關(guān)于構(gòu)件復(fù)用技術(shù)的探索

程海水

（江西廣播電視大學(xué) 江西 南昌 330046）

一、引言

軟件復(fù)用(softreuse)是指在開放軟件過程中，為提高效率，降低成本，充分使用原有的經(jīng)驗、思想、方法和產(chǎn)品的一系列活動。

現(xiàn)階段，軟件復(fù)用研究主要集中在構(gòu)件技術(shù)上，構(gòu)件技術(shù)對傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)方式產(chǎn)生了巨大的影響，以其分布性、開放性、可配置性、高效性、易維護(hù)性等優(yōu)點得到了計算機軟件行業(yè)人士的充分認(rèn)可。構(gòu)件技術(shù)通過分析行業(yè)領(lǐng)域或者一組相似系統(tǒng)，從中提取可以共享的資源，開發(fā)成獨立部署的成品，供軟件開發(fā)者使用，避免軟件開發(fā)者一切從零開始，大大降低了開發(fā)成本，提高了開發(fā)效率，有效地緩解了軟件危機問題。

二、構(gòu)件的概念

軟件復(fù)用的思想，如子程序、函數(shù)等為早期的軟件開發(fā)人員提供了一種便捷的方法，節(jié)省了時間和資源。但是隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的軟件復(fù)用技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足軟件開發(fā)需要，軟件危機隨之而來。為了解決軟件開發(fā)成本高、周期長、維護(hù)難等問題，1968年NATO軟件工程會議上首次提出了構(gòu)件技術(shù)。

目前對構(gòu)件的定義還沒有一個統(tǒng)一的描述。比較有代表性的是Szyperski提出的構(gòu)件定義：“軟件構(gòu)件是一個僅帶特定契約接口和顯示語境依賴關(guān)系的組合單元，軟件構(gòu)件可以獨立部署，易于第三方組裝”。本人研究各種有代表性的定義后，認(rèn)為構(gòu)件是指軟件開發(fā)中能夠獨立部署并被其他系統(tǒng)復(fù)用的單元，它可以小到一段二進(jìn)制代碼、一個圖，也可以大到系統(tǒng)分析、文檔、包，甚至是子系統(tǒng)等等?？蓮?fù)用的構(gòu)件應(yīng)該具有可定制性、自我描述性、有用性、易讀性、兼容性、移植性等特點。

構(gòu)件的接口、實現(xiàn)、契約(contact)是相分離的，用戶可以根據(jù)需要對構(gòu)件的屬性進(jìn)行修改從而滿足用戶的特定需要（可定制性）。同時，構(gòu)件需要達(dá)到一定程度的自治，也就是說構(gòu)件不需要作大的修改就可以換到另外一個運行環(huán)境中使用。

構(gòu)件可以根據(jù)各種不同的角度進(jìn)行分類，主要是可以按照復(fù)用方式、使用范圍、粒度大小、復(fù)用狀態(tài)、功能用途等角度進(jìn)行分類。比如，按照構(gòu)件復(fù)用方式可以將構(gòu)件分為即插即用的黑匣構(gòu)件和編輯使用的白匣構(gòu)件；按照功能用途可以將構(gòu)件分為在集成環(huán)境中使用的系統(tǒng)構(gòu)件、在構(gòu)件庫管理中使用的支撐構(gòu)件和專用的領(lǐng)域構(gòu)件；按形態(tài)將構(gòu)件可分為分析構(gòu)件、設(shè)計構(gòu)件、編碼構(gòu)件和測試構(gòu)件。

三、構(gòu)件相關(guān)的技術(shù)

1.接口技術(shù)

構(gòu)件作為一個獨立部署的單元，它對用戶來說是透明的。構(gòu)件只提供接口給用戶使用，而無需讓用戶了解構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)代碼。接口是構(gòu)件和用戶之間交互的橋梁。

2.連接件(connector)和角色(role)

連接件表示構(gòu)件之間的交互。連接件作為構(gòu)件之間的交互工具，他既可以表示方法調(diào)用這種簡單的概念，還可以表示抽象連接，如客戶和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的SQL連接。和構(gòu)件一樣，用戶無需知道連接件的內(nèi)部構(gòu)造。正如構(gòu)件通過接口與外部交互一樣，連接件通過一組角色(role，即接口)與外界環(huán)境進(jìn)行交互。例如，二元連接件(binary)方法調(diào)用就是一個帶有調(diào)用者(caller)和被調(diào)用者(callee)兩個角色的連接件。

3.構(gòu)件和對象的比較

構(gòu)件技術(shù)的提出很大一部分是源于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)，構(gòu)件借鑒了對象的封裝、繼承等許多先進(jìn)思想。因此構(gòu)件和對象許多共同點，比如封裝屬性、繼承性、復(fù)用性、提供接口、定義與運用相分離等。構(gòu)件與對象的區(qū)別在于構(gòu)件比對象的定義更廣、更大。面向?qū)ο蟮膹?fù)用一般都是指對類庫的復(fù)用。而構(gòu)件復(fù)用可以適用很多情況，它可以是代碼、思想、設(shè)計圖等。另外，為了復(fù)用某一個對象類，需要熟悉特定的語言，比如C++，Java等。而構(gòu)件則不需要，構(gòu)件不需要知道內(nèi)部實現(xiàn)機制，也不需要知道采用何種編程語言，使用何種平臺。構(gòu)件適合描述服務(wù)和系統(tǒng)功能，而對象適合描述功能及其問題域。構(gòu)件的接口一般也會比對象復(fù)雜得多。

四、構(gòu)件模型

構(gòu)件模型是構(gòu)件開發(fā)的核心，是構(gòu)件開發(fā)與應(yīng)用的交匯點，既是構(gòu)件技術(shù)研究的主要內(nèi)容和成果，又是構(gòu)件技術(shù)運用于實際應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的主要依據(jù)。目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界流行的構(gòu)件模型主要有從概念 (Concept)、內(nèi)容(Content)和語境(Context)三個不同的方面來描述構(gòu)件的3C模型、基于構(gòu)件刻面分類和檢索的REBOOT模型、基于面向?qū)ο笙到y(tǒng)，便于使用面向?qū)ο蠼ＵZ言UML來描述構(gòu)件內(nèi)部的動、靜態(tài)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)變化過程的FRISCO模型、以及楊芙清院士等人提出的更多關(guān)注構(gòu)件易理解性、封裝性及構(gòu)件關(guān)系的青鳥構(gòu)件模型。

五、構(gòu)件的評價

目前第三方構(gòu)件眾多，如何選取性能優(yōu)越同時又適用的構(gòu)件越來越受到大家的關(guān)注。一個好的構(gòu)件可能本身就是一個功能強大但又復(fù)雜的軟件。想要充分有效地使用該構(gòu)件，需要深入了解構(gòu)件的功能和屬性，特別是構(gòu)件的接口。這并不是一件非常容易的事。因為一個功能強大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，它的接口一般擁有上百個API調(diào)用，即使是開發(fā)該構(gòu)件的程序員可能都很難完全了解每個API。同時，構(gòu)件的開發(fā)者可能提供的文檔不夠全面或者存在錯誤，想要用文檔全面、正確地描述構(gòu)件同樣不是能夠輕易完成的。即使能夠做到，這個文檔也一定是一個龐大的、一般用戶難以理解的文檔。

那么如何能夠科學(xué)地評價一個構(gòu)件的好壞呢。構(gòu)件的評價取決于很多特定因素和需求，所以不可能有標(biāo)準(zhǔn)的評價體系和指標(biāo)。本人借鑒統(tǒng)計代碼行數(shù)、Halstead方法、Albercht功能點方法等傳統(tǒng)軟件的評價方法，認(rèn)為可以主要通過以下幾個指標(biāo)對構(gòu)件進(jìn)行評價：一是用戶查找該構(gòu)件的次數(shù)，即檢索次數(shù)。此指標(biāo)反映了構(gòu)件的可識別復(fù)用的特征；二是構(gòu)件實際被復(fù)用的次數(shù)；三是構(gòu)件的修改次數(shù)，修改得越少，說明構(gòu)件設(shè)計的越合理；四是構(gòu)件的復(fù)雜度，復(fù)雜度越低越容易被用戶所接受；五是構(gòu)件的可靠性，出錯率越低可靠性越強；六是構(gòu)件的耦合率，耦合度越小，構(gòu)件的獨立性和封裝性越好；七是通用性，可復(fù)用的范圍越大，通用性則越好；八是構(gòu)件的接口，接口應(yīng)該清晰、簡潔、干凈。

六、構(gòu)件的管理

要真正使用構(gòu)件技術(shù)去開發(fā)系統(tǒng)，則需要數(shù)量龐大的構(gòu)件群。如何管理這些數(shù)量巨大的構(gòu)件，使這些構(gòu)件的獲取、檢索、組裝等操作方便、有效則顯得非常重要。構(gòu)件庫就是滿足這種需要的一種工具。它是按照一定的語義和規(guī)范的組織結(jié)構(gòu)形成的構(gòu)件集合。它為系統(tǒng)開發(fā)提供共享構(gòu)件資源和管理。軟件開發(fā)人員要想利用構(gòu)件技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)則必須懂得使用構(gòu)件庫，因為構(gòu)件庫為構(gòu)件編譯、測試、開發(fā)、檢索、維護(hù)、組裝等操作提供了管理平臺。