软件复用
浙江大学计算机系软件所
吴明晖
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软件复用
• 人们开始认识到，要真正实现软件的工业化生 产方式，保证软件生产的高效率和高质量，软 件复用是一条现实可行的途径 • 软件复用的概念是在1968年NATO软件工程会 议上由Mcllroy第一次提出的 • 所谓软件复用是指在开发新的应用系统时使用 以前开发的软件资源，如设计、代码、文档 等，从而提高系统开发效率及软件质量
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复用带来了软件开发过程的变革
• 由于复用活动的存在使得传统的软件生 存期模型不再适用，软件开发过程分为 两个相互关联的过程，即开发可复用资 源的过程和根据可复用资源开发应用系 统的过程，REBOOT计划中将其称为 DEVELOPING FOR REUSE 和 DEVELOPING WITH REUSE
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过程复用
• 过程复用指通过采用自动化技术，复用关于软 件系统生成或变换的知识，从而使得可以从需 求描述出发，通过生成或变换，自动生成最终 所需的系统，应用生成器、程序变换器和可执 行规约语言均是过程复用的例子。 • 完全通用的过程复用意味着软件生产的自动 化，这在目前还是不现实的想法，因此过程复 用难度大、投资大、不易实施。 • 当前过程复用的实践大多和领域相关，如特定 领域的应用生成器。过程复用是非常理想的软 件复用方式，但在目前技术发展水平下，仍是 难以企及的目标，产品复用成为主要的研究课 题。
• 概念：关于“构件做什么”的抽象描述，可以通过概念 去理解构件的功能。概念包括接口规约和语义描述两 个部分，语义描述和每个操作相关联（至少表示为前 后置谓词形式）。 • 内容：概念的具体实现，描述构件如何完成概念所刻 划的功能。 • 语景：描述构件和外围环境在概念级和内容级的关系。 语景刻划构件的应用环境，为构件的选用和适应性修 改提供指导。语景进一步可分为：概念语景 （Conceptual Context）描述构件间接口和语义方面的 关系；操作语景（Operational Context）刻划构件中被 操作数据的特征（如类型和操作）；实现语景 （Implementation Context）描述构件间在实现方面的依 赖关系。
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青鸟III型系统的体系结构
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规范
• 规范包括：
– – – – – – 青鸟可复用构件制作指南 青鸟领域工程方法指南 青鸟构件模型 青鸟构件描述语言 青鸟构件库概念模型 基于复用的软件开发过程
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青鸟构件模型设计原则
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 表达能力足够强 简单性 支持构件的复合 模型和方法学关系的考虑 一致性和完备性 实用性考虑 扩展性考虑 对软件开发过程的考虑
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模型和方法学关系的考虑
• 构件模型的确立和具体的软件方法学有 着密切关系，不同范型的方法学必然导 致不同的模型。 • 青鸟构件模型遵循OO范型，其构件结构 符合OO风范。如此考虑是因为OO技术 能对软件复用提供更有力的支持。对于 基于传统范型的构件，如模块类构件， 可考虑将其通过再工程封装成OO类构件。
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扩展性考虑
• 模型的可扩展性是指在保持模型本身的一致性 和完备性的前提下，模型可以随着应用需求的 增长而演化。为此，在模型设计初期，能适应 扩展的设计考虑是必需的。 • 青鸟构件模型目前主要考虑工程实用性，进一 步的考虑是结合形式化规约技术，给出构件的 形式化功能规约，一方面可用于支持基于形式 化功能规约的构件分类和检索策略，通过规约 匹配查找所需的构件；另一方面支持更有效、 更自动地复用非代码类构件，通过形式规约变 换技术，实现产品复用和过程复用在一定程度 上的结合
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简单性
• 简单性是各种模型必须予以考虑的重要 性质，简单意味着易于掌握和理解。简 单性和强的表达能力是一对矛盾，必须 合理权衡。 • 青鸟构件模型应在具有足够强的表达能 力的前提下尽可能简单，因为构件被很 好地复用的前提是必须能够被充分的理 解。
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支持构件的复合
• 构件模型仅仅作为构件的抽象和描述是不够 的，必须能够描述构件间的关系及构件的复 合，这样才有实用的价值和完整性。 • 青鸟构件模型考虑了直接复用构件的复合问 题，在源代码级上提供了构件复合的机制。同 时，也支持目标码级构件的复合，当前的考虑 是将青鸟构件转换为符合某种规范的目标码构 件（如OLE构件），通过相应的构件互操作机 制来实现复合。
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一致性和完备性
• 模型必须具有对内的一致性和对外的完 备性。 • 所谓一致性是指构件作为一个封装体必 须具有一致的对外接口、一致的组成结 构以及一致的交互方式。 • 完备性是指不存在模型所不能描述的构 件（在OO范型内）。
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实用性考虑
• 实用性是青鸟构件模型所考虑的主要因 素之一。 • 从实用性角度来看，构件模型应易于理 解、支持复合、方便分类和检索。 • 青鸟构件模型应作为青鸟构件库概念模 型的核心。
• Caldieri和Basili提出了一种工厂化的软件 生产方式
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青鸟工程简介
• 青鸟工程是国家重点支持的科技攻关课题，已 有十余年的发展历程。“七五”、“八五”期间， 青鸟工程面向我国软件产业基础 建设的需求， 以实用的软件工程技术为依托，研究开发具有 自主版权的软件工程环境，为软件产业提供基 础设施—软件工具、平台和环境，建立工业化 生产的基本手段，促进我国软件开发由手工作 坊式转向用计算机辅助开发，以提高软件开发 效率，改善软件产品质 量。大型软件开发环境 青鸟系统便是这一阶段攻关工作的成果。
• 青鸟构件模型从三个不同的、相互正交 的视角来看待构件，每个具体的构件都 是形态、层次和表示构成的三维空间中 的一个点。
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构件的形态
• 构件呈现不同的形态（Form），形态的差异体 现在构件的结构组织方式和依赖的方法学范型 上。青鸟构件可分为如下几种形态:
– 类（Class）：以类为单位进行封装而得到的构件， 这是最基本的构件单元 – 类树（Class Tree）：以一个抽象类为根，若干继承 该抽象类的具体子类（也可能有抽象子类）为节点 的一棵类树。这样的一棵类树被封装为构件，对外 实现了具体子类的隐蔽，抽象根类提供了该类树的 对外接口规约，对具体子类的操作（删除或增加） 以及子类对象的创建均由抽象类控制，该类树的客 户无需知道类树结构和具体子类。
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青鸟III型(JB3)系统
• 作为研究成果之一，青鸟工程开发了基于异构 平台、具有多信息 源接口的应用系统集成(组 装)环境青鸟III型(JB3)系统。青鸟III型系统研 制的目标是针对软件工业化生产的需求，完善 并初步实现青鸟 软件生产线的思想，制定软件 工业化生产标准和规范，研究基于“构件—构 架”模式的软件工业化生产技术，研制支持面 向对象技术，支持软件复用的，基于异构平台、 具有多信息源接口的应用系统集成(组 装)环境。 其最终目标是要构造如下图示意的软件生产线 系统。
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面向对象技术对软件复用的支持优势
• 面向对象技术对软件复用的支持优势在 于：
– – – – OO模型比传统过程型模型更为稳定； OO分析更适合于领域工程； OO构件具有更好的封装性； OO方法学支持无缝的工程，可实现分析、 设计、编码的一致复用。
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日常生活中的复用概念
• 在人们的日常生活中，复用概念的存在随处可 见。 • 传统工业如机械、建筑等行业中，标准规格的 零部件、设计模式等无不体现了复用的思想。 计算机产业虽然是年轻的产业，其成功同样是 由于实现了将标准的集成电路芯片、插件板、 主板、外设等直接组装的工业化生产方式。可 以说，符合标准的构件、基于标准构件的产品 生产（组装）是产业工程化、工业化的必由之 路，而其中构件是核心和基础，复用是必需的 手段。这种成功的模式是软件产业发展的良好 借鉴，有许多有益的启示
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基于复用的软件开发方式
• 对照传统的成熟产业，我们可以发现， 专业性的分工是社会化、工业化生产的 基本前提，专业化的零部件生产和使用 零部件的整机生产是主要的生产方式。 • 我们有理由认为理想的软件生产方式是： 专业化的构件生产，基于构件复用的应 用系统集成（组装）。
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一种工厂化的软件生产方式
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表达能力足够强
• 模型是对客观对象的抽象，合适的抽象 层次是十分重要的，必须既能抓住本 质，又不陷入细节。从表达能力考虑， 青鸟构件模型首先必须遵循3C模型 • 3C模型由构件的三个不同方面的描述组 成，即概念（concept）、内容（content） 和语景（context）三个方面
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3C模型
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产品复用分类
• 产品复用可分为直接复用和间接复用两类 • 直接复用是指对那些可表示为某种程序设计语 言代码的构件的复用，这类构件的复用及其通 过一定机制的复合（组装）可直接产生可执行 的应用程序，这是我们开发软件的最终目标。 • 间接复用是指对需求规约、功能规约、设计思 想、测试计划等文档型知识的复用，这类非代 码构件的复用虽然不能直接得到最终可运行的 系统，但可以对系统开发的效率和质量带来极 大的好处，这类构件的复合（组装）缺乏形式 化和机械化的机制，通常只能有开发者在分析 理解后进行手工复合。
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对软件开发过程的考虑
• 软件复用可以发生在软件开发过程的任 意阶段，各个阶段的产品均是可复用的 目标，越早阶段的复用可带来更好的效 益。 • 青鸟构件模型描述的对象是多层次、多 阶段的构件，层次刻划构件的抽象程度。 层次和开发阶段是密切关联的，开发阶 段越态、层次和表示
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软件构件技术
• 软件构件技术已成为研究的热点，其研究内容 包括构件标准和模型、构件的生产和获取、构 件的规约和描述、构件的分类和组织、构件的 检索和组装、基于构件的价格分析，以及软件 体系结构、软件复用支持工具和管理手段、基 于复用的软件开发过程等方面。 • 研究工作有很大进展和众多成果，而且还出现 了一些产业构件标准，如Microsoft的OLE－ COM、OMG的CORBA/OM等。这标志着软件 复用已进入蓬勃发展的时期