度量驱动的设计模式挖掘及基于模板的定制化重构

发布时间：2020-04-03 03:31

【摘要】：良好的设计模式对于软件系统的维护、升级以及重构起到了至关重要的作用。然而,很多遗留系统由于开发流程不规范、文档缺失等原因,后续的软件维护人员对于原始的设计决策不明晰,加大了软件维护难度。通过检测系统中的设计模式,可以帮助软件维护人员了解系统结构,降低软件维护难度。本文提出了一种度量驱动的基于图匹配的设计模式挖掘方法,利用该方法可实现从源代码中挖掘设计模式实例。同时,为每一种挖掘得到的设计模式实例定制重构模板,以方便用户根据需求实现对设计模式的代码重构。本文的主要工作和研究成果如下:1)提出了一种高效的基于子系统图和最优搜索顺序的子图挖掘方法。该方法首先通过获取设计模式的4种结构特征和7种行为特征,将软件系统转变成数据图,然后再将数据图划分为若干个子系统图以排除系统中不相关的类来减少搜索空间,最后根据设计模式的结构和行为特征构建设计模式的搜索顺序,从而挖掘出候选的设计模式实例。2)提出一种支持设计模式代码重构的13种基本操作和10种组合操作,并在此基础上为每种Go F设计模式定制了重构模板。根据重构模板,可将所检测出的设计模式实例按照用户需求进行代码重构。3)采用对结构和行为进行交叉验证的方法,设计并实现了完整的设计模式挖掘工具。该工具融合了普遍关注的结构特征以及行为特征。实验结果表明此方法的准确率达到100%,同时与现有方法相比其召回率提高了5%、时间效率提升了10%。同时,所开发的设计模式重构原型系统也验证了本文提出的基于模板的设计模式重构框架和流程的有效性。
【图文】：

流程图,设计模式,定制化,重构方法

可以为挖掘出的设计模式实例的重构提供解决方案，从而更好地在开发中利用设计模式。图1.1 描述了本文方法的大致框架，其主要研究内容如下：（1）通过分析和研究 GoF 定义的 23 种设计模式及衍生的设计模式变体类图，提出了一种用于形式化定义设计模式的特征模型。其包含 4 种类之间的结构特征和 7 种类方法间的行为特征。利用 11 种特征模型可以直接定义相应的设计模式和常见变体。（2）利用 EA 工具对软件源码进行逆向工程解析，并将软件源码和设计模式转化为相应的类结构行为关系图，即数据图。数据图中的顶点表示软件源码中的类或设计模式的角色，边表示软件源码中类和类之间和类中方法之间的关系。针对转换的数据图，根据特定算法获取中心顶点和半径获得相关区域。在相关区域中，根据数据图顶点的出入度以及边的权值将结构行为特征相结合，以确定设计模式搜索顺序。根据搜索顺序可以直接靶向设计模式实例。此方法可以大大减少挖掘过程的搜索空间，提高方法执行的效率。（3）在不改变设计意图的情况下对挖掘出的设计模式进行重构。本文根据设计模式的结构行为特征结合对类、属性和方法的添加或删除操作，定义了 13种基本重构操作并通过复合形成 10 种组合型重构操作。在此基础上，为每一种设计模式制定了详细的重构模板，并提出了基于重构模板的设计模式重构框架和重构流程。（4）为了验证本文提出的挖掘方法的有效性，我们将此方法应用于 8 个开源软件系统的源码中?

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图 5.4 设计模式实例重构用户填写界面1）首先，用户选择 Adapter 模式实例中需要重构的实例，了解到 Adapter模式的重构类型为关联型；然后选择关联类操作会出现重构方式：添加 Adapter或删除 Adapter，此时选择添加 Adapter；随后用户填写类名为 HelloWorld，并选择继承的父类 TestCase 和关联的类 TestResult。此时，，点击确认提交，可以获得重构后的 XML 文件。图 5.5、图 5.6 和图 5.7 是获得重构后的 XML 文件，我们可以看到 XML 文件中添加了 HelloWorld 类、testresult 属性、HelloWorld 类和TestCase 之间的继承关系以及 HelloWorld 类和 TestResult 之间的关联关系。2）其次，用户根据重构选项选择生成相应的设计模式代码时，点击生成Javacode 按钮即可得到与 XML 相对应的类的相关代码，如图 5.8 所示。3）最后，用户可以针对其他需要重构的设计模式实例返回主页进行对应的修改，从而达到改变的目的。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.5

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