(五)第四章 動(dòng)態(tài)建模

1、第四章 動(dòng)態(tài)建模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為是指對(duì)象是如何通過(guò)通信來(lái)進(jìn)行協(xié)作的，以及系統(tǒng)中的對(duì)象是如何在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)改變狀態(tài)的。交互（Interaction）：為產(chǎn)生某種功能而在一組對(duì)象之間進(jìn)行的通信過(guò)程。描述交互的動(dòng)態(tài)圖：· 狀態(tài)圖（State Diagram）：可以描述一個(gè)對(duì)象在其生命周期中擁有哪些狀態(tài)，該對(duì)象在這些狀態(tài)下的行為，以及什么樣的事件會(huì)導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)發(fā)生改變。· 交互圖（Interaction Diagram）：可以描述對(duì)象之間是如何進(jìn)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(shí)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(diǎn)在時(shí)間上， 而通信圖的焦點(diǎn)在空間上。交互概觀圖顯示了一些作為一個(gè)較大交互流的部分內(nèi)容的交互圖。時(shí)序圖顯示沿著一個(gè)精確時(shí)間軸的交互。· 活動(dòng)圖（Activity Diagram）：是另外一種顯示交互的方法，但是活動(dòng)圖的主要焦點(diǎn)是工作。4.1 對(duì)象之間的交互兩個(gè)對(duì)象之間的交互是通過(guò)一個(gè)對(duì)象向另一個(gè)對(duì)象發(fā)送消息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。消息的類(lèi)型：· 簡(jiǎn)單消息：一個(gè)平直的控制流。簡(jiǎn)單消息顯示了控制是如何從一個(gè)對(duì)象傳遞到另一個(gè)對(duì)象的，這個(gè)過(guò)程中并沒(méi)

3、有描述任何有關(guān)對(duì)象之間通信的細(xì)節(jié)信息。· 同步消息：一個(gè)嵌套的控制流，一般是作為操作調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只有在處理該消息的操作結(jié)束之后，調(diào)用者才能恢復(fù)繼續(xù)執(zhí)行。· 異步消息：異步的控制流。對(duì)象之間的異步消息表明了不等待語(yǔ)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(jiǎn)單消息立即返回的同步消息圖4.1 消息類(lèi)型注解4.2 狀態(tài)圖4.2.1 狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的概念一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)是該對(duì)象在此之前所執(zhí)行的所有活動(dòng)的結(jié)果，通常是由對(duì)象的屬性值所決定的，并且會(huì)鏈接到其他對(duì)象。有關(guān)對(duì)象狀態(tài)的例子：· 貨物（對(duì)象）已經(jīng)付款（狀態(tài)）；· 小轎車(chē)（對(duì)象）

4、靜止不動(dòng)（狀態(tài)）；· 機(jī)器的引擎（對(duì)象）在運(yùn)轉(zhuǎn)（狀態(tài)）；· Jim（對(duì)象）擔(dān)任銷(xiāo)售員的角色（狀態(tài)）；· Kate（對(duì)象）結(jié)婚了（狀態(tài)）。當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，對(duì)象就可能會(huì)改變狀態(tài)。對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為可以表現(xiàn)在兩個(gè)方面：交互和內(nèi)部狀態(tài)的變化。 狀態(tài)圖的組成部分· 起始點(diǎn)（初態(tài)）（Initial State）· 結(jié)束點(diǎn)（終態(tài)）（Final State）· 狀態(tài)（State）· 狀態(tài)轉(zhuǎn)換（State Transition）· 導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的事件狀態(tài)轉(zhuǎn)換激發(fā)（Fire）或狀態(tài)轉(zhuǎn)換被觸發(fā)（Triggered）UnpaidPaid

5、刪除貨物對(duì)象付款創(chuàng)建貨物對(duì)象圖4.2 貨物對(duì)象的狀態(tài)圖Onfirst floorMovingupMovingdownMoving tofirst floorIdlearrivedarrivedarrivedgo upgo upgo downtime-out圖4.3 電梯對(duì)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(dòng)圖4.4 狀態(tài)的三個(gè)部分：狀態(tài)名、狀態(tài)變量和活動(dòng) 活動(dòng)組成在活動(dòng)組成中可能會(huì)使用的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事件：entry, exit和do?；顒?dòng)組成的形式語(yǔ)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(gè)名為login的狀態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換Startingapplicationsdo/loadapplicationsStarting OSdo/load OSBootdo/run biosprogram圖4.6 不帶顯式事件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換用于確定一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的形式語(yǔ)法是：event-signature guard-condition/ action-expres

7、sion send-clause其中，event-signature的語(yǔ)法定義為：event-name(parameter, .)并且send-clause的語(yǔ)法是：destination-expressiondestination-event-name(argument,)Event-Signature（事件簽名）event-signature包括一個(gè)事件名（event-name）和相關(guān)的參數(shù)。參數(shù)列表的語(yǔ)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(zhuǎn)換上所附的事件帶有一個(gè)參數(shù)floor帶event-signature的狀態(tài)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換Guard-Condition（保護(hù)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(gè)guard-conditio

10、n的狀態(tài)轉(zhuǎn)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(hù)條件的GUI 的狀態(tài)圖Action-Expression（動(dòng)作表達(dá)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(zhuǎn)換上有一個(gè)guard-condition和一個(gè) action-expression。帶有action-expression的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的例子如下：increase ( ) / n : = n+1 / m : = m+1add (n) / sum : =

12、sum + n/ flashSend-Clause（發(fā)送語(yǔ)句）send-clause是動(dòng)作的特殊情況。它是一個(gè)用于在兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)送消息的顯式語(yǔ)法。該語(yǔ)法包括一個(gè)destination-expression和一個(gè)event-name。例如，下面的action-expression： timer = Time-out / go down ( first floor )可以被轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)致產(chǎn)生某一動(dòng)作。Displaydo/displaycurrent timeSet minutedo/displayminutesSet hoursdo/display hoursmode_buttonmode_buttoninc/hours := hours + 1inc/minutes := minutes + 1mode_buttonDigit

14、al_watchmode_button()inc()類(lèi)狀態(tài)圖圖4.12 Digital_watch類(lèi)及其相應(yīng)的狀態(tài)圖在UML中有以下四種類(lèi)型的事件：· 條件變?yōu)檎妫哼@種事件在圖形上顯示為一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換上的guard-condition條件。· 接收到一個(gè)顯式的來(lái)自其他對(duì)象的信號(hào)：在圖形上顯示為狀態(tài)轉(zhuǎn)換上的一個(gè)event-signature。· 接收到操作調(diào)用：對(duì)象調(diào)用了另一個(gè)對(duì)象中的操作。在圖形上顯示為狀態(tài)轉(zhuǎn)換上的一個(gè) event-signature。· 指定的一段時(shí)間的消耗：在圖形上顯示為狀態(tài)轉(zhuǎn)換上的一個(gè)時(shí)間表達(dá)式。錯(cuò)誤也是一種事件例如：errorout

15、_of_memory類(lèi)可以接收或發(fā)送消息。信號(hào)也是普通的類(lèi)，但只用于發(fā)送信號(hào)。信號(hào)類(lèi)可以使用signal構(gòu)造型來(lái)構(gòu)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(hào)Input可以是下述任意一種類(lèi)的對(duì)象：Keyboard, Left Mouse Button, Right Mouse Button, Voice Recognition圖4.13 帶抽象父類(lèi)的信號(hào)類(lèi)層次結(jié)構(gòu)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(gè)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(bào)廢修好損壞多余重新使用不能修好超過(guò)年限圖4.15 一個(gè)設(shè)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(duì)象（Remote Control）向CD播放機(jī)對(duì)象（CD Player）發(fā)送消息待命啟動(dòng)加熱計(jì)時(shí)關(guān)機(jī)加熱開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)暫停溫度計(jì)時(shí)控制器電烤箱加熱( )加熱( )關(guān)機(jī)( ) 計(jì)時(shí)器5分鐘關(guān)機(jī)( )加熱( )關(guān)機(jī)( )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(gè)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(jī)提速運(yùn)行減速使用中啟動(dòng)開(kāi)機(jī)到達(dá)運(yùn)行速度停機(jī)速度=0圖4.20 描述設(shè)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