在複雜多變的軟體與系統設計中，理解並預測系統的動態行為至關重要。狀態圖，作為UML（統一建模語言）中的核心組件，它能夠幫助我們清楚地描繪出物件在其生命週期中所經歷的各種狀態以及這些狀態之間的轉換關係。本文將深入解析狀態圖的概念、組成、繪圖教程，模板與範例等，相信看完本篇文章後你能夠熟練狀態圖。
Ⅰ.狀態圖的概念
狀態圖(State Diagram) ，又稱為狀態機圖（State Machine Diagram） ，是一種基於狀態的建模方法，它用圖形化的方式展示了物件在其生命週期中所經歷的各種狀態以及狀態之間的轉換條件。
狀態圖的作用是清楚描述狀態之間的轉換順序，以及轉換時所必須觸發的事件、監護條件和動作等影響轉換的因素。
Ⅱ.狀態圖的基本要素
狀態圖由狀態節點、轉換箭頭以及可能附加的觸發事件、監護條件和動作等元素構成。狀態節點通常表示為圓角矩形或橢圓，而轉換箭頭則指示了從一個狀態到另一個狀態的路徑。
1. 狀態
定義：狀態是指物件在其生命週期中，滿足某些條件、執行某些活動或等待某些事件時的一個狀況。
類型：
初始狀態：表示類別在創建時所處的狀態，以一個黑色的實心圓表示。一個狀態圖只能有一個初始狀態。
最終狀態：表示類別在執行流程結束時的狀態，以一個黑色的實心圓外加一個圓環表示。一個狀態圖可以有多個最終狀態。
歷史狀態：用來記錄物件曾經到達過的狀態，以便在某些條件下快速恢復到該狀態。
簡單狀態：不包含子狀態的狀態，是狀態的基本形式。
組合狀態：內部嵌套有子狀態的狀態，可以是順序子狀態或併發子狀態。
一般狀態的組成要素：
名稱：由一個字串組成，用以識別不同狀態，一般放置在狀態圖符的頂部。也可以省略表示。
動作：包含進入動作（當物件進入某個狀態時執行的動作）、退出動作（當物件離開某個狀態時執行的動作），動作是原子動作，也可是動作序列。
活動：包含表達式的內部活動，表示狀態機中的非原子執行，一般由一系列動作組成。
內部轉換：內部轉換不會造成狀態變化的轉換，此轉換的觸發不會導致狀態的入口/出口動作被執行。
2. 轉換
定義：轉換表示物件從一個狀態轉移到另一個狀態的過程。
組成要素：
來源狀態（Source State）：來源狀態就是被轉換影響的狀態。某物件處於來源狀態，當它接收到觸發事件或滿足監護條件，就會啟動一個轉換。
事件（Events）：事件是引起狀態變化的外在或內在刺激。
監護條件（Guards）：是原狀態轉移到目標狀態的條件，原狀態結束時進行監護條件的判斷，只有當監護條件滿足時，才能轉移到指定的目標狀態。
動作（Action）：表示狀態改變發生時在物件上呼叫的效果，與事件以「/」分隔。
目標狀態(Target State)：轉移完成後物件處於的狀態。
Ⅲ.狀態圖的作用
狀態圖是系統設計和開發過程中的重要工具，它能夠幫助我們：
明確狀態：清楚定義物件在不同時間點所處的狀態。
理解轉換：揭示狀態之間轉換的條件和觸發事件。
最佳化邏輯：透過狀態圖，我們可以更容易找出潛在的邏輯錯誤，例如狀態轉換的遺漏或衝突。
提升可讀性：圖形化的表示方式使得狀態圖比純文字描述更直觀易懂。
Ⅳ.狀態圖的範例
狀態圖廣泛應用於各種領域，如：
嵌入式系統：描述設備在不同操作模式下的狀態轉換。
電子商務：展示訂單從創建到完成的各個狀態。
遊戲開發：定義角色在不同遊戲階段的狀態和動作。
工業自動化：控制機器在不同工作模式的狀態轉換。
以訂單處理系統為例，狀態圖可以清楚地顯示訂單從「創建」到「支付成功」再到「出貨」和「完成」的整個過程。
Ⅴ.如何建立狀態圖？
繪製狀態圖通常遵循以下步驟：
確定對象：明確要建模的物件或系統。
列出狀態：辨識並列出物件在其生命週期中可能經歷的所有狀態。
定義轉換：決定狀態之間轉換的條件和觸發事件。
繪製圖形：使用UML製作器（如Visio、 ProcessOn等）或手繪方式，繪製狀態節點和轉換箭頭。
新增細節：在狀態節點和轉換箭頭上新增觸發事件、監護條件和動作等詳細資訊。
Ⅵ.狀態圖軟體推薦
繪製狀態圖的工具很多，選擇趁手的工具非常重要。常見的有Visio，draw io，ProcessOn等，使用者可以依照需求挑選適合的狀態圖製作器。對於初學者，建議使用ProcessOn ，它提供了豐富的模板和易用的介面。這裡主要講解如何使用ProcessOn製作狀態圖。
1. 登入ProcessOn ，進入個人檔案頁，選擇新建UML圖。
左側圖形庫找到【UML】類別，拖曳狀態圖圖形到畫布，雙擊圖形可以添加文本，點擊圖形四周的“+”即可添加連線鏈接另外的圖形上。
Ⅶ.狀態圖模板
以下是ProcessOn模板社群內部分狀態圖範本的分享。
狀態圖作為UML中的核心工具，在系統設計和開發過程中扮演重要的角色。它清晰地描述了狀態之間的轉換順序和事件執行順序。有利於程式設計師在開發程式時避免事件錯序的情況。相信了解了繪製方法和案例，你可以更好地理解和應用這個工具。
