O que é um Diagrama de Estado
Diagramas de estado, também conhecidos como diagramas de máquina de estados, são uma ferramenta visual popular usada na engenharia de software para representar o comportamento de sistemas complexos. Um diagrama de estado descreve os diversos estados em que um sistema pode se encontrar e os eventos ou condições que causam transições entre esses estados. É uma ferramenta de modelagem poderosa que pode ser usada em diversas aplicações, incluindo desenvolvimento de software, engenharia de controle e modelagem de processos de negócios. Neste guia abrangente, exploraremos os conceitos e elementos principais dos diagramas de estado, bem como como desenvolvê-los para diferentes tipos de sistemas.
Diagramas de estado fazem parte da Linguagem de Modelagem Unificada (UML), que é uma linguagem visual de propósito geral usada para representar sistemas de software. Diagramas de estado são um dos diagramas comportamentais da UML, usados para modelar o comportamento dinâmico de um sistema. Outros diagramas comportamentais na UML incluem diagramas de atividade, diagramas de casos de uso e diagramas de sequência. Diagramas de estado são comumente usados na engenharia de software para modelar o comportamento de sistemas complexos, como sistemas embarcados ou protocolos de rede, onde o comportamento do sistema depende de seu estado atual e das entradas que recebe. Diagramas de estado são uma ferramenta valiosa para comunicar ideias de design e requisitos entre desenvolvedores de software, arquitetos de sistemas e partes interessadas.
Quando usar diagramas de estado
Diagramas de estado podem ser usados para modelar o comportamento dinâmico de qualquer sistema que tenha um número finito de estados e transições de estado. Alguns exemplos de sistemas que podem ser modelados usando diagramas de estado incluem:
- Sistemas de software: Diagramas de estado podem ser usados para modelar o comportamento de sistemas de software, como interfaces do usuário, sistemas de controle e protocolos de comunicação.
- Sistemas de hardware: Diagramas de estado também podem ser usados para modelar o comportamento de sistemas de hardware, como circuitos eletrônicos, dispositivos mecânicos e processos de fabricação.
- Sistemas biológicos: Diagramas de estado podem ser usados para modelar o comportamento de sistemas biológicos, como o sistema imunológico, redes neurais e vias bioquímicas.
- Processos de negócios: Diagramas de estado podem ser usados para modelar o comportamento de processos de negócios, como processamento de pedidos, gestão de estoque e atendimento ao cliente.
Em geral, qualquer sistema que possa ser descrito em termos de estados discretos e transições de estado pode ser modelado usando um diagrama de estado. O poder dos diagramas de estado reside na sua capacidade de capturar a complexidade do comportamento de um sistema de forma simples e visual, tornando-os uma ferramenta valiosa para modelagem e análise de sistemas.
Os Elementos dos Diagramas de Estado
Os elementos dos diagramas de estado são os componentes gráficos usados para representar os estados, transições, entradas e saídas de uma máquina de estados finita. Aqui está uma breve explicação de cada um desses elementos:
- Estados: Estados representam as condições ou situações em que um sistema pode se encontrar a qualquer momento. Eles são representados por círculos ou ovais em um diagrama de estado. Cada estado deve ser rotulado com um nome ou descrição que deixe claro o que ele representa.
- Transições: Transições representam as mudanças de um estado para outro em resposta a uma entrada. Elas são representadas por setas ou linhas em um diagrama de estado. Cada transição deve ser rotulada com a entrada ou evento que dispara a transição.
- Entradas: Entradas representam os eventos ou condições que acionam uma transição de um estado para outro. Elas podem ser representadas por rótulos nas setas ou linhas em um diagrama de estado.
- Saídas: Saídas representam as ações ou resultados que ocorrem quando uma transição é feita. Elas nem sempre são incluídas em um diagrama de estado, mas podem ser representadas por rótulos nas setas ou linhas, ou nos próprios estados.
- Estado Inicial: O estado inicial é o estado em que o sistema começa antes de receber quaisquer entradas. Ele é representado por uma seta apontando para o círculo ou ovo do estado inicial.
- Estado Final: O estado final é o estado para o qual o sistema transita quando conclui sua tarefa. Ele é representado por um círculo ou ovo duplo.
Ao usar esses elementos em um diagrama de estado, você pode modelar o comportamento dinâmico de um sistema de forma clara, concisa e fácil de entender. Diagramas de estado são uma ferramenta poderosa para engenheiros de software e outros profissionais que precisam modelar e analisar sistemas com um número finito de estados e transições de estado.
Desenhar Diagramas de Estado
Desenvolver um diagrama de estado com base em um problema envolve vários passos. Aqui está um processo geral que você pode seguir:
- Identifique o problema: Identifique claramente o problema que você deseja modelar usando um diagrama de estado. Entenda as entradas, saídas e estados do sistema.
- Defina os estados: Identifique todos os estados possíveis em que o sistema pode se encontrar, incluindo os estados inicial e final. Use rótulos claros e concisos para descrever cada estado.
- Defina as entradas e saídas: Identifique as entradas ou eventos que causam a transição do sistema de um estado para outro. Defina as saídas ou ações que ocorrem como resultado de cada transição.
- Crie as transições de estado: Usando setas ou linhas, conecte cada estado ao próximo estado para o qual o sistema transita quando ocorre uma entrada ou evento. Rotule cada transição com a entrada ou evento que a dispara.
- Refine o diagrama de estado: Revise e refine o diagrama de estado para garantir que ele modele com precisão o sistema e inclua todas as informações relevantes. Simplifique o diagrama tanto quanto possível para torná-lo mais fácil de ler e entender.
- Teste o diagrama de estado: Teste o diagrama de estado simulando diferentes entradas ou eventos e rastreando o percurso do sistema pelos estados. Certifique-se de que as saídas ou ações que ocorrem estejam de acordo com o comportamento esperado do sistema.
- Atualize o diagrama de estado: Atualize o diagrama de estado conforme necessário com base nos resultados do teste e no feedback de partes interessadas.
Ao seguir esses passos, você pode desenvolver um diagrama de estado que modele com precisão o comportamento de um sistema e ajuda você a entender melhor o problema em questão. Lembre-se de manter o diagrama claro e conciso, e de buscar feedback de outras pessoas para garantir que o modelo represente com precisão o sistema.
Interpretação de Diagramas de Estado
Para interpretar um diagrama de estado, siga estas etapas:
- Identifique o estado inicial: O estado inicial é o estado em que o sistema começa antes de receber quaisquer entradas. Esse estado é rotulado no diagrama.
- Siga as transições: Partindo do estado inicial, siga as transições no diagrama em resposta às entradas. Cada transição leva a um novo estado, que representa a nova condição ou situação do sistema.
- Compreenda as saídas: À medida que o sistema passa de um estado para outro, pode produzir saídas que afetam o sistema ou seu ambiente. Essas saídas podem ser inferidas do diagrama ou explicitamente rotuladas nas transições ou estados.
- Identifique quaisquer laços ou ciclos: Um laço ou ciclo
Exemplo: Relógio Digital
Descrição do problema: Desenvolva um diagrama de estado para um relógio digital que possa exibir horas, minutos e segundos.
O relógio deve ter as seguintes características:
- O relógio deve exibir o horário atual em horas, minutos e segundos.
- O usuário deve poder definir o horário usando botões para horas, minutos e segundos.
Desenvolva um Diagrama de Estado com base na descrição
Interpretação
- O diagrama de estado agora começa com um estado inicial “Clock_Display” que mostra o horário atual.
- O usuário pode definir as horas, minutos ou segundos passando para o estado correspondente “Set”.
- Assim que o usuário definir as horas, minutos ou segundos, o relógio volta para o estado “Clock_Display” e salva o novo horário.
- A ação “Atualizar Exibição” é acionada após qualquer transição de estado para atualizar a exibição com o horário atual.
Este diagrama de estado modela o comportamento de um relógio digital com a funcionalidade básica de definir e exibir o horário. Ele mostra os diversos estados em que o relógio pode se encontrar e as transições que ocorrem quando o usuário interage com o relógio.
Outro Exemplo: Máquina de Venda Automática
Problema: Desenvolva um diagrama de estado para uma máquina de venda automática que vende lanches e bebidas. A máquina aceita moedas e notas, e os preços dos itens são fixos. A máquina de venda automática deve devolver troco se o usuário inserir um valor excedente.
Requisitos:
- A máquina de venda automática deve ter uma tela para mostrar ao usuário quanto dinheiro foi inserido e o preço do item selecionado.
- O usuário deve poder selecionar um item de uma lista de itens disponíveis.
- A máquina de venda automática deve verificar se o usuário inseriu dinheiro suficiente para comprar o item selecionado.
- Se o usuário inserir dinheiro demais, a máquina de venda automática deve devolver troco.
- Se o usuário inserir dinheiro insuficiente, a máquina de venda automática deve exibir uma mensagem para inserir mais moedas/notas.
- A máquina de venda automática deve dispensar o item selecionado se o usuário tiver inserido dinheiro suficiente e devolver troco, se necessário.
Com base nesses requisitos, podemos desenvolver um diagrama de estado para a máquina de venda automática que mostra os diferentes estados em que a máquina pode se encontrar e as transições que ocorrem quando o usuário interage com a máquina.
Desenvolva o Diagrama de Gráfico de Estado para a Máquina de Venda Automática
Interpretação
Este diagrama de estados modela o comportamento de uma máquina de venda automática que distribui barras de doces e devolve troco se o usuário inserir uma quantia excedente. Mostra os diversos estados em que a máquina pode se encontrar e as transições que ocorrem quando o usuário interage com a máquina.
- O diagrama de estados começa com um estado inicial “Ocioso” que exibe uma mensagem ao usuário para inserir moedas.
- O usuário pode inserir uma moeda, o que faz com que a máquina de venda automática passe para o estado “Aguardando”.
- Se o usuário inserir uma quantia insuficiente de dinheiro, a máquina de venda automática permanece no estado “Aguardando” e exibe uma mensagem ao usuário para inserir mais moedas.
- Se o usuário inserir dinheiro suficiente para comprar um doce, a máquina de venda automática passa para o estado “Distribuir”.
- No estado “Distribuir”, a máquina de venda automática verifica se o usuário inseriu dinheiro suficiente para comprar o doce. Se sim, ela distribui o doce e devolve o troco, se necessário. Se não, volta para o estado “Aguardando” e exibe uma mensagem ao usuário para inserir mais moedas.
- Se for necessário devolver troco ao usuário, a máquina de venda automática passa para o estado “Reembolso” e devolve o troco.
- Depois de distribuir o doce ou devolver o troco, a máquina de venda automática volta para o estado “Ocioso” para aguardar o próximo cliente.
Este diagrama de estados modela o comportamento de uma máquina de venda automática que distribui barras de doces e devolve troco se o usuário inserir uma quantia excedente. Mostra os diversos estados em que a máquina pode se encontrar e as transições que ocorrem quando o usuário interage com a máquina.
Resumo
Diagramas de gráfico de estados são uma ferramenta de modelagem visual usada para representar o comportamento de sistemas complexos. Neste guia abrangente, fornecemos uma visão geral dos conceitos e elementos principais dos diagramas de gráfico de estados, bem como um guia passo a passo para desenvolvê-los para diferentes tipos de sistemas.
Para ilustrar o processo, fornecemos dois exemplos simples e desenhamos os diagramas de gráfico de estados para cada um. O primeiro exemplo é um relógio digital que exibe o tempo em horas, minutos e segundos. O diagrama de gráfico de estados representa os diversos estados do relógio, como “definir hora” e “exibir hora”, e as transições entre eles.
O segundo exemplo é uma máquina de venda automática que vende lanches e bebidas. O diagrama de gráfico de estados mostra os diferentes estados em que a máquina de venda automática pode se encontrar, como “ocioso” e “distribuir item”, bem como os eventos ou condições que causam transições entre esses estados.
Ao seguir o guia passo a passo e compreender os elementos principais dos diagramas de gráfico de estados, os leitores serão capazes de desenvolver diagramas eficazes para modelar e projetar sistemas complexos em diversas áreas.