基于代數(shù)理論的軟件體系結(jié)構(gòu)描述及軟件演化方法研究.pdf

1、近年來，軟件工程界提出了各種需求工程和軟件建模技術(shù)，然而，在軟件需求和設(shè)計之間仍然存在一條很難逾越的鴻溝，從而很難有效地將需求轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的設(shè)計。為此，學(xué)者們提出了軟件體系結(jié)構(gòu)的概念，并試圖在軟件需求與軟件設(shè)計之間架起一座橋梁，重點解決軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和需求向?qū)崿F(xiàn)平坦地過渡的問題。 目前，工業(yè)界對軟件體系結(jié)構(gòu)的描述通常都采用框圖加線條和文本的方式，學(xué)術(shù)界對軟件體系結(jié)構(gòu)的描述通常都采用體系結(jié)構(gòu)描述語言，這些描述方法在對軟件體系結(jié)構(gòu)的動

2、態(tài)行為、演化和可擴充特征方面的描述能力明顯不足。 本文基于代數(shù)理論，研究軟件體系結(jié)構(gòu)的描述及軟件演化方法。全文從本項目研究的意義、軟件體系結(jié)構(gòu)的基本概念和研究與應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，指出了當前研究和應(yīng)用中的不足之處。引入了構(gòu)件運算關(guān)系來描述軟件體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)構(gòu)件運算表達式的變動研究軟件演化方法。在此基礎(chǔ)上，利用XML(eXtensible Markup Language)語言描述軟件體系結(jié)構(gòu)基本元素和構(gòu)件運算關(guān)系。研究了把構(gòu)件運算表達式

3、轉(zhuǎn)換為XML文檔的算法，并實現(xiàn)了該算法的原型，從而使軟件演化由理論研究轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用成為可能。另外，本文還研究了層次式軟件體系結(jié)構(gòu)、正交軟件體系結(jié)構(gòu)的抽象化方法和相關(guān)性質(zhì)。 在對構(gòu)件運算關(guān)系及其性質(zhì)的研究中，本文用代數(shù)理論對構(gòu)件的屬性和行為特征進行抽象，引入構(gòu)件的順序運算、選擇運算和循環(huán)運算，研究了這三種運算的性質(zhì)及其之間的關(guān)系。進一步討論了構(gòu)件組合運算的問題，任意一個軟件體系結(jié)構(gòu)都可以通過這三種運算的組合關(guān)系來描述。提出了一種

4、新的軟件體系結(jié)構(gòu)描述方法，為進一步用數(shù)學(xué)方法討論軟件體系結(jié)構(gòu)提供了一種新的途徑。 在基于構(gòu)件的軟件開發(fā)中，軟件演化可以歸結(jié)為增加構(gòu)件、刪除構(gòu)件、修改構(gòu)件及構(gòu)件之間的關(guān)系等，本文提出了軟件體系結(jié)構(gòu)的圖形表達方式與構(gòu)件運算表達式之間的互相轉(zhuǎn)化的方法。通過軟件體系結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間的關(guān)系變化，研究基于體系結(jié)構(gòu)的軟件演化理論與方法，把軟件演化歸結(jié)為構(gòu)件運算表達式的變動。 層次結(jié)構(gòu)作為一種對事物體系的描述方法，被廣泛應(yīng)用于計算機軟件領(lǐng)

5、域中。但目前對層次式軟件體系結(jié)構(gòu)的描述通常都是非形式化的，有關(guān)文獻認為很難找到一個合適的、正確的層次抽象方法。本文用代數(shù)理論對層次式軟件體系結(jié)構(gòu)的屬性和行為特征進行抽象，討論了層次式軟件體系結(jié)構(gòu)的基本思想和結(jié)構(gòu)框架。研究了層次式軟件體系結(jié)構(gòu)抽象模型，提出了“層”的抽象概念及相關(guān)性質(zhì)，提出了層的極大公共子構(gòu)件和極小公共父構(gòu)件兩種運算的觀點，證明了層與這兩種運算分別構(gòu)成交換半群。 正交軟件體系結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)清晰、可維護性強、可移植性強

6、、重用粒度大等優(yōu)點，本文用代數(shù)理論對正交軟件體系結(jié)構(gòu)的屬性和行為特征進行抽象，得出了正交軟件體系結(jié)構(gòu)的核心模型，提出了正交軟件體系結(jié)構(gòu)的抽象模型和非正交軟件體系結(jié)構(gòu)的正交化算法。 在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種基于代數(shù)理論的軟件體系結(jié)構(gòu)的 XML描述方法(XML for Software Architecture Based on AlgebraTheory，XSABAT)，用XSABAT方法描述了軟件體系結(jié)構(gòu)及其元素和構(gòu)件