構件形式化組裝研究

□文/安海寧 婁 健

（河北大學計算中心 河北·保定）

基于構件進行系統組裝的研究，是基于組件的軟件工程（簡稱CBSE）中的一個研究熱點。合理地進行構件描述，并在使用構件的時候，快速、準確地判斷出構件的可用性，通過構件組裝系統的可行性分析，才能在此基礎上進行有理有據的構件組裝，進而形成應用系統。

為了實現構件組裝，大量的可重用構件是不可缺少的，所以構件庫作為存儲和管理構件的實體，在基于構件的開發過程中起著非常重要的作用。其中，如何對構件進行合理的描述將直接影響構件的可用性、易用性、可學習性等。在利用構件庫中的構件進行系統組裝時，快速推導出構件能否被正確地集成在一起，完成特定的系統功能，是研究人員必須解決的一個非常重要的問題。

一、構件描述

為了能夠利用構件庫中的構件進行組裝，對構件進行合理的描述是必不可少的。構件描述需要涉及其組裝特征，及從多個方面衡量它與其他構件能否組裝的必備信息；要描述構件的接口，從而獲知構件如何與其他構件進行信息交互；還有一些其他特征信息，便于用戶更好地理解構件。基于這些因素，定義構件描述如下:

一個構件描述就是一個三元組:

其中，AssemblyProperties用于描述構件的組裝特征，ComponentInterfaces用于描述構件的接口，OtherCharacters用于描述構件的其他特征。

1、AssemblyProper ties的描述。對于AssemblyProperties，定義其也為一個三元組:

其中，每個描述項稱為一個組裝刻面，每個組裝刻面可以有多個術語對其進行具體描述。

functions刻面描述構件的主要功能，是構件用戶最關心的一個刻面。其術語隨領域不同，可以自行定義。例如，針對圖書館管理領域，functions刻面的術語可以有圖書信息處理、讀者信息處理、借閱信息處理等。

依據軟件體系結構的構成，structures刻面主要描述該構件在軟件體系結構中中所處的位置，其術語可包括:表示層（UI）、業務邏輯層、數據層等，術語隨構件實際所處的軟件架構位置不同，可以自行定義。

implements刻面主要描述構件實現的具體方法，其術語可以包括如:應用程序實現、腳本實現等。該刻面的術語同樣可以自行定義。

2、Component Inter faces的描述。構件通過接口向外提供服務。對Interfaces的描述包括該接口能夠對外界提供哪些服務，滿足哪些條件才能夠提供這些服務，如何提供服務。表示如下:

接口語義說明接口能夠提供什么服務，需要滿足哪些條件才能提供這些服務，以及構件執行完畢的狀態；接口語法說明接口如何提供服務。由于利用XML可以比較清晰地反映接口描述的層次性，使描述結構化，所以這里用一個簡化的XML的DTD（文檔模板定義）給出對接口描述的詳細設計。其中參數的基本類型與C++所提供的基本參數類型一致。

3、OtherCharacters的描述。Other－Characters主要包括用戶在使用該構件時需要了解的其他方面的信息，如構件版本、運行平臺、其他構件支持等。Other－Characters的具體描述項可根據構件實際情況增減，但在描述時需要一一指明有哪些描述項。

圖1 構架規則實例

圖2 組裝過程

二、構件組裝規則

組裝規則可定義為一個三元組（A，R，P），其中A代表組裝的架構規則，R代表組裝的實現規則，P代表組裝的性能規則。

其中，架構規則的含義是軟件配置單中各個構件在軟件架構上滿足的要求，如一個完整的應用軟件應該由UI、業務邏輯等構件組成，即為架構規則。架構規則可保證配置單中的構件在邏輯上可以正確連接。

實現規則規定了軟件配置單中各個構件在實現方法上的一些限制，如采用何種構件實現技術、接口定義如何等。實現規則可確保配置單中的構件在物理上可以正確連接。

性能規則說明了組裝成一個性能較好的應用軟件，對配置單中出現的構件應有的一些要求。如各個構件的延遲、響應時間等。性能規則能夠輔助用戶組裝一個性能優越的應用軟件。

在上述組裝規則中，實現規則和性能規則的表達較為簡單，而架構規則的表達較為復雜，為了簡潔且準確地表達一個應用軟件的架構規則，在本項目中，使用EBNF對架構規則進行了描述。EBNF，即擴展巴科斯－瑙爾范式，經常用來描述高級程序設計語言的語法規則，具有簡潔、嚴謹、精確、無歧異等優點。EBNF中常用的符號如下:

根據架構規則的不同，我們可把目前常用的應用軟件分為數據庫應用型、網絡應用型、Web應用型等不同種類型，可用EBNF表達，如圖1所示。（圖1）

其中，規則a的含義為:一個應用軟件可以是數據庫應用、通信應用或Web應用；規則b的含義為:一個數據庫應用應該由UI構件、一個或多個業務邏輯構件、數據訪問構件、數據庫構件組成，其中數據訪問構件為可選項。其他規則的解釋類似，這里就不再贅述了。

三、構件的組裝

項目中，采用如圖2所示的組裝過程。（圖 2）

首先，用戶根據軟件的功能需求及構件庫中現有構件功能特性，生成軟件配置單。由于用戶生成軟件配置單時只考慮了構件的功能特性，而功能符合要求的構件并不一定可以組裝成一個完整的應用程序，因此需要對用戶生成的軟件配置單做驗證，驗證依據即為上述的組裝規則。在本項目中，實現配置單驗證的模塊被稱為“配置單編譯器”。

若軟件配置單通過驗證，則配置單編譯器會給出成功標志，同時會對本次組裝的性能做相應評價；若未能通過驗證，則會給出錯誤標志，同時提示配置單出錯位置，以便于用戶修改。

通過上述對組裝過程的分析可知，組裝實現的關鍵是軟件配置單的驗證，即如何實現配置單編譯器。

［1］Shaw M，Deline R，K lein DV.Abstractions for Software Architecture and Tools to SupportThem[J].IEEETransaction on Software Engineering，1995.4.

［2］任洪敏，錢樂秋.構件組裝及其形式化推導研究[J].軟件學報，2003.6.

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