構(gòu)件形式化組裝研究

□文/安海寧 婁 健

（河北大學(xué)計(jì)算中心 河北·保定）

基于構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)組裝的研究，是基于組件的軟件工程（簡(jiǎn)稱CBSE）中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。合理地進(jìn)行構(gòu)件描述，并在使用構(gòu)件的時(shí)候，快速、準(zhǔn)確地判斷出構(gòu)件的可用性，通過(guò)構(gòu)件組裝系統(tǒng)的可行性分析，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有理有據(jù)的構(gòu)件組裝，進(jìn)而形成應(yīng)用系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)件組裝，大量的可重用構(gòu)件是不可缺少的，所以構(gòu)件庫(kù)作為存儲(chǔ)和管理構(gòu)件的實(shí)體，在基于構(gòu)件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中起著非常重要的作用。其中，如何對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理的描述將直接影響構(gòu)件的可用性、易用性、可學(xué)習(xí)性等。在利用構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)組裝時(shí)，快速推導(dǎo)出構(gòu)件能否被正確地集成在一起，完成特定的系統(tǒng)功能，是研究人員必須解決的一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

一、構(gòu)件描述

為了能夠利用構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件進(jìn)行組裝，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理的描述是必不可少的。構(gòu)件描述需要涉及其組裝特征，及從多個(gè)方面衡量它與其他構(gòu)件能否組裝的必備信息；要描述構(gòu)件的接口，從而獲知構(gòu)件如何與其他構(gòu)件進(jìn)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(gòu)件?；谶@些因素，定義構(gòu)件描述如下:

一個(gè)構(gòu)件描述就是一個(gè)三元組:

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

1、AssemblyProper ties的描述。對(duì)于AssemblyProperties，定義其也為一個(gè)三元組:

其中，每個(gè)描述項(xiàng)稱為一個(gè)組裝刻面，每個(gè)組裝刻面可以有多個(gè)術(shù)語(yǔ)對(duì)其進(jìn)行具體描述。

functions刻面描述構(gòu)件的主要功能，是構(gòu)件用戶最關(guān)心的一個(gè)刻面。其術(shù)語(yǔ)隨領(lǐng)域不同，可以自行定義。例如，針對(duì)圖書(shū)館管理領(lǐng)域，functions刻面的術(shù)語(yǔ)可以有圖書(shū)信息處理、讀者信息處理、借閱信息處理等。

依據(jù)軟件體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，structures刻面主要描述該構(gòu)件在軟件體系結(jié)構(gòu)中中所處的位置，其術(shù)語(yǔ)可包括:表示層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層等，術(shù)語(yǔ)隨構(gòu)件實(shí)際所處的軟件架構(gòu)位置不同，可以自行定義。

implements刻面主要描述構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的具體方法，其術(shù)語(yǔ)可以包括如:應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)、腳本實(shí)現(xiàn)等。該刻面的術(shù)語(yǔ)同樣可以自行定義。

2、Component Inter faces的描述。構(gòu)件通過(guò)接口向外提供服務(wù)。對(duì)Interfaces的描述包括該接口能夠?qū)ν饨缣峁┠男┓?wù)，滿足哪些條件才能夠提供這些服務(wù)，如何提供服務(wù)。表示如下:

接口語(yǔ)義說(shuō)明接口能夠提供什么服務(wù)，需要滿足哪些條件才能提供這些服務(wù)，以及構(gòu)件執(zhí)行完畢的狀態(tài)；接口語(yǔ)法說(shuō)明接口如何提供服務(wù)。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(jié)構(gòu)化，所以這里用一個(gè)簡(jiǎn)化的XML的DTD（文檔模板定義）給出對(duì)接口描述的詳細(xì)設(shè)計(jì)。其中參數(shù)的基本類型與C++所提供的基本參數(shù)類型一致。

3、OtherCharacters的描述。Other－Characters主要包括用戶在使用該構(gòu)件時(shí)需要了解的其他方面的信息，如構(gòu)件版本、運(yùn)行平臺(tái)、其他構(gòu)件支持等。Other－Characters的具體描述項(xiàng)可根據(jù)構(gòu)件實(shí)際情況增減，但在描述時(shí)需要一一指明有哪些描述項(xiàng)。

圖1 構(gòu)架規(guī)則實(shí)例

圖2 組裝過(guò)程

二、構(gòu)件組裝規(guī)則

組裝規(guī)則可定義為一個(gè)三元組（A，R，P），其中A代表組裝的架構(gòu)規(guī)則，R代表組裝的實(shí)現(xiàn)規(guī)則，P代表組裝的性能規(guī)則。

其中，架構(gòu)規(guī)則的含義是軟件配置單中各個(gè)構(gòu)件在軟件架構(gòu)上滿足的要求，如一個(gè)完整的應(yīng)用軟件應(yīng)該由UI、業(yè)務(wù)邏輯等構(gòu)件組成，即為架構(gòu)規(guī)則。架構(gòu)規(guī)則可保證配置單中的構(gòu)件在邏輯上可以正確連接。

實(shí)現(xiàn)規(guī)則規(guī)定了軟件配置單中各個(gè)構(gòu)件在實(shí)現(xiàn)方法上的一些限制，如采用何種構(gòu)件實(shí)現(xiàn)技術(shù)、接口定義如何等。實(shí)現(xiàn)規(guī)則可確保配置單中的構(gòu)件在物理上可以正確連接。

性能規(guī)則說(shuō)明了組裝成一個(gè)性能較好的應(yīng)用軟件，對(duì)配置單中出現(xiàn)的構(gòu)件應(yīng)有的一些要求。如各個(gè)構(gòu)件的延遲、響應(yīng)時(shí)間等。性能規(guī)則能夠輔助用戶組裝一個(gè)性能優(yōu)越的應(yīng)用軟件。

在上述組裝規(guī)則中，實(shí)現(xiàn)規(guī)則和性能規(guī)則的表達(dá)較為簡(jiǎn)單，而架構(gòu)規(guī)則的表達(dá)較為復(fù)雜，為了簡(jiǎn)潔且準(zhǔn)確地表達(dá)一個(gè)應(yīng)用軟件的架構(gòu)規(guī)則，在本項(xiàng)目中，使用EBNF對(duì)架構(gòu)規(guī)則進(jìn)行了描述。EBNF，即擴(kuò)展巴科斯－瑙爾范式，經(jīng)常用來(lái)描述高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，具有簡(jiǎn)潔、嚴(yán)謹(jǐn)、精確、無(wú)歧異等優(yōu)點(diǎn)。EBNF中常用的符號(hào)如下:

根據(jù)架構(gòu)規(guī)則的不同，我們可把目前常用的應(yīng)用軟件分為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用型、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用型、Web應(yīng)用型等不同種類型，可用EBNF表達(dá)，如圖1所示。（圖1）

其中，規(guī)則a的含義為:一個(gè)應(yīng)用軟件可以是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、通信應(yīng)用或Web應(yīng)用；規(guī)則b的含義為:一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用應(yīng)該由UI構(gòu)件、一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)邏輯構(gòu)件、數(shù)據(jù)訪問(wèn)構(gòu)件、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)件組成，其中數(shù)據(jù)訪問(wèn)構(gòu)件為可選項(xiàng)。其他規(guī)則的解釋類似，這里就不再贅述了。

三、構(gòu)件的組裝

項(xiàng)目中，采用如圖2所示的組裝過(guò)程。（圖 2）

首先，用戶根據(jù)軟件的功能需求及構(gòu)件庫(kù)中現(xiàn)有構(gòu)件功能特性，生成軟件配置單。由于用戶生成軟件配置單時(shí)只考慮了構(gòu)件的功能特性，而功能符合要求的構(gòu)件并不一定可以組裝成一個(gè)完整的應(yīng)用程序，因此需要對(duì)用戶生成的軟件配置單做驗(yàn)證，驗(yàn)證依據(jù)即為上述的組裝規(guī)則。在本項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)配置單驗(yàn)證的模塊被稱為“配置單編譯器”。

若軟件配置單通過(guò)驗(yàn)證，則配置單編譯器會(huì)給出成功標(biāo)志，同時(shí)會(huì)對(duì)本次組裝的性能做相應(yīng)評(píng)價(jià)；若未能通過(guò)驗(yàn)證，則會(huì)給出錯(cuò)誤標(biāo)志，同時(shí)提示配置單出錯(cuò)位置，以便于用戶修改。

通過(guò)上述對(duì)組裝過(guò)程的分析可知，組裝實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是軟件配置單的驗(yàn)證，即如何實(shí)現(xiàn)配置單編譯器。

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