面向UML模型的依賴性分析及應用的研究.pdf

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

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

3、行依賴性分析中，由于并發(fā)程序包含多個控制流和數(shù)據(jù)流，所以增加了同步依賴和任務間數(shù)據(jù)依賴等關系。大部分現(xiàn)有的面向?qū)ο蟪绦蛞蕾囆苑治龇椒ㄊ窃陧樞虺绦蛞蕾囆苑治龇椒ǖ幕A上進行面向?qū)ο髷U充而得來的。現(xiàn)在，人們已經(jīng)開始有意識地拓寬依賴性分析的領域，并且已經(jīng)取得了一些成果。如，對企業(yè)級組件進行依賴性描述。然而針對統(tǒng)一建模語言UML(UnifiedModelingLanguage)模型的依賴性分析的研究才剛剛起步。 隨著現(xiàn)在的軟件規(guī)模越來越

4、大，軟件的復雜程度也越來越高，為了開發(fā)性能優(yōu)良的系統(tǒng)，越來越多的人借助UML。大型軟件項目各模型間的協(xié)作和約束關系錯綜復雜，如何對這些模型進行管理和維護已成為一個十分重要而又極其迫切需要解決的問題?，F(xiàn)有的程序依賴性分析方法無法直接應用到UML模型中來。為此，論文將進一步擴展依賴性分析的領域，采用依賴性分析技術來明確UML模型中各個建模元素之間的依賴性關系，并將其應用到切片和度量，在一定程度上輔助人們對UML模型進行理解，便于人們對UML

5、模型進行修改和維護，并可為UML模型的復雜性度量提供應用基礎。論文的主要工作有： 1.面向UML類圖的依賴性分析及其在切片上的應用提出了一種針對UML類圖的依賴性分析方法，以類和鏈接關系為依賴性分析單元，考慮了雙向關聯(lián)關系、單向關聯(lián)關系、關聯(lián)類、一般聚合關系、共享聚合關系、組合關系和泛化關系等，忽略每個類的屬性和操作的實現(xiàn)細節(jié)。運用該方法對大型的面向?qū)ο筌浖到y(tǒng)進行依賴性分析時，能夠更快地理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各種依賴關系，從而提高分

6、析和理解的效率。在此基礎上，提出了一種UML類圖粗粒度切片方法，設計并實現(xiàn)了該切片方法。最后通過實例驗證了該切片方法的實用性和較高的效率。 2.結(jié)合UML通信圖的類圖依賴性分析及其在切片上的應用提出了一種結(jié)合UML通信圖的類圖依賴性分析方法。此方法采用動態(tài)模型通信圖來確定類圖中的對象操作，以類、屬性和操作為依賴性分析單元，進一步細化了類圖中類、屬性和操作間的各種依賴關系并將分析得到的結(jié)果映射到類中。之后構(gòu)造一種結(jié)合UML通信圖的

7、類圖的依賴圖模型的構(gòu)建方法。在此基礎上，提出了一種UML類圖細粒度切片方法，能得到一個更加精確的切片結(jié)果，可進一步縮減類圖的規(guī)模，有助于在詳細設計階段更好地分析、理解UML靜態(tài)模型。 3.面向UML狀態(tài)機圖的依賴性分析及其在切片上的應用提出了一種針對UML狀態(tài)機圖的依賴性分析方法。此方法把UML狀態(tài)機圖劃分為不包含復合狀態(tài)的UML狀態(tài)機圖、包含順序子狀態(tài)的UML狀態(tài)機圖和包含并發(fā)子狀態(tài)的UML狀態(tài)機圖等三種類型，依賴性的計算以狀

8、態(tài)和遷移為單元，在定義數(shù)據(jù)依賴時考慮了一個基本狀態(tài)或遷移在定義或修改多個變量時的情形，解決了現(xiàn)有依賴性分析方法中一個節(jié)點上不能定義或修改多個變量的情形。在此基礎上，提出了一種UML狀態(tài)機圖切片方法，較好地解決了已有方法中存在的問題，切片結(jié)果縮減了UML狀態(tài)機圖的規(guī)模，有助于更好地分析設計和理解調(diào)試UML動態(tài)模型。 4.基于依賴性分析的UML類圖復雜性度量研究系統(tǒng)地研究現(xiàn)有的各種UML類圖的度量方法，并著重對這些度量方法從觀點、類

9、間關系類型、度量值的類型(絕對和相對度量)、計算復雜度、以及理論驗證和實驗驗證等多個方面進行了分析和比較。然后選取基于依賴性分析的UML類圖度量方法為研究重點，詳細地從理論和經(jīng)驗兩個方面上對其表現(xiàn)與本質(zhì)進行了較深入的探討，并指出了其中存在的若干問題和錯誤，如無法區(qū)分和結(jié)論不合理等問題，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性分析的UML類圖復雜性度量提出了一種新的基于依賴性分析的UML類圖復雜性度量方法，

10、從類間關系的復雜性和類自身的復雜性等兩個方面來度量類圖的復雜性。在考慮類自身的復雜性時應側(cè)重于考慮類中屬性和操作在公有、私有和受保護等方面的影響；同時該方法克服了現(xiàn)有許多類圖復雜性度量準則僅考慮某個方面而沒有綜合考慮的不足，實驗結(jié)果表明該方法與人們的經(jīng)驗有較高的相關性，為綜合評估類圖的結(jié)構(gòu)復雜性提供了依據(jù)。論文還詳細地對該方法所具有的優(yōu)良性質(zhì)進行了證明，設計并實現(xiàn)了該度量方法。 論文的主要創(chuàng)新在以下幾個方面：1.提出了UML類圖

11、和結(jié)合UML通信圖的UML類圖的依賴性分析方法，前者以類和鏈接關系為依賴性分析單元，而后者以類、屬性和操作為依賴性分析單元；之后在此基礎上對UML類圖進行了粗粒度切片和細粒度切片。UML類圖切片結(jié)果可進一步縮減類圖的規(guī)模，有助于在設計階段更好地分析、理解UML靜態(tài)模型。 2.提出了UML狀態(tài)機圖的依賴性分析方法，以狀態(tài)和遷移為依賴性分析單元，解決了現(xiàn)有依賴性分析方法中一個節(jié)點上不能定義或修改多個變量的情形。在此基礎上，提出了一種