軟件建模第十篇：交互與交互圖

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描述系統(tǒng)的邊界：首先得出用例圖，每一個用例都對應系統(tǒng)一系列動作。序列最初是用文本（形式的或非形式的）的方式描述，例如：圖4.1這樣的描述精確性較差，不標準。在UML里，直觀的，標準的和面向?qū)ο蟮姆绞绞牵航换ズ徒换�圖，活動圖(Activity diagram)，狀態(tài)機圖（State machine diagram）�！�—描述軟件系統(tǒng)的動態(tài)行為。

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交互圖分為兩種：序列圖，協(xié)同圖。它們在語義上是等價的，意味著可以互相轉(zhuǎn)換。序列圖強調(diào)的是為實現(xiàn)此行為系統(tǒng)在時序方面的特性；協(xié)同圖強調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面的特性。
  在考察一個系統(tǒng)的對象的交互時，通常從序列圖開始，然后將序列圖轉(zhuǎn)換為協(xié)同圖，以分析系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面應該具備的特點。
  用軟件實現(xiàn)圖4.1 指定的動態(tài)行為。首先考慮系統(tǒng)外部和系統(tǒng)打交道的對象。已經(jīng)在圖4.1中標識。系統(tǒng)作用者：“用戶”和“顯示窗口”，將這兩個外部對象描繪在交互圖上（圖4.2），之后，十分自然地，也是“面向?qū)ο蟆钡乜紤]在系統(tǒng)中應該如何設置擔負不同職責的軟件“角色”。它們共同完成這一任務。這如同當人們需要互相協(xié)同來完成某一工作時，需要進行分工一樣。這樣的“角色”，在UML中，被稱為對象。

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（圖4.2）

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具有相同的結(jié)構(gòu)和行為的所有對象，被抽象為類。這是UML中典型的“類”/“實例”兩分法。在UML中，對象和類使用相同的圖符(矩形)來標識，為了區(qū)分對象和類，在對象的名字下面用下劃線以示區(qū)別。系統(tǒng)作用者是類的變體（stereotype）。在交互圖里，當變體以對象出現(xiàn)時，將保持此變體的圖符。
  在前面的用例中，用戶和系統(tǒng)的交互，可以分為三個連續(xù)執(zhí)行的動作：1、用戶在位圖區(qū)域內(nèi)按下鼠標左鍵；2、保持左鍵按下拖動鼠標；3、釋放鼠標左鍵。這三個動作構(gòu)成了系統(tǒng)作用者和系統(tǒng)的聯(lián)系，每一動作都相當于向系統(tǒng)發(fā)出了一個命令，系統(tǒng)必須在內(nèi)部執(zhí)行相應的操作，以正確響應這命令。這命令，在UML里被稱為消息（message）。消息在對象間傳遞，用于啟動目標對象內(nèi)部的某些操作。在考慮系統(tǒng)內(nèi)部對象的設置時，出于系統(tǒng)“外殼”與系統(tǒng)內(nèi)核的區(qū)分，專設一個對象用于接收用戶傳來的鼠標消息，這就是“接收鼠標消息”這一對象的用途。這對象收到操作系統(tǒng)傳來鼠標消息后，把它傳給為“瀏覽位圖”這個工具專設的對象“處理鼠標消息”，它把由操作系統(tǒng)傳來的無特定語義的鼠標消息，解釋為“瀏覽位圖”賦予它們的語義，并發(fā)送消息給bmpviewer的系統(tǒng)內(nèi)核里的對象（系統(tǒng)數(shù)據(jù)），進行具體的執(zhí)行。

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  在UML里，對象指的是某一種抽象的堅實存在，它是封裝了狀態(tài)和行為的具有明確邊界和身份的實體。具有相同的結(jié)構(gòu)和行為的對象， 在UML里被稱為類。因此，對象應該和某一類相對應。UML里，對象使用與其對應的類一樣的圖符。為了使對象的圖符和類的圖符相區(qū)別，圖符中對象的名字下面加有下劃線（圖4.3）。對象的名字在對象的名字后面標上此對象的實現(xiàn)類的名字。對象名和類名之間用冒號分開。對象名可以缺失，只寫此對象對應的實現(xiàn)類的名字，表示它是此類的一個對象。只標記類而不標記對象名的對象稱為匿名對象（anonymous object）。標記名字的對象稱為記名對象（named object）。

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消息：對象間的互相合作與交流表現(xiàn)為一個對象以某種方式啟動另一個對象的活動。這種交流在UML里被定義為消息。消息是對對象間的一種信息的通訊的描述，此信息期望在通訊完成之后，某一活動會隨之發(fā)生。消息相當于向目標對象發(fā)送了一條命令，此命令啟動了目標對象的一個動作。動作一般通過函數(shù)調(diào)用（call）啟動。但也可以通過其它方式。
消息所能采取的形式：
   調(diào)用（call）：啟動一個對象里的操作。操作是對象的類所能提供的服務的實現(xiàn)。調(diào)用消息一般是順序執(zhí)行的。
   返回(return)：操作向調(diào)用者返回一個值。
   發(fā)送(sand)：向一個對象發(fā)送一個信號。發(fā)送消息是異步消息，意味者發(fā)送消息的對象在發(fā)送了消息給目標對象后，不論目標對象是否接受此消息，它都繼續(xù)進行下一消息的發(fā)送。
   創(chuàng)建(create)：此消息的發(fā)送導致目標對象被創(chuàng)建。
   銷毀(destroy)：此消息的發(fā)送導致目標對象被銷毀。
   消息的表示,在UML里，消息用箭頭表示，此箭頭從發(fā)送消息的對象指向接收消息的對象。在消息的各種形式中，創(chuàng)建和銷毀消息用消息的變體來表示，返回消息用帶虛線的箭頭表示。
   發(fā)送消息又稱為異步消息，用半箭頭表示。
   調(diào)用消息又稱為簡單（simple）消息， 用整箭頭表示。（圖4.4）

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消息的發(fā)送形式

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圖4.5 消息、消息名和消息順序號 (單調(diào)順序號)
消息的表示，消息可以有名字，它列在消息的箭頭的直線上
   如果對象的實現(xiàn)類已經(jīng)確定，則此名字可以標記為實現(xiàn)類的某一操作的定義。例如，C/C++語言里的函數(shù)定義等，消息的發(fā)送是有順序的，此順序由它在序列圖垂直方向上的位置決定，垂直方向靠近序列圖的頂端的消息先執(zhí)行，靠近序列圖底部的消息后執(zhí)行。因此每一消息都有一順序號…。消息的順序號可前綴于消息的名字前面，它們之間用冒號分隔（圖4.5）。順序號分為兩種:單調(diào)順序號(flat sequence)單調(diào)順序號嚴格按照消息的發(fā)送順序排列，如:1,2,3,…,等等（圖4.5）。

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圖4.6過程順序號
過程順序號(procedual sequence)是嵌入式的，當一個消息啟動了另一個消息序列時, 此消息序列內(nèi)的各消息就可以重新開始編號。 如：消息2發(fā)送后,啟動了其后的一系列消息,則這些消息就可以編號為2.1, 2.2, 2.3, …，等等（圖4.6）。

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交互：軟件系統(tǒng)中的任務是通過對象之間的合作來完成的。對象之間的合作是通過對象之間的消息的傳遞實現(xiàn)的。對象之間的合作在UML里被稱為交互。交互是為達某一目的而在一組對象之間進行消息交換的的行為。交互可以對軟件系統(tǒng)為實現(xiàn)某一任務而必須實施的動態(tài)行為進行建模。交互的所包含的UML建模元素包括：對象，消息。它們必須通過某種載體表現(xiàn)出來。在UML中，此載體就是交互圖。
   交互圖描述了一個交互, 其中包括了一系列的對象及其關(guān)系以及通過這些關(guān)系在對象之間傳遞的消息。交互圖可分為兩類：序列圖、協(xié)同圖。它們在語義上是等價的。這意味序列圖和協(xié)同圖內(nèi)部包含的信息是相同的，因此兩圖可以互相推導。如果通過工具，它們可以互相自動轉(zhuǎn)換，交互圖可以為軟件系統(tǒng)的下列構(gòu)成的對象的動態(tài)行為進行建模：類、接口、部件、節(jié)點。交互圖中的這些對象（實例）可以處于一個或多個場景中以實現(xiàn)相應的用例所規(guī)定的任務，通過用交互圖進行建模，可以對這些對象涉及的各對象的動態(tài)特性進行l(wèi)視化、說明、建造、建檔。
  序列圖是交互圖的一種，它強調(diào)的是消息發(fā)送的時間的先后順序。序列圖的構(gòu)成：參加交互的各對象在序列圖的頂端沿水平方向排列，對象之間傳遞的消息，用箭頭表示，水平放置,沿垂直方向排列。在垂直方向上越靠近序列圖頂端的消息越先發(fā)送，從而給出了消息被執(zhí)行的先后順序的明確而直觀的表示。每個對象的底部中心都繪由一個垂直虛線。當一個對象向另一個對象發(fā)送消息時，消息始于發(fā)送對象底部的虛線。終止于接受對象底部的虛線。這條虛線被稱為對象生存線（object lifeline）。對象生存線代表一個對象在一個時間段內(nèi)的存在，如果在序列圖上某一對象收到了創(chuàng)建消息或銷毀消息，則此對象的生存期始于它收到創(chuàng)建消息的時刻，終止于收到銷毀消息的時刻。