基于面向對象程序切片的軟件度量

1 引言
??? 程序切片是軟件工程領域的一項程序分析技術，在軟件測試、度量、程序調試、維護以及逆向工程等方面有著廣泛應用。通過切片技術，人們在程序分析過程中可以重點關注那些感興趣的代碼或者變量。

2 程序切片技術
??? 這里利用面向對象程序切片技術進行軟件度量。程序切片主要包括：
??? (1)語句切片該傳統的程序切片技術是一種條件切片，根據程序的順序、循環和選擇結構進行程序切片。
??? (2)無定型程序切片 其不僅在保存一個程序語義投影的同時簡化了程序，還可以使用任何簡化的轉換。而這些轉換保留了該語義映射。
??? (3)面向對象切片 把切片技術應用于面向對象的系統相關圖和過程相關圖中，使對面向對象程序的代碼理解、測試、調試、逆向工程和度量分析變得相對容易嘲。

3 面向對象程序切片技術
??? 程序切片技術分面向過程和面向對象程序切片。目前程序切片大都以系統依賴圖為基礎，利用圖的可達性算法獲得。
3．1 SDG和OOSDG
??? 系統依賴圖SDG(System Dependence Graph)用一組邊和頂點的集合表示一個程序。頂點表示程序的語句和控制謂詞，邊則表示語句之間的依賴關系。在SDG中有兩類邊：控制依賴邊和數據依賴邊。SDG是在控制流圖、數據流圖、控制依賴子圖、數據依賴子圖、過程依賴子圖和程序依賴圖的基礎上建立的一種語法分析樹，如圖1所示。

??? 面向對象依賴圖OOSDG(Obiect-Orientecl System Depen-dence Graph)是過程依賴子圖、類依賴子圖、類層次子圖、控制依賴子圖、數據依賴子圖和虛函數調用子圖幾種表示方法的并集．如圖2所示。

3．2 軟件度量技術的研究
??? 軟件度量是一個在近幾十年研究非?；钴S的軟件工程領域。抽象來講，它是一個函數，其輸入是軟件，輸出是單一的數值，能解釋軟件所具有的一個給定屬性對軟件質量的影響。用于預測、評估和控制軟件開發的過程，促進項目的成功，開發出高質量的產品。
??? 軟件度量主要包括復雜性度量、模塊性度量、易修改性度量、易移植性度量、可擴充性度量、可靠性度量、易維護性度量、測試充分性度量等。有些可以用數值表示，稱為“定量度量”；不能用單一數值表達的稱為“定性度量”。研究集中在定量度量方面的內聚度和耦合度的度量，這兩個方面是衡量軟件質量非常重要的標準。二者之間密切相關，模塊之間的強耦合通常意味著弱內聚，而模塊之間的強內聚則意味著弱耦合。

4 利用程序切片技術進行軟件度量
??? 軟件開發的目標是開發出高內聚和低耦合的系統。這里研究利用切片技術度量面向對象程序的內聚度和耦合度，尤其是內聚度量。
4．1 耦合度量
??? 耦合度(Coupling Degree)用來測量由兩個或多個模塊連接而引起的聯結程度的強弱。強耦合使模塊連接后的系統變得復雜。因為模塊之間具有高度的關聯，改寫模塊將十分困難。降低模塊間的耦合則可以減少系統的復雜性。因此，在系統設計中應追求盡可能松散的耦合關系。
4．2 內聚度量
??? 內聚度(Cohesion Degree)是軟件的內在屬性，反映軟件設計和實現中模塊組件之間結合的緊密程度。高內聚的軟件模塊有著最基本的功能，很難再切割其規模。
??? 面向對象程序的基本特征是類。類由屬性和方法組成，屬性和方法間存在3種關系，因此類內聚度也從3個方面度量：屬性問內聚度、方法與屬性問內聚度、方法問內聚度。設類C共有n個屬性，m個方法，其中m，n≥0。V＿Union表示所有成員變量。M_Union表示所有成員方法。這里使用數據標記(data token)而非語句作為基本單元來修正切片這個概念。數據切片包含和切片變量存在依賴關系的數據集合，簡寫作DataSlice(L，V)，其中L表示程序中的某個點，通常情況下特指某條語句：V表示在L定義或使用的變量的集合；#表示勢操作，表示集合中元素的個數。則屬性間內聚度、方法與屬性間內聚度和方法間內聚度的計算公式分別為式(1)~(3)，如下所示：

??

4．3 實驗操作
??? 采用目前最主流的程序切片技術，以系統依賴圖為基礎，利用圖的可達性算法獲得切片結果。然后利用將切片結果代入式(1)～(3)進行計算，得到內聚度。
??? 以下面的程序為例進行切片，計算內聚度，并和基于依賴性分析的類內聚度度量方法相對比。

程序切片的概念是在考慮各個方法、變量之間的依賴關系并在依賴圖的基礎上構造的。舉一個簡單的C++程序對上述公式進行應用，程序如下：

??? 所定義的類是Cuboid，它有5個變量，2種方法，V_Uion={a，b，c，A，V}，M_Uion={Area，Volume }。
??? 構造面向對象依賴圖，利用可達算法得到數據切片如下：

??? 利用式(1)~(3)進行度量計算，具體過程如下：
??? (1)內聚度量值是一個3元組，分從屬性之間、方法之間、屬性和方法之間3個層面進行內聚度量；
??? (2)DataSliee(L，a)∩V_Uion={a}；同樣，DataSliee(L，b)∩V_Uion=，DataSlice(L，c)∩V_Uion={c}，進行勢操作后取值均為1：
??? (3)DataSliee(L，V)∩V_Uion={a，b，c}，DataSlice(L，A)∩V_Uion={a，b，c}，進行勢操作后取值均為3；
??? (4)DataSliee(L，A)∩DataSlice(L，V)={a，b，c}，進行勢操作后取值為3；
??? (5)根據式(4)計算得到：Cohesion(V_V)=(1+1+3+3)／4×5=2x5；
??? (6)DataSlie(L，Area)∩M_Uion={Area}；同樣，DataSliee(L，Volume)∩M_Uion={Volume}，進行勢操作后取值均為1。
??? 計算得出Cohesion(M_M)=(1+1)／2x1=1。兩個方法之間不存在調用、繼承等關系，它們是獨立的，所以內聚度為1；DataSlice(L，Area)∩DataSlice(L，Volume)∩M_Uion進行勢操作后取值均為1。
??? 計算得出Cohesion(M_V)=1／5。所以Cuboid的內聚度為一個3元組Cohesion(Cuboid)={Cohesion(V_V)，Cohesion(M_M)，Cohesion(M_V)}={2／5，1，1／5}。

5 結束語
??? 利用程序切片技術，將度量粒度縮小到語句級別。而這里的度量粒度更是小到變量級別，在更小的級別上進行度量?；诔绦蚯衅能浖染鄱群婉詈隙榷攘繌能浖幕玖６纫蛔兞砍霭l，跳躍了面向過程和面向對象程序的區別，就其度量方法和公式考慮是沒有局限性的，是普適的。
??? 一個優良的內聚度度量準則應滿足Briand的4個性質，即非負性及標準化、最小值和最大值、單調性、模塊合并后內聚度不會增大。后續工作就是證明基于面向對象程序切片的內聚度度量方法符合Brland的4個性質。