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# 第6章 状态图与活动图
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> **考试重要度**：★★★★★
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> **核心内容**：状态图的组成（状态/转移/事件）、四种事件类型、活动图元素（泳道/分支/分叉汇合）、状态vs活动的区别
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## 📢 从手机理解状态图和活动图
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💬 你的手机有以下**状态**：闲置 → 解锁 → 使用中 → 锁屏 → 闲置。
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每个状态之间的切换需要**事件**触发：点击屏幕、输入密码、按电源键……
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这就是**状态图**——描述**一个对象**在生命周期内的状态变化。
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而**活动图**描述的是**一个流程**：比如"打电话"这个活动——打开拨号盘 → 输入号码 → 点击拨号 → 通话 → 挂断。这其中可能涉及多个对象。
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## 💡 一、状态图的核心元素
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### 状态图三要素
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```
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┌──────────┐ 事件[条件]/动作 ┌──────────┐
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│ 状态A │ ─────────────────→ │ 状态B │
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└──────────┘ └──────────┘
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```
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| 要素 | 说明 |
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|------|------|
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| **状态** | 对象在某个时刻所处的条件或状况 |
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| **转移** | 从一个状态到另一个状态的变化 |
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| **事件** | 触发状态转移的原因 |
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### 状态的组成
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```
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┌────────────────────────┐
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│ 状态名 │
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├────────────────────────┤
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│ entry / 入口动作 │
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│ exit / 出口动作 │
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│ do / 持续活动 │
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│ 内部转移（不离开状态） │
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└────────────────────────┘
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```
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### 组合状态和历史状态
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💬 **组合状态**：一个大状态里面还有小状态的变化过程。
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> 例：汽车"行驶"状态里面还有子状态：加速、匀速、减速。
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💬 **历史状态**：记住离开组合状态时处于哪个子状态，回来后可以接着来。
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> 例：数据备份——中途被打断，恢复后可以继续从断点备份。
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## 💡 二、四种事件类型
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| 事件类型 | 含义 | 举例 |
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|----------|------|------|
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| **调用事件** | 一个方法的调用 | `借书()` → 借书证从"可借"变为"不可借" |
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| **信号事件** | 一个异步发送的信号实体 | 遥控器发出"Play"信号 → CD机进入"播放"状态 |
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| **变化事件** | 布尔表达式值发生变化 | 温度>100℃ → 锅炉进入"报警"状态 |
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| **时间事件** | 到达某个时间点或时间段 | 30秒超时 → 从"拨号"回到"就绪" |
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### 🔑 调用事件 vs 信号事件
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| 对比 | 调用事件 | 信号事件 |
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|------|----------|----------|
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| **本质** | 调用一个方法 | 发送一个信号对象 |
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| **发送方** | 可以是自己或其他对象 | 只能是其他对象 |
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| **特点** | 可扩展性弱 | 信号类可泛化，扩展性强 |
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💬 例：CD唱机——如果各种遥控信号作为遥控器的属性（变化事件），增加新信号就要修改遥控器类。如果把遥控信号建模为信号类（信号事件），增加新信号只需新增子类，不用改遥控器。
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## ✍️ 边学边练（一）
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**题目**：画出"图书"对象的状态图。
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需求：新书购买后需编码才能入库。入库后可借出。借出的书不能被再借出。还书后可再借出。图书破损或过时必须下架，下架后不能再借出。
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**答案：**
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**状态**：未编码 → 可借(在库) → 已借出 → 可借(在库) → 已下架
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**转移**：
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- 未编码 → 可借：`编码()`
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- 可借 → 已借出：`借出()`
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- 已借出 → 可借：`还书()`
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- 可借 → 已下架：`下架()` [破损或过时]
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- 已借出 → 已下架：`下架()` [破损或过时]
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⚠️ 注意：状态图中有两个状态必须有"下架"转移（从可借和已借出都可以下架）。
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## 💡 三、活动图的核心元素
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### 活动图的基本元素
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| 元素 | 说明 | 画法 |
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|------|------|------|
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| **活动** | 一个执行步骤 | 圆角矩形 |
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| **起点** | 流程的开始 | 实心圆 ● |
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| **终点** | 流程的结束 | 圆圈加实心圆 ⊙ |
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| **分支** | 根据条件选择路径 | 菱形 ◇ |
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| **分叉/汇合** | 并发执行的开始/结束 | 粗横线 |
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| **泳道** | 标明活动由谁负责 | 纵向分区 |
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| **对象流** | 活动之间传递的对象 | 带箭头的虚线 |
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### 📌 活动图各元素的画法速查
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> 这一节把活动图中**所有画图元素**用字符画列出来，画活动图直接照搬即可。
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#### ① 起点 —— 实心圆 ●
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●
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```
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#### ② 终点 —— 圆圈加实心圆 ⊙（也称"牛眼"）
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```
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⊙
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```
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#### ③ 活动（Activity）—— 圆角矩形
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```
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╭───────────╮
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│ 登录验证 │ ← 文字描述这一步做什么
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╰───────────╯
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```
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#### ④ 转移箭头 —— 实线 + 开放箭头
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```
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╭───────────╮
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│ 活动 A │
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╰─────┬─────╯
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│
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⇨ 实线 + 开放箭头（类似异步消息）
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│
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╭─────┴─────╮
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│ 活动 B │
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╰───────────╯
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```
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#### ⑤ 分支（Decision）—— 菱形 ◇ + 监护条件
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```
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╭───────────╮
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│ 活动 A │
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╰─────┬─────╯
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│
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◇ ← 菱形（决策点）
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╱ ╲
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[是]╱ ╲[否]
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╱ ╲
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╭─────╮ ╭─────╮
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│ 活动B │ │ 活动C │
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╰─────╯ ╰─────╯
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╲ ╱
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||
╲ ╱
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◇ ← 合并点（多个分支汇合）
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||
│
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||
⇨
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╭─────┴─────╮
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│ 活动 D │
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╰───────────╯
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||
```
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#### ⑥ 分叉（Fork）/ 汇合（Join）—— 粗横线
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> **分叉**：一条路径分成多条并发执行。
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> **汇合**：多条并发路径汇合成一条。
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```
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╭───────────╮
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||
│ 活动 A │
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╰─────┬─────╯
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||
│
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━━━━━━━━━━ ← 粗横线（分叉点）
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||
│ │
|
||
⇨ ⇨
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||
╭─────╮ ╭─────╮
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||
│活动B│ │活动C│ ← B和C并发执行
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||
╰──┬──╯ ╰──┬──╯
|
||
⇨ ⇨
|
||
│ │
|
||
━━━━━━━━━━ ← 粗横线（汇合点）
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||
│
|
||
⇨
|
||
╭─────┴─────╮
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||
│ 活动 D │ ← B和C都完成后才继续
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╰───────────╯
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||
```
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#### ⑦ 泳道（Swimlane）—— 纵向分区
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||
> 标明每一步由**哪个对象/角色**负责。
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```
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┌──────────┬──────────┬──────────┐
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│ 客户 │ 业务员 │ 系统 │
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│ (泳道1) │ (泳道2) │ (泳道3) │
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├──────────┼──────────┼──────────┤
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│ │ │ │
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│ ● │ │ │ ← 起点
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│ ⇩ │ │ │
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│ ╭───╮ │ │ │
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│ │下单│ │ │ │ ← 客户下单
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│ ╰─┬─╯ │ │ │
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│ │ │ │ │
|
||
│ ⇨ │ │ │
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||
│ ╭───╮ │ │
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||
│ │接单│ │ │ ← 业务员接单
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│ ╰─┬─╯ │ │
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||
│ │ │ │
|
||
│ ⇨ │ │
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||
│ ╭───╮ │
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||
│ │处理│ │ ← 系统处理
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│ ╰─┬─╯ │
|
||
│ │ │
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└──────────┴──────────┴──────────┘
|
||
⇨
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||
⊙ ← 终点
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```
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#### ⑧ 对象流（Object Flow）—— 虚线 + 箭头
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> 表示活动之间**传递的对象**（数据）。
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```
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╭───────────╮ ┌──────────┐
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│ 提交订单 │ ── ─ ─▶│ 订单 │ ← 虚线 + 箭头
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╰───────────╯ └──────────┘
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||
│
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||
⇨ （对象流也指向下一个活动）
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╭─────╮
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│ 付款 │
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╰─────╯
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```
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⚠️ **注意**：对象本身画成**矩形**（不是圆角矩形），虚线箭头表示"这个活动产生/使用了这个对象"。
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#### ⑨ 完整活动图示例（不带泳道）
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```
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● 起点
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⇩
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╭─────────╮
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│ 开始借书 │
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╰────┬────╯
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||
⇩
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||
╭─────────╮
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||
│ 扫描图书 │
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╰────┬────╯
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||
⇩
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╭─────────╮
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||
│ 扫描借书证│
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╰────┬────╯
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⇩
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◇ 判断
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╱ ╲
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[可借]╱ ╲[不可借]
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╱ ╲
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╭─────╮ ╭───────╮
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│ 借出 │ │ 提示原因│
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╰──┬──╯ ╰───┬───┯
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⇩ ⇩ │ (汇合)
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│ │ │
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╰───◇ 汇合 ◇────╯
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||
⇩
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╭─────────╮
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||
│ 结束 │
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╰─────────╯
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||
⇩
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⊙ 终点
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```
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#### ⑩ 状态图元素的画法
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> 状态图和活动图有些元素是**共用的**（起点/终点/转移箭头）。
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**状态**：圆角矩形，**可带分区**（状态名 / 内部活动）
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```
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╭─────────────────────╮
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│ 待机中 │ ← 第一行：状态名
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├─────────────────────┤
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│ entry / 初始化 │ ← 入口动作
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│ do / 持续活动 │ ← 持续活动
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│ exit / 清理 │ ← 出口动作
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╰─────────────────────╯
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```
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**转移（Transition）**：
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```
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╭──────────╮ 事件[条件]/动作 ╭──────────╮
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│ 状态A │ ─────────────────▶ │ 状态B │
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╰──────────╯ ╰──────────╯
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格式：事件名[监护条件]/动作
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例： 借出() / 可借数-1
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```
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**历史状态 H**：圆圈里写 H（记录离开时的子状态）
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```
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╭──────────╮
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│ 复合状态 │
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╰────┬─────╯
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│
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(H) ← 历史状态（圆圈里写H）
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│
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╭──────╮ ╱│╲
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│ 子1 │◀─(H)─▶│ 子2 │ ← 回来时回到H记录的子状态
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╰──────╯ ╰─────╯
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```
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🔑 **一句话记忆口诀**：实心圆是起点，牛眼是终点；圆角矩形是活动，菱形是分支；粗横线是分叉汇合，泳道是纵向分区，对象是普通矩形+虚线箭头。
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### 🔑 状态 vs 活动（必考区别！）
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| 对比 | 状态 | 活动 |
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| **本质** | 对象所处的**境况** | 一段程序代码的**执行过程** |
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| **持续时间** | 可以很长（等待状态） | 相对短暂（执行完就结束） |
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| **关系** | 是活动执行后的**结果** | 是导致状态变化的**原因** |
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| **关注对象** | 一个对象 | 可以涉及多个对象 |
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| **UML图** | 状态图 | 活动图 |
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💬 **比喻**：做菜的过程（洗菜→切菜→炒菜→装盘）是**活动**；菜做完了变成"已做好"是**状态**。
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### 活动图的两种用途
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1. **对业务流程建模**（不带泳道）—— 用于需求分析，描述用例的工作流程
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2. **对系统操作建模**（带泳道）—— 用于系统设计，把步骤落实到具体对象
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## ✍️ 边学边练（二）
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**题目**：画出"借书"用例的带泳道活动图。
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流程：图书管理员录入图书条码和借书证号 → 系统判断借书证能否借书 → 若不能，显示原因并结束 → 若能，生成借阅记录，修改可借本数。
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**答案：**
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**泳道划分**：图书管理员 | 系统
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图书管理员泳道：
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录入条码和借书证号 →
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系统泳道：
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判断能否借书 → [不能] → 显示原因 → 结束
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→ [能] → 生成借阅记录 → 修改可借本数 → 结束
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```
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⚠️ 关键：分叉用菱形，两个分支最终汇合到结束。
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## 💡 四、状态/活动与用例/方法的关系
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### 状态与方法、用例的联系
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- 一个方法的执行 → 属性值改变 → 对象进入新**状态**
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- 对象处于不同状态 → 影响后续哪些**用例**可以执行
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- 一个对象完整的状态图 = 多个用例的顺序图**融合**
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### 活动与方法、用例的联系
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- 一个**活动** = 一个方法中的部分（或全部）语句执行
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- 一个方法可能需要多个活动来完成
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- 一个**用例** = 若干个活动，通常一个用例对应一个活动图
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## ✍️ 边学边练（三）
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**题目**：借书证的状态图中有"可借书"和"不可借书"状态。问：
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1. "借书"操作对应什么事件类型？
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2. 从"不可借书"转回"可借书"需要什么事件？
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3. "借书证"的状态图与哪些用例有关？
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**答案：**
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1. **调用事件**——"借书"本质上是对借书证对象调用借书方法
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2. **还书事件**——读者还书后，借书证的可借本数减1，重新变为可借
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3. 与"借书""还书""挂失借书证"等用例有关。这些用例的顺序图融合起来，就构成了借书证的完整状态图
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## 📝 章末自测
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**1. 填空题**
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- 状态图描述的是（ ____ ）个对象的状态变化
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- 四种事件类型是：调用事件、（ ____ ）、（ _____ ）、时间事件
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- 活动图中的菱形表示（ ____ ），粗横线表示（ ___ ）
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**2. 判断题**
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- ( ) 状态图和活动图都可以描述多个对象的交互
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- ( ) 信号事件比调用事件更易于扩展
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- ( ) 一个活动可能跨越多个泳道
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- ( ) 带泳道的活动图用在系统设计阶段
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**3. 简答题**
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- 简述状态和活动的区别。
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- 什么情况下应该用状态图，什么情况下应该用活动图？
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**答案：**
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**填空题**：一（单个）；信号事件、变化事件；分支、分叉/汇合
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**判断题**：
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- ❌ 状态图只描述一个对象
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- ✅ 信号类可继承扩展
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- ❌ 每个活动只属于一个泳道
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- ✅ 带泳道用于设计阶段
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**简答题**：
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- 状态是对象的境况（活动执行后的结果），可以持续很长时间；活动是代码的执行过程，相对短暂。状态变化由活动引起。
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- 状态图：描述一个对象生命周期内的状态变迁（如订单状态、借书证状态）。活动图：描述一个业务流程或算法步骤（如取款流程、登录验证流程）。
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