UML顺序图的结构化操作语义研究

UML顺序图的结构化操作语义研究 Vo l. 25 No. 2 第 25卷第 2 期计算机应用 2005年 2 月 Comp u te r App lica tion s Feb. 2005 ( ) 文章编号 : 1001 - 9081 2005 02 - 0359 - 03 UML 顺序图的结构化操作语义研究 黄 陇 ,于洪敏 ,陈致明 () 解放军军械工程学院 , 河北 石家庄 050003 ( )huanglong789 @ sina. com 摘 要 : UML 顺序图侧重于展示对象之间的消息交互过程 ,但其动态语义缺乏形式化的描述 ,不 利于对顺序图模型的准确理解和基于该模型的测试用例生成 。为此 ,依据 UML1. 5 规范 ,采用 BN F 定义顺序图的形式化语法 ,提出了活动点的概念 ;在此基础上 ,讨论并给出了单个对象执行消息动作 的结构化操作语义以及顺序图模型的整体结构化操作语义 ,为模型检验和基于顺序图的测试用例生 成提供了前提 。 关键词 : UML; 顺序图 ; 结构化操作语义 中图分类号 : TP311文献标识码 : A Re sea rch on struc tured opera t iona l sem an t ic s of UM L sequen ce d ia gram HUAN G Long, YU Hong2m in, CH EN Zh i2m ing ()O rdnance Eng ineering College, S h ijiazhuang H ebei 050003, C h ina A b stra c t: UML Sequence D iagram emp ha size s p a rticu la rly the p roce ss of m e ssage in te rac tion of ob jec ts. B u t it lack s fo rm a l de sc rip tion of dynam ic sem an tic s, the refo re goe s aga in st comp rehen sion of the d iagram and te st ca se gene ra tion ba sed on () the d iagram. B a sed on UML sp ec ifica tion ve rsion 1. 5 , th is p ap e r defined fo rm a l syn tax of the d iagram firstly and b rough t fo rwa rd concep t of A c tion2Po in t afte rwa rd s; thu s d iscu ss and p u t fo rwa rd the struc tu red op e ra tiona l sem an tic s of m e ssage ac tion of single ob jec t and the who le sequence d iagram , p rovided the p recond ition of mode l check ing and the te st ca se s gene ra tion wh ich ba sed on sequence d iagram. Key word s: UML; sequence d iagram; struc tu red op e ra tiona l sem an tic s 0 引言1 UML 顺序图的形式化语法描述 面向对象软件的运行机制是通过对象以及对象之间的动 定义 1 一个 UML 顺序图可以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为一个五元组 SD = 态交互实现的 。正如 Iva r J acob son所说 :‚只有在所有的用例 < O b j, M sg, Evn, Loc, Tim e > ,其中 :为所有事件进程建立了交互模型之后 ,才可以确定已经发现 [ 1 ] O b j = {O b jec t | O b jec t是顺序图中的对象 } ;系统所需的每个对象所扮演的角色 ,以及它们的 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 。?因 M sg = {M e ssage | M e ssage是顺序图中的消息 } ; 此 ,交互建模在面向对象软件开发中越来越重要 。UML 顺序 O b j?M sg?0 ; 图直观地展现了对象之间的消息动态交互情况 ,不论对交互 建模还是对交互测试都 是很重要的依据和信息 来源 。而 在 O b j?M sg = 0 ; UML 规范中 ,模型的语法是通过元模 型以 UML 的类图的方 M sgΑ O b j ×O b j;) (式定义的 ,静态语义采用 OCL 对象约束语言 进行描述 ,模 Evn = { Even t | Even t是一条消息所对应的事件 } ;型的动态语义则是直接由英文的自然语言来表达的 。采用这 Loc = {Location | Location是一个事件所对应的活动点 }; 种方法描述的动态语义 ,存在着不完全 、不一致 、模糊性等缺 Tim e = { Tim e_po in t | Tim e_po in t是一个事件所对应的时 陷 。现有的形式化工作主要是用于状态图 ,针对顺序图进行 [ 2 ] 间点 ( ) } ;语义 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 的很少 。为此 ,我们以 UML 规范 v1. 5 为基础 , 采用 BN F范式定义其语法 ,给出了它的结构化操作语义 。这 () 定义函数映射 F: O b jec tSe t, M S?Op e ra tionSe t; 不仅准确地描述了系统的动态交互过程 ,有利于建模人员之 () M S为消息信号 : M S = L ife tim e, Even t; 间的交流 ,而且也为基于顺序图的测试用例生成提供了形式 一个消息 信 号 m s?M S 表 示 在 对 象 激 活 期 , 由 于 事 件规范 。 Even t产生消息 ,消息的结果是触发操作集 Op e ra tionSe t中的 某个操作 。 考虑顺序图中的交互对象 ,可以分别定义对象的名称 、对 收稿日期 : 2004 - 07 - 21; 修订日期 : 2004 - 10 - 09 ( ) ( ) 作者简介 :黄陇 1975 - ,男 ,河北南和人 ,博士研究生 ,主要研究方向 :软件工程 、装备指挥自动化 ; 于洪敏 1963 - ,男 ,山东栖霞人 ,副 ( ) 教授 ,博士研究生 ,主要研究方向 :装备指挥自动化 ; 陈致明 1940 - ,男 ,吉林洮南人 ,教授 ,博士生导师 ,主要研究方向 : 计算机软件 、指挥自 动化. ( ) 象所属的类 、对象的标识号 、对象的激活期以及对象的状态等am > 表示该对象的活动点 , 且满足 : d om a p= { 0 } ? N , 要素 。am ? = ! | ?m 。! m 和 ?m 表示发送消息以及接收消 息两种行 < O b ject > ? = [O b j_nam e ] < O b j_c la ss > [ < O b j_ id > ]为 。 < O b j_ live > < O b j_ sta te > 根据定义 ,活动点是对象生命线上离散的 、有限的和抽象 < O b j_c la ss > ? = cls_nam e{c ls_attr} + {cls_op r} +的点 ,按照其所具有行为的不同 ,可以划分为发送活动点和接 < O b j_ id > ? = < D igit1 > { < D igit2 > }3 ;收活动点两类 。 < D igit1 > ? = 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 < D igit2 > ? = 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 93 UML 顺序图的结构化操作语义描述 < O b j_ live > ? = Inac tive | A c tive;对语义进行形式化描述的方法目前主要有操作语义 、指 < O b j_ sta te > ? = < A ttr_va l_ list >称语义 、公理语义和代数语义 。操作语义的基本思想是用抽 ( ) < A ttr_va l_ list > ? = {cls_a ttr‘〗’va lue} + 象的方法描述语言中每一成分的执行效果 ,以免所描述的语 对于顺序图中在对象之间传递的消息 ,可以定义消息的义依赖于该语言实现时所用的具体计算机 ,其突出特点在于 名称 、消息的标识号 、消息的类型 、消息所引发的动作 、消息的 具有 直 观 的 表 述 方 式 。 P lo tk in 提 出 的 结 构 化 操 作 语 义 发送者与接收者以及消息所带有的参数等组成元素 。 ( ) Struc tu red 0p e ra tiona l Sem an tic s, SO S促 进 了 操 作 语 义 学 的 ? =M sg_nam e [ ] | 新发展 。其基本思想是 : 复合成分的操作语义应该可以归结 为它的各个组成部分的操作语义 。结构化操作语义由三部分 [ ] [ < A c tivato r > ] [ < P redece sso r > ]; [ 3 ] 组成 : 一是语法范畴 ; 二是语法规则 ; 三是动态语义 , 由一 的定义同〈O b j_ id >的定义 ; 组推理规则组成 。选用结构化操作语义作为描述顺序图语义 ? = Sync | A sync | A ck 的工具有以下几个优点 : 一是结构化操作语义侧重于描述系 ? = Call_op r | Send_ sgl | B roadcast_ sgl | C reate_O b j | D e stroy_O b j 统操作的实现过程 ,因此非常适合于体现顺序图中对象之间 ? = < O b jec t >消息的动态交互过程 ;二是结构化操作语义是语法制导的 ,这 ? = < O b jec t >样 ,在前面定义顺序图形式语法的基础上 ,有利于保持与静态 ) ( ? = {, }3 语义定义的一致性 ;三是结构化操作语义具有结构化的特征 , ? = In tege r | String | F loa t使得可以在定义单个对象动态语义的基础上 ,通过复合关系 < A ctiva to r > ? = { }3 得到整个顺序图的动态语义 。 < P redece sso r > ? = { }3 3. 1 单个对象执行消息动作的结构化操作语义消息所对应的事件可通过事件标识号和类别 、事件发生 θθ 定义函数 表 示 属 性 集 到 属 性 值 的 映 射 , 即 : A ttr ?的前臵条件与后臵条件来描述 。 ) δ(V a lu e。则 Π O ? O b j, 其状态集可以表示为 = { A , V |i i j j < Even t > ? = [ < Even t_ id > ] < Even t_ typ e > p re_cond po st_cond < Even t_ id >的定义同 < O b j_ id >的定义 ;) θ(Π A ? A ttr, V =A , j ? [ 1, k ], k ? N } , k为属性个数 。相 j j j < Even t_ typ e > ? = send | rece iven δ应的 , 整个顺序图的全局状态为 C on f = ?, n 为对象个数 。 () i 在顺序图中 ,每个事件对应着一个活动 点 后面定义 。 u = 1 下面通过一个三元组来定义某个对象上的各个活动点及其所 σσδΠ O ? O b j,?, 称 < O ,> 为对象 O 的一个格局 。令 i j i i j i 对应的活动 。 C为 O 的所有格局的集合 , 定义转换关系 T Α C ×A ×C, 其中i < Loca tion > ? = ‘< ’< O b jec t > ‘, ’< Loc_ id > ‘, ’) ε( ) (A = { ! O , m , O , ? O , m , O , } 。 S i 1 t 2 i < Loc_ac tion > ‘> ’) 1当 O 不执行任何消息收发动作时 : i < Loc_ id >的定义同 < O b j_ id >的定义 ; N u l l < Loc_ac tion > ? = send | rece iveσσ< O ,> i j j 每一个活动点和一个时间点相关联 ,根据所发生活动的 ) 2O 执行一条消息 m 的发送动作时 : i 1 不同 ,可将时间点分为发送时间点和接收时间点 。 ()! O , m , O i 1 S ′ σσ< O ,>< O ,> i j i j < Tim e_po in t > ? = T_ send | T_ receive′σσ 的 确 定 是 通 过 O 自 身 的 FSM 执 行 得 到 的 。即 j i j2 活动点的概念 E [ C /A ] ′σ 。由于 SendEven t事件的发生 ,导致内部状态发生 j 文献 [ 4 ]中提出了 Loca tion的概念 ,所谓 Loca tion是指对 迁移 ,并产生相应的动作 A c tion。 象生命 线 上 可 以 发 送 或 接 收 消 息 的 点 。该 定 义 只 说 明 了 ) 3O 执行一条消息 m 的接收动作时 :Loca tion在对象生命线上的静态位臵关系 。为了体现对象之 i 1 间消息交互的动态特性 ,我们在 Loca tion的基础上提出了活 ) ( ? O , m , O t 1 i ′ σσ< O ,>< O ,> i j i j ()动点 A c tionPo in t的概念 。 在同步时 , 直接调用方法执行 , 异步时 , O 发送 m 引发动 t 1 定义 2 对顺序图中的任一对象 , 其生命线上可以产生 作 A c tion, 当其满足 O 使能迁移事件 E时 ,触发其 FSM 执行 ,i 361 第 2期黄陇等 : UML 顺序图的结构化操作语义研究 ) ( ) ( ! O , m , O ! O , m , O i 1 S i 1 t ′ ′′ σσσσ< O ,>< O ,> , < O ,>< O ,> i j i j i j i j ) ( ) ( ! O , m , O [ ! O , m , O i 1 S i 1 t ′′ σσ< O ,>< O ,> i j i j ) ) ) 4 、5综合而得 。义可由 5O 顺序执行消息 m 和 m 的接收动作时的语义描述 i 1 2 ) ) 与 4 类似 , 限于篇幅 , 不再赘述 。 7O 对消息 m 和 m 的选择执行过程 :当条件表达式满 i 1 2 ) 足时 , 发送 m , 否则发送 m 6O 顺序执行消息 m 和 m , 或接收 m 发送 m 时的语 1 2i 1 2 1 2 ) ( ! O , m , O i 1 S ′ σσσ> < b,>tru e < O ,< O ,> j i ji j ′ ) ) σσ((< If b then ! O , m , Oe lse ! O , m , O ,> < O ,> i 1 S i 2 t j i j ) [ u = ) ( 8O 循 环 发 送 消 息 m 时 , 可 将 其 表 示 为 3+ [ u = 1 n ]m 的 情 形 , 有 b 为 循 环 入 口 条 a对于 i 1 1 [ 4 ] ) () 件 : 1 n ]m 或 + [ u = 1 n ]m 。 1 1 σfa lse < b,> j σ) σ(> < W h ile b do ! O , m , O, i 1 S jj ′′ ′′ ′ σ() σσ() σσ> tru e < b,< ! O , m , O,>< W h ile b do ! O , m , O,> ji 1 S j i 1 S j jj′ ) σσ(> < W h ile b do ! O , m , O,< > i 1 S jj ( ) n ]m 的情形 ,有 b为循环出口条件 : 1 ) b对于 3 [ u = 1 ) ( ! O , m , O i 1 S ′ σσ< O ,>< O ,> i j i j ′′ σ tru e < b,>j ′ ′ ′ σ) σ(< Do ! O , m , OW h ile b ,> i 1 S j j ”′′ ′ ′′ ′′′ σ σσσσ () () < b,>fa lse ! O , m , O ,>< D o ! O , m , O W h ile b,>j i 1 S j j i 1 S j j ” ′ ′ ) σσ(< Do ! O , m , OW h ile b ,> < > i 1 S j j m ) 9O 发送消息 m 创建对象 O 时 :i i 1 j i- 1ii δδ > δ则 有 < SD , < SD ,> 且 满 足 = ρ ρ ρ ) ( ! O , m , O i 1 j ′ i - 1 ′ ′ σσ< O ,>< O ,>(δ (σσ) ) σσ/ ??? i j i j ρp q p q ) ( c rea te O O ij k ′ 0 0in it in it σσ< O ,>< O ,> δδσσi j i j 其中 , < SD ,> 称为初试格局 , = Y,为对 i i ρ ρ i = 1 )(crea te O O ij 象的初始状态 。按照上述动作执行过程 , 可由初始格局递推至 ε εσσ< O ,>> ,为空状态 ,x is t< O , j e j ex istn δ< SD ,> , 称为交互模型的终止格局 。 ρ 表示 O 处于存在状态 。 j ) 10对象 O 的撤消操作语义 : j 4 结语 s top ) σε a自撤消 : < O ,> < O ,> j j j UML 顺序图模型广泛应用于面向对象软件的 交互建模 ) )(b消息撤消 :令布尔表达式 e: m = D estroy O , O 阶段 ,同时 ,它也可以作为生成交互测试用例的依据 。本文针 1 i j 对顺序图在形式化语义方面的不足 ,在定义顺序图形式化语 )(D estroy O , O i j εσσtru e < e,>< O ,> j j j 法的基础上 ,给出了它的结构化操作语义 ,为模型的一致性检 )(! O , m , O i 1 j 验和测试用例的生成提供了前提 。 σε < O ,>< O ,> j j j 参考文献 : 3. 2 顺序图的整体结构化操作语义 k σδσΠ O ?O b j,表示在某时刻 O 所处的状态 ,= Y, i i i ρ i i = 1 [ 1 ] 徐锋. 实战 OO:交互建模 [ J ]. 程序员 , 2004 , 05. () δWH ITTL E J. Form al App roaches to System s analysis U sing UML: A n k = # O b j, 称 < SD ,> 为顺序图的一个格局 。考虑当经[ 2 ] ρ 过一个交互场景之后 , 整个顺序图的状态变化情况 。 () O verview [J ]. Journal of D atabase M anagem ent, 2000, 11 4: 4 - 13. 陆汝. 计算机语言的形式语义 [M ]. 北京 :科学出版社 , 1994. [ 3 ] m m 12 0 12 δδ > δ > < SD ,>< SD ,< SD ,ρ ρ ρ OV ER GAARD G. A Fo rm a l App roach to Co llabo ration s in the U n i2 [ 4 ] m m n 1fied mode ling L anguage [A ]. In P roceed ings of the Second IEEE In2 n δ() < SD ,> n = # M sg ρ ()ternationa l Confe rence on the U n ified Mode ling L anguage UML99 m m m 组成了一个有穷消息序列 M eseq, 表示一个交 1 2 n [ C ]. IEEE Comp u te r Soc ie ty P ress, 1999. 99 - 11. 互场景中所有的交互消息 。 ) ) ((对 Π m ?M eseq, 存在 S m = O , R m = Q TS IOLA K IS A . Sem an tic A na lysis and Con sistency Check ing of UML i i p i q[5 ] Sequence D iagram s [ R ]. D ip lom a rbe it, TU - B e rlin: [ TR2001 - ! m ?m i i ′ ′ σσσσ06 ] , Ap ril 2001. < O ,> < O ,> , < O ,> < O ,> p p p p q q q q