UML的状态机图

计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　２０１０，３１（１７）　３８３５　

・软件与算法・　

基于改进蚁群算法ＵＭＬ状态机图的测试用例生成　

任洪丽，　张伟，　李文瑞　

（江南大学信息学院，江苏无锡２１４１２２）　

摘　要：为了减少测试工作量，防止测试用例数目过多而导致爆炸，提出了使用改进的蚁群算法直接从ＵＭＬ状态机图中生　

成测试用例的方法。利用ＵＭＬ状态图是对系统可能的生命历程进行建模，由于状态图具有直观性，所以简化了生成测试用　

例过程，从而减少了测试的工作量。通过构造人工蚁群以及动态更新信息素矩阵，让蚂蚁选择还没有搜索或边信息素最小　

的顶点，确保了测试用例的数量既满足测试需求，又不会过多。通过编写算法及模拟仿真，对该算法的可行性和有效性做了　

验证和仿真分析。　

关键词：软件测试；测试用例；ＵＭＬ状态机图；蚁群算法；有向图　

中图法分类号：ＴＰ３１１．５６　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—７０２４（２０１０）１７—３８３５—０３　

Ｔｅｓｔ　ｃａｓｅｓ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ＵＭＬ　ｓｔａｔｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｕｓｉｎｇ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ＡＣＯ　

ＲＥＮ　Ｈｏｎｇ—ｌｉ。　ＺＨＡＮＧ　Ｗｌｅｉ，　ＬＩ　Ｗ＿ｅｎ—ｒｕｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，№ｉ　２１４１２２．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｃｕｔ　ｄｏｗｎ　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆｔｅｓｔ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ａｎｄ　ａｖｏｉｄ　ｔｏ　ｎｕｍｂｅｒ　ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ　ｏｆｔｅｓｔ　ｃａｓｅｓ，ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｈａｔ　ｕｓｉｎｇ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｎｔ　ｃｏｌｏｎｙ　

ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＡＣＯ）ｇｅｎｅｒ￣ｅ　ｔｅｓｔ　ｃａｓｅｓ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｆｒｏｍ　ＵＭＬ　ｓｔａｔｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔ　ｍｏｄｅｌｓ　ｔｈｅ　ｐａｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　

***

*** UML状态图规范说明

一、状态图简介

状态图(Statechart Diagram)是描述一个实体基于事件反应的动态行为，显示了该实体如何根据当前所处的状态对不同的时间做出反应的。通常我们创建一个UML状态图是为了以下的研究目的：研究类、角色、子系统、或组件的复杂行为。

状态图用于显示状态机（它指定对象所在的状态序列）、使对象达到这些状态的事件和条件、以及达到这些状态时所发生的操作。

状态机用于对模型元素的动态行为进行建模，更具体地说，就是对系统行为中受事件驱动的方面进行建模（请参见概念：事件与信号）。状态机专门用于定义依赖于状态的行为（即根据模型元素所处的状态而有所变化的行为）。其行为不会随着其元素状态发生变化的模型元素不需要用状态机来描述其行为（这些元素通常是主要负载管理数据的被动类）。

状态是对象执行某项活动或等待某个事件时的条件。对象可能会在有限

长度内保持某一状态。状态具有以下几项特征：

进入/退出操作 在进入和退出状态时所执行的操作。

内部转移 在不使状态发生变更的情况下进行的转移。

名称 将一个状态与其他状态区分开来的文本字符串；状态也可能是匿名的，这表示它没有名称。

子状态 状态的嵌套结构，包括不相连的（依次处于活动状态的）或并行的（同时处于活动状态的）子状态。

延迟的事件 未在该状态中处理但被延迟处理（即列队等待由另一个状态中的对象来处理）的一系列事件。

二、状态图内容

2．1 转移

转移是两个状态之间的关系，它表示当发生指定事件并且满足指定条件时，第一个状态中的对象将执行某些操作并进入第二个状态。当发生这种状态变更***

*** 时，即“触发”了转移。在触发转移之前，可认为对象处于“源”状态；在触发转移之后，可认为对象处于“目标”状态。转移具有以下几项特征：

源状态 转移所影响的状态；如果对象处于源状态，当对象收到转移的触发事件并且满足警戒条件（如果有）时，就可能会触发输出转移。

状态机图

1. 概述

状态机图（State Machine Diagram）是用来显示状态机的图，包括简单状态、转换和嵌

套的复合状态等，一个典型的状态机图如图1所示：

图1. 状态机图

2. 基本表示符号

状态机图的基本元素包括：状态、转移、事件、伪状态和复合状态。

2.1状态（State）

状态是对象生命周期中的一个条件或形态。状态由对象的属性值、与其他对象的关系以

及正在执行的活动来确定。在UML中，状态用圆角矩形和状态名表示，初始状态用实心圆

表示，终止状态用牛眼表示，如图2所示：

图2. 状态 状态可以有一个或多个分栏，这些分栏是可选的，包括名称分栏、嵌套区域、内部转换

分栏等，如图3所示：

图3. 带分栏的状态 状态也可用圆角矩形上带有状态名称标签的方框表示，如图4所示：

Enter Password+ entry / reset+ exit / test+ digit / handleCharacter+ clear / reset+ help / displayHelp+ print / defer+ do / suppress echo

图4. 带有名称标签符号的状态

2.2 转移（Transaction）

转移表示状态之间可能的路径，可以表示外部转换（用箭头表示），也可以表示内部转

换（嵌套在状态内部）。如图5所示：

图5. 转移

2.3 事件（Event）

事件是对，在特定时间和空间上，所发生的有意义的事情。在状态机中，事件触发转移，

事件或者显示在转换之上，或显示在状态以内。共有四种类型的事件：信号事件、调用事件、

时间事件、改变事件。

信号用于对象间异步传递的信息包，它没有任何操作，只有自身携带的信息。信号事件

是通过信号来触发的事件，在UML中，信号如图6所示：

图6. 信号 调用事件是请求在类语境的实例上调用特定的操作，在UML中，调用事件如图7所示：

图7. 调用事件

时间事件用关键字after表示，说明事件被触发的临界时间。改变事件用关键字when

TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用

26 科学与信息化2020年2月上UML状态机图的建模分析商鹏山东理工大学计算机科学与技术学院 山东 淄博 255049摘 要 状态机图是统一建模语言UML中的动态模型图，用来描述一个实体基于事件反应的动态行为。要研究某个实体或对象的单独的行为及状态变化，可以使用状态机模型图来表示。本文对状态机图进行了介绍，并通过实例进行状态机图的建模分析。关键词 状态机；单个对象；建模引言在软件系统中可能存在着大量的对象，它们需要处理各种随机发生的事件，通过相应的动态行为来产生对事件的响应，最适合描述对象这类动态行为的建模手段就是状态机图。状态机图是UML2.0中的重要模型，是系统分析过程的常用图，可以帮助系统开发人员更好地理解单个对象的行为。1 状态机图介绍状态机图本质上就是一个状态机，是展示状态与状态转换的模型，在系统控制、编译技术、机器逻辑等领域应用非常普遍。状态机可以看作是一个对象的局部视图，用来精确的描述这个对象的单独行为。一个状态机可以依附于一个类，用来描述类的实例的状态及状态转换，并对接收到的事件做出的响应[1]。状态机也可以依附于用例、操作、协作等元素，描述它们的执行过程。使用状态机考虑问题时，习惯将对象与外部世界分离，适合对局部、细节进行建模。状态机图包含状态机的所有特征[2]。状态机图主要由状态和状态之间的转换组成。状态描述了一个对象生命周期中的一个时间段，在该时间段内保持对象或系统的外在状况和内在特性的相对稳定。转换是两个状态之间的一种关系，当状态发生这样的转变关系时，转换就被激活。状态机图可以展示一个对象、子系统或系统的所有状态及其收到的消息对其状态的影响。2 状态机图建模2.1 状态机图建模技术一般使用状态机图对系统的动态方面建模，常见的目的是为对象，尤其是类、用例和整个系统的实例的生命周期建模。状态机可以看作是一个对象所有可能的生命历程的模型。为对象的生命期建模时，主要描述对象响应的事件、对事件的响应以及过去对当前行为的影响。不需要为系统中的每个对象绘制状态机图，只对那些状态和行为较为复杂的对象建立状态机模型，以便更清楚的认识这些对象的行为，准确定义它们的操作。2.2 状态机图建模实例[3]一个负责监视报警传感器的控制器开机后先进行初始化，完成初始化后自动进入待机状态。待机状态下，每隔15秒会进行设备自检。控制器接收到一个报警信号后，会响应该信号，响应时经历生成警报、验证警报是否真实、呼叫警报公司登记该警报、等待警报公司处理警报、警报处理完后清除警报的过程。警报清除后，控制器回到待机状态。处于待机状态的控制器接收到用户指令，会处理用户指令，处理完成后自动回到待机状态。当控制器处理警报时接到用户指令，控制器会中断警报处理，进行用户指令处理。从控制器的生命周期过程分析，可设定控制器有四种状态：控制器初始化Initializing状态；等待警报或用户指令的待机Idle状态、处理用户指令的Command状态和处理警报事件的Active状态。Active状态因为包含一系列的警报处理过程，设计为组合状态，包含验证警报的Checking子状态、呼叫警报公司登记警报的Calling子状态、等待处理警报的Waiting子状态。Active组合状态有创建警报setAlarm作为入口动作和清除警报clearAlarm作为出口动作。