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(gè)用例都對(duì)應(yīng)系統(tǒng)一系列動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)。在UML里，直觀的，標(biāo)準(zhǔn)的和面向?qū)ο蟮姆绞绞牵航换ズ徒换�圖，活動(dòng)圖(Activity diagram)，狀態(tài)機(jī)圖（State machine diagram）�！�—描述軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。

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交互圖分為兩種：序列圖，協(xié)同圖。它們?cè)谡Z(yǔ)義上是等價(jià)的，意味著可以互相轉(zhuǎn)換。序列圖強(qiáng)調(diào)的是為實(shí)現(xiàn)此行為系統(tǒng)在時(shí)序方面的特性；協(xié)同圖強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面的特性。
  在考察一個(gè)系統(tǒng)的對(duì)象的交互時(shí)，通常從序列圖開(kāi)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(yīng)該具備的特點(diǎn)。
  用軟件實(shí)現(xiàn)圖4.1 指定的動(dòng)態(tài)行為。首先考慮系統(tǒng)外部和系統(tǒng)打交道的對(duì)象。已經(jīng)在圖4.1中標(biāo)識(shí)。系統(tǒng)作用者：“用戶”和“顯示窗口”，將這兩個(gè)外部對(duì)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(yīng)該如何設(shè)置擔(dān)負(fù)不同職責(zé)的軟件“角色”。它們共同完成這一任務(wù)。這如同當(dāng)人們需要互相協(xié)同來(lái)完成某一工作時(shí)，需要進(jìn)行分工一樣。這樣的“角色”，在UML中，被稱為對(duì)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(duì)象，被抽象為類。這是UML中典型的“類”/“實(shí)例”兩分法。在UML中，對(duì)象和類使用相同的圖符(矩形)來(lái)標(biāo)識(shí)，為了區(qū)分對(duì)象和類，在對(duì)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(dāng)變體以對(duì)象出現(xiàn)時(shí)，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(gè)連續(xù)執(zhí)行的動(dòng)作：1、用戶在位圖區(qū)域內(nèi)按下鼠標(biāo)左鍵；2、保持左鍵按下拖動(dòng)鼠標(biāo)；3、釋放鼠標(biāo)左鍵。這三個(gè)動(dòng)作構(gòu)成了系統(tǒng)作用者和系統(tǒng)的聯(lián)系，每一動(dòng)作都相當(dāng)于向系統(tǒng)發(fā)出了一個(gè)命令，系統(tǒng)必須在內(nèi)部執(zhí)行相應(yīng)的操作，以正確響應(yīng)這命令。這命令，在UML里被稱為消息（message）。消息在對(duì)象間傳遞，用于啟動(dòng)目標(biāo)對(duì)象內(nèi)部的某些操作。在考慮系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)象的設(shè)置時(shí)，出于系統(tǒng)“外殼”與系統(tǒng)內(nèi)核的區(qū)分，專設(shè)一個(gè)對(duì)象用于接收用戶傳來(lái)的鼠標(biāo)消息，這就是“接收鼠標(biāo)消息”這一對(duì)象的用途。這對(duì)象收到操作系統(tǒng)傳來(lái)鼠標(biāo)消息后，把它傳給為“瀏覽位圖”這個(gè)工具專設(shè)的對(duì)象“處理鼠標(biāo)消息”，它把由操作系統(tǒng)傳來(lái)的無(wú)特定語(yǔ)義的鼠標(biāo)消息，解釋為“瀏覽位圖”賦予它們的語(yǔ)義，并發(fā)送消息給bmpviewer的系統(tǒng)內(nèi)核里的對(duì)象（系統(tǒng)數(shù)據(jù)），進(jìn)行具體的執(zhí)行。

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  在UML里，對(duì)象指的是某一種抽象的堅(jiān)實(shí)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(shí)體。具有相同的結(jié)構(gòu)和行為的對(duì)象， 在UML里被稱為類。因此，對(duì)象應(yīng)該和某一類相對(duì)應(yīng)。UML里，對(duì)象使用與其對(duì)應(yīng)的類一樣的圖符。為了使對(duì)象的圖符和類的圖符相區(qū)別，圖符中對(duì)象的名字下面加有下劃線（圖4.3）。對(duì)象的名字在對(duì)象的名字后面標(biāo)上此對(duì)象的實(shí)現(xiàn)類的名字。對(duì)象名和類名之間用冒號(hào)分開(kāi)。對(duì)象名可以缺失，只寫(xiě)此對(duì)象對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)類的名字，表示它是此類的一個(gè)對(duì)象。只標(biāo)記類而不標(biāo)記對(duì)象名的對(duì)象稱為匿名對(duì)象（anonymous object）。標(biāo)記名字的對(duì)象稱為記名對(duì)象（named object）。

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消息：對(duì)象間的互相合作與交流表現(xiàn)為一個(gè)對(duì)象以某種方式啟動(dòng)另一個(gè)對(duì)象的活動(dòng)。這種交流在UML里被定義為消息。消息是對(duì)對(duì)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(dòng)會(huì)隨之發(fā)生。消息相當(dāng)于向目標(biāo)對(duì)象發(fā)送了一條命令，此命令啟動(dòng)了目標(biāo)對(duì)象的一個(gè)動(dòng)作。動(dòng)作一般通過(guò)函數(shù)調(diào)用（call）啟動(dòng)。但也可以通過(guò)其它方式。
消息所能采取的形式：
   調(diào)用（call）：?jiǎn)��?dòng)一個(gè)對(duì)象里的操作。操作是對(duì)象的類所能提供的服務(wù)的實(shí)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(gè)值。
   發(fā)送(sand)：向一個(gè)對(duì)象發(fā)送一個(gè)信號(hào)。發(fā)送消息是異步消息，意味者發(fā)送消息的對(duì)象在發(fā)送了消息給目標(biāo)對(duì)象后，不論目標(biāo)對(duì)象是否接受此消息，它都繼續(xù)進(jìn)行下一消息的發(fā)送。
   創(chuàng)建(create)：此消息的發(fā)送導(dǎo)致目標(biāo)對(duì)象被創(chuàng)建。
   銷毀(destroy)：此消息的發(fā)送導(dǎo)致目標(biāo)對(duì)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(duì)象指向接收消息的對(duì)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(lái)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(jiǎn)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(hào) (單調(diào)順序號(hào))
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(duì)象的實(shí)現(xiàn)類已經(jīng)確定，則此名字可以標(biāo)記為實(shí)現(xiàn)類的某一操作的定義。例如，C/C++語(yǔ)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(hào)…。消息的順序號(hào)可前綴于消息的名字前面，它們之間用冒號(hào)分隔（圖4.5）。順序號(hào)分為兩種:單調(diào)順序號(hào)(flat sequence)單調(diào)順序號(hào)嚴(yán)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(guò)程順序號(hào)
過(guò)程順序號(hào)(procedual sequence)是嵌入式的，當(dāng)一個(gè)消息啟動(dòng)了另一個(gè)消息序列時(shí), 此消息序列內(nèi)的各消息就可以重新開(kāi)始編號(hào)。 如：消息2發(fā)送后,啟動(dòng)了其后的一系列消息,則這些消息就可以編號(hào)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(wù)是通過(guò)對(duì)象之間的合作來(lái)完成的。對(duì)象之間的合作是通過(guò)對(duì)象之間的消息的傳遞實(shí)現(xiàn)的。對(duì)象之間的合作在UML里被稱為交互。交互是為達(dá)某一目的而在一組對(duì)象之間進(jìn)行消息交換的的行為。交互可以對(duì)軟件系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)而必須實(shí)施的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行建模。交互的所包含的UML建模元素包括：對(duì)象，消息。它們必須通過(guò)某種載體表現(xiàn)出來(lái)。在UML中，此載體就是交互圖。
   交互圖描述了一個(gè)交互, 其中包括了一系列的對(duì)象及其關(guān)系以及通過(guò)這些關(guān)系在對(duì)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?cè)谡Z(yǔ)義上是等價(jià)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(dǎo)。如果通過(guò)工具，它們可以互相自動(dòng)轉(zhuǎn)換，交互圖可以為軟件系統(tǒng)的下列構(gòu)成的對(duì)象的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行建模：類、接口、部件、節(jié)點(diǎn)。交互圖中的這些對(duì)象（實(shí)例）可以處于一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)景中以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的用例所規(guī)定的任務(wù)，通過(guò)用交互圖進(jìn)行建模，可以對(duì)這些對(duì)象涉及的各對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行l(wèi)視化、說(shuō)明、建造、建檔。
  序列圖是交互圖的一種，它強(qiáng)調(diào)的是消息發(fā)送的時(shí)間的先后順序。序列圖的構(gòu)成：參加交互的各對(duì)象在序列圖的頂端沿水平方向排列，對(duì)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(gè)對(duì)象的底部中心都繪由一個(gè)垂直虛線。當(dāng)一個(gè)對(duì)象向另一個(gè)對(duì)象發(fā)送消息時(shí)，消息始于發(fā)送對(duì)象底部的虛線。終止于接受對(duì)象底部的虛線。這條虛線被稱為對(duì)象生存線（object lifeline）。對(duì)象生存線代表一個(gè)對(duì)象在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的存在，如果在序列圖上某一對(duì)象收到了創(chuàng)建消息或銷毀消息，則此對(duì)象的生存期始于它收到創(chuàng)建消息的時(shí)刻，終止于收到銷毀消息的時(shí)刻。