Vorlesung Software-Reengineering

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1 Vorlesung Software-Reengineering Prof. Dr. Rainer Koschke Arbeitsgruppe Softwaretechnik Fachbereich Mathematik und Informatik Universität Bremen Wintersemester 2009/10

2 Überblick I 1 Merkmalsuche

3 Merkmalsuche I 1 Merkmalsuche Ausgangsszenario für Merkmalsuche Statische Analyse Dynamische Analyse Statische und dynamische Analysen Formale Begriffsanalyse Partielle Ordnung Supremum und Infimum Verkürztes Hasse-Diagramm Merkmalsuche Weitere Anwendungen der Begriffsanalyse Wiederholungsfragen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

4 Merkmalsuche Lernziele Ausnutzung aller verfügbarer Information (statisch und dynamisch) Suche nach Merkmalen (statt Programmmustern) Kontext Weitere Anwendung der Begriffsanalyse Unterstützung der Lokalisierung beim Programmverstehen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

5 Szenario für Merkmalsuche in einem Zeichentool Ziel: Rekonstruktion von Traceability-Abbildung: Merkmal (Feature) Implementierungskomponenten Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

6 Ihre Aufgabe ist es, für ein System mit mehr als 10,000 Routinen ein Merkmal hinzuzufügen, zu korrigieren oder zu ändern oder einfach die Implementierung eines Merkmals zu verstehen. Wo beginnen Sie? Merkmalsuche: welche Komponenten eines Systems implementieren ein einzelnes Merkmal bzw. eine Menge von Merkmalen?

7 Merkmale und Komponenten Ein Merkmal ist eine realisierte funktionale oder nicht-funktionale Eigenschaft des Systems. Eine Komponente ist eine ausführbare Einheit, z.b.: eine einzelne Anweisung oder ein Ausdruck, eine Routine (Funktion, Prozedur), ein Modul, ein Subsystem, eine Task, ein Thread oder Prozess. Im Folgenden: Merkmal = von außen anstoßbares und beobachtbares Verhalten des Systems, das auf Komponenten abgebildet werden kann. Komponente = Routine. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

8 Statische Analyse nach Chen und Rajlich (2000) source code call graph extractor call graph call graph traversal Probleme: Wo beginnen? Wo fortfahren? Wo aufhören? Präzision der statischen Extraktion? load set text draw draw arc set ru ll move save set centc set cente Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

9 Zwei dynamische Ausführungs-Traces (Wilde u. a. 1992) source code compiler executable invoke with feature invoke w/o feature trace trace profiler profiler invoking input set excluding input set difference starting set for static analysis Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

10 Dynamische Aufrufgraphen mit Merkmal ohne Merkmal load set text load set text draw draw arc set ru ll set centc set cente draw draw arc set ru ll set centc set cente move move save Differenz: save load set text draw draw arc set ru ll set centc set cente save move Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

11 Probleme der dynamischen Analyse Invoking-Input-Set Excluding-Input-Set kann immer noch sehr viele nicht-merkmalspezifische Routinen sowie nicht wirklich merkmalspezifische Routinen enthalten. Resultate hängen von der Eingabe ab; d.h. Resultate bilden nur einen Startpunkt für weitere statische Analysen. Wo soll mit der statischen Analyse begonnen werden? Das Resultat differenziert die identifizierten Routinen nicht weiter. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

12 Statisch und dynamisch nach Eisenbarth u. a. (2003) invoke feature f1 invoke feature f2 invoke feature fn trace trace trace profiler profiler profiler routines (f1) routines (f2) ,... routines (fn) invocation table compiler executable concept analysis source code call graph extractor call graph call graph traversal concept lattice Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

13 Szenarien für das Grafikprogramm ze eine Ellipse zeichnen zk einen Kreis zeichnen zr ein Rechteck zeichnen zt Text zeichnen Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

14 Aufruftabelle ze zk zr zt draw draw arc set centc set cente set ru ll set text Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

15 Die Darstellung der Relation in Form einer Aufruftabelle erfolgt im Kontext der Merkmalsuche aus Platzgründen konsequent transponiert, da wir es stets mit mehr Routinen als Merkmalen zu tun haben werden.

16 Begriffsanalyse (Concept Analysis) Menge O von Objekten Menge A von Attributen Relation I O A das Tripel C = (O, A, I) wird formaler Kontext genannt für eine Menge von Objekten O O ist α(o) die Menge gemeinsamer Attribute: α(o) := {a A (o, a) I für alle o O} für eine Menge von Attributen A A ist ω(a) die Menge der gemeinsamen Objekte: ω(a) := {o O (o, a) I für alle a A} Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

17 Begriffsanalyse (Concept Analysis) Ein Paar aus Objekten und Attributen c = (O, A) heißt Begriff (Concept), genau dann, wenn A = α(o) und gleichzeitig O = ω(a) Begriff entspricht einem maximalen Rechteck in der Tabelle (modulo Zeilen- und Spaltenpermutationen). Für einen Begriff c = (O, A) ist O = extent(c) (extent) und A = intent(c) (intent) des Begriffs c. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

18 ze zk zr zt draw draw arc set centc set cente set ru ll set text ({, draw},{ze,zk, zt, zr }) ({draw arc,, draw}, {ze,zk}) ({set cente, draw arc,, draw}, {ze}) ({set centc, draw arc,, draw}, {zk}) ({set text,, draw},{zt}) ({set ru ll,, draw},{zr}) ({set ru ll, set text, set centc, set cente, draw arc,, draw}, ) Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

19 Partielle Ordnung von Begriffen Partielle Ordnung : Seien c 1 = (O 1, A 1 ) und c 2 = (O 2, A 2 ) zwei Begriffe; dann c 1 c 2 : O 1 O 2 oder, dual c 1 c 2 : A 2 A 1 c 2 ist Oberbegriff (Superconcept) von c 1 c 1 ist Unterbegriff (Subconcept) von c 2 c 2 hat mindestens die Objekte von c 1 und c 1 hat mindestens die Attribute von c 2. Bsp.: ({draw arc,, draw}, {ze,zk}) ({set centc, draw arc,, draw}, {zk}) Falls weder c 1 c 2 noch c 2 c 1, dann sind c 1 und c 2 unvergleichbar. Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

20 Begriffsverband Menge L aller Begriffe eines Kontexts C zusammen mit Halbordnung bilden einen vollständigen Verband, den so genannten Begriffsverband: L(C) = {(O, A) 2 O 2 A A = α(o) und O = ω(a)} Hasse-Diagramme visualisieren die Relation <: c 1 < c 2 c 1 c 2 und es gibt keinen Begriff c( c 1, c 2 ), mit c 1 c c 2 Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

21 Hasse-Diagramm draw Ellipsis set cente draw arc draw draw Ellipsis draw Circle draw arc draw draw Circle set centc draw arc draw set ru ll set text set centc set cente draw arc draw draw Rectangle set ru ll draw draw Text set text draw draw draw Ellipsis draw Circle draw Text draw Rectangle Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

22 Infimum und Infimum Für zwei Begriffe c 1 und c 2 Gemeinsamer Unterbegriff Infimum (O 1, A 1 ) (O 2, A 2 ) = (O 1 O 2, α(o 1 O 2 )) Begriff, der die Menge der gemeinsamen Attribute zweier Objektmengen enthält Gemeinsamer Oberbegriff Supremum ( ) (O 1, A 1 ) (O 2, A 2 ) = (ω(a 1 A 2 ), A 1 A 2 ) Begriff, der die Menge der gemeinsamen Objekte zweier Attributmengen umfasst Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

23 Verkürztes Hasse-Diagramm des Begriffsverbands draw Circle set centc draw Ellipsis set cente draw Rectangle set ru ll draw arc 6 draw Text set text 0 draw Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

24 Merkmalsuche Für Kreis zeichnen: draw Ellipsis set cente draw Circle set centc draw Rectangle set ru ll spezifisch: sehr relevant: etwas relevant irrelevant set centc draw arc, draw alle anderen draw arc 6 0 draw Text set text draw load set text draw draw arc set ru ll move set centc set cente save Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

25 Weitere Anwendungen der Begriffsanalyse Anwendungsbeispiel: Refactoring von Klassenhierarchien: Sammle alle erforderlichen Attribute für jede Instanz einer Klasse Tabelle Erstelle Begriffsverband für Tabelle. Jedes Konzept ist prinzipiell eine Klasse. Die -Relation stellt die Vererbung dar. Supremum: gemeinsame Oberklasse. Infimum: gemeinsame Unterklasse. Snelting und Tip (2000) Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

26 Wiederholungs- und Vertiefungsfragen I Wie kann man bei der Lokalisierung von Merkmalen prinzipiell vorgehen, d.h. welche Verfahren kommen in Frage? Wie könnnen Merkmale mit Hilfe der Begriffsanalyse identifiziert werden? Was ist der formale Kontext hierfür? Welche Rolle spielt der Begriffsverband? Wie lässt er sich interpretieren? Welche Rolle spielt die statische Analyse? Warum ist sie notwendig? Wie funktioniert die inkrementelle Begriffsanalyse? Und wie kann dies für die Merkmalsuche ausgenutzt werden? Wie findet man Merkmale, wenn es keine Ein-zu-eins-Beziehung zwischen Merkmalen und Szenarien existiert? Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26

27 Chen und Rajlich 2000 Chen, Kunrong ; Rajlich, Václav: Case Study of Feature Location Using Dependence Graph. In: Proceedings of the 8th International Workshop on Program Comprehension. Limerick, Irland : IEEE Computer Society Press, Juni 2000, S Eisenbarth u. a Eisenbarth, Thomas ; Koschke, Rainer ; Simon, Daniel: Locating Features in Source Code. In: IEEE Computer Society Transactions on Software Engineering 29 (2003), März, Nr. 3, S Snelting und Tip 2000 Snelting, Gregor ; Tip, Frank: Understanding Class Hierarchies Using Concept Analysis. In: ACM Transactions on Programming Languages and Systems 22 (2000), Mai, Nr. 3, S Wilde u. a Wilde, Norman ; Gomez, Juan A. ; Gust, Thomas ; Strasburg, Douglas: Locating User Functionality in Old Code. In: Proceedings of the International Conference on Software Maintenance. Orlando, FL, USA : IEEE Computer Society Press, November 1992, S Rainer Koschke (Univ. Bremen) Vorlesung Software-Reengineering WS 2009/ / 26