面向觸控類(lèi)安卓支持庫(kù)的應(yīng)用代碼替換技術(shù)

王 超 沈立煒 趙文耘

1(復(fù)旦大學(xué)軟件學(xué)院 上海 201203) 2(復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 上海 201203) 3(上海市數(shù)據(jù)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201203)

0 引 言

屏幕觸摸是移動(dòng)設(shè)備上最主要的人機(jī)交互渠道，它能提供例如下拉刷新、左右滑動(dòng)等應(yīng)用特性，這些特性豐富了界面的展示效果。為了實(shí)現(xiàn)這些特性，安卓應(yīng)用開(kāi)發(fā)者需要基于最基本的onTouchEvent等事件機(jī)制集成應(yīng)用響應(yīng)邏輯，但依舊需要編寫(xiě)相應(yīng)代碼以識(shí)別觸控的事件類(lèi)型，如手指的下拉、釋放等。

谷歌從2011年開(kāi)始提供安卓支持庫(kù)來(lái)輔助開(kāi)發(fā)者，這些支持庫(kù)對(duì)開(kāi)發(fā)者經(jīng)常需要的功能進(jìn)行了封裝，其中包括了對(duì)特定類(lèi)型界面觸控事件的封裝，例如SwipRefreshLayout控件集成了下拉刷新的功能、DrawerLayout控件集成了左右滑動(dòng)的功能。使用這些支持庫(kù)不僅提高了開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)效率，而且能夠在低版本的安卓平臺(tái)上使用高版本的功能。但許多開(kāi)發(fā)者對(duì)安卓支持庫(kù)提供的功能缺乏了解，因此將已有代碼替換成支持庫(kù)需要花費(fèi)很多的精力去學(xué)習(xí)，比如開(kāi)發(fā)者需要對(duì)安卓支持庫(kù)中下拉刷新、左右側(cè)滑等控件的代碼結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制有深入的了解。此外，對(duì)于維護(hù)采用基本事件處理機(jī)制編寫(xiě)的安卓應(yīng)用程序，沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)來(lái)提醒安卓應(yīng)用維護(hù)者進(jìn)行支持庫(kù)的替換，因此維護(hù)人員需要花費(fèi)額外的精力在應(yīng)用程序的源碼中尋找可替換的功能代碼。

目前已經(jīng)有的代碼替換工作主要集中在API和Library庫(kù)的遷移。例如將項(xiàng)目中涉及的棄用API(Deprecated API) 用新的API進(jìn)行遷移[1]。再比如隨著軟件系統(tǒng)生命周期的變化，對(duì)于系統(tǒng)中已有的依賴(lài)庫(kù)需要用更相關(guān)的庫(kù)來(lái)進(jìn)行遷移[2]。而對(duì)于將已有功能代碼替換成安卓支持庫(kù)中相應(yīng)控件實(shí)現(xiàn)的代碼，目前還沒(méi)有很好的方法來(lái)支持。

針對(duì)上述目標(biāo)，本文提出了一種面向安卓觸控類(lèi)支持庫(kù)的應(yīng)用代碼替換技術(shù)，其利用android.support.v4.widget支持庫(kù)下的觸摸控件并以自動(dòng)化的方式尋找目標(biāo)應(yīng)用中的可替換點(diǎn)，最終為應(yīng)用開(kāi)發(fā)者和維護(hù)者生成替換建議。具體而言，本文首先提出用以描述安卓事件回調(diào)方法代碼特征的元模型，以此為基礎(chǔ)將目標(biāo)代碼特征模型與安卓支持庫(kù)各控件的特征模型進(jìn)行匹配。當(dāng)匹配的結(jié)果能夠進(jìn)行替換時(shí)，分別從功能的實(shí)現(xiàn)代碼、監(jiān)聽(tīng)器的綁定、layout資源文件這三個(gè)方面生成替換建議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提技術(shù)能夠?yàn)橹С謳?kù)控件相應(yīng)的，且用基本觸控邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的事件回調(diào)方法及其資源布局給出正確的替換建議。安卓開(kāi)發(fā)者利用本文方法，可以分析出應(yīng)用程序中的哪些代碼可以進(jìn)行替換，以及用安卓支持庫(kù)中的哪一個(gè)觸摸控件進(jìn)行替換。

1 相關(guān)工作

與本文相關(guān)的研究工作主要包括安卓應(yīng)用分析、代碼相似度檢測(cè)、代碼遷移技術(shù)這三個(gè)方面。

安卓應(yīng)用分析方法主要分為動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析兩大類(lèi)。動(dòng)態(tài)分析是指當(dāng)應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)用程序的各種行為進(jìn)行分析，以獲取程序的動(dòng)態(tài)行為特征。靜態(tài)分析則是分析應(yīng)用程序的源碼或者字節(jié)碼，構(gòu)造應(yīng)用程序的整體結(jié)構(gòu)。對(duì)于安卓靜態(tài)分析，目前一些研究工具利用不同類(lèi)型的圖來(lái)描繪程序的特征，如控制流圖、數(shù)據(jù)流圖等[3-4]。為了獲取安卓應(yīng)用程序的源碼或字節(jié)碼，需要對(duì)APK安裝包反編譯，常用的反編譯工具有Dexpler[5]、Smail[6]和AndroGuard[7]。本文方法也依賴(lài)于安卓靜態(tài)分析技術(shù)，在安卓應(yīng)用程序的源碼層面上利用抽象語(yǔ)法樹(shù)分析結(jié)果來(lái)進(jìn)一步描繪程序的特征。

針對(duì)代碼的相似問(wèn)題目前已有很多分析方法，如基于文本識(shí)別、基于度量值、基于代碼結(jié)構(gòu)和基于圖結(jié)構(gòu)的代碼相似分析。基于文本識(shí)別的代碼相似分析方法是將代碼表示成文本或token序列的方式，進(jìn)而采用模式匹配技術(shù)來(lái)檢測(cè)代碼間是否相似。代碼克隆[8]就是基于文本識(shí)別的方法來(lái)檢測(cè)待分析代碼中的重復(fù)部分。基于度量值的代碼相似分析方法，不直接比較程序代碼，而是提取選定的度量值信息，形成一組包含這些信息的特征向量，通過(guò)比較這些特征向量來(lái)比較代碼的相似程度[9]。衡量代碼的度量值有很多，如圈復(fù)雜度、類(lèi)耦合度和繼承深度等。基于代碼結(jié)構(gòu)的代碼相似分析方法是將待分析的代碼轉(zhuǎn)化成抽象語(yǔ)法樹(shù)，進(jìn)而在語(yǔ)法樹(shù)上使用匹配或搜索技術(shù)尋找相似的子樹(shù)[10-11]。基于圖結(jié)構(gòu)的代碼相似分析是將程序代碼表示成程序依賴(lài)圖來(lái)進(jìn)行分析[12-13]。從兩個(gè)特定的起始點(diǎn)開(kāi)始，尋找兩幅圖中的最大相似子圖。本文方法也利用了基于代碼結(jié)構(gòu)相似的分析方法，將安卓應(yīng)用程序代碼構(gòu)造成抽象語(yǔ)法樹(shù)，進(jìn)而在抽象語(yǔ)法樹(shù)的基礎(chǔ)上利用樹(shù)匹配算法進(jìn)行相似分析。

代碼遷移目前主要分為API遷移和Library庫(kù)的遷移。對(duì)于API的遷移，可以通過(guò)比較兩個(gè)版本API在庫(kù)中的聲明變化以及兩個(gè)版本API在代碼中的使用方式來(lái)進(jìn)行遷移[14]。對(duì)于Library庫(kù)的遷移，通過(guò)對(duì)大量開(kāi)源軟件項(xiàng)目的分析來(lái)識(shí)別相似庫(kù)之間的遷移變化，進(jìn)而根據(jù)大量的分析數(shù)據(jù)來(lái)為L(zhǎng)ibrary庫(kù)的遷移提供建議[2]。與上述工作不同，本文方法關(guān)注控件支持庫(kù)層面的遷移，涉及一組代碼語(yǔ)句與控制結(jié)構(gòu)，其中的核心要素是識(shí)別目標(biāo)代碼與安卓支持庫(kù)中特定控件在功能和結(jié)構(gòu)上的相似性。

2 動(dòng)機(jī)案例

圖1為開(kāi)發(fā)者使用基礎(chǔ)回調(diào)方法onTouch實(shí)現(xiàn)的下拉刷新功能：當(dāng)手指下拉并松開(kāi)后，在屏幕上發(fā)送一條通知。該代碼在基礎(chǔ)回調(diào)方法的UP分支下實(shí)現(xiàn)發(fā)送通知的業(yè)務(wù)邏輯。

圖1 下拉刷新案例功能代碼

圖2為該應(yīng)用程序相應(yīng)的資源文件，其中子視圖由兩個(gè)文本框TextView構(gòu)成，這兩個(gè)文本框在LinearLayout布局的內(nèi)部。

圖2 下拉刷新案例資源文件

圖1的功能代碼和圖2的資源文件都可以用安卓支持庫(kù)中已經(jīng)封裝好的控件進(jìn)行替換。當(dāng)安卓應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)者需要用安卓支持庫(kù)中已有的控件進(jìn)行替換時(shí)，先要判斷是否能夠替換以及用什么控件進(jìn)行替換，然后還要分別從功能代碼和資源文件兩塊進(jìn)行替換。

對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)這將會(huì)面臨很多困難。首先許多安卓開(kāi)發(fā)者對(duì)安卓支持庫(kù)下提供的功能并不了解，因此將已有代碼替換成支持庫(kù)需要一定的學(xué)習(xí)代價(jià)。雖然擁有了一定的安卓支持庫(kù)的儲(chǔ)備知識(shí)，但沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)提醒開(kāi)發(fā)者該應(yīng)用程序中的某些功能能夠用安卓支持庫(kù)中的控件進(jìn)行替換。此外，一些開(kāi)發(fā)者知道該項(xiàng)目的有些功能可以使用支持庫(kù)的控件進(jìn)行替換，但是他們不知道如何在項(xiàng)目中進(jìn)行替換。

當(dāng)開(kāi)發(fā)者使用基于本文方法所開(kāi)發(fā)的工具時(shí)，就可以根據(jù)工具生成的建議快速地在項(xiàng)目中進(jìn)行支持庫(kù)的替換。該工具將會(huì)從功能實(shí)現(xiàn)代碼、監(jiān)聽(tīng)器的綁定和布局文件這三個(gè)方面給出替換建議。

圖3為根據(jù)替換建議用SwipeRefreshLayout這個(gè)支持庫(kù)控件進(jìn)行替換后的功能代碼。該代碼中，遷移的代碼被放置在SwipeRefreshLayout的onRefresh回調(diào)方法中，同時(shí)為SwipeRefreshLayout綁定OnRefresh-Listener監(jiān)聽(tīng)器，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)事件。

圖3 用支持庫(kù)控件替換后的功能代碼

資源文件的替換如圖4所示。根據(jù)替換建議，使用SwipeRefreshLayout控件節(jié)點(diǎn)來(lái)替換原先的LinearLayout節(jié)點(diǎn)。

圖4 用支持庫(kù)替換后的資源文件

3 支持庫(kù)代碼特征模型及其構(gòu)造

3.1 安卓事件回調(diào)方法的代碼特征元模型

圖5所示的元模型用來(lái)描繪安卓事件回調(diào)方法的代碼特征信息。該元模型既可以表示支持庫(kù)中的回調(diào)方法，又可以用來(lái)描述目標(biāo)替換代碼的方法代碼結(jié)構(gòu)。

圖5 安卓事件回調(diào)方法的代碼特征元模型

Widget表示安卓支持庫(kù)中的一個(gè)觸摸控件，在該元模型中，控件包含了一組監(jiān)聽(tīng)器。每一個(gè)監(jiān)聽(tīng)器負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)一個(gè)或多個(gè)事件并觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)方法(Callback)。我們使用一棵特征樹(shù)(FeatureTree)來(lái)表示Callback的具體代碼及其應(yīng)用邏輯，并以FeatureTreeRoot來(lái)表示該特征樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)一般命名為基礎(chǔ)回調(diào)的方法名，例如onTouch、onTouchEvent等。

特征樹(shù)是由一系列表示代碼元素的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，即CodeElement。節(jié)點(diǎn)之間存在Order信息與Include關(guān)系。Order關(guān)系表示同層次代碼元素與同層次代碼元素之間的次序關(guān)系，Include關(guān)系表示外部代碼元素與內(nèi)部代碼元素之間的包含關(guān)系。另外，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)包含KeyWordSet屬性，用以代表代碼元素中的關(guān)鍵字集合。該集合可包括方法名以及部分靜態(tài)常量名。這些關(guān)鍵字從SDK中提取得來(lái)，用以反映代碼的實(shí)現(xiàn)功能。

元模型中列舉了三種特定類(lèi)型的代碼元素，即代碼控制結(jié)構(gòu)(ControlStructure)、代碼語(yǔ)句(Statement)和插樁點(diǎn)(Instrumentation)。

ControlStructure用來(lái)描述代碼的骨架結(jié)構(gòu)，表示程序執(zhí)行的動(dòng)作順序。本文將控制結(jié)構(gòu)分成兩類(lèi)，循環(huán)結(jié)構(gòu)(Loop)和分支結(jié)構(gòu)(Branch)。循環(huán)結(jié)構(gòu)包括For、While、Do等，分支結(jié)構(gòu)包括If、Switch等。

Statement用來(lái)記錄代碼結(jié)構(gòu)中的基本語(yǔ)句信息，例如方法調(diào)用信息，Statement就記錄了該方法調(diào)用是在代碼控制結(jié)構(gòu)中的哪個(gè)分支下進(jìn)行調(diào)用的。

Instrumentation記錄控件回調(diào)方法在代碼中的哪個(gè)位置被間接觸發(fā)。例如SwipeRefreshLayout控件中的onRefresh回調(diào)方法是在onTouchEvent這個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法中的UP分支下被間接觸發(fā)的。在進(jìn)行代碼替換時(shí)，用戶實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的代碼就放在該插樁點(diǎn)所記錄的回調(diào)方法的內(nèi)部。

3.2 目標(biāo)代碼特征模型的構(gòu)造方法

算法1是目標(biāo)代碼特征模型的構(gòu)造方法。該算法的輸入是一個(gè)Callback方法，對(duì)Callback方法中的每一個(gè)結(jié)構(gòu)塊進(jìn)行迭代分析。算法的輸出是FeatureTree，即一個(gè)以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)表示回調(diào)方法的特征模型。

算法1目標(biāo)代碼特征模型的構(gòu)造方法

Function: BuildFeatureTree

輸入: Callback。

輸出: FeatureTree。

begin

For each ControlBlock in Callback

begin

CNode=CreateNode(Loop/Branch)

CreateOrder(PreCNode, CNode)

SNode=CreateNode(Condition)

AddIncludeNode(CNode, SNode)

BNode=CreateNode(Statement)

AddIncludeNode(SNode, BNode)

PreCNode=CNode

end

return FeatureTree

end

在迭代過(guò)程中，對(duì)于每一個(gè)結(jié)構(gòu)塊，創(chuàng)建一個(gè)ControlStructure類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)記錄該控制結(jié)構(gòu)的類(lèi)型是Loop還是Branch，并將此控制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與父控制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來(lái)。為了記錄控制結(jié)構(gòu)之間的Order關(guān)系，在關(guān)聯(lián)兩個(gè)控制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)時(shí)以O(shè)rder屬性的邊來(lái)連接這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。控制結(jié)構(gòu)中的條件信息，用Statement類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)來(lái)保存，并將該節(jié)點(diǎn)以Include關(guān)系關(guān)聯(lián)到所屬的控制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上。對(duì)于某一個(gè)條件下的代碼語(yǔ)句，仍然用Statement類(lèi)型節(jié)點(diǎn)來(lái)保存，并將該節(jié)點(diǎn)以Include關(guān)系關(guān)聯(lián)到所對(duì)應(yīng)的分支條件節(jié)點(diǎn)上。如果該控制結(jié)構(gòu)是分支結(jié)構(gòu)，則需要對(duì)分支結(jié)構(gòu)下的每一個(gè)分支條件進(jìn)行分析。

3.3 支持庫(kù)控件的特征模型構(gòu)建

首先需要為支持庫(kù)每一個(gè)觸摸控件中每一個(gè)監(jiān)聽(tīng)器下的每一個(gè)回調(diào)方法構(gòu)造特征模型。為了獲取支持庫(kù)控件中的回調(diào)方法，可以通過(guò)參閱文檔或檢索支持庫(kù)中具有Listener的類(lèi)來(lái)找到相應(yīng)的回調(diào)方法。為了找到觸發(fā)回調(diào)方法的調(diào)用語(yǔ)句，需要對(duì)回調(diào)方法進(jìn)行回溯，由于回調(diào)方法有時(shí)候并不能在某一個(gè)方法中找到對(duì)其的調(diào)用，因此回溯過(guò)程將分為以下兩種情形：

(1) 如果在某一個(gè)方法中找到觸發(fā)該回調(diào)方法的調(diào)用語(yǔ)句，則以該方法繼續(xù)向上回溯。

(2) 如果沒(méi)有找到觸發(fā)該回調(diào)方法的調(diào)用語(yǔ)句，則利用事先對(duì)安卓?jī)?nèi)部回調(diào)方法的總結(jié)，找到觸發(fā)該回調(diào)方法的方法，然后以該方法繼續(xù)向上回溯。

算法2描述了回調(diào)函數(shù)調(diào)用鏈的回溯過(guò)程，該算法的輸入是一個(gè)支持庫(kù)控件中的回調(diào)方法，輸出是控件中的基礎(chǔ)回調(diào)方法。通過(guò)算法2，可以將控件中以回調(diào)方法為終點(diǎn)，以基礎(chǔ)回調(diào)方法為起點(diǎn)的方法調(diào)用鏈構(gòu)建完成。接著采用算法1，對(duì)基礎(chǔ)回調(diào)方法進(jìn)行特征模型樹(shù)的構(gòu)造。此時(shí)的特征模型樹(shù)需要加上插樁類(lèi)型節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了控件中的某個(gè)回調(diào)方法，并且將該節(jié)點(diǎn)連接到基礎(chǔ)回調(diào)方法對(duì)應(yīng)的代碼塊下。

算法2回調(diào)函數(shù)調(diào)用鏈的回溯算法

Function: SearchBaseMethod

輸入: Callback。

輸出: BaseMethod。

begin

if Callback是基礎(chǔ)回調(diào)方法 then

begin

BaseMethod=Caller

return BaseMethod

end

if 找到該回調(diào)方法的Caller then

begin

SearchBaseMethod(Caller)

end

else then

begin

通過(guò)整理的回調(diào)方法總結(jié)中找到Caller

SearchBaseMethod(Caller)

end

end

圖6給出了一個(gè)控件特征模型的例子。onTouchEvent是SwipeRefreshLayout控件內(nèi)部的一個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)函數(shù)。

圖6 特征模型樹(shù)示例

可以看出，其內(nèi)部是一個(gè)分支類(lèi)型的控制結(jié)構(gòu)，用ControlStructure類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)來(lái)表示，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了該控制結(jié)構(gòu)類(lèi)型為Branch類(lèi)型。該結(jié)構(gòu)有三個(gè)分支，分別用三個(gè)Statement類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)保存分支條件的信息。每一個(gè)分支條件下用Statement類(lèi)型節(jié)點(diǎn)保存該分支下的代碼語(yǔ)句片段信息。由于UP分支下間接調(diào)用了onRefresh這個(gè)回調(diào)方法，因此用一個(gè)插樁類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)該回調(diào)方法信息。

4 目標(biāo)應(yīng)用的支持庫(kù)控件替換

4.1 代碼替換技術(shù)的方法流程

代碼替換技術(shù)的方法流程如圖7所示，該方法流程主要分成兩個(gè)階段，第一階段是安卓支持庫(kù)特征模型的準(zhǔn)備，第二階段是基于第一階段支持庫(kù)特征模型的代碼替換技術(shù)。

圖7 代碼替換技術(shù)的方法流程

安卓支持庫(kù)特征模型的準(zhǔn)備分成兩個(gè)部分：一是回調(diào)方法調(diào)用鏈的構(gòu)建，二是回調(diào)方法特征模型的構(gòu)建。回調(diào)方法調(diào)用鏈的構(gòu)建是對(duì)于安卓支持庫(kù)控件中的每一個(gè)回調(diào)方法，找到該方法是在哪個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法中被觸發(fā)的。回調(diào)方法特征模型的構(gòu)建是對(duì)控件中的每一個(gè)回調(diào)方法構(gòu)建特征模型樹(shù)。

支持庫(kù)特征模型的代碼替換分成三個(gè)部分，分別是基于支持庫(kù)特征模型的待替換代碼的定位、匹配和替換。首先需要對(duì)待分析的安卓應(yīng)用進(jìn)行掃描，對(duì)應(yīng)用中每一個(gè)Activity中的每一個(gè)回調(diào)方法進(jìn)行定位。如果該回調(diào)方法名與支持庫(kù)特征模型中的某個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法名一致，則該回調(diào)方法是一個(gè)潛在待替換代碼。如果方法名不一致，則繼續(xù)定位應(yīng)用中的下一個(gè)回調(diào)方法。對(duì)于定位到的一個(gè)潛在待替換代碼，采用樹(shù)匹配的算法將潛在待替換代碼特征模型樹(shù)與控件中相對(duì)應(yīng)的特征模型樹(shù)進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果判斷能否進(jìn)行替換。當(dāng)可以替換時(shí)，生成相應(yīng)的替換建議。

4.2 基于支持庫(kù)特征模型的代碼匹配

為了對(duì)目標(biāo)代碼特征模型樹(shù)和安卓支持庫(kù)控件的特征模型樹(shù)進(jìn)行匹配比較，本文采用一種樹(shù)匹配算法(TM)來(lái)尋找兩棵特征模型樹(shù)間的最大匹配。S(SA，S1，S2，…，Si)和T(TB、T1，T2，…，Tj)分別是目標(biāo)代碼特征模型樹(shù)和安卓支持庫(kù)控件特征模型樹(shù)。其中：Si為樹(shù)S的第一層子樹(shù)的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)；Tj為樹(shù)T的第一層子樹(shù)的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)；SA和SB分別為樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。M為兩個(gè)特征模型樹(shù)的匹配，最大匹配M就是擁有最多節(jié)點(diǎn)對(duì)間的匹配，其最大匹配節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為M+1，加1是因?yàn)楦?jié)點(diǎn)也是匹配的節(jié)點(diǎn)對(duì)。為了求出M(，)的最大匹配，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想，有以下幾種情形：

1) 當(dāng)兩個(gè)子樹(shù)中有一個(gè)為空是，匹配數(shù)M為0。

2) 當(dāng)兩個(gè)子樹(shù)都不為空時(shí)，可分為以下幾個(gè)情形：

(1) 匹配Si和Tj，這時(shí)M(，)變?yōu)镸(，)+W(Si、Tj)；

(2) 匹配Si，這時(shí)M()變?yōu)镸(，)；

(3) 匹配Tj，這時(shí)M(，)變?yōu)镸(，)。

最后根據(jù)樹(shù)匹配算法的結(jié)果，計(jì)算出兩個(gè)特征模型之間的相似度：

式中：Node(S)和Node(T)分別表示樹(shù)S和樹(shù)T節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；TM(S,T)表示通過(guò)樹(shù)匹配算法計(jì)算后返回的兩棵樹(shù)間的最大匹配的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

圖8所示為兩個(gè)特征模型樹(shù)S和T，節(jié)點(diǎn)中的標(biāo)號(hào)表示該節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，具有相同標(biāo)號(hào)的節(jié)點(diǎn)看成是相同節(jié)點(diǎn)。利用TM算法可以求出S和T之間的最大匹配為9，因此它們之間的相似度為0.9。

圖8 兩棵特征模型樹(shù)

因此兩棵特征模型樹(shù)的最大匹配節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)越多，則兩棵樹(shù)的相似度就越大，也就越相似。對(duì)于本文的場(chǎng)景，需要在目標(biāo)代碼的特征模型樹(shù)中匹配到一棵子樹(shù)，該子樹(shù)即控件基礎(chǔ)回調(diào)方法的特征模型樹(shù)。所以最大匹配樹(shù)TM(S,T)滿足以下關(guān)系時(shí)，目標(biāo)代碼可以用安卓支持庫(kù)里的控件進(jìn)行替換：

TM(S,T)=Node(T)

式中：T表示的是安卓支持庫(kù)控件代碼的特征模型樹(shù)；S表示的是目標(biāo)代碼的特征模型樹(shù)；Node(T)表示樹(shù)T節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；TM(S,T)表示通過(guò)樹(shù)匹配算法計(jì)算后返回的兩棵樹(shù)間的最大匹配的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

4.3 基于支持庫(kù)特征模型的替換

1) 功能實(shí)現(xiàn)代碼和監(jiān)聽(tīng)器的替換。算法3描述了功能實(shí)現(xiàn)代碼和監(jiān)聽(tīng)器的替換方法。該算法的輸入是兩個(gè)特征模型樹(shù)，分別是目標(biāo)代碼的特征模型樹(shù)CallbackFeatureTree和能夠用來(lái)替換該目標(biāo)代碼的支持庫(kù)控件中的基礎(chǔ)回調(diào)方法的特征模型樹(shù)BaseMethodFeatureTree。該算法用CodeSegmentMap來(lái)保存能夠被遷移的代碼片段，用NotReplaceSet來(lái)保存未被遷移的代碼片段。

算法3功能實(shí)現(xiàn)代碼和監(jiān)聽(tīng)器的替換算法

Function: CallbackReplace

輸入: CallbackFeatureTree, BaseMethodFeatureTree。

輸出: CodeSegmentMap, NotReplaceCodeSet。

begin

for each Statement in CallbackFeatureTree

begin

if Statement 對(duì)應(yīng)到BaseMethodFeatureTree中的一個(gè)插樁點(diǎn) then

begin

for each widget in WidgetSet

begin

for each FeatureTreeRoot in widget

begin

if FeatureTreeRoot==BaseMethodFeatureTree.root then

begin

find Listener where Listener.contain(FeatureTreeRoot)

CodeSegmentMap.put(控件+監(jiān)聽(tīng)器+插樁點(diǎn), Statement)

end

end

end

end

if Statement 對(duì)應(yīng)不到BaseMethodFeatureTree中的一個(gè)節(jié)點(diǎn) then

begin

NotRepalceCodeSet.put(Statement)

end

end

return CodeSegmentMap, NotReplaceCodeSet

end

在算法3中，以CallbackFeatureTree為基準(zhǔn)，遍歷該特征模型樹(shù)上的Statement類(lèi)型節(jié)點(diǎn)，如果該節(jié)點(diǎn)直接對(duì)應(yīng)到BaseMethodFeatureTree中的一個(gè)非插樁節(jié)點(diǎn)，那么說(shuō)明新控件已經(jīng)包含這些語(yǔ)句。如果對(duì)應(yīng)的是一個(gè)插樁類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)，說(shuō)明該代碼語(yǔ)句是可以進(jìn)行遷移的。如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)到任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則將該代碼語(yǔ)句記錄到NotReplaceCodeSet中，該代碼語(yǔ)句無(wú)法被遷移。對(duì)于監(jiān)聽(tīng)器的搜索，首先找到BaseMethodFeatureTree是在哪個(gè)widget下的，然后在該Widget下找到哪一個(gè)listener的孩子節(jié)點(diǎn)中有一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)是該BaseMethod的，則該listener就是需要用來(lái)替換的監(jiān)聽(tīng)器。最后以插樁點(diǎn)、監(jiān)聽(tīng)器和該控件作為key鍵,Statement作為值，記錄到CodeSegmentMap中。

2) layout資源文件的替換。layout資源文件的替換分成兩步：第一步需要找到待替換的控件是什么；第二步需要找到資源文件是哪一個(gè)。在Callback所處的Activity中，可以找到該回調(diào)的監(jiān)聽(tīng)器，然后向上回溯找到是哪一個(gè)對(duì)象set了這個(gè)監(jiān)聽(tīng)器，則該對(duì)象就是需要找的待替換控件。一個(gè)Activity的資源文件是在該Activity中的onCreate方法內(nèi)部的setContentView方法中被加載的，該方法中的參數(shù)就是layout資源文件的名字。例如方法參數(shù)是R.layout.activity_main，則需要的資源文件名稱(chēng)就是activity_main.xml。

接著需要在該資源文件中搜索到用戶控件的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)找到該節(jié)點(diǎn)后，將該節(jié)點(diǎn)用支持庫(kù)控件進(jìn)行替換。算法4描述了節(jié)點(diǎn)搜索的方法。

算法4搜索節(jié)點(diǎn)的算法

Function: depthSearch

輸入: root//xml文件的根節(jié)點(diǎn)。

輸出: child//待替換的控件節(jié)點(diǎn)。

begin

nodeStack.add(root)

while(!node.isEmpty)

begin

node=nodeStack.pop()

list=node.getChildren()

for child ∈ list

begin

nodeStack.add(child)

if child.name==layout.name then

begin

return child

end

end

end

end

算法4的實(shí)質(zhì)是樹(shù)的深度優(yōu)先搜索算法，由于Activity是由一組ViewGroup組成，所以從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，依次遍歷每一組ViewGroup。對(duì)于每一組ViewGroup，依次搜索其每一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)分支，然后再以該孩子節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，照此方法直到搜索到某一分支的葉子節(jié)點(diǎn)時(shí)返回上一層繼續(xù)搜索。當(dāng)搜索到節(jié)點(diǎn)的名字屬性與待替換控件的名字屬性一致時(shí)就停止搜索，那么該位置的節(jié)點(diǎn)就是需要用新的控件去替換的位置。

4.4 替換建議的生成

本文給用戶提供的生成建議包含以下幾個(gè)部分：

1) 對(duì)于安卓應(yīng)用中可以進(jìn)行遷移的代碼，需要將支持庫(kù)控件、監(jiān)聽(tīng)器、回調(diào)方法、可遷移代碼組合成完整的代碼片段。為了方便用戶的理解，該建議還增加了一些文字描述，將這些描述與組合后的代碼片段作為完整的可遷移代碼的替換建議。圖9給出了可遷移代碼建議的模板。

圖9 可遷移代碼的建議模板

在替換建議中，圖9模板先給出了替換前的代碼，并用文字指明了該代碼片段位于哪個(gè)Activity的哪個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法，然后給出了遷移后的代碼示例，也用文字介紹了使用安卓支持庫(kù)中的哪個(gè)控件進(jìn)行替換，以及綁定的監(jiān)聽(tīng)器和回調(diào)方法的信息。

2) 對(duì)于安卓應(yīng)用中未被遷移的代碼，本文同樣將未被遷移代碼和一些文字描述作為替換建議展示給用戶。圖10給出了未被遷移代碼建議的模板，其既給出了未被遷移的代碼片段，又給出了該代碼片段是位于該應(yīng)用中的哪個(gè)Activity里的哪個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法下的。

圖10 未被遷移代碼的建議模板

3) 對(duì)于資源文件的替換，本文依舊給出原資源文件和替換后的資源文件，同時(shí)也通過(guò)文字描述進(jìn)行解釋?zhuān)奖阌脩舻亩ㄎ缓吞鎿Q。圖11給出了資源文件替換建議的模板，文字描述告訴用戶資源文件的名稱(chēng)，以及是用支持庫(kù)中的哪個(gè)控件進(jìn)行替換。

圖11 資源文件替換的建議模板

5 實(shí)驗(yàn)分析

圖12為基于本文方法所設(shè)計(jì)的工具界面，該工具的界面分成上下兩個(gè)部分。上半部分是用戶的輸入部分，用戶需要提供待分析的安卓項(xiàng)目的地址。下半部分是替換建議生成部分，分別從可遷移代碼、資源文件替換和未被遷移代碼三個(gè)方面給出替換建議。界面中的三個(gè)文本框分別用來(lái)展示這三個(gè)方面的替換信息。

圖12 工具界面

本文主要通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)本文方法在實(shí)際開(kāi)發(fā)中的實(shí)用性進(jìn)行分析，這兩組實(shí)驗(yàn)分別是針對(duì)用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用的支持庫(kù)替換實(shí)驗(yàn)和針對(duì)開(kāi)源應(yīng)用的支持庫(kù)替換實(shí)驗(yàn)。

1) 針對(duì)用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用的支持庫(kù)替換實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)了三位具有初級(jí)安卓開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)，讓這三位同學(xué)基于基礎(chǔ)回調(diào)方法實(shí)現(xiàn)例如下拉操作、側(cè)滑操作等功能的安卓應(yīng)用程序。表1列舉了給這三位同學(xué)安排的開(kāi)發(fā)任務(wù)和提供的開(kāi)發(fā)建議。

表1 實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)任務(wù)與開(kāi)發(fā)建議

當(dāng)三位同學(xué)完成應(yīng)用開(kāi)發(fā)后，利用本文方法對(duì)這三個(gè)應(yīng)用進(jìn)行替換分析。最終的分析結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

其中有兩個(gè)應(yīng)用有替換建議，有一個(gè)應(yīng)用沒(méi)有替換建議。本節(jié)將選取實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3，即一個(gè)有替換建議的例子和一個(gè)沒(méi)有替換建議的例子來(lái)對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

(1) 有替換建議的例子分析。該例子用onTouchEvent這個(gè)基礎(chǔ)回調(diào)方法實(shí)現(xiàn)下拉刷新的功能。圖13是該功能實(shí)現(xiàn)代碼的片段。該例子在onTouchEvent的Up分支下寫(xiě)了一段更新子視圖的邏輯，該邏輯是當(dāng)手指下拉松開(kāi)后，在子視圖的ListView中添加一行List。

圖13 功能實(shí)現(xiàn)代碼片段

通過(guò)本文方法分析后，安卓支持庫(kù)里的下拉刷新控件SwipeRefreshLayout可以對(duì)例子中用基礎(chǔ)回調(diào)方法onTouchEvent實(shí)現(xiàn)的下拉刷新代碼進(jìn)行替換。圖14是可遷移代碼的替換建議，可待遷移代碼放置在SwipeRefreshLayout的onRefresh回調(diào)方法中，該回調(diào)方法是在手指下拉手松后被間接觸發(fā)的。同時(shí)為Swipe-RefreshLayout綁定一個(gè)setOnRefreshListener監(jiān)聽(tīng)器，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)事件。

圖14 可遷移代碼的替換建議

該例子的資源文件如圖15中替換前的代碼所示，該資源文件有兩個(gè)視圖，分別是子視圖ListView和父視圖LinearLayout，子視圖ListView在父視圖LinearLayout的內(nèi)部。對(duì)于替換后的資源文件如圖15中替換后的代碼所示， ListView這個(gè)子視圖在SwipeRefreshLayout控件節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部。

圖15 資源文件的替換建議

(2) 無(wú)替換建議的例子分析。該例子沒(méi)有替換建議是因?yàn)樵摾訉⑾吕⑿碌倪壿嬘靡粋€(gè)類(lèi)封裝好，所以在Activity中只保留了更新子視圖的邏輯，對(duì)于下拉刷新的邏輯則在那個(gè)類(lèi)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。圖16展示了Activity中處理業(yè)務(wù)邏輯的代碼片段。PullRefreshLayout是封裝好的類(lèi)，在Activity中直接創(chuàng)建該類(lèi)的一個(gè)對(duì)象，然后綁定相應(yīng)的監(jiān)聽(tīng)器來(lái)監(jiān)聽(tīng)動(dòng)作，在該例子中使用的是setRefreshListener。

圖16 無(wú)替換建議的實(shí)現(xiàn)代碼

2) 針對(duì)開(kāi)源應(yīng)用的支持庫(kù)替換實(shí)驗(yàn)。本部分實(shí)驗(yàn)從開(kāi)源社區(qū)上找了五個(gè)與安卓支持庫(kù)觸摸控件功能相似的開(kāi)源安卓應(yīng)用項(xiàng)目，然后利用本文的方法對(duì)這五個(gè)安卓應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行替換分析。本實(shí)驗(yàn)所選取的開(kāi)源應(yīng)用的來(lái)源信息如表3所示，最終分析結(jié)果如表4所示。

表3 開(kāi)源項(xiàng)目來(lái)源

表4 開(kāi)源項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)果

可以看出，這五個(gè)案例中有2個(gè)案例有替換建議輸出，有3個(gè)案例沒(méi)有替換建議輸出。其中能夠進(jìn)行替換的項(xiàng)目均包含與支持庫(kù)控件相應(yīng)的，且用基本觸控邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的事件回調(diào)方法。相對(duì)地，在三個(gè)沒(méi)有替換建議輸出的應(yīng)用中，有一個(gè)是使用了封裝好的功能類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，有兩個(gè)是直接使用了安卓支持庫(kù)中的控件。對(duì)于將功能封裝成一個(gè)類(lèi)的情形，本文給出的方法同樣也可以進(jìn)行分析替換，但這樣做的意義不大。由于用戶已經(jīng)將一個(gè)功能封裝好了，那就沒(méi)有必要再去用安卓支持庫(kù)里的控件進(jìn)行替換，因此本文設(shè)計(jì)的方法對(duì)封裝好的功能類(lèi)是不進(jìn)行分析的。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種面向安卓觸控類(lèi)支持庫(kù)的應(yīng)用代碼替換技術(shù)。首先設(shè)計(jì)了一種用于描述安卓事件回調(diào)方法中代碼特征的元模型，其不僅能夠表示支持庫(kù)中的回調(diào)函數(shù)，也可以用來(lái)描述目標(biāo)替換代碼中的方法代碼結(jié)構(gòu)；接著基于安卓支持庫(kù)的特征模型和目標(biāo)替換代碼的特征模型進(jìn)行匹配；最后對(duì)于可以進(jìn)行替換的目標(biāo)代碼，設(shè)計(jì)了一種涵蓋功能實(shí)現(xiàn)、頁(yè)面布局的代碼替換建議生成方法。

本文方法仍然有一些不足的地方，需要在后續(xù)工作中不斷完善。第一，目前只是針對(duì)安卓觸摸類(lèi)控件進(jìn)行替換分析，對(duì)于支持庫(kù)中的其他功能目前還無(wú)法做到替換分析；第二，本文方法的實(shí)現(xiàn)與用戶交互的功能還不夠完善，后續(xù)將對(duì)該方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行擴(kuò)展，增加與用戶交互的功能。