Classificação e Selecção de Componentes em Projectos de Software

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Resume

Pedro Rez's dos Santos Rui Gustavo Crespo

Instituto Superior Tcnico

0 desenvolvimento de software ainda uma tarefa exigente para os engenheiros de software apesar das ferramentas e ambientes de desenvolvimento existentes. A escolha de componentes para reutilizao, quando existem solu6es alternativas, frequentemente intuitiva com base em critrios subjectivos com origem na experincia anterior. Este trabalho prop5e a utilizo de identificadores, obtidos nos diversos componentes candidatos a reutilizao, classificando"os por forma a realizar testes comparativos Que permitam urns escolha mais esclarecida A mesma tcnica utilizada para permitir detectar inconsistncias, entre diversas fases do mesmo processo de desenvolvimento, pol comparaVo dos atributos usados na classificao.

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assifica4!;;:go e Selao de Componentes m Projectos de gofrware

llntmdul!;;:do

A reutilizao de software 6 quase to antiga como o pr6prio software. Os sistemas operativos so um dos primeiros exemplos de reutilizao em larga escala. A reutilizao de software pode aumentar significativamente a qualidade e a produtividade

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Factores dominantes na reutilizao de software incluem a existncia de componentes de alta qualidade e de confiana, a exist8ncia de um processo de desenvolvimento de software comum e um ensino que promova a reutilizao. O ensino da reutiliza5o pode ser visto como o motor de todo o processo, mas no pode s6 por Si produzir resultados significativos, necessitando de suporte apropriado. Esse suporte deve ser construido em tomo de um processo de desenvolvimento de software comum por forma a poder guiar um engenheiro de software experiente (treinado). No entanto, a existSncia de componentes de alta qualidade no depende Dem do processo de desenvolvimento de software Dem do engenheiro. Contudo, o processo de desenvolvimento de software deve ajudar o engenheiro na tarefa de identificar Os componentes de alta qualidade. Desta forma, o maior esforo deve ser colocado em ______________________________________________________________________

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treinado aumentar a reutilizao e a qualidade da mesma atravs da correcta identifica

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A represent&o e especificao de componentes de software reutilizveis exige t6cnicas de classificaVo Que permitam de uma forma automtica ou assistida a seleco dos mesmos. A seleco s6 poder set automatic& se os requisitos corresponderem precisamente s caracteristicas dos componentes. Caso contro, ter-se de encontrar os componentes Que mais se aproximam dos requisitos e alteros subsequentemente. Por vezes as caracteristicas que descrevem os componentes esto incorrectamente

Existe pois uma necessidade para um motor de busca que permit& seleccionar um

dos sintomas do doente.

O objectivo deste trabalho reside em descrever componentes de software por

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ssificaCSa e Seleca de Campanentes Prajectas de Saare

orma a perruitir pesquisas automaticas e buscas manuals esclarecidas, a fim de

;eleccionar o componente Que melhor se adapte necessidades. A componente humana foi especialmente tida em conta uma vez que pessoas ou t6cnicas de trabalhos

Os componentes de software podem ser descritos a diversos mveis Que podem ir desde os requisitos ao c6digo propriamente dito. A forma mais simples de descrever um componente 6 textualmente, em portugues ou ingls, normalmente sob a forma de manual. Esta pode ser uma forma aceitvel para componentes de alta qualidade e que exibam uma elevada estabilidade temporal. No entanto, mesmo nestes casos, frequentes erros de interpretao conduzem no s6 a uma selec5o menos boa como a uma utilizao incorrecta [7], Mais frequente contudo, a discrepcia entre a conteddo do manual e o Que o software realmente faz. Este facto 6 especialmente preocupante quando surge em produtos ditos de qualidade. A documentao representa frequentemente aquilo Que Se Pretende Que o produto realize e no aquilo Que ele efectinamente faz. For outro lado, pouco software se pode considerar completamente estavel e no sujeito a alterao, excepto quando j est completamente ultrapassado e consequentemente intil. Embora existam tcnicas que permitam manter a documentao sincronizada com o c6digo, estas exigem vastos recursos humanos o Que aumenta o custo e o tempo de desenvolvimento do produto. For outro lado, a documentag5o 6 dificil de analisar com o auxnio de_____

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ferramentas, com o objectivo de identificar certos paretros Chane.

Tcnicas de classificao oferecem uma forma simples e titil de catalogar componentes de software. Esquemas de classificao simples recorrem a t6cnicas enumeratinas, tal como o sistema decimal de Dewey, mas so muito vagas para

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Comparao de assinaturas, For outro lado, uma aproximao mais formal, beneficiando do facto de o software, mesmo que possa ser visto como texto, de facto bastante estruturado. A ideia baseia"se em descrever os componentes ao nivel da interface. Quando efectuado de uma form& simplista, a comparao limita-se a

caractensticas sintacticas do componente. Um pouco semelhana dos mecanismos

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assificagSo e Seto de Componerdes n Projedos de Soare

usados pelas linguagens para oferecer compilao separada. Solu6es menos restritivas tSm sido propostas [25] por forma a eliminar restri6es sintacticas tais como a ordem dos paretros, composi8o de tipos agregados ou subtipifica&o. A comparao de tipos agregados definidos pelo utilizador, hierarquias de tipos, paretros opcionais ou paretros gen6ricos toma-se muito complicada sendo diflcil chegar a conclus6es

trabalho descrito neste documento pode ser incluido neste grupo.

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3 Descrig5o de Componentes

Numa primeira aproximao toma-se necesso determinar qual a informao re}evante e Que deve ser utilizada na descrio do componente. A informao relevante deve depois ser representada de uma forma compacta de tal forma que seja significativamente mais fcil analisa qua analisar o componente propriamente dito.

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A abstraco uma tcnica fundamental para compreender e resolver problemas

suprimem informao Que pode vir a ser importante. Alm disso, o realismo e pormenor

A aproximaao descrita no usa, em princfpio, identificadores ou vistas pr- definidos. Na realidade, alguns identificadores, utilizados como pontos de entradas, so necessios. Desta forma os identificadores utilizados, no necessitam ser aqueles Que

melhor Se aproximarn de entre Os disponiveis, mas os identificadores efectivarnente utilizados. A ansncia de estereotipos permite maior realismo e expressividade, facilitando a seleco manual mas dificultando a utilizaVo de mtodos automticos ou serni-automticos. Como o processo de classificaVo tern em conta o contexto em Que o__

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assifica4l;;:8o e Seleco de Componentes n Projectos de Soare____________________

identificador 6 utilizado, mesmo que Se utilizem terrnos diferentes para descrever o mesmo conceito estes sero armazenados em zonas adjacentes- Este facto facilita a

inspeco manual pois existe o conceito de localidade.

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compo:nente.

No entanto, o identificador pode no ser s6 por si esclarecedor, mesmo que o Horne Que Ihe es associado o seja. De ial forma a informsVo de contexto onde o identificador se situ& pode no ser suficientemente esclarecedora. Para tal deve ser

pOSSj[vel utilizar atributos que permitam esclarecer o comportamento ou a funcionalidade do identificador num dado contexto. Os atributos, apesar da sua funVo particular, podem

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tamb6m ser tratados como identificadores Que caracterizam outros identificadores e cujol

Desta forma e possivel obter um modelo Que apresenta grande uniformidade e economia de conceitos. A uniformidade dtil pois de mais fcil compreenso e

As hierarquias so estruturas organizadas onde diferentes niveis de abstraco

Os identificadores usados na descrio dos objectos so model&dos numa ore, retendo uma referncia para a sua posiVo original no objecto. Estes identificadores, depois de caracterizados, continuam a exibir as associa6es dos objectos originais [31. As equivalncias representam, mama segunda fase, essas mesmas associa5es na ore Que Se transform& num grafo [10]. So as equivalncias Que permitem descrever rela6es de partilha barn como definir objectos como extens6es de outros [16]. Desta forma, enquanto os identificadores designam as entidades originais e os sens valores, as

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assificaq!;:a-o e Seto de Componentes n Projectos de Soare

equival8ncias permitem a um identificador referir outro identificador.

Alm dos identificadores e das equival6ncias que trabalham no doII1inio dos Domes existem ainda as referncias e os tipos Que trabalham no dominio doS valores.

Uma refer6ncia permite a uma entidade referir outra e por vezes designada porponteiro"

O tipo perrllite a uma entidade no dormnio dos vaiores referir um identificador no dornfnio dos Domes. Quer as referncias quer os tipos podem, normaimente, ser inferidos a partir dos dados originals. No entanto, caso estes estejam incompletos ou incorrectos

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Como o sistema baseado na repeti80 de um conjunto de esmr simples, com origem numa ore de Domes, as ferramentas so tambm simples e compactas.

Embora as ores produzidas sejam a partida excessivamente grandes para permitir uma anise manual esclarecida s8o pequenas dadas as velocidades de qualquer modesto computador pessoal. Para obter sub.-arVores de menores dimens5es que permitam responder a perguntas especlflcas, so fundamentals trs opera6es base: determinao do contexto, qualificao do identiBcador e localizao- Uma quarta operao de busca pode

OperaBes destinadas a obter o contexto de um identificador devolvem o conjunto de identificadores que constituem o caminho desde a raiz da arvore at6 ao identificador em questo. Estas opera5es permitem construir uma nova vole em Que o mesmo identificador surge em vOs contextos, para os poder comparar.

Alternativamente, podem-se seleccionar vos identificadores de uma mesma vista com o prop6sito de obter urn& representao mais compacta da mesma. Uma operao de qualificao de um identificador permite determinar os seus atributos, ou seja, os identificadores do nine! imedintamente abaixo daquele onde Se situa. Desta forma pode- Se enriquecer alguns identiflcadores com informaV8o adicional em detrimento de outros menos importantes para uma dada perspectiva de anise. A operao de localizaVo oferece o conjunto de identiflcador Que existem no mesmo nfvel de um dado

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assificacao e gelecofffo de ComDonent

identificador, para um determinado contexto. Consegue-se, com esta operao, obter uma viso mais riEorosa dos identificadores com cue este Se relaciona e entre Os auais existe, quase certamente, uma forte dependencia.

Enquanto alguns modelos optam por oferecer um elevado nl{:imero de constru6es e de operaBes [2], neste trabalho optou'-se por oferecer um conjunto de primitivas Que

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Nem toda a informao do documento original convertida na representao de ____________________________________________________________________

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identificadores. Em primeiro Ingar, parte da informao no est directarnente associadal

pode no extrair a totalidade da informaVo, quer por limitaV5es do conversor quer por op6es de analise. Assim, podera, por nezes, ser necesso recorrer ao c6digo, mas

O dorninio dos identificadores nciona como uma sinara complexa do componente. Alis esta tmica uma extenso a m6todos de assinaturas, que usam tcnicas muito mais simples com base em menos informaVo. Contudo, estas assinaturas

Uma anSe simples de contexto pode ser efectuada extraindo o conjunto de

Se extendeOs o conceito terior a v vist, on conjuntos de contextos um para cada vista, obteremos um sub-conjunto de contextos para o mesmo identificador.

Pode-"se, assim, comparar alteraBes de ambiente de utilizao de um dado identificador nas vas situaBes. Se estas varias vistas representarem vlas fases do desenvolvimento, estas varia5es podem ser indicativas de um determinado conceito estar

a ser utihzado com um objectivo numa fase inicial de especificaVo, mas medida Que o projecto evolui, ele vai sendo utilizado em situaJes diversas.

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Quando o ntimero de identificadores que nos conduzem desde a origem do sistema at6 um dado identificador, ou seja o caminho at esse identificador 6 bastante grande, temos uma informo dethada sobre o sen contexto de ulizao. For ouo lado, se esse caminho for curto a informso disponibilizada pode ser manifestamente insuficiente, Neste ti}timo caso poder ser necessio utilizar opera6es adicion&is para

determinar o contexto de utilizao do identificador. Uma operao Que pode ser efectuada 6 a operao de qualifico, Que permite obter um conjunto de atributos para esse identificador. Pode-se desta forma determinar atravs dos sens componentes qual a sua utilizao, Uma outra forma de determinar complementarmente a inform&o de contexto usa uma operao de localizao para obter o conjunto de identificadores Que so usados no mesmo contexto. Estes identificadores podem permitir inferir atrav6s do ambiente qu&I a utilizao dads ao identificador em questo. Se nenhuma desta inform&o for suficiente para determinar a funcionalidade do identificador ento geld

Al6m da inform&o de contexto poderemos obter infoao ms complexa, nomeadamente recorrendo a compara6es entre conjuntos de identicadores. A comparao dos atributos de um `determinado identiflcador em dois contextos, pol exemplo duas vistas, podemos determinar Se alguma informsVio est a ser perdida ou adicionada. Nesta tiItimo co, necesso verific se o aento do nmero de abutos contraria os requisitos ou no. E natural Que com a evoluio do sistema, e a medida Que opV!des vko sendo tomadas, o ndmero de atributos vd reflectindo esse enriquecimento pol um aumento significativo do seu ndmero. Note-Se Que o sistema s6 por Si no permite

manual Que perrnitir concluir Se esses atributos podem ser consider&dos correctos. Este tipo de conclusSes 6 extremamente dificil de introduzir em aplicaJes, mesmo recorrendo a mecanismos de intelig8ncia artifical ou program&o gentica.

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Este sistema nko oferece resultados quantitativos, no 6 baseado em nenhuml

gerada ou no compmento do co de um idenflcador no represent mtc vidas. Estas observaJes podem depender de factores como estilo de programao ou a lingnagem utilizada. Esta aproximo baseada numa anise manual sendo precedida de um Ceo automatismo pa seleccion a ioao relevte, evitdo a consulta exaustiva dos documentos. Como qualquer sistema Que seja dependente da experi8ncia humana, o sen sucesso esta directamente ligada com o treino e a capacidade de interpretao do engenheiro de soare Que o utiliza [14]. Por ontro lade, oferece nm grande manancial de informao de uma forma compacta e Que pode ser manipulada de

A mesma especificao foi dada aos vOs grupos, tendo cada grupo entregue uma especificaVAo em UML

[4,51

com uma representao grflea das fases de anise e

duas partes. A parte de verificao de consistncia procurou identificar inconsistncias com a especificao. A parte de inter-'operabilidade permitiu detectar qnal a facilidade de trocar os m6dulos, entre as aproximaBes dispomveis. Da perspectiva dos estudantes estes testes representam uma medida da capacidade de interpretao da especifico e da modularidade do c6digo produzido. O teste consistiu, numa primeira fase, na extrao das soluGJes de anise e desenho. Esta extraAo foi efectuada manualmente, embora a linguagem UML tenha sido desenhada para permitir um processamento automatico- Ou__

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lassificao e Seleco de Componentes m Projes de Soare

seja pode ser compilada para efeitos de verifica6es de consistncia. No entanto, ainda no foi escrito nenhum extractor para tal. A segunda lase da extrao do c6digo, em C++, utilizou um parser simples que extrai apenas algumas caracteristicas da lingua&em.

Note-se Que as ores obtidas a partir da extra5o do C++ s80 muito maiores Que as Que tm origem em UML, mas a linguagem especialmente complexa e modela uma fase final de desenvolvimento.

O primeiro resultado foi obtido pela anSe directa da ore resultante. A dimenso das arvores, embora no seja a partida uma mtfica valid perruite especular Quanto complexidade e repetitividade da soluo. Assim, ores anorfflalmente glandes estavam associadas a c6digo de fraca qualidade enquanto ores muito reduzidas representavam, norrflalmente, o incumprimento total dos requisitos. No entanto, casos houve em Que arvores de pequena dimenso representavam soluBes especialmente trabalhadas e de boa qualidade.

A localizao de identificadores especfficos foi extremamente importante para ter uma ideia precisa da funcionalidade. No entanto, determinar quais cram os identificadores mais importantes e ficos em informao pode no ser simples, excepto em casos frequentemente estudados. Neste caso, a experincia anterior pefrfutia-nos saber de ante-mo quais seriam os pontos crfticos. A sua anlise foi, de facto, conclusiva para

Esta aproximao provou ser especialmente dtil nos casos hem comportados, que representam a maiofia das soluJes apresentadas. No entanto, a perspectiva pouco usual

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dos restantes casos on era inconclusiva ou indnzia conclns6es menos correctas e precisas.

pouca aten5o aos problemas de engenharia de software, nomeadamente aqueles que envolvem a reutilizao.

6 Conclus8es

A escolha de uma hierarquia provou ser igualmente acertada pois perrnite de uma forrna simples e intuitiva obter a informaVo da sitnao. A comparaVo dessa informao entre os vios casos permite obter respostas com significado real. Esta soluo iambm especialmente atractiva pois a maioria dos engenheiros de software es familiarizado com grandes estruturas de dados deste tipo como o caso dos sistemas de ficheiros. A existncia de vos niveis de profundidade e o significado fisico do caminho da origem at um deterrninado ficheiro so analogias especimente teis na utilizao do sistema.

Uma representso grca da hierarquia poder contudo, vir a melhorar_____________

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assiflcaGgo e Selecg6o de Componentes n Projecfos de Soffvmre

significativamente, no futuro, a sensibilidade e poder de assimilao.

O sistema proposto permite obter resultados conclusivos de uma forma rdpida, uma vez que o processo de extrao pode ser feito de uma forma automtica e a analise Se limita a um sub-conjunto da informao extlaida. No caso dos projectos serem excessivamente glandes a informao pode ser muito vasta para que uma primeira anise possa ser conclusiva, levando mais tempo a obter respostas I:iteis~ No entanto, nestes casos a anise do c6digo propriamente dito Selia tambm muito mais morosa. Esperamos que a experincia na utilizao do sistema permita identificar um conjunto de opera6es mais complexas, mas que permitam obter resultados mais rapidamente. No entanto, pretende-Se que a anise no Se baseie numa s6 busca mas que o engenheiro de software tenha a oportunidade de obter uma viso geral do componente pol forma a realizar uma escolha mais esclarecida.

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