一種基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)方法與流程
本發(fā)明屬于軟件演化影響分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，軟件規(guī)模越來越大，軟件在開發(fā)和維護(hù)過程中，軟件故障修復(fù)、功能改進(jìn)等需要不斷的迭代演化軟件，然而針對(duì)某一軟件演化需求，其可行性以及演化實(shí)施策略都需要對(duì)可能的演化影響元素進(jìn)行分析，例如：軟件演化引起修改的程序規(guī)模偏大，從而造成演化成本過高，演化過程不可進(jìn)行；軟件演化影響了不可修改的核心代碼，從而導(dǎo)致不可行；同一需求，多種演化方案的選擇問題等等。
演化影響分析技術(shù)主要通過預(yù)測(cè)演化影響集來輔助軟件開發(fā)者和維護(hù)者，演化影響分析技術(shù)的效率高低直接影響了技術(shù)使用信心。演化影響分析的實(shí)施即可以在需求設(shè)計(jì)層進(jìn)行，也可以在代碼層進(jìn)行。當(dāng)前，基于代碼層的技術(shù)主要有基于調(diào)用圖的演化影響分析技術(shù)、基于概念格的演化影響分析技術(shù)、基于修改歷史挖掘的方法、基于依賴圖的方法。
程序切片是一種基于依賴分析的技術(shù)，這種技術(shù)根據(jù)程序中興趣點(diǎn)和興趣元素提取的程序片段，在軟件錯(cuò)誤定位、程序理解、重構(gòu)等軟件開發(fā)和維護(hù)過程中均有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前針對(duì)大規(guī)模的頻繁修改的軟件，使用程序切片可以將分析規(guī)?？s小在一個(gè)較小的范圍，便于進(jìn)行演化影響分析。
基于以上敘述，軟件處于不斷的迭代演化中，針對(duì)同一需求實(shí)施何種演化方案以及演化后造成的潛在關(guān)聯(lián)影響都需要進(jìn)行有效的演化影響分析，精確的預(yù)測(cè)演化影響集能高效地輔助軟件開發(fā)維護(hù)人員作出決策，提高軟件開發(fā)和維護(hù)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)方法，具有較高的查全率和較低的存?zhèn)温剩苡行лo助軟件開發(fā)人員和維護(hù)人員作出相關(guān)決策。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
（1）識(shí)別演化元素；
（2）生成演化切片準(zhǔn)則；
（3）構(gòu)建演化數(shù)據(jù)依賴圖；
（4）構(gòu)建演化控制依賴圖；
（5）構(gòu)建演化切片；
（6）以步驟（5）中的演化切片作為預(yù)測(cè)演化影響集，度量其有效性。
進(jìn)一步，所述步驟（1）~（5）具體描述如下：
（1）識(shí)別源程序P的演化程序PE中演化元素及其類型ctC、ctA、ctD，其中，ctC表示對(duì)P中元素的修改，ctD表示對(duì)P中元素的刪除，ctA表示在P中增加了元素；
（2）基于源程序P和演化程序PE，生成演化切片準(zhǔn)則ESC；
（3）基于源程序P和演化程序PE，構(gòu)建演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，根據(jù)所述的演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系構(gòu)建演化數(shù)據(jù)依賴圖，其中，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系；
（4）基于源程序P和演化程序PE，構(gòu)建演化控制依賴關(guān)系，根據(jù)所述的演化控制依賴關(guān)系構(gòu)建演化控制依賴圖，其中，圖結(jié)點(diǎn)表示演化控制元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在控制依賴關(guān)系；
（5）基于步驟（2）中的演化切片準(zhǔn)則、步驟（3）中演化數(shù)據(jù)依賴圖和步驟（4）中的演化控制依賴圖，構(gòu)建演化切片；
（6）以步驟（5）中的演化切片作為預(yù)測(cè)演化影響集，度量其有效性。
其中，所述步驟（1）中使用兩步比較法識(shí)別源程序P的演化程序PE中演化元素及其類型ctC、ctA、ctD，設(shè)定源程序P的良性演化為不宜變動(dòng)源程序P中50%以上的代碼，否則視為惡性演化，演化影響預(yù)測(cè)終止，具體步驟如下：
（1-1）自頂向下遍歷源程序P及其演化程序PE，初始時(shí)P.node指向P中第一條語(yǔ)句或表達(dá)式，PE.node指向PE中第一條語(yǔ)句或表達(dá)式；
（1-2）若P.node==PE.node，則P.node, PE.node分別指向下一條語(yǔ)句，即P.node=P.node->next， pE.node=PE.node->next，轉(zhuǎn)（1-2），否則轉(zhuǎn)（1-3）；
（1-3）自頂向下匹配P.node結(jié)點(diǎn)和PE.node的后繼結(jié)點(diǎn)PE.node1，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctA，演化元素為PE.node1與PE.node之間部分，演化規(guī)模為|PE.node1- PE.node|（絕對(duì)值表示結(jié)點(diǎn)之間元素個(gè)數(shù)），轉(zhuǎn)（1-6），否則轉(zhuǎn)（1-4）；
（1-4）自頂向下匹配P.node的后繼結(jié)點(diǎn)P.node1和PE.node的后繼結(jié)點(diǎn)PE.node1，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctC，演化元素為P.node1與P.node之間部分，演化后元素為PE.node1與PE.node之間部分，演化規(guī)模為|P.node1- P.node|，轉(zhuǎn)（1-6），否則轉(zhuǎn)（1-5）；
（1-5）自頂向下匹配P.node的后繼結(jié)點(diǎn)P.node1和PE.node結(jié)點(diǎn)，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctD，演化元素為P.node1與P.node之間部分，演化后元素為P.node1與P.node之間部分，演化規(guī)模為|P.node1- P.node|，轉(zhuǎn)（1-6）；
（1-6）若未跳轉(zhuǎn)過（1-3）、（1-4）、（1-5），交換（1-3），（1-4），（1-5）步驟中P和PE， ctA和ctC,執(zhí)行（1-3），（1-4），（1-5），記錄下演化類型Etype，演化規(guī)模Esize, 演化元素集E；
（1-7）從初次執(zhí)行（1-3），（1-4），（1-5）所得演化類型與Etype中選取演化規(guī)模小的演化類型作為最終的演化類型，并將相應(yīng)的演化元素作為最終的識(shí)別元素。
其中，所述步驟（2）中生成的演化切片準(zhǔn)則ESC是一個(gè)三元組<E,V,CT>，其中，E={e1,e2,…,em}為P的演化元素集合，V為演化元素中定義的變量集合，CT={ctC,ctD,ctA}為演化類型集合，ctC表示對(duì)P中元素的修改，ctD表示對(duì)P中元素的刪除，ctA表示在P中增加了元素。
上述定義中，演化元素為P中的類、方法或語(yǔ)句，V為在演化元素ej中定義的變量集合，通常，對(duì)演化元素ej中的變量重新修改定值會(huì)影響引用它的變量的值。演化類型的不同，其演化影響元素會(huì)有所不同，演化類型為ctC既影響演化前的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，也影響演化后的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，而ctD刪除了相關(guān)元素，影響演化前本已存在的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，ctA增加了數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，不同的修改類型，修改分析不同。
其中，所述步驟（3）中，演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的定義如下：
令演化元素集合E={ec1,ec2,…,ecp}∪{ed1,ed2,…,edq}∪{ea1,ea2,…,ear}，其中eck（k=1,…p）、edl（l=1,…q）、eas（s=1,…r）分別表示演化后修改的元素、演化中刪除的元素和演化后新增的元素，其修改類型依次為ctC、ctD、ctA，且ec1,ec2,…,ecp演化前的元素分別為ec1’,ec2’…,ecp’,則：
演化元素e1演化數(shù)據(jù)依賴于e2，當(dāng)且僅當(dāng)：a、存在v∈USE(e1)∩DEF（e2），且e2可達(dá)e1，任意e’∈PATH(e2,e1),v?USE(e’)∩DEF（e2）；b、若e2∈{ec1,ec2,…,ecp}，v∈USE(e1)∩DEF（e2’），且e2’可達(dá)e1，任意e’∈PATH(e2’,e1), v?USE(e’)∩DEF（e2’），記作：。
上述定義中，演化數(shù)據(jù)依賴取決于演化后程序元素，演化數(shù)據(jù)會(huì)傳播影響其他數(shù)據(jù)元素，同時(shí)，對(duì)于演化類型ctC，演化前的程序元素處數(shù)據(jù)有可能被修改，會(huì)影響到相關(guān)依賴元素。程序在不斷的演化過程中，針對(duì)不同的演化方案重新構(gòu)造依賴關(guān)系代價(jià)非常大，因此基于源程序及演化元素進(jìn)行迭代構(gòu)造。演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系通過演化數(shù)據(jù)依賴圖來表示，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，演化數(shù)據(jù)依賴圖的構(gòu)造步驟如下：
（3-1）初始時(shí)，演化元素集E={e1,e2,…,em}，演化數(shù)據(jù)依賴圖結(jié)點(diǎn)集合EDNode t={e1,e2,…,em}，邊集合EDEdge=Φ并創(chuàng)建源程序P的代碼分析樹ASTree；
（3-2）對(duì)于每個(gè)E中元素，如果其演化類型為ctC或ctD，定位ei在ASTree相應(yīng)演化前結(jié)點(diǎn)B(ei)，對(duì)每個(gè)ASTree上B(ei)可達(dá)結(jié)點(diǎn)ej，如果，則EDNode= EDNode∪{ei,ej}，EDEdge=EDEdge∪{<ei,ej>}；
（3-3）對(duì)于每個(gè)E中元素，如果其演化類型為ctC或ctA，定位ei在ASTree相應(yīng)結(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)ASTree上ei可達(dá)結(jié)點(diǎn)ej，如果，則EDNode= EDNode∪{ei,ej}，EDEdge=EDEdge∪{<ei,ej>}。
上述步驟中，對(duì)于修改結(jié)點(diǎn)，不但要記錄修改前的結(jié)點(diǎn)依賴，還要記錄修改后的結(jié)點(diǎn)依賴，依賴關(guān)系均從同一個(gè)結(jié)點(diǎn)引出，標(biāo)記為<ei,ej>；對(duì)于刪除結(jié)點(diǎn)，只要根據(jù)修改前分析樹構(gòu)造演化數(shù)據(jù)依賴；對(duì)于新加入結(jié)點(diǎn)，則要構(gòu)造新的分析樹結(jié)點(diǎn)，并插入到相應(yīng)父結(jié)點(diǎn)下、孩子結(jié)點(diǎn)之上，然后構(gòu)造演化數(shù)據(jù)依賴。這種構(gòu)造方法，避免了重復(fù)的構(gòu)造分析樹，以提高數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的提取。
其中，所述步驟（4）中，演化控制依賴關(guān)系的定義如下：
令演化元素集合E={ec1,ec2,…,ecp}∪{ed1,ed2,…,edq}∪{ea1,ea2,…,ear}，其中eck（k=1,…p）、edl（l=1,…q）、eas（s=1,…r）分別表示演化后修改的元素、演化中刪除的元素和演化后新增的元素，其修改類型依次為ctC、ctD、ctA，且ec1,ec2,…,ecp演化前的元素分別為ec1’,ec2’…,ecp’,則:
演化元素e1演化控制依賴于e2，當(dāng)且僅當(dāng)：a、e2為謂詞結(jié)點(diǎn)，存在PATH(e2,e1)，e1?MUSTPASS(e2)，任意e’∈PATH(e2,e1),e1∈MUSTPASS(e’)；b、若e2∈{ec1,ec2,…,ecp}，e2’為謂詞結(jié)點(diǎn)，存在PATH(e2’,e1)，e1?MUSTPASS(e2’)，任意e’∈PATH(e2’,e1),e1∈MUSTPASS(e’)；，記作：。
上述定義中，演化控制依賴關(guān)系需滿足三個(gè)條件：首先，演化前后元素必須是謂詞結(jié)點(diǎn)；其次，演化前后元素可達(dá)另一個(gè)元素，且并非必經(jīng)另一個(gè)元素；再次，任何可達(dá)路徑中的程序元素必經(jīng)另一元素。第二個(gè)條件保證了可達(dá)性并且可以根據(jù)條件選擇執(zhí)行，第三個(gè)條件決定了，是演化元素控制的執(zhí)行，不是演化元素后面的謂詞語(yǔ)句。與演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系類似，演化控制依賴通過演化控制依賴圖來實(shí)現(xiàn)，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系?；谠闯绦驑?gòu)造演化程序分析樹，其演化控制依賴關(guān)系的構(gòu)造過程如下：
(4-1)′生成演化程序代碼分析樹ASTree；
(4-2)′若演化類型為ctC，且修改前元素為謂詞元素，構(gòu)建修改前元素的控制依賴關(guān)系；如果修改后元素為謂詞，更新代碼分析樹，構(gòu)建修改后元素的控制依賴關(guān)系；
(4-3)′若演化類型為ctD，且刪除元素為謂詞元素，構(gòu)建謂詞元素的控制依賴關(guān)系；
(4-4)′若演化類型為ctA，且添加元素為謂詞元素，生成代碼分析結(jié)點(diǎn)，插入結(jié)點(diǎn)到相應(yīng)代碼分析樹位置，然后構(gòu)建演化元素依賴關(guān)系；
步驟(4-2)′、(4-3)′和(4-4)′中，如果演化前后元素不是謂詞結(jié)點(diǎn)，則不存在控制依賴關(guān)系，這里算法的關(guān)鍵是一旦確定演化前后元素是謂詞結(jié)點(diǎn)，如何構(gòu)造演化控制依賴圖。演化元素結(jié)點(diǎn)e的演化控制依賴圖的步驟如下：
（4-1）初始時(shí)，演化元素結(jié)點(diǎn)為e，演化分析樹為ASTree，演化控制依賴圖G為<ECNode,ECEdge>,其中，ECNode為演化影響結(jié)點(diǎn)結(jié)合，ECEdge是演化控制依賴邊集合；
（4-2）如果e的結(jié)點(diǎn)類型非謂詞結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-3）在ASTree上對(duì)每一個(gè)e的可達(dá)結(jié)點(diǎn)ei,如果ei是ｅ的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-4）若e’為e到達(dá)ei的路徑上的任一結(jié)點(diǎn)，且e’不是ｅ的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-5）更新演化控制依賴圖G，加入演化結(jié)點(diǎn)和相應(yīng)邊，即ECNode= ECNode∪{e,ei}, ECEdge= ECEdge∪{<ei,ej>}；
（4-6）返回演化控制依賴圖G。
其中，所述步驟（5）中的演化切片是根據(jù)演化元素提取的程序片段，記錄了演化元素的影響部分，其定義如下：
P為源程序，<E,V,CT>為演化切片準(zhǔn)則，基于切片準(zhǔn)則生成的演化控制依賴圖為G=<EDNode∪ECNode,EDEdge∪ECEdge>,則演化切片ESlice是演化程序元素結(jié)點(diǎn)的集合EDNode∪ECNode∪INode，其中，INode是基于EDNode∪ECNode-E生成的間接數(shù)據(jù)依賴和控制依賴結(jié)點(diǎn)結(jié)合。
演化切片主要記錄了演化元素影響的程序元素。EDNode記錄了直接數(shù)據(jù)影響的元素，ECNode記錄了直接控制影響的元素。然而，影響會(huì)不斷傳播，受影響的元素又會(huì)影響其他元素，不斷迭代，最終生成演化切片。
其中，所述步驟（6）中，基于演化切片的演化影響集的有效性主要取決于預(yù)測(cè)的影響集的精度以及存?zhèn)味?，通過查全率recall和查準(zhǔn)率NPrecision來度量，而演化識(shí)別率從一定程度上影響了精度和存?zhèn)味?，演化元素的識(shí)別通過識(shí)別率和誤判率進(jìn)行度量，具體度量方法如下：
式（Ⅰ），
式（Ⅱ），
式（Ⅰ）中，為識(shí)別率，為識(shí)別出的實(shí)際演化元素?cái)?shù)目，為所有實(shí)際演化元素?cái)?shù)目；式（Ⅱ）中，為誤判率，為識(shí)別出的非實(shí)際演化元素?cái)?shù)目，為識(shí)別出的全部演化數(shù)目，即，顯然，值越大，識(shí)別率越高，元素識(shí)別越準(zhǔn)確，越有利于演化影響分析的進(jìn)行；值越大，誤判率越高，越影響后續(xù)的演化影響分析，理想情況下，=，=0，即識(shí)別率為百分之百，誤判率為0，此時(shí)識(shí)別的元素集合與實(shí)際修改的元素集合相同；
式（Ⅲ），
式（Ⅳ），
式（Ⅲ）和（Ⅳ）中，ES是通過計(jì)算演化切片獲得的預(yù)測(cè)演化影響集，RI是實(shí)際演化影響集，recall值越大，查全率越高，能夠正確預(yù)測(cè)實(shí)際演化元素比例越多；當(dāng)RIES時(shí)，recall達(dá)到理想值1，表示演化切片能夠預(yù)測(cè)出全部的實(shí)際演化元素；Nprecision值越小，表示預(yù)測(cè)存?zhèn)吻闆r越小，當(dāng)RI=ES時(shí)，Nprecision達(dá)到理想值0。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：本發(fā)明公開的基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)（ESISP）方法具有較高的查全率和較低的存?zhèn)温?，能有效輔助軟件開發(fā)人員和維護(hù)人員作出相關(guān)決策。
附圖說明
圖1為本發(fā)明ESISP方法的流程。
圖2是演化元素識(shí)別程序示例圖。
圖3是演化切片生成示例圖。
圖4是實(shí)例識(shí)別率結(jié)果圖。
圖5是實(shí)例誤判率結(jié)果圖。
圖6是實(shí)例查全率和存?zhèn)温式Y(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
一種基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)（ESISP）方法，主要用于構(gòu)建演化影響集以輔助軟件開發(fā)者和維護(hù)者作出演化策略，包括如下步驟：識(shí)別演化元素；生成演化切片準(zhǔn)則；構(gòu)建演化數(shù)據(jù)依賴圖；構(gòu)建演化控制依賴圖；構(gòu)建演化切片；以演化切片作為預(yù)測(cè)演化影響集，度量其有效性。該方法的流程圖如圖1所示。
一、演化元素的識(shí)別
演化切片有利于分析演化影響元素。基于演化切片的演化影響分析技術(shù)依賴于演化元素的識(shí)別，演化元素識(shí)別度越高，則影響元素分析越準(zhǔn)確。
（1）使用兩步比較法識(shí)別源程序P的演化程序PE中演化元素及其類型ctC、ctA、ctD，其中，ctC表示對(duì)P中元素的修改，ctD表示對(duì)P中元素的刪除，ctA表示在P中增加了元素。本發(fā)明設(shè)定一個(gè)源程序P的良性演化不宜變動(dòng)源程序P中絕大部分（50%以上）代碼，否則視作惡性演化，演化影響預(yù)測(cè)終止。具體步驟如下：
（1-1）自頂向下遍歷源程序P及其演化程序PE，初始時(shí)P.node指向P中第一條語(yǔ)句或表達(dá)式，PE.node指向PE中第一條語(yǔ)句或表達(dá)式；
（1-2）若P.node==PE.node，則P.node, PE.node分別指向下一條語(yǔ)句，即P.node=P.node->next， pE.node=PE.node->next，轉(zhuǎn)（1-2），否則轉(zhuǎn)（1-3）；
（1-3）自頂向下匹配P.node結(jié)點(diǎn)和PE.node的后繼結(jié)點(diǎn)PE.node1，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctA，演化元素為PE.node1與PE.node之間部分，演化規(guī)模為|PE.node1- PE.node|（絕對(duì)值表示結(jié)點(diǎn)之間元素個(gè)數(shù)），轉(zhuǎn)（1-6），否則轉(zhuǎn)（1-4）；
（1-4）自頂向下匹配P.node的后繼結(jié)點(diǎn)P.node1和PE.node的后繼結(jié)點(diǎn)PE.node1，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctC，演化元素為P.node1與P.node之間部分，演化后元素為PE.node1與PE.node之間部分，演化規(guī)模為|P.node1- P.node|，轉(zhuǎn)（1-6），否則轉(zhuǎn)（1-5）；
（1-5）自頂向下匹配P.node的后繼結(jié)點(diǎn)P.node1和PE.node結(jié)點(diǎn)，若找到匹配結(jié)點(diǎn)，則設(shè)定演化類型為ctD，演化元素為P.node1與P.node之間部分，演化后元素為P.node1與P.node之間部分，演化規(guī)模為|P.node1- P.node|，轉(zhuǎn)（1-6）；
（1-6）若未跳轉(zhuǎn)過（1-3）、（1-4）、（1-5），交換（1-3），（1-4），（1-5）步驟中P和PE，ctA和ctC，執(zhí)行（1-3），（1-4），（1-5），記錄下演化類型Etype，演化規(guī)模Esize, 演化元素集E；
（1-7）從初次執(zhí)行（1-3），（1-4），（1-5）所得演化類型與Etype中選取演化規(guī)模小的演化類型作為最終的演化類型，并將相應(yīng)的演化元素作為最終的識(shí)別元素。
當(dāng)程序修改前后代碼不同時(shí)，修改前代碼依次與修改后代碼比較，如果增加了程序元素，在演化程序中必然能找到源程序增加點(diǎn)下一條語(yǔ)句；如果修改或刪除了元素，因?yàn)樵闯绦蛑行薷幕騽h除的元素在修改后找不到匹配元素，且后續(xù)語(yǔ)句能找到匹配元素，依據(jù)被修改元素的比較點(diǎn)，可以判斷出修改點(diǎn)和刪除點(diǎn)。然而，當(dāng)程序修改前后代碼存在高度相似性時(shí)，簡(jiǎn)單的代碼比較存在造成誤判的可能。
如圖2中，程序1所做的修改是刪除了代碼段1下的代碼A。當(dāng)修改前代碼依次與修改后代碼比較時(shí)，代碼A與代碼段2后代碼A相匹配，識(shí)別的結(jié)果是代碼段2為增加的代碼，而原程序中代碼段2、代碼A為刪除的代碼。程序2所做的修改是修改了代碼段1下代碼A為代碼B。當(dāng)修改前代碼依次與修改后代碼比較時(shí)，代碼A與代碼3后代碼A相匹配，識(shí)別的結(jié)果是代碼B和代碼3為增加的代碼，而原程序中的代碼段3和代碼段A為刪除的代碼。
二、演化切片構(gòu)建方法
演化切片基于演化切片準(zhǔn)則、演化數(shù)據(jù)依賴圖和演化控制依賴圖構(gòu)建而成。
（2）基于源程序P和演化程序PE，生成演化切片準(zhǔn)則ESC，其定義如下：
令P原程序，演化切片準(zhǔn)則是一個(gè)三元組<E,V,CT>，其中，E={e1,e2,…,em}為P的演化元素集合，V為演化元素中定義的變量集合，CT={ctC,ctD,ctA}為演化類型集合，ctC表示對(duì)P中元素的修改，ctD表示對(duì)P中元素的刪除，ctA表示在P中增加了元素。
上述定義中，演化元素為P中的類、方法或語(yǔ)句，V為在演化元素ej中定義的變量集合，通常，對(duì)演化元素ej中的變量重新修改定值會(huì)影響引用它的變量的值。演化類型的不同，其演化影響元素會(huì)有所不同，演化類型為ctC既影響演化前的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，也影響演化后的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，而ctD刪除了相關(guān)元素，影響演化前本已存在的數(shù)據(jù)傳播和控制傳播，ctA增加了數(shù)據(jù)傳播和控制傳播。不同的修改類型，修改分析不同。
（3）基于源程序P和演化程序PE，構(gòu)建演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系通過演化數(shù)據(jù)依賴圖來表示，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的定義如下：
令演化元素集合E={ec1,ec2,…,ecp}∪{ed1,ed2,…,edq}∪{ea1,ea2,…,ear}，其中eck（k=1,…p）、edl（l=1,…q）、 eas（s=1,…r）分別表示演化后修改的元素、演化中刪除的元素和演化后新增的元素，其修改類型依次為ctC、ctD、ctA，且ec1,ec2,…,ecp演化前的元素分別為ec1’,ec2’…,ecp’,則:
演化元素e1演化數(shù)據(jù)依賴于e2，當(dāng)且僅當(dāng)（1）存在v∈USE(e1)∩DEF（e2），且e2可達(dá)e1，任意e’∈PATH(e2,e1),v?USE(e’)∩DEF（e2）；（2）若e2∈{ec1,ec2,…,ecp}，v∈USE(e1)∩DEF（e2’），且e2’可達(dá)e1，任意e’∈PATH(e2’,e1), v?USE(e’)∩DEF（e2’），記作：。
上述定義中，演化數(shù)據(jù)依賴取決于演化后程序元素，演化數(shù)據(jù)會(huì)傳播影響其他數(shù)據(jù)元素，同時(shí)，對(duì)于演化類型ctC，演化前的程序元素處數(shù)據(jù)有可能被修改，會(huì)影響到相關(guān)依賴元素。程序在不斷的演化過程中，針對(duì)不同的演化方案重新構(gòu)造依賴關(guān)系代價(jià)非常大，因此基于源程序及演化元素進(jìn)行迭代構(gòu)造。演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系通過演化數(shù)據(jù)依賴圖來表示，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。演化數(shù)據(jù)依賴圖的構(gòu)造步驟如下：
（3-1）初始時(shí)，演化元素集E={e1,e2,…,em}，演化數(shù)據(jù)依賴圖結(jié)點(diǎn)集合EDNode t={e1,e2,…,em}，邊集合EDEdge=Φ并創(chuàng)建源程序P的代碼分析樹ASTree；
（3-2）對(duì)于每個(gè)E中元素，如果其演化類型為ctC或ctD，定位ei在ASTree相應(yīng)演化前結(jié)點(diǎn)B(ei)，對(duì)每個(gè)ASTree上B(ei)可達(dá)結(jié)點(diǎn)ej，如果，則EDNode= EDNode∪{ei,ej}，EDEdge=EDEdge∪{<ei,ej>}；
（3-3）對(duì)于每個(gè)E中元素，如果其演化類型為ctC或ctA，定位ei在ASTree相應(yīng)結(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)ASTree上ei可達(dá)結(jié)點(diǎn)ej，如果，則EDNode= EDNode∪{ei,ej}，EDEdge=EDEdge∪{<ei,ej>}。
上述步驟中，對(duì)于修改結(jié)點(diǎn)，不但要記錄修改前的結(jié)點(diǎn)依賴，還要記錄修改后的結(jié)點(diǎn)依賴，依賴關(guān)系均從同一個(gè)結(jié)點(diǎn)引出，標(biāo)記為<ei,ej>；對(duì)于刪除結(jié)點(diǎn)，只要根據(jù)修改前分析樹構(gòu)造演化數(shù)據(jù)依賴；對(duì)于新加入結(jié)點(diǎn)，則要構(gòu)造新的分析樹結(jié)點(diǎn)，并插入到相應(yīng)父結(jié)點(diǎn)下，孩子結(jié)點(diǎn)之上，然后構(gòu)造演化數(shù)據(jù)依賴。這種構(gòu)造方法，避免了重復(fù)的構(gòu)造分析樹，以提高數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的提取。
（4）基于源程序P和演化程序PE，構(gòu)建演化控制依賴關(guān)系，演化控制依賴關(guān)系通過演化控制依賴圖來表示，圖結(jié)點(diǎn)表示演化控制元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在控制依賴關(guān)系。演化控制依賴關(guān)系的定義如下：
令演化元素集合E={ec1,ec2,…,ecp}∪{ed1,ed2,…,edq}∪{ea1,ea2,…,ear}，其中，eck（k=1,…p）、edl（l=1,…q）、 eas（s=1,…r）分別表示演化后修改的元素、演化中刪除的元素和演化后新增的元素，其修改類型依次為ctC、ctD、ctA，且ec1,ec2,…,ecp演化前的元素分別為ec1’,ec2’…,ecp’,則: 演化元素e1演化控制依賴于e2，當(dāng)且僅當(dāng)（1）e2為謂詞結(jié)點(diǎn)，存在PATH(e2,e1)，e1?MUSTPASS(e2)，任意e’∈PATH(e2,e1),e1∈MUSTPASS(e’)；（2）若e2∈{ec1,ec2,…,ecp}，e2’為謂詞結(jié)點(diǎn)，存在PATH(e2’,e1)，e1?MUSTPASS(e2’)，任意e’∈PATH(e2’,e1),e1∈MUSTPASS(e’)；，記作：。
上述定義中，演化控制依賴關(guān)系需滿足三個(gè)條件：首先，演化前后元素必須是謂詞結(jié)點(diǎn)；其次，演化前后元素可達(dá)另一個(gè)元素，且并非必經(jīng)另一個(gè)元素；再次，任何可達(dá)路徑中的程序元素必經(jīng)另一元素。第二個(gè)條件保證了可達(dá)性并且可以根據(jù)條件選擇執(zhí)行，第三個(gè)條件決定了，是演化元素控制的執(zhí)行，不是演化元素后面的謂詞語(yǔ)句。與演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系類似，演化控制依賴通過演化控制依賴圖來實(shí)現(xiàn)，圖結(jié)點(diǎn)表示演化數(shù)據(jù)元素，邊表示結(jié)點(diǎn)間存在演化數(shù)據(jù)依賴關(guān)系?；谠闯绦驑?gòu)造演化程序分析樹，其演化控制依賴關(guān)系的構(gòu)造過程如下：
(4-1)′生成演化程序代碼分析樹ASTree；
(4-2)′若演化類型為ctC，且修改前元素為謂詞元素，構(gòu)建修改前元素的控制依賴關(guān)系；如果修改后元素為謂詞，更新代碼分析樹，構(gòu)建修改后元素的控制依賴關(guān)系；
(4-3)′若演化類型為ctD，且刪除元素為謂詞元素，構(gòu)建謂詞元素的控制依賴關(guān)系；
(4-4)′若演化類型為ctA，且添加元素為謂詞元素，生成代碼分析結(jié)點(diǎn)，插入結(jié)點(diǎn)到相應(yīng)代碼分析樹位置，然后構(gòu)建演化元素依賴關(guān)系；
步驟(4-2)′、(4-3)′和(4-4)′中，如果演化前后元素不是謂詞結(jié)點(diǎn)，則不存在控制依賴關(guān)系，這里算法的關(guān)鍵是一旦確定演化前后元素是謂詞結(jié)點(diǎn)，如何構(gòu)造演化控制依賴圖。演化元素結(jié)點(diǎn)e的演化控制依賴圖的步驟如下：
（4-1）初始時(shí)，演化元素結(jié)點(diǎn)為e，演化分析樹為ASTree，演化控制依賴圖G為<ECNode,ECEdge>,其中，ECNode為演化影響結(jié)點(diǎn)結(jié)合，ECEdge是演化控制依賴邊集合；
（4-2）如果e的結(jié)點(diǎn)類型非謂詞結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-3）在ASTree上對(duì)每一個(gè)e的可達(dá)結(jié)點(diǎn)ei,如果ei是ｅ的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-4）若e’為e到達(dá)ei的路徑上的任一結(jié)點(diǎn)，且e’不是ｅ的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)（4-6）；
（4-5）更新演化控制依賴圖G，加入演化結(jié)點(diǎn)和相應(yīng)邊，即ECNode= ECNode∪{e,ei}, ECEdge= ECEdge∪{<ei,ej>}；
（4-6）返回演化控制依賴圖G。
（5）基于演化切片準(zhǔn)則、演化數(shù)據(jù)依賴圖和演化控制依賴圖，構(gòu)建演化切片。演化切片是根據(jù)演化元素提取的程序片段，記錄了演化元素的影響部分。其定義如下：
令P為源程序，<E,V,CT>為演化切片準(zhǔn)則，基于切片準(zhǔn)則生成的演化依賴圖為G=<EDNode∪ECNode,EDEdge∪ECEdge>，則演化切片ESlice是演化程序元素結(jié)點(diǎn)的集合EDNode∪ECNode∪INode，其中，INode是基于EDNode∪ECNode-E生成的間接數(shù)據(jù)依賴和控制依賴結(jié)點(diǎn)結(jié)合。
演化切片主要記錄了演化元素影響的程序元素，EDNode記錄了直接數(shù)據(jù)影響的元素，ECNode記錄了直接控制影響的元素。然而，影響會(huì)不斷傳播，受影響的元素又會(huì)影響其他元素，不斷迭代，最終生成演化切片。
圖3給出了根據(jù)演化切片識(shí)別出影響元素的簡(jiǎn)單例子。
圖3（a）是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序例子，其功能是根據(jù)x的值返回不同的表達(dá)式結(jié)果。圖3（b）是例子程序的靜態(tài)依賴圖，細(xì)實(shí)線結(jié)點(diǎn)表示語(yǔ)句或表達(dá)式，結(jié)點(diǎn)中編號(hào)對(duì)應(yīng)圖3（a）語(yǔ)句或表達(dá)式前編號(hào)，實(shí)邊是數(shù)據(jù)依賴，虛邊是控制依賴。圖3（c）是識(shí)別出刪除結(jié)點(diǎn)3之后的依賴圖，其中粗實(shí)線結(jié)點(diǎn)為演化切片元素即演化切片為{6,8}。實(shí)際上，由于圖3（c）中刪除了結(jié)點(diǎn)3影響了變量y的定值，從而影響y值的使用。程序中，僅有結(jié)點(diǎn)6和8使用了變量y。圖3（d）是識(shí)別出修改語(yǔ)句3之后的依賴圖，演化切片為{5,6,7,8,9,10}，語(yǔ)句3的修改了y，x的定值，x的值通過數(shù)據(jù)傳播影響了語(yǔ)句5,8,10，而語(yǔ)句5,8,10進(jìn)一步控制影響了語(yǔ)句6,7,9，同時(shí)語(yǔ)句3中y的值影響了語(yǔ)句6,8的返回值。在實(shí)際修改中，如果語(yǔ)句2輸入的值就是2，此時(shí)實(shí)際影響語(yǔ)句僅包含6,8。圖3（e）為在識(shí)別出語(yǔ)句3后添加了語(yǔ)句x=2,按照前面的算法計(jì)算出的演化切片為{5,6,7,8,9,10}，但5,6實(shí)際上不受添加語(yǔ)句的影響。
三、基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)ESISP方法的有效性度量
基于演化切片的演化影響集的有效性主要取決于預(yù)測(cè)的影響集的精度以及存?zhèn)味?，通過查全率recall和查準(zhǔn)率NPrecision來度量； 而演化識(shí)別率從一定程度上影響了精度和存?zhèn)味?。演化元素的識(shí)別通過識(shí)別率和誤判率進(jìn)行度量，具體度量方法如下：
式（Ⅰ），
式（Ⅱ），
式（Ⅰ）中，為識(shí)別率，為識(shí)別出的實(shí)際演化元素?cái)?shù)目，為所有實(shí)際演化元素?cái)?shù)目；式（Ⅱ）中，為誤判率，為識(shí)別出的非實(shí)際演化元素?cái)?shù)目，為識(shí)別出的全部演化數(shù)目，即，顯然，值越大，識(shí)別率越高，元素識(shí)別越準(zhǔn)確，越有利于演化影響分析的進(jìn)行；值越大，誤判率越高，越影響后續(xù)的演化影響分析，理想情況下，=，=0，即識(shí)別率為百分之百，誤判率為0，此時(shí)識(shí)別的元素集合與實(shí)際修改的元素集合相同；
式（Ⅲ），
式（Ⅳ），
式（Ⅲ）和（Ⅳ）中，ES是通過計(jì)算演化切片獲得的預(yù)測(cè)演化影響集，RI是實(shí)際演化影響集，recall值越大，查全率越高，能夠正確預(yù)測(cè)實(shí)際演化元素比例越多；當(dāng)RIES時(shí)，recall達(dá)到理想值1，表示演化切片能夠預(yù)測(cè)出全部的實(shí)際演化元素；Nprecision值越小，表示預(yù)測(cè)存?zhèn)吻闆r越小，當(dāng)RI=ES時(shí)，Nprecision達(dá)到理想值0。
下面通過實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有效性。
1）實(shí)例對(duì)象
我們選取了四個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象源程序?qū)嵗篢etris，SimpleJaveApp, NanoXML和JHSA。
。
前三個(gè)對(duì)象均為開源程序，后一個(gè)對(duì)象是一個(gè)我們?cè)缙陂_發(fā)的JAVA切片程序。上表簡(jiǎn)單描述了4個(gè)實(shí)例對(duì)象：第一列是對(duì)象名稱；第二列是對(duì)象代碼行數(shù)；第三列對(duì)象程序的演化方案數(shù)目，實(shí)驗(yàn)各選取了20個(gè)演化方案；第四列是對(duì)象功能描述。在實(shí)際軟件演化過程中，演化影響分析技術(shù)主要分析軟件程序演化后，可能的演化影響部分，開發(fā)者和維護(hù)者根據(jù)分析結(jié)果對(duì)已有需求及分析結(jié)果作出相應(yīng)決策。
2）度量過程
a) 收集每個(gè)修改方案原版本VO、中間版本VM和最終版本Vf；
b) 基于文中演化元素識(shí)別方法識(shí)別出版本VM中的演化元素；
c) 基于文中演化切片構(gòu)建方法構(gòu)建演化切片ESlice；
d) 基于VO和VM計(jì)算recogniton_ratio和fault_ratio；
e) 基于ES、VO 、VM與VF計(jì)算recall和NPrecision。
3）度量結(jié)果
a) 演化元素的識(shí)別率和誤判率
根據(jù)發(fā)明中識(shí)別方法所得識(shí)別率和誤判h率如圖4和圖5所示。在統(tǒng)計(jì)識(shí)別率時(shí)，我們將修改類型進(jìn)行了分類。在圖4中，本方法能識(shí)別Tetris，NanoXML的全部修改以及SimpleJavaApp，JHSA的絕大部分修改，部分ctC演化代碼未能識(shí)別。在圖5中，本方法在Tetris，NanoXML中修改代碼誤判率為0，在SimpleJavaApp，JHSA存在20%左右的ctC修改類型的代碼誤判?？傮w上，通過文中的方式可以幾乎無(wú)誤的識(shí)別出修改代碼。
b) 演化影響元素的查全率和存?zhèn)温?/p>
識(shí)別出修改元素后，根據(jù)文中的方法構(gòu)建演化切片作為預(yù)估影響集，然后根據(jù)公式（Ⅲ）和（Ⅳ）得出的查全率和存?zhèn)温嗜鐖D6所示。本文的技術(shù)查全率保持在較高的水平，Tetris，NanoXML及JHSA的查全率接近100%，SimpleJavaApp的查全率最低； SimpleJavaApp的存?zhèn)温首罡撸S后依次是Tetris、JHSA、NanoXML。
總體上，本發(fā)明中的基于演化切片的演化影響集預(yù)測(cè)ESISP技術(shù)具有較高的查全率和較低的存?zhèn)温?，能有效輔助軟件開發(fā)人員和維護(hù)人員作出相關(guān)決策。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
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