列表傳送的數(shù)據(jù)列表或是表達(dá)式

?監(jiān)護(hù)條件：當(dāng)該事件發(fā)生時(shí)，是否躍遷到下一個(gè)狀態(tài)條件表達(dá)式

?動(dòng)作表達(dá)式：當(dāng)事件發(fā)生，監(jiān)護(hù)條件成立時(shí)所執(zhí)行的動(dòng)作。事件名（參數(shù)列表）[監(jiān)護(hù)條件]/動(dòng)作表達(dá)式

1.調(diào)用事件(Callevent)：

?“調(diào)用(Call)”

是指在一個(gè)過(guò)程的執(zhí)行點(diǎn)激發(fā)一個(gè)操作，它將一個(gè)控制線程暫時(shí)從調(diào)用過(guò)程轉(zhuǎn)移到被調(diào)用過(guò)程。

?調(diào)用事件(Callevent)

指的是一個(gè)對(duì)象對(duì)調(diào)用(Call)的接收，這個(gè)對(duì)象利用狀態(tài)轉(zhuǎn)換而不是利用固定的處理流程實(shí)現(xiàn)操作。說(shuō)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(yǔ)法格式如下：過(guò)程名（實(shí)參列表）[監(jiān)護(hù)條件]/動(dòng)作表達(dá)式例：設(shè)有登錄窗口和Login類(lèi)，Login類(lèi)中暫時(shí)沒(méi)有屬性

其描述“準(zhǔn)備登錄”狀態(tài)到“登錄”狀態(tài)過(guò)程的狀態(tài)圖:123456******其描述“準(zhǔn)備登錄”狀態(tài)到“登錄”狀態(tài)過(guò)程的狀態(tài)圖:例：設(shè)有登錄窗口和Login類(lèi)，Login類(lèi)中有屬性

123456******

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

when（布爾表達(dá)式）[監(jiān)護(hù)條件]/動(dòng)作表達(dá)式例：基于上例，Login類(lèi)中增加屬性LoginTimes用來(lái)記錄登錄次數(shù)則描述“等待登錄”到“準(zhǔn)備登錄”狀態(tài)過(guò)程的狀態(tài)圖為:

3.時(shí)間事件(timeevent)：

時(shí)間事件指的是滿足某一時(shí)間表達(dá)式的情況的出現(xiàn)，例如到了某一時(shí)間點(diǎn)或經(jīng)過(guò)了某一時(shí)間段.

時(shí)間事件用關(guān)鍵字“after/when”表示，其語(yǔ)法格式如下：after（時(shí)間表達(dá)式）[監(jiān)護(hù)條件]/動(dòng)作表達(dá)式例：基于上例，Login類(lèi)中再增加屬性CountTime用來(lái)記錄等待時(shí)間（秒）.

則描述“等待登錄”到“終止?fàn)顟B(tài)”狀態(tài)過(guò)程的狀態(tài)圖為:OK例1：基于類(lèi)Login的對(duì)象進(jìn)行登錄之狀態(tài)圖例2：殺毒軟件的定時(shí)殺毒過(guò)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(duì)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(xí)，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(wèn)題：在對(duì)對(duì)象（類(lèi)、用例）建模時(shí)，在什么樣的情況下使用狀態(tài)圖呢?回答：對(duì)反應(yīng)型對(duì)象建模一般使用狀態(tài)圖。反映型對(duì)象通常具有如下特點(diǎn)：

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

(2)在對(duì)某事件做出反映后，它又會(huì)變回空閑狀態(tài)，等待下一個(gè)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(shí)間事件或變化事件的發(fā)生

(4)當(dāng)前行為和過(guò)去行為存在著依賴(lài)關(guān)系。例如，“目標(biāo)狀態(tài)”返回到“源狀態(tài)”在使用狀態(tài)圖對(duì)系統(tǒng)反映型對(duì)象建模時(shí)，可以參照以下步驟進(jìn)行：

(1)識(shí)別一個(gè)要對(duì)其生命周期進(jìn)行描述的參與行為的類(lèi)；

(2)對(duì)狀態(tài)建模，即確定對(duì)象可能存在的狀態(tài)；

(3)對(duì)事件建模，即確定對(duì)象可能存在的事件；

(4)對(duì)動(dòng)作建模，即確定當(dāng)轉(zhuǎn)變被激活時(shí)，相應(yīng)被執(zhí)行的動(dòng)作；

(5)對(duì)建模結(jié)果進(jìn)行精化和細(xì)化。狀態(tài)圖作用是輔助確定類(lèi)中的：

(1)屬性、方法

(2)方法和方法之間的關(guān)系

(3)對(duì)方法中的算法設(shè)計(jì)也起著指導(dǎo)作用說(shuō)明：在實(shí)際建模應(yīng)用中狀態(tài)圖用的并不多，使用較多的有：時(shí)序圖、協(xié)作圖和活動(dòng)圖；但學(xué)習(xí)、建立和理解狀態(tài)圖對(duì)基于事件驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)和對(duì)程序的分析、調(diào)試是很重要的。§4.2順序圖（sequencediagram）

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

對(duì)象時(shí)間說(shuō)明：1．對(duì)象間的排列順序并不重要，但一般把表示參與者的對(duì)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(shí)間順序列出各對(duì)象所發(fā)出和接受的消息。順序圖建模元素：對(duì)象（object）生命線（lifeline）控制焦點(diǎn)（focusofcontrol）或激活期（activation）消息（message）其中：

1．對(duì)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(duì)象名和類(lèi)名；第二種命名方式只顯示類(lèi)名不顯示對(duì)象名，即表示這是一個(gè)匿名對(duì)象；第三種命名方式只顯示對(duì)象名不顯示類(lèi)名，即不關(guān)心對(duì)象屬于什么類(lèi)。

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(dòng)，等待消息接收者放棄或返回控制。調(diào)用消息的表示符號(hào)如下圖所示：①調(diào)用消息可以用來(lái)表示同步的意義，事實(shí)上，在UML規(guī)范說(shuō)明的早期版本中，就是采用“同步消息”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的。②一般地，調(diào)用消息的接收者必須是一個(gè)被動(dòng)對(duì)象(passiveobject)，即它是一個(gè)需要通過(guò)消息驅(qū)動(dòng)才能執(zhí)行動(dòng)作的對(duì)象。③另外調(diào)用消息必有一個(gè)配對(duì)的返回消息，為了圖的簡(jiǎn)潔和清晰，與調(diào)用消息配對(duì)的返回消息可以不用畫(huà)出。說(shuō)明：(3)異步消息（Asynchronous）異步消息指發(fā)送者通過(guò)消息把信號(hào)傳遞給消息的接收者，然后繼續(xù)自己的活動(dòng)，不等待接收者返回消息或控制異步消息的表示符號(hào)如下圖所示：說(shuō)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(hào)如下圖所示：說(shuō)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(huà)出來(lái)。對(duì)于非調(diào)用（同步）消息，如果有返回消息，必須明確表示出來(lái)。

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

1.對(duì)象的創(chuàng)建（兩種形式）

如果對(duì)象在圖的頂部（默認(rèn)位置），說(shuō)明對(duì)象在交互開(kāi)始之前就已經(jīng)存在了（關(guān)聯(lián)）。如果對(duì)象是在交互過(guò)程中創(chuàng)建的，那末應(yīng)當(dāng)位于圖的中間（依賴(lài)）2.對(duì)象的撤銷(xiāo)建立時(shí)序圖遵循的指導(dǎo)性的原則：

(1)確定交互的語(yǔ)境語(yǔ)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(duì)象，根據(jù)對(duì)象的重要性，將其從左向右的方向放在時(shí)序圖中。

(3)設(shè)置每個(gè)對(duì)象的生命線。一般情況下，對(duì)象存在于交互的整個(gè)過(guò)程，但它也可以在交互過(guò)程中創(chuàng)建和撤銷(xiāo)。

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

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

(6)給某控制流的每個(gè)消息附上前置或后置條件，這可以更詳細(xì)地說(shuō)明這個(gè)控制流。例1：基于“學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)”之“登錄”語(yǔ)境建立順序圖控制焦點(diǎn)的嵌套：Tools

Options

Diagram設(shè)置了“顯示”中的“控制焦點(diǎn)”+“分級(jí)消息”后的視圖：例2：基于“圖書(shū)館管理系統(tǒng)”之“登錄”、“借書(shū)業(yè)務(wù)”語(yǔ)境建立順序圖借助上述順序圖的進(jìn)一步分析和設(shè)計(jì),可將概念層類(lèi)圖細(xì)化為如下說(shuō)明層類(lèi)圖：注意：不完備界面設(shè)計(jì)登錄界面：借書(shū)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(gè)對(duì)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(qiáng)調(diào)參加交互的各對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)。·協(xié)作圖組成：主要由對(duì)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(hào)為：·建立協(xié)作圖遵循的指導(dǎo)性的原則：

(1)確定交互過(guò)程的語(yǔ)境（上下文）)。

(2)識(shí)別參與交互過(guò)程的對(duì)象。

(3)確定對(duì)象之間的鏈(Link)，以及沿著鏈的消息。

(4)從引發(fā)這個(gè)交互過(guò)程的初始消息開(kāi)始，將隨后的每個(gè)消息附到相應(yīng)的鏈上。順序圖到協(xié)作圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換:

BrowseCreate

CollaborrationDiagram或F5協(xié)作圖到順序圖自動(dòng)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(duì)象之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

2．順序圖和協(xié)作圖在語(yǔ)義上是等價(jià)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(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)不同。順序圖強(qiáng)調(diào)的是消息的時(shí)間順序；協(xié)作圖強(qiáng)調(diào)的是參與交互的對(duì)象的組織。

4．順序圖可以表示某些協(xié)作圖無(wú)法表示的信息，同樣，協(xié)作圖也可以表示某些順序圖無(wú)法表示的信息。說(shuō)明：可根據(jù)交互圖補(bǔ)充提取類(lèi)操作?；顒?dòng)圖：是狀態(tài)圖的擴(kuò)展，其擴(kuò)展包括以下兩方面：內(nèi)部增加以下等元素：動(dòng)作狀態(tài)（原有“狀態(tài)”）和“活動(dòng)狀態(tài)”；對(duì)象及與對(duì)象的關(guān)聯(lián)（用依賴(lài)關(guān)系）外部增加有：泳道（不同對(duì)象的活動(dòng)區(qū)）●說(shuō)明：活動(dòng)圖同狀態(tài)圖一樣也是一種特殊的狀態(tài)機(jī)，

整個(gè)活動(dòng)圖起始于起始狀態(tài)●終止于結(jié)束狀態(tài)§4.4活動(dòng)圖(ActivityDiagram)一、組成元素1．動(dòng)作狀態(tài)動(dòng)作狀態(tài)：表示活動(dòng)圖的原子動(dòng)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(dòng)作狀態(tài)的圖形符號(hào)為：如:說(shuō)明：動(dòng)作狀態(tài)是構(gòu)造活動(dòng)圖的最小單位（原子動(dòng)作），不能再分解；動(dòng)作狀態(tài)是不可以中斷的狀態(tài)；

動(dòng)作狀態(tài)是瞬時(shí)行為，它所占用的處理時(shí)間極短，有時(shí)可以忽略不計(jì)；動(dòng)作狀態(tài)不能同對(duì)象直接建立聯(lián)系，即不可以創(chuàng)建、撤銷(xiāo)一個(gè)對(duì)象；動(dòng)作狀態(tài)不可以有入口動(dòng)作、出口動(dòng)作和子狀態(tài)機(jī)

2．活動(dòng)狀態(tài)活動(dòng)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(shuō)明：

(1)活作狀態(tài)是可以被中斷的狀態(tài)；

(2)活動(dòng)狀態(tài)可以有入口動(dòng)作、出口動(dòng)作、狀態(tài)動(dòng)作和子狀態(tài)機(jī)

(3)活作狀態(tài)可以同對(duì)象直接建立聯(lián)系，即活動(dòng)狀態(tài)可以創(chuàng)建、撤銷(xiāo)一個(gè)對(duì)象?；顒?dòng)狀態(tài)的圖形符號(hào)為：

如:3．躍遷躍遷：由一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)向下一個(gè)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(dá)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(gè)或多個(gè)并發(fā)的控制流匯合：代表了兩個(gè)或多個(gè)并發(fā)（異步）控制流的同步，聯(lián)結(jié)有多個(gè)輸入躍遷和一個(gè)