基于 Eclipse Epsilon 的模型驱动工程 — Ran Wei

查询模型

用 EOL 导航和查询模型：集合、一阶操作、类型上的操作以及修改模型。

4 小时4 个时段8 个可运行示例Epsilon Playground

完成后你能够

沿属性和引用从模型元素导航。
使用 select、collect、exists、forAll 和 sortBy。
编写可复用的 EOL 操作并修改模型属性。

开始之前

建议先学习第 1 至 3 模块。除特别说明外，示例均可在 Playground 中运行。

下载本模块全部示例（zip）

学习计划

4 小时

时间为估计值，包含运行示例的时间。进度保存在当前浏览器，中英文版本共享。

时段 160 分钟

探索并查询模型

阅读导航模型30
示例筛选与映射集合30

已完成

时段 260 分钟

集合与可复用操作

示例量化判断与排序30
示例定义操作30

已完成

时段 360 分钟

修改模型并设计查询

示例修改模型30
示例设计实用查询30

已完成

时段 460 分钟

练习

练习六道练习45
自测自测15

已完成

导航模型

前三个模块建立了一门建模语言，并用它编写了报警器模型。现在，我们可以提问，而不必逐一阅读 XML 元素。EOL（Epsilon Object Language）是 Epsilon 用来导航和修改模型的基础语言。EVL、EGL、EGX 和 ETL 都沿用它的表达式，因此这里学到的查询会贯穿后续模块。

Component.all 得到元模型中该类型的所有实例。对于每个组件，c.name 读取属性，c.ports 沿包含引用导航。点号表示“从当前值访问某个特性或操作”。下面的查询打印组件及各自拥有的端口数量。

示例导航组件与端口在 Playground 中打开 ↗

query.eol

for (c in Component.all) {
  (c.name + ": " + c.ports.size() + " port(s)").println();
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

OrGate: 3 port(s)
AndGate: 3 port(s)
Siren: 1 port(s)

程序依赖元模型，而不是把 OrGate 或 Siren 写死。换成第 3 模块的恒温器模型，同一程序也会以相同方式导航。Port.all 包括 InPort 和 OutPort 的实例，因为它们继承 Port。普通引用也能用于导航：connector.source.eContainer().name 先到达源端口，再到其所属组件。

核心思想

查询使用模型类型和特性来表达问题。模型改变但仍采用同一个元模型时，可以再次运行这个问题，而不用改写查询。

筛选与映射集合

Component.all 是一个集合。EOL 提供处理集合的操作。select(c | condition) 保留条件为真的元素；collect(c | expression) 为每个元素产生一个值。这里的 exists(p | p.isTypeOf(OutPort)) 判断某组件是否至少有一个输出端口。示例筛选出能产生输出的组件，按名称排序后打印。

示例筛选并映射输出在 Playground 中打开 ↗

query.eol

var producing = Component.all.select(c | c.ports.exists(p | p.isTypeOf(OutPort)));
for (c in producing.sortBy(c | c.name)) {
  c.name.println();
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

AndGate
OrGate

从里向外阅读：c.ports 取得一个组件的端口；exists 对这些端口回答“有吗”；select 保留答案为真的组件；sortBy(c | c.name) 返回排序后的集合，并不会修改源模型中元素的名称或位置。Siren 只有输入端口，所以没有出现在输出中。

常见错误是本应筛选却使用 collect。collect(c | c.name) 把组件映射成名称，每个输入仍对应一个结果；select 保留原组件，之后仍能导航其端口。需要时可以组合两者：先选元素，再收集要报告的值。

量化判断与排序

模型查询常问“是否全部如此”或“是否至少有一个”，而不一定产出列表。forAll 在每个元素都满足条件时为真；exists 在至少一个满足条件时为真。下一个示例检查所有连接器的两端信号类型是否相同，以及是否有输入未被任何连接器指向。

示例对集合提问在 Playground 中打开 ↗

query.eol

("All connectors typed: " + Connector.all.forAll(c | c.source.type = c.target.type)).println();
("Any unconnected input: " + InPort.all.exists(p |
  not Connector.all.exists(c | c.target = p))).println();

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

All connectors typed: true
Any unconnected input: true

第一个答案为真：报警器中的每个连接器都连接数字端口。第二个答案也为真：door、window 和 armed 在架构内部没有入站连接。这里它们本来就来自外部，因此“未连接”是一项观察，不能自动判为错误。第 5 模块会增加所需的信息和规则，以决定哪些输入必须连接。

sortBy 根据竖线后的表达式排列集合。对名称而言，它使用字符串顺序。报告往往需要稳定的顺序，而模型的书写顺序不一定适合展示。还要注意排序依据：Port.all.sortBy(p | p.name) 可能包含来自不同组件的同名端口。若要唯一标签，还应加入所属组件的名称。

定义操作

多个查询重复同一计算时，可以把它命名为操作。EOL 中的 operation Component inputCount() : Integer 作用于 Component。操作体内的 self 是接收这次调用的组件。示例统计输入端口数，并按名称顺序逐个打印。

示例复用组件操作在 Playground 中打开 ↗

query.eol

for (c in Component.all.sortBy(c | c.name)) {
  (c.name + ": " + c.inputCount() + " input(s)").println();
}

operation Component inputCount() : Integer {
  return self.ports.select(p | p.isTypeOf(InPort)).size();
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

AndGate: 2 input(s)
OrGate: 2 input(s)
Siren: 1 input(s)

主程序语句写在操作定义之前。这在 EOL 中很重要：第一个操作定义之后的独立语句不会作为主程序执行。操作可以在另一个 EOL 查询中复用；使用同一模型时，也能用于 EVL 约束或 EGL 模板。简短的操作名称还可以比一遍遍重复嵌套的 select 表达式更清楚地说明领域含义。

操作不一定要附着在元模型类上。EOL 还可以定义不带上下文、像函数一样调用的操作，或定义作用于 String 等内置类型的操作。当问题自然地属于某个元素时，就使用上下文，例如“这个组件有多少输入？”EOL 文档详细说明了操作分派和这里使用的集合操作。

修改模型

EOL 不仅能读取模型，也能更新已载入的模型。示例找到 Siren，给它的 name 赋新值，然后打印改变后的组件名称集合。

示例在内存中修改模型在 Playground 中打开 ↗

query.eol

var siren = Component.all.selectOne(c | c.name = "Siren");
siren.name = "Bell";
("Renamed: " + siren.name).println();
("Components now: " + Component.all.collect(c | c.name).sortBy(n | n).concat(", ")).println();

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

Renamed: Bell
Components now: AndGate, Bell, OrGate

这次赋值只在本次运行的内存模型中生效。本系列的本地运行器不会保存 Flexmi 文件；关闭页面后，Playground 也不会保留你的修改。如果不改动示例文本而重新运行，原始模型又会载入 Siren。若需要持久修改，应编辑 Flexmi 源文件，或在本地项目中采用适合保存的模型格式。

修改名称还可能使按路径书写的引用失效。如果在 Flexmi 文本中把 Siren 改名，必须同步更新 Alarm.Siren.sound 这样的连接器路径。上面的查询修改的是已经载入的对象，不会改写源文件中的引用文本。要区分编辑源文本、修改已载入模型和保存模型资源。

设计实用查询

好的查询回答一个明确问题，并暴露其假设。“哪些组件没有输出？”可以直接检查端口；“哪些输入错误地未连接？”则需要更多领域信息：哪些输入来自外部，以及模型是否表示这些外部连接。不要把方便计算的数量直接当成架构有效性的证明。

写 EOL 表达式前，先确定起始类型、经过元模型的导航路径，以及答案的形式。需要子集时用 select，需要报告值时用 collect，需要布尔答案时用 exists 或 forAll，展示顺序重要时用 sortBy。重复出现且有明确领域含义的表达式可以定义成操作。这些选择会让后续模块的验证和生成规则更易读。

练习

练习 1★★★概念5 分钟

选择操作。 对每个问题选择 select、collect、exists 或 forAll：（a）所有组件的名称；（b）有输出端口的组件；（c）是否存在缺少目标的连接器；（d）是否每个组件都有名称。

查看解答

（a）用 collect 将组件映射为名称。（b）用 select 保留组件的子集。（c）用 exists，一个缺少目标的连接器就足够。（d）用 forAll，条件必须对每个组件成立。必要时再组合导航和排序。

练习 2★★★概念5 分钟

阅读查询。 解释 Component.all.select(c | c.ports.exists(p | p.isTypeOf(OutPort))) 在报警器模型中返回什么，以及 Siren 为何不在结果中。

查看解答

它返回至少有一个具体类型为 OutPort 的端口的 Component 元素：OrGate 和 AndGate。Siren 只有 InPort，所以内部的 exists 为假，select 将它排除。

练习 3★★★概念5 分钟

观察还是规则？ 量化判断示例发现了未连接的输入。这能证明报警器无效吗？验证规则还需要知道什么？

查看解答

不能。door、window 和 armed 由当前架构外部提供。规则需要知道哪些输入是外部输入，或以其他方式定义哪些输入必须由内部连接器驱动。第 5 模块会增加这样的区分。

练习 4★★★编程9 分钟

寻找接收端。 打印没有输出端口的组件名称。从 Component.all 开始，组合 select 和 exists，再打印保留的名称。

查看解答

对 exists 取反，只保留不存在 OutPort 的组件：

参考解答列出没有输出的组件在 Playground 中打开 ↗

query.eol

for (c in Component.all.select(c |
    not c.ports.exists(p | p.isTypeOf(OutPort)))) {
  c.name.println();
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

Siren

练习 5★★★编程10 分钟

统计出站连接。 按字母顺序列出每个组件，并统计源端口属于该组件的连接器个数。没有出站连接的组件应打印零。

查看解答

对于每个组件，按源端口的容器筛选 Connector.all，然后取得集合大小：

参考解答统计每个组件的连接数在 Playground 中打开 ↗

query.eol

for (c in Component.all.sortBy(c | c.name)) {
  (c.name + ": " + Connector.all.select(k | k.source.eContainer() = c).size()).println();
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

AndGate: 1
OrGate: 1
Siren: 0

练习 6★★★编程11 分钟

命名可复用标签。 定义作用于 Port 的操作，返回 组件名.端口名，然后按端口名称顺序打印所有标签。报警器中有两个同名的 open 端口；标签怎样区分它们？

查看解答

操作使用 self.eContainer().name 和 self.name。两个标签分别是 OrGate.open 和 AndGate.open：

参考解答用操作标注端口在 Playground 中打开 ↗

query.eol

for (p in Port.all.sortBy(p | p.name)) {
  p.label().println();
}

operation Port label() : String {
  return self.eContainer().name + "." + self.name;
}

其他文件: alarm.flexmi, components.emf

alarm.flexmi

<?nsuri components?>
<architecture name="Alarm">
  <component name="OrGate">
    <inPort name="door" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="window" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="open" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="AndGate">
    <inPort name="open" type="DIGITAL"/>
    <inPort name="armed" type="DIGITAL"/>
    <outPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <component name="Siren">
    <inPort name="sound" type="DIGITAL"/>
  </component>
  <connector source="Alarm.OrGate.open" target="Alarm.AndGate.open"/>
  <connector source="Alarm.AndGate.sound" target="Alarm.Siren.sound"/>
</architecture>

components.emf

@namespace(uri="components", prefix="components")
package components;

enum PortType {
  DIGITAL;
  ANALOG;
}

class Architecture {
  attr String[1] name;
  val Component[*]#architecture components;
  val Connector[*] connectors;
}

class Component {
  attr String[1] name;
  ref Architecture#components architecture;
  val Port[*] ports;
}

abstract class Port {
  attr String[1] name;
  attr PortType type;
}
class InPort extends Port {}
class OutPort extends Port {}

class Connector {
  ref OutPort source;
  ref InPort target;
}

以下输出由构建本页时的 Epsilon 2.8.0 实际运行得到。Playground 中的提示措辞可能有所不同，并且不显示关于模型的警告。

输出

AndGate.armed
OrGate.door
OrGate.open
AndGate.open
AndGate.sound
Siren.sound
OrGate.window

自测

Component.all 返回什么？

Type.all 选择已载入模型中的实例。

哪个操作保留满足条件的组件？

select 筛选集合，同时保留原元素。

哪个操作为每个输入元素产生一个报告值？

collect 把每个元素映射为表达式的结果。

Connector.all.forAll(c | c.source.type = c.target.type) 返回真说明什么？

forAll 要求集合中的每个元素都满足条件。

带上下文的 EOL 操作中的 self 指什么？

self 是当前接收者，例如某个 Component。

在本系列的运行器中，修改示例把 Siren 改名后，Flexmi 文件会怎样？

报告为什么可能使用 sortBy(c | c.name)？

查询模型

完成后你能够

开始之前

学习计划

导航模型

筛选与映射集合

量化判断与排序

定义操作

修改模型

设计实用查询

练习

自测

延伸阅读