軟件工程狀態(tài)圖

1、 狀態(tài)圖學(xué)習(xí)內(nèi)容n何謂狀態(tài)圖n構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n狀態(tài)圖的組成n使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖n創(chuàng)建項目中的狀態(tài)圖何謂狀態(tài)圖n狀態(tài)圖由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件、活動和動作5部分組成： (1)狀態(tài)指的是對象在其生命周期中的一種狀況，處于某個特定狀態(tài)中的對象必然會滿足某些條件、執(zhí)行某些動作或者是等待某些事件。一個狀態(tài)的生命周期是一個有限的時間階段。 (2)轉(zhuǎn)換指的是兩個不同狀態(tài)之間的一種關(guān)系，表明對象將在第一個狀態(tài)中執(zhí)行一定的動作，并且在滿足某個特定條件下由某個事件觸發(fā)進入第二個狀態(tài)。 (3)事件指的是發(fā)生在時間和空間上的對狀態(tài)機來講有意義的那些事情。事件通常會引起狀態(tài)的變遷，促使狀態(tài)機從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)，

2、如信號、對象額度創(chuàng)建和銷毀等。 (4)活動指的是狀態(tài)機中進行的非原子操作。 (5)動作指的是狀態(tài)機中可以執(zhí)行的那些原子操作，所謂原子操作指的是它們在運行的過程中不能被其他消息所中斷，必須一直執(zhí)行下去，最終導(dǎo)致狀態(tài)的變更或者返回一個值。何謂狀態(tài)圖n狀態(tài)用于對實體在其生命周期中的各種狀況進行建模，一個實體總是在有限的一段時間內(nèi)保持一個狀態(tài)。狀態(tài)由一個帶圓角的矩形表示，狀態(tài)的描述應(yīng)該包括：名稱、入口和出口動作、內(nèi)部轉(zhuǎn)換和嵌套狀態(tài)。何謂狀態(tài)圖在UML的狀態(tài)建模機制中，轉(zhuǎn)換用帶箭頭的直線表示，一端連接源狀態(tài)，箭頭指向目標狀態(tài)。轉(zhuǎn)換還可以標注與此轉(zhuǎn)換相關(guān)的選項，如事件、監(jiān)護條件和動作等，如果轉(zhuǎn)換上沒有標注

3、觸發(fā)轉(zhuǎn)換的事件，則表示此轉(zhuǎn)換自動進行。何謂狀態(tài)圖n每個狀態(tài)圖都應(yīng)該有一個初始狀態(tài)，它代表狀態(tài)圖的起始位置。初始狀態(tài)是一個偽狀態(tài)（一個和普通狀態(tài)有連接的假狀態(tài)），對象不可能保持在初始狀態(tài)，必須要有一個輸出的無觸發(fā)轉(zhuǎn)換（沒有事件觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換）。通常初始狀態(tài)上的轉(zhuǎn)換是無監(jiān)護條件的，并且初始狀態(tài)只能作為轉(zhuǎn)換的源，而不能作為轉(zhuǎn)換的目標。n一個狀態(tài)圖只能有一個初始狀態(tài)，用一個實心的圓表示。 何謂狀態(tài)圖n終止狀態(tài)是一個狀態(tài)圖的終點，一個狀態(tài)圖可以擁有一個或者多個終止狀態(tài)。n對象可以保持在終止狀態(tài)，但是終止狀態(tài)不可能有任何形式的觸發(fā)轉(zhuǎn)換，它的目的就是為了激發(fā)封裝狀態(tài)上的完成轉(zhuǎn)換。何謂狀態(tài)圖n活動圖和狀態(tài)圖中都

4、有需要根據(jù)給定條件進行判斷，然后根據(jù)不同的判斷結(jié)果進行不同的轉(zhuǎn)換的情況。n實際就是工作流在此處按監(jiān)護條件的取值發(fā)生分支，在UML中判定用空心菱形表示。 何謂狀態(tài)圖n狀態(tài)圖的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)狀態(tài)圖清晰的描述了狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換順序，通過狀態(tài)的轉(zhuǎn)換順序也就可以清晰的看出事件的執(zhí)行順序。如果沒有狀態(tài)圖我們就不可避免的要使用大量的文字來描述外部事件的合法順序。 (2)清晰的事件順序有利于程序員在開發(fā)程序時避免出現(xiàn)事件錯序的情況。 (3)狀態(tài)圖清晰的描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)換時所必須的觸發(fā)事件、監(jiān)護條件和動作等影響轉(zhuǎn)換的因素，有利于程序員避免程序中非法事件的進入。 (4)狀態(tài)圖通過判定可以更好的描述

5、工作流因為不同的條件發(fā)生的分支。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n狀態(tài)名：在實際使用中，狀態(tài)名通常是直觀、易懂、能充分表達語義的名詞短語，其中每個單詞的首字母要大寫。n內(nèi)部活動：狀態(tài)可以包含描述為表達式的內(nèi)部活動。當狀態(tài)進入時，活動在進入動作完成后就開始。如果活動結(jié)束，狀態(tài)就完成，然后一個從這個狀態(tài)出發(fā)的轉(zhuǎn)換被觸發(fā)。n內(nèi)部轉(zhuǎn)換：狀態(tài)可能包含一系列的內(nèi)部轉(zhuǎn)換，內(nèi)部轉(zhuǎn)換因為只有源狀態(tài)而沒有目標狀態(tài)，所以內(nèi)部轉(zhuǎn)換的結(jié)果并不改變狀態(tài)本身。如果對象的事件在對象正處在擁有轉(zhuǎn)換的狀態(tài)時發(fā)生，那內(nèi)部轉(zhuǎn)換上的動作也被執(zhí)行。n入口和出口動作:狀態(tài)可能具有入口和出口動作。這些動作的目的是封裝這個狀態(tài)，這樣就可以不必知道狀態(tài)的內(nèi)部狀

6、態(tài)而在外部使用它。入口動作和出口動作原則上依附于進入和出去的轉(zhuǎn)換，但是將它們聲明為特殊的動作可以使狀態(tài)的定義不依賴狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此起到封裝的作用。n歷史狀態(tài):組成狀態(tài)可能包含歷史狀態(tài)（History state）。 構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n轉(zhuǎn)換用于表示一個狀態(tài)機的兩個狀態(tài)之間的一種關(guān)系，即一個在某初始狀態(tài)的對象通過執(zhí)行指定的動作并符合一定的條件下進入第二種狀態(tài)。n在這個狀態(tài)的變化中，轉(zhuǎn)換被稱作激發(fā)。在激發(fā)之前的狀態(tài)叫做源狀態(tài)，在激發(fā)之后的狀態(tài)叫做目標狀態(tài)。簡單轉(zhuǎn)換只有一個源狀態(tài)和一個目標狀態(tài)。復(fù)雜轉(zhuǎn)換有不止一個源狀態(tài)和（或）有不止一個目標狀態(tài)。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n外部轉(zhuǎn)換是一種改變狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，也是最普

7、通最常見的一種轉(zhuǎn)換。在UML中，它用從源狀態(tài)到目標狀態(tài)的帶箭頭的線段表示，其他屬性以文字串附加在箭頭旁。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n內(nèi)部轉(zhuǎn)換只有源狀態(tài)，沒有目標狀態(tài)，不會激發(fā)入口和出口動作，因此內(nèi)部轉(zhuǎn)換激發(fā)的結(jié)果不改變本來的狀態(tài)。如果一個內(nèi)部轉(zhuǎn)換帶有動作，它也要被執(zhí)行。內(nèi)部轉(zhuǎn)換常用于對不改變狀態(tài)的插入動作建立模型。要注意的是內(nèi)部轉(zhuǎn)換的激發(fā)可能會掩蓋使用相同事件的外部轉(zhuǎn)換。n內(nèi)部轉(zhuǎn)換的表示法與入口動作和出口動作的表示法很相似。他們的區(qū)別主要在于入口和出口動作使用了保留字“entry”和“exit”，其它部分兩者的表示法相同。 構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n完成轉(zhuǎn)換沒有明確標明觸發(fā)器事件的轉(zhuǎn)換是由狀態(tài)中活動的完成引起的

8、。完成轉(zhuǎn)換也可以帶一個監(jiān)護條件，這個監(jiān)護條件在狀態(tài)中的活動完成時被賦值，而不是活動完成后被賦值。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n轉(zhuǎn)換可能具有一個監(jiān)護條件，監(jiān)護條件是一個布爾表達式，它是觸發(fā)轉(zhuǎn)換必須滿足的條件。當一個觸發(fā)器事件被觸發(fā)時，監(jiān)護條件被賦值。如果表達式的值為真，轉(zhuǎn)換可以激發(fā)；如果表達式的值為假，轉(zhuǎn)換不能激發(fā)；如果沒有轉(zhuǎn)換適合激發(fā)，事件會被忽略，這種情況并非錯誤。如果轉(zhuǎn)換沒有監(jiān)護條件，監(jiān)護條件就被認為是真，而且一旦觸發(fā)器事件發(fā)生，轉(zhuǎn)換就激活。n從一個狀態(tài)引出的多個轉(zhuǎn)換可以有同樣的觸發(fā)器事件。若此事件發(fā)生，所有監(jiān)護條件都被測試，測試的結(jié)果如果有超過一個的值為真，也只有一個轉(zhuǎn)換會激發(fā)。如果沒有給定優(yōu)先權(quán)，

9、則選擇哪個轉(zhuǎn)換來激發(fā)是不確定的。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n觸發(fā)器事件就是能夠引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件。如果此事件有參數(shù)，這些參數(shù)可以被轉(zhuǎn)換所用，也可以被監(jiān)護條件和動作的表達式所用。觸發(fā)器事件可以是信號、調(diào)用和時間段等。n 對應(yīng)與觸發(fā)器事件，沒有明確的觸發(fā)器事件的轉(zhuǎn)換稱作結(jié)束轉(zhuǎn)換（或無觸發(fā)器轉(zhuǎn)換），是在結(jié)束時被狀態(tài)中的任一內(nèi)部活動隱式觸發(fā)的。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n動作（action）通常是一個簡短的計算處理過程或一組可執(zhí)行語句。動作也可以是一個動作序列，即一系列簡單的動作。動作可以給另一個對象發(fā)送消息、調(diào)用一個操作、設(shè)置返回值、創(chuàng)建和銷毀對象。n動作是原子性的，所以動作是不可中斷的，動作和動作序列的執(zhí)行不會被同時

10、發(fā)生的其他動作影響或終止。動作的執(zhí)行時間非常短，所以動作的執(zhí)行過程不能再插入其他事件。如果在動作的執(zhí)行期間接收到事件，那么這些事件都會被保存，直到動作結(jié)束，這時事件一般已經(jīng)得到值。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n判定用來表示一個事件依據(jù)不同的監(jiān)護條件有不同的影響。在實際建模的過程中，如果遇到需要使用判定的情況，通常用監(jiān)護條件來覆蓋每種可能，使得一個事件的發(fā)生能保證觸發(fā)一個轉(zhuǎn)換。n判定在活動圖和狀態(tài)圖中都有很重要的作用。轉(zhuǎn)換路徑因為判定而分為多個分支，可以將一個分支的輸出部分與另外一個分支的輸入部分連接而組成一棵樹，樹的每個路徑代表一個不同的轉(zhuǎn)換。樹為建模提供了很大的方便。n在活動圖中，判定可以覆蓋所有的可能

11、，保證一些轉(zhuǎn)換被激發(fā)。否則，活動圖就會因為輸出轉(zhuǎn)換不再重新激發(fā)而被凍結(jié)。構(gòu)成狀態(tài)圖的元素同步條是為了說明并發(fā)工作流的分支與匯合。狀態(tài)圖和活動圖中都可能用到同步。在UML中，同步用一條線段來表示。 構(gòu)成狀態(tài)圖的元素n在狀態(tài)機中，一個事件的出現(xiàn)可以觸發(fā)狀態(tài)的改變。它發(fā)生在時間和空間上的一點，沒有持續(xù)時間。如接受到從一個對象到另一個對象的調(diào)用或信號、某些值的改變或一個時間段的終結(jié)。n事件可以分成明確或隱含的幾種，主要包括：信號事件、調(diào)用事件、改變事件和時間事件等。狀態(tài)圖的組成n如果一個組成狀態(tài)的多個子狀態(tài)之間是互斥的，不能同時存在的，這種組成狀態(tài)稱為順序組成狀態(tài)。n一個順序組成狀態(tài)最多可以有一個初始

12、狀態(tài)和一個終態(tài)，同時也最多可以由一個淺（shallow）歷史狀態(tài)和一個深（deep）歷史狀態(tài)。狀態(tài)圖的組成n在一個組成狀態(tài)中，可能有兩個或者多個并發(fā)的子狀態(tài)機，我們稱這樣的組成狀態(tài)為并發(fā)組成狀態(tài)。每個并發(fā)子狀態(tài)還可以進一步分解為順序組成狀態(tài)。n一個并發(fā)組成狀態(tài)可能沒有初始狀態(tài)，終態(tài)，或者歷史狀態(tài)。但是嵌套在它們里的任何順序組成狀態(tài)可包含這些偽狀態(tài)。使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖在Rational Rose中，可以為每個類創(chuàng)建一個或者多個狀態(tài)圖類的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)都可以在狀態(tài)圖中體現(xiàn)。首先，展開“Logic View”菜單項，然后在“Logic View”圖標上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“New”下的“

13、Statechart Diagram”選項建立新的狀態(tài)圖。 使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖n初始狀態(tài)和終止狀態(tài)是狀態(tài)圖中的兩個特殊狀態(tài)。初始狀態(tài)代表著狀態(tài)圖的起點，終止狀態(tài)代表著狀態(tài)圖的終點。對象不可能保持在初始狀態(tài)，但是可以保持在終止狀態(tài)。n初始狀態(tài)在狀態(tài)圖中用實心圓表示，終止狀態(tài)在狀態(tài)圖中用含有實心圓的空心圓表示。鼠標左鍵點擊狀態(tài)圖工具欄中的“”圖標，然后在繪制區(qū)域要繪制的地方單擊鼠標左鍵就可以創(chuàng)建初始狀態(tài)。終止狀態(tài)的創(chuàng)建方法和初始狀態(tài)相同。 使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖n首先用鼠標左鍵單擊狀態(tài)圖工具欄中對應(yīng)圖標，然后在繪制區(qū)域要創(chuàng)建狀態(tài)的地方單擊鼠標左鍵。 n創(chuàng)建新的狀態(tài)后，我們可以修改狀態(tài)的屬性信息

14、。雙擊狀態(tài)圖標，在彈出的對話框“General”選項卡里進行如名稱“Name”和文檔說明“Documentation”等屬性的設(shè)置。 使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖n轉(zhuǎn)換是兩個狀態(tài)之間的一種關(guān)系，代表了一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的過度，在UML中轉(zhuǎn)換用一條帶箭頭的直線表示。n要增加轉(zhuǎn)換，首先用鼠標左鍵單擊狀態(tài)工具欄中的圖標，然后再用鼠標左鍵單擊轉(zhuǎn)換的源狀態(tài)，接著向目標狀態(tài)拖動一條直線。使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖一個事件可以觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。要增加事件，先雙擊轉(zhuǎn)換圖標，在出現(xiàn)的對話框的“General”選項卡里增加事件， 接下來，在“Event”選項中添加觸發(fā)轉(zhuǎn)換的事件，在“Argument”選項中添加事件的參數(shù)，

15、還可以在“Documentation”選項中添加對事件的描述。 使用Rose創(chuàng)建狀態(tài)圖n監(jiān)護條件是一個布爾表達式，它控制轉(zhuǎn)換是否能夠發(fā)生。n要添加監(jiān)護條件，先雙擊轉(zhuǎn)換的圖標，選擇出現(xiàn)的對話框中的“Detail”選項卡的“Guard Condition”選項，然后填入監(jiān)護條件?？梢詤⒖继砑觿幼鞯姆椒ㄌ砑颖O(jiān)護條件。創(chuàng)建項目中的狀態(tài)圖n要創(chuàng)建狀態(tài)圖，首先要標識出哪些實體需要使用狀態(tài)圖進一步建模。雖然我們可以為每一個類、操作、包或用例創(chuàng)建狀態(tài)圖，但是這樣做勢必浪費很多的精力。一般來說，不需要給所有的類都創(chuàng)建狀態(tài)圖，只有具有重要動態(tài)行為的類才需要。n從另一個角度看，狀態(tài)圖應(yīng)該用于復(fù)雜的實體，而不必用于具

16、有復(fù)雜行為的實體。使用活動圖可能會更加適合那些有復(fù)雜行為的實體。具有清晰、有序的狀態(tài)實體最適合使用狀態(tài)圖進一步建模。n對于學(xué)生選課來說，需要建模的實體就是學(xué)生賬號。創(chuàng)建項目中的狀態(tài)圖創(chuàng)建項目中的狀態(tài)圖n當確定了需要建模的實體，并找出了實體的初始狀態(tài)和終止狀態(tài)以及其他相關(guān)狀態(tài)后，就可以著手創(chuàng)建狀態(tài)圖。n首先，我們要找出相關(guān)的事件和轉(zhuǎn)換。對于學(xué)生賬號來說，當有新的同學(xué)入學(xué)時，將會給新同學(xué)創(chuàng)建一個新的賬號，下面新同學(xué)可以用這個賬號去選課。一般來說，每個人的選課數(shù)目是有限的，比如說選擇6門課程后將不能再選課。如果已選了6門課程還要再選課，就必須刪除已選的課程。直到這位同學(xué)畢業(yè)，將其賬號刪除，則進入終止狀態(tài)。 練習(xí)題（1）對于“遠程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)”，學(xué)生如果需要