面向UML模型的依賴(lài)性分析及應(yīng)用的研究.pdf

1、依賴(lài)性分析是由ProsserR.T.于1959年提出，反映了程序中語(yǔ)句之間的執(zhí)行順序和相互作用，是一種重要的程序分析和理解方法。雖然程序能表示計(jì)算機(jī)的執(zhí)行序列，但卻難以向軟件開(kāi)發(fā)人員提供系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，如數(shù)據(jù)、模塊之間的依賴(lài)關(guān)系。另一方面，在維護(hù)程序時(shí)，經(jīng)常需要對(duì)某一程序段作一些修改，如何確定修改對(duì)模塊的其余部分和其他模塊所造成的影響，也是維護(hù)人員所必須解決的問(wèn)題。通過(guò)程序依賴(lài)性分析，我們可獲得解決以上問(wèn)題所必需的信息。依賴(lài)性分析技術(shù)的

2、研究、發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了40多年，研究者開(kāi)展了許多工作，取得了一系列的理論成果和開(kāi)展了部分實(shí)際應(yīng)用，已廣泛應(yīng)用于程序分析、理解、優(yōu)化、調(diào)試、測(cè)試、度量、復(fù)用、程序變換、模型檢查、軟件安全、軟件維護(hù)、軟件逆向工程和軟件再工程的各個(gè)方面。 目前，針對(duì)變量之間和語(yǔ)句之間的依賴(lài)性分析已經(jīng)取得了比較系統(tǒng)的成果，趨于成熟。在順序程序中，依賴(lài)性分析主要涉及到由于控制語(yǔ)句的使用而引起控制依賴(lài)，和對(duì)同名變量的讀寫(xiě)而引起的數(shù)據(jù)依賴(lài)。在對(duì)并發(fā)程序進(jìn)

3、行依賴(lài)性分析中，由于并發(fā)程序包含多個(gè)控制流和數(shù)據(jù)流，所以增加了同步依賴(lài)和任務(wù)間數(shù)據(jù)依賴(lài)等關(guān)系。大部分現(xiàn)有的面向?qū)ο蟪绦蛞蕾?lài)性分析方法是在順序程序依賴(lài)性分析方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行面向?qū)ο髷U(kuò)充而得來(lái)的?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)開(kāi)始有意識(shí)地拓寬依賴(lài)性分析的領(lǐng)域，并且已經(jīng)取得了一些成果。如，對(duì)企業(yè)級(jí)組件進(jìn)行依賴(lài)性描述。然而針對(duì)統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML(UnifiedModelingLanguage)模型的依賴(lài)性分析的研究才剛剛起步。 隨著現(xiàn)在的軟件規(guī)模越來(lái)越

4、大，軟件的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，為了開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的系統(tǒng)，越來(lái)越多的人借助UML。大型軟件項(xiàng)目各模型間的協(xié)作和約束關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，如何對(duì)這些模型進(jìn)行管理和維護(hù)已成為一個(gè)十分重要而又極其迫切需要解決的問(wèn)題。現(xiàn)有的程序依賴(lài)性分析方法無(wú)法直接應(yīng)用到UML模型中來(lái)。為此，論文將進(jìn)一步擴(kuò)展依賴(lài)性分析的領(lǐng)域，采用依賴(lài)性分析技術(shù)來(lái)明確UML模型中各個(gè)建模元素之間的依賴(lài)性關(guān)系，并將其應(yīng)用到切片和度量，在一定程度上輔助人們對(duì)UML模型進(jìn)行理解，便于人們對(duì)UML

5、模型進(jìn)行修改和維護(hù)，并可為UML模型的復(fù)雜性度量提供應(yīng)用基礎(chǔ)。論文的主要工作有： 1.面向UML類(lèi)圖的依賴(lài)性分析及其在切片上的應(yīng)用提出了一種針對(duì)UML類(lèi)圖的依賴(lài)性分析方法，以類(lèi)和鏈接關(guān)系為依賴(lài)性分析單元，考慮了雙向關(guān)聯(lián)關(guān)系、單向關(guān)聯(lián)關(guān)系、關(guān)聯(lián)類(lèi)、一般聚合關(guān)系、共享聚合關(guān)系、組合關(guān)系和泛化關(guān)系等，忽略每個(gè)類(lèi)的屬性和操作的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。運(yùn)用該方法對(duì)大型的面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)進(jìn)行依賴(lài)性分析時(shí)，能夠更快地理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各種依賴(lài)關(guān)系，從而提高分

6、析和理解的效率。在此基礎(chǔ)上，提出了一種UML類(lèi)圖粗粒度切片方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該切片方法。最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該切片方法的實(shí)用性和較高的效率。 2.結(jié)合UML通信圖的類(lèi)圖依賴(lài)性分析及其在切片上的應(yīng)用提出了一種結(jié)合UML通信圖的類(lèi)圖依賴(lài)性分析方法。此方法采用動(dòng)態(tài)模型通信圖來(lái)確定類(lèi)圖中的對(duì)象操作，以類(lèi)、屬性和操作為依賴(lài)性分析單元，進(jìn)一步細(xì)化了類(lèi)圖中類(lèi)、屬性和操作間的各種依賴(lài)關(guān)系并將分析得到的結(jié)果映射到類(lèi)中。之后構(gòu)造一種結(jié)合UML通信圖的

7、類(lèi)圖的依賴(lài)圖模型的構(gòu)建方法。在此基礎(chǔ)上，提出了一種UML類(lèi)圖細(xì)粒度切片方法，能得到一個(gè)更加精確的切片結(jié)果，可進(jìn)一步縮減類(lèi)圖的規(guī)模，有助于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段更好地分析、理解UML靜態(tài)模型。 3.面向UML狀態(tài)機(jī)圖的依賴(lài)性分析及其在切片上的應(yīng)用提出了一種針對(duì)UML狀態(tài)機(jī)圖的依賴(lài)性分析方法。此方法把UML狀態(tài)機(jī)圖劃分為不包含復(fù)合狀態(tài)的UML狀態(tài)機(jī)圖、包含順序子狀態(tài)的UML狀態(tài)機(jī)圖和包含并發(fā)子狀態(tài)的UML狀態(tài)機(jī)圖等三種類(lèi)型，依賴(lài)性的計(jì)算以狀

8、態(tài)和遷移為單元，在定義數(shù)據(jù)依賴(lài)時(shí)考慮了一個(gè)基本狀態(tài)或遷移在定義或修改多個(gè)變量時(shí)的情形，解決了現(xiàn)有依賴(lài)性分析方法中一個(gè)節(jié)點(diǎn)上不能定義或修改多個(gè)變量的情形。在此基礎(chǔ)上，提出了一種UML狀態(tài)機(jī)圖切片方法，較好地解決了已有方法中存在的問(wèn)題，切片結(jié)果縮減了UML狀態(tài)機(jī)圖的規(guī)模，有助于更好地分析設(shè)計(jì)和理解調(diào)試UML動(dòng)態(tài)模型。 4.基于依賴(lài)性分析的UML類(lèi)圖復(fù)雜性度量研究系統(tǒng)地研究現(xiàn)有的各種UML類(lèi)圖的度量方法，并著重對(duì)這些度量方法從觀(guān)點(diǎn)、類(lèi)

9、間關(guān)系類(lèi)型、度量值的類(lèi)型(絕對(duì)和相對(duì)度量)、計(jì)算復(fù)雜度、以及理論驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多個(gè)方面進(jìn)行了分析和比較。然后選取基于依賴(lài)性分析的UML類(lèi)圖度量方法為研究重點(diǎn)，詳細(xì)地從理論和經(jīng)驗(yàn)兩個(gè)方面上對(duì)其表現(xiàn)與本質(zhì)進(jìn)行了較深入的探討，并指出了其中存在的若干問(wèn)題和錯(cuò)誤，如無(wú)法區(qū)分和結(jié)論不合理等問(wèn)題，分析了深藏其中的原因，為研究指明了方向。 5.一種新的基于依賴(lài)性分析的UML類(lèi)圖復(fù)雜性度量提出了一種新的基于依賴(lài)性分析的UML類(lèi)圖復(fù)雜性度量方法，

10、從類(lèi)間關(guān)系的復(fù)雜性和類(lèi)自身的復(fù)雜性等兩個(gè)方面來(lái)度量類(lèi)圖的復(fù)雜性。在考慮類(lèi)自身的復(fù)雜性時(shí)應(yīng)側(cè)重于考慮類(lèi)中屬性和操作在公有、私有和受保護(hù)等方面的影響；同時(shí)該方法克服了現(xiàn)有許多類(lèi)圖復(fù)雜性度量準(zhǔn)則僅考慮某個(gè)方面而沒(méi)有綜合考慮的不足，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法與人們的經(jīng)驗(yàn)有較高的相關(guān)性，為綜合評(píng)估類(lèi)圖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提供了依據(jù)。論文還詳細(xì)地對(duì)該方法所具有的優(yōu)良性質(zhì)進(jìn)行了證明，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該度量方法。 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新在以下幾個(gè)方面：1.提出了UML類(lèi)圖

11、和結(jié)合UML通信圖的UML類(lèi)圖的依賴(lài)性分析方法，前者以類(lèi)和鏈接關(guān)系為依賴(lài)性分析單元，而后者以類(lèi)、屬性和操作為依賴(lài)性分析單元；之后在此基礎(chǔ)上對(duì)UML類(lèi)圖進(jìn)行了粗粒度切片和細(xì)粒度切片。UML類(lèi)圖切片結(jié)果可進(jìn)一步縮減類(lèi)圖的規(guī)模，有助于在設(shè)計(jì)階段更好地分析、理解UML靜態(tài)模型。 2.提出了UML狀態(tài)機(jī)圖的依賴(lài)性分析方法，以狀態(tài)和遷移為依賴(lài)性分析單元，解決了現(xiàn)有依賴(lài)性分析方法中一個(gè)節(jié)點(diǎn)上不能定義或修改多個(gè)變量的情形。在此基礎(chǔ)上，提出了一種