2.1協作圖的語法和語義
UML協作圖[7]就是用來表示一組通過交互來實現某些行為的對象，可以用來可視化、詳細描述、構造和文檔化一個特定的對象群體的動態方面，也可以用來按交互中的角色及其關系對一個用例的特定的場景或控制流的實現進行建模。協作圖描述了特定行為的參與對象的靜態結構，以及參與對象之間的動態交互，可以用于不同的規約抽象級別，規約級協作圖表示了類元角色、關聯角色和消息，表示對象之間的可能的關系，而實例級協作圖表示對象、鏈和激勵，表示特定對象之間的關系。兩者都描述了協作參與者之間的結構關系。如果要表示可能事件，一般用規約級協作圖，其中沒有條件和循環，實例沒有取值范圍或有許多可能的路徑。實例級協作圖用于描述屬性或參量有具體的值的對象和鏈，可變大小多重性的對象和鏈的具體數目，或者是執行中的分支或循環的特定選擇。協作圖可以用來表示用例的實現或操作的實現，描述操作和用例的執行實現所處的語境、交互中行為序列。當協作圖用于表示用例的實現時，只描述外部可見的動作及其順序,用對象之間的消息交換來描述一個用例實現的場景。當協作圖用來表示一個對象的操作的實現時，提供了更詳細的信息，如操作的參數及其用途、參與變量的特征、關聯上的約束、操作實現過程中對象的創建和破壞等。本文主要研究用于表示用例實現的實例級協作圖，下面介紹實例級協作圖符號及其語義。
協作描述了在一定的語境中一組對象以及用以實現某些行為的這些對象之間的相互作用。協作由靜態部分和動態部分組成，靜態部分描述在協作實例中對象和鏈可能擔任的角色，是角色集合和其間關系，這些關系定義了結構方面的內容，動態部分是一個消息集合，包括一個和多個動態交互，表示在執行計算過程中不同時間里協作中的消息流, 這些消息定義了行為方面的內容。角色表示協作中對象和鏈的目的，類元角色定義了參與協作執行的對象在一個協作中扮演的角色，關聯角色定義了一個類元角色和其他角色之間的關系，是參與協作執行的關聯的描述，關聯角色是鏈的子集，鏈是兩個或多個對象之間的單向連接，是關聯的實例。對象必須是位于關聯相應位置的類的直接或間接實例。關聯是兩個或多個特定描述其實例間連接的類元之間的關系，參與關聯的類元在關聯內有有序的位置。在運行時，對象和鏈與協作中的角色綁定，在不同的協作中一個對象可以綁定到一個或多個角色。
交互是由在一個實現特定目標的協作內一組對象之間通信序列組成的行為規約。每個交互包含消息的偏序集，這些消息由類元角色通過關聯角色交換。消息是激勵的規約，是發送者和接受者之間的通信。消息指定了發送者對象和接受者對象扮演的角色，說明發送者對象對接受者對象應用何種操作。激勵是傳遞消息期望發生的兩個對象之間的通信，激勵導致一個操作被激活、發出一個信號、導致一個對象被創建或終止。
本部分介紹一個客戶通過ATM上驗證用戶卡和PIN有效性、建立會話的用例片斷[9]的實例級協作圖，如圖1所示。協作圖上存在條件消息說明考慮到許多不同的用例場景，涉及到多個對象之間的交互，其中每一個場景都對應協作圖上的一條執行路徑，這正是測試所要嘗試的。圖2表示了在這個協作中參與對象相應的類圖。
一個描述用例實現的實例級協作圖上用于建模的元模型包括：類元角色名、關聯角色名、對象符號、鏈接符號、消息符號、鏈上的約束等。對象框能夠表示參與協作中交互的對象，鏈表示這些對象之間的結構關系，消息的箭頭形狀表示協作對象間的通信模式和對象的執行特征, 消息標簽表示對一個對象的操作調用的允許順序的實例、操作的語義。在實際的建�；顒又杏行┰夭⒉辉谀Ｐ蜕戏从�，例如圖1的協作圖只表示了協作中參與的對象和對象之間的消息，這是表示對象交互的最小元素集。本文關注協作圖表示的動態行為的測試，前面提到協作圖上表示交互的主要元素是消息，下面詳細介紹消息。
協作圖中的消息用帶有消息標簽的箭頭表示，附在連接發送者和接受者的鏈上，鏈用于訪問目標對象，箭頭沿著鏈指向接受者，一個鏈上可以有多個消息，沿著相同或不同方向傳遞，消息的相關順序由消息標簽中的順序號表示。按照UML1.5[5]中提出消息箭頭有三種形狀表示對象之間的通信方式和控制流類型：實線實心箭頭表示同步消息，用于表示過程調用和嵌套控制流，每次調用增加一個嵌套層次；刺狀箭頭表示平面控制流，是異步通信，無嵌套，表示前驅-后繼關系，指向下一步驟；虛線刺狀箭頭表示從過程調用返回。圖1中的消
圖1 ATM建立一次會話的實例的協作圖
息都是帶有刺狀箭頭的實線，表示前驅/后繼關系。消息標簽說明發送的消息、發送的條件、由消息激活的方法、相應的參量和返回值，以及交互中的消息順序，包括調用嵌套、迭代、分支、并行和同步，完全格式消息標簽的語法[5]中有詳細的定義。其語法如下：
[predecessor][guardcondition][sequence-expression][return-value-list]:=message-name(argument)
[predecessor]表示前驅,在協作中前驅是用逗號隔開的順序號列表，并后跟“/”；[guardcondition]表示線程同步的衛式條件；[sequence-expression]表示順序項列表每一項表示交互中的一個嵌套層次，如果所有的控制并行則無嵌套；整數表示過程調用中的相鄰高層中的消息的順序，同一整數項中的不同消息在嵌套層是順序相關的，同一前綴的消息順序號構成序列。循環表示條件或迭代執行，表示根據條件執行零個或多個消息；[return-value-list]在有返回值的情況下表示消息返回值的名稱，名稱之間用逗號隔開，可以作為后續消息的參量；message-name 表示目標對象中引發的事件名稱，可以用不同的方式實現，如操作調用；Argument 是消息引發的方法的參量列表。
圖2 圖1 ATM用戶驗證的類圖
消息上的條件增加了消息的表達能力，也增加的消息復雜度，消息上的條件有幾種形式：在一個新的調用層次開始，如圖1中消息標簽4.1[isMemberCard]feeAmount:=getfeeAmount()所示：4.1表示一個新的調用序列，條件成真時該層次的消息順序發送，否則都不發送；在順序發送的消息上，例如消息1.3中，[!isATMCard]條件表示二值條件，條件成真時其后的消息eject()執行一次，否則不執行，對其他消息沒有影響；在一個表示迭代的嵌套調用消息開始，如消息3.1.1表示了一個迭代執行多個消息的情況，根據validPIN和n的取值可能發送1或2次消息。
這些協作圖上的模型元素所表示的軟件系統的不同方面的信息，都是系統的本質信息，需要在軟件從設計到實現過程中必須保持的，因而軟件實現中的行為的本質方面都會在設計中表示，所以可以從設計表示中獲取行為方面的信息，用于確認軟件實現中是否正確實現。
2.2場景路徑
一個表示用例實現的協作圖實現了用例的不同事件流，包括正常流和異常流，每個事件流稱為一個場景，這些場景都被相應的協作圖實現。一個協作圖所表示的協作正是從一個外部事件觸發開始，在參與協作的對象之間完成一系列的交互，最后正確的協作結束時都導致一個外部輸出 ，對應于一個實際場景，也是一個線程執行的路徑。要找到這些路徑，一般的方法是將協作圖轉換為流圖，然后在流圖上使用圖遍歷的方法達到路徑覆蓋從而得到所有的路徑。本文為了避免復雜流圖的轉換和不可行路徑的遍歷開銷，試圖直接從協作圖上獲取這些路徑。我們從Paul C. Jorgenson[4]定義原子系統功能（ASF）和方法/消息路徑（MM-path）得到啟發，本文定義了一個場景路徑（scenario-path）：
定義 場景路徑（scenario-path，s-path）是協作圖上從一個沒有前驅消息的消息開始，沿著消息的偏序執行序列，到達一個沒有后繼的消息結束的由消息相連的方法執行序列。
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