2.1协作图的语法和语义
UML协作图[7]就是用来表示一组通过交互来实现某些行为的对象，可以用来可视化、详细描述、构造和文档化一个特定的对象群体的动态方面，也可以用来按交互中的角色及其关系对一个用例的特定的场景或控制流的实现进行建模。协作图描述了特定行为的参与对象的静态结构，以及参与对象之间的动态交互，可以用于不同的规约抽象级别，规约级协作图表示了类元角色、关联角色和消息，表示对象之间的可能的关系，而实例级协作图表示对象、链和激励，表示特定对象之间的关系。两者都描述了协作参与者之间的结构关系。如果要表示可能事件，一般用规约级协作图，其中没有条件和循环，实例没有取值范围或有许多可能的路径。实例级协作图用于描述属性或参量有具体的值的对象和链，可变大小多重性的对象和链的具体数目，或者是执行中的分支或循环的特定选择。协作图可以用来表示用例的实现或操作的实现，描述操作和用例的执行实现所处的语境、交互中行为序列。当协作图用于表示用例的实现时，只描述外部可见的动作及其顺序,用对象之间的消息交换来描述一个用例实现的场景。当协作图用来表示一个对象的操作的实现时，提供了更详细的信息，如操作的参数及其用途、参与变量的特征、关联上的约束、操作实现过程中对象的创建和破坏等。本文主要研究用于表示用例实现的实例级协作图，下面介绍实例级协作图符号及其语义。
协作描述了在一定的语境中一组对象以及用以实现某些行为的这些对象之间的相互作用。协作由静态部分和动态部分组成，静态部分描述在协作实例中对象和链可能担任的角色，是角色集合和其间关系，这些关系定义了结构方面的内容，动态部分是一个消息集合，包括一个和多个动态交互，表示在执行计算过程中不同时间里协作中的消息流, 这些消息定义了行为方面的内容。角色表示协作中对象和链的目的，类元角色定义了参与协作执行的对象在一个协作中扮演的角色，关联角色定义了一个类元角色和其他角色之间的关系，是参与协作执行的关联的描述，关联角色是链的子集，链是两个或多个对象之间的单向连接，是关联的实例。对象必须是位于关联相应位置的类的直接或间接实例。关联是两个或多个特定描述其实例间连接的类元之间的关系，参与关联的类元在关联内有有序的位置。在运行时，对象和链与协作中的角色绑定，在不同的协作中一个对象可以绑定到一个或多个角色。
交互是由在一个实现特定目标的协作内一组对象之间通信序列组成的行为规约。每个交互包含消息的偏序集，这些消息由类元角色通过关联角色交换。消息是激励的规约，是发送者和接受者之间的通信。消息指定了发送者对象和接受者对象扮演的角色，说明发送者对象对接受者对象应用何种操作。激励是传递消息期望发生的两个对象之间的通信，激励导致一个操作被激活、发出一个信号、导致一个对象被创建或终止。
本部分介绍一个客户通过ATM上验证用户卡和PIN有效性、建立会话的用例片断[9]的实例级协作图，如图1所示。协作图上存在条件消息说明考虑到许多不同的用例场景，涉及到多个对象之间的交互，其中每一个场景都对应协作图上的一条执行路径，这正是测试所要尝试的。图2表示了在这个协作中参与对象相应的类图。
一个描述用例实现的实例级协作图上用于建模的元模型包括：类元角色名、关联角色名、对象符号、链接符号、消息符号、链上的约束等。对象框能够表示参与协作中交互的对象，链表示这些对象之间的结构关系，消息的箭头形状表示协作对象间的通信模式和对象的执行特征, 消息标签表示对一个对象的操作调用的允许顺序的实例、操作的语义。在实际的建模活动中有些元素并不在模型上反映，例如图1的协作图只表示了协作中参与的对象和对象之间的消息，这是表示对象交互的最小元素集。本文关注协作图表示的动态行为的测试，前面提到协作图上表示交互的主要元素是消息，下面详细介绍消息。
协作图中的消息用带有消息标签的箭头表示，附在连接发送者和接受者的链上，链用于访问目标对象，箭头沿着链指向接受者，一个链上可以有多个消息，沿着相同或不同方向传递，消息的相关顺序由消息标签中的顺序号表示。按照UML1.5[5]中提出消息箭头有三种形状表示对象之间的通信方式和控制流类型：实线实心箭头表示同步消息，用于表示过程调用和嵌套控制流，每次调用增加一个嵌套层次；刺状箭头表示平面控制流，是异步通信，无嵌套，表示前驱-后继关系，指向下一步骤；虚线刺状箭头表示从过程调用返回。图1中的消
图1 ATM建立一次会话的实例的协作图
息都是带有刺状箭头的实线，表示前驱/后继关系。消息标签说明发送的消息、发送的条件、由消息激活的方法、相应的参量和返回值，以及交互中的消息顺序，包括调用嵌套、迭代、分支、并行和同步，完全格式消息标签的语法[5]中有详细的定义。其语法如下：
[predecessor][guardcondition][sequence-expression][return-value-list]:=message-name(argument)
[predecessor]表示前驱,在协作中前驱是用逗号隔开的顺序号列表，并后跟“/”；[guardcondition]表示线程同步的卫式条件；[sequence-expression]表示顺序项列表每一项表示交互中的一个嵌套层次，如果所有的控制并行则无嵌套；整数表示过程调用中的相邻高层中的消息的顺序，同一整数项中的不同消息在嵌套层是顺序相关的，同一前缀的消息顺序号构成序列。循环表示条件或迭代执行，表示根据条件执行零个或多个消息；[return-value-list]在有返回值的情况下表示消息返回值的名称，名称之间用逗号隔开，可以作为后续消息的参量；message-name 表示目标对象中引发的事件名称，可以用不同的方式实现，如操作调用；Argument 是消息引发的方法的参量列表。
图2 图1 ATM用户验证的类图
消息上的条件增加了消息的表达能力，也增加的消息复杂度，消息上的条件有几种形式：在一个新的调用层次开始，如图1中消息标签4.1[isMemberCard]feeAmount:=getfeeAmount()所示：4.1表示一个新的调用序列，条件成真时该层次的消息顺序发送，否则都不发送；在顺序发送的消息上，例如消息1.3中，[!isATMCard]条件表示二值条件，条件成真时其后的消息eject()执行一次，否则不执行，对其他消息没有影响；在一个表示迭代的嵌套调用消息开始，如消息3.1.1表示了一个迭代执行多个消息的情况，根据validPIN和n的取值可能发送1或2次消息。
这些协作图上的模型元素所表示的软件系统的不同方面的信息，都是系统的本质信息，需要在软件从设计到实现过程中必须保持的，因而软件实现中的行为的本质方面都会在设计中表示，所以可以从设计表示中获取行为方面的信息，用于确认软件实现中是否正确实现。
2.2场景路径
一个表示用例实现的协作图实现了用例的不同事件流，包括正常流和异常流，每个事件流称为一个场景，这些场景都被相应的协作图实现。一个协作图所表示的协作正是从一个外部事件触发开始，在参与协作的对象之间完成一系列的交互，最后正确的协作结束时都导致一个外部输出 ，对应于一个实际场景，也是一个线程执行的路径。要找到这些路径，一般的方法是将协作图转换为流图，然后在流图上使用图遍历的方法达到路径覆盖从而得到所有的路径。本文为了避免复杂流图的转换和不可行路径的遍历开销，试图直接从协作图上获取这些路径。我们从Paul C. Jorgenson[4]定义原子系统功能（ASF）和方法/消息路径（MM-path）得到启发，本文定义了一个场景路径（scenario-path）：
定义 场景路径（scenario-path，s-path）是协作图上从一个没有前驱消息的消息开始，沿着消息的偏序执行序列，到达一个没有后继的消息结束的由消息相连的方法执行序列。
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