本發(fā)明涉及的是一種基于uml的軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量方法。

背景技術(shù)：

軟件度量是對軟件開發(fā)過程的狀態(tài)和產(chǎn)品的屬性量化的表示，目的是要科學(xué)、定量地評估和預(yù)測軟件開發(fā)活動及其產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以用來管理軟件開發(fā)活動和過程。軟件復(fù)雜性主要表現(xiàn)在設(shè)計結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、程序的復(fù)雜性、功能的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的復(fù)雜性等。

軟件架構(gòu)是軟件設(shè)計過程中的一個層次，這一層次超越計算過程中的算法設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。軟件架構(gòu)問題包括總體組織和全局控制、通訊協(xié)議、同步、數(shù)據(jù)存取，給設(shè)計元素分配特定功能，設(shè)計元素的組織，規(guī)模和性能，在各設(shè)計方案間進(jìn)行選擇等。軟件架構(gòu)處理算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上關(guān)于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和描述方面的一些問題，如全局組織和全局控制結(jié)構(gòu)、關(guān)于通訊、同步與數(shù)據(jù)存取的協(xié)議，設(shè)計構(gòu)件功能定義，物理分布與合成，設(shè)計方案的選擇、評估與實現(xiàn)等。軟件架構(gòu)是一個抽象的系統(tǒng)規(guī)范，主要包括用其行為來描述的功能構(gòu)件和構(gòu)件之間的相互連接、接口和關(guān)系。軟件架構(gòu)是軟件開發(fā)過程中的關(guān)鍵制品，體現(xiàn)了軟件設(shè)計的早期決策，決定了軟件的質(zhì)量屬性。因此，度量軟件架構(gòu)的復(fù)雜性就能度量整個軟件的復(fù)雜性，指導(dǎo)軟件的開發(fā)、評估和管理。

目前的軟件度量方法在刻畫軟件架構(gòu)的復(fù)雜性方面都具有一定的局限性。首先，雖然基于程序代碼的度量可以得到準(zhǔn)確的軟件信息，但是，這類方法具有事后性，通常只能在實現(xiàn)了軟件，存在程序代碼時才能應(yīng)用，無法在軟件生命周期的早期進(jìn)行，因而難以對軟件的開發(fā)過程及其產(chǎn)品提供及時有效的指導(dǎo)。其次，由于對被測量實體缺乏嚴(yán)格的描述，其它的度量不能準(zhǔn)確地獲得軟件的有關(guān)信息，度量也就缺乏應(yīng)用價值，例如功能點方法可以在系統(tǒng)分析階段使用，面向?qū)ο蟮膹?fù)雜性和軟件的耦合性等軟件結(jié)構(gòu)性度量也可以應(yīng)用在軟件設(shè)計階段。如果系統(tǒng)或軟件設(shè)計語言不具備嚴(yán)格的語法和語義，不能描述設(shè)計的詳細(xì)特征，就難以得到準(zhǔn)確一致和體現(xiàn)詳細(xì)信息的軟件設(shè)計度量。而且，如果軟件的設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)缺乏一致的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就使得軟件設(shè)計度量和程序度量的不一致，降低了軟件設(shè)計度量的使用價值。

對uml的度量主要包括類、包、狀態(tài)、關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)移等uml基本建模元素的數(shù)量，以及類的繼承深度等面向?qū)ο蟮亩攘?。這些基本元素的數(shù)量及關(guān)系難以反映整個系統(tǒng)的特性，既沒沒有把uml的視可化特征對閱讀和理解軟件設(shè)計進(jìn)行量化，也沒有針對軟件架構(gòu)的特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供了一種基于uml的軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于uml的軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量方法，包含uml數(shù)據(jù)采集模塊、uml圖元素分析模塊、數(shù)據(jù)歸一模塊、架構(gòu)元素分析模塊、復(fù)雜性模型及算法模塊、模型特征因子庫；所述模型特征因子庫與復(fù)雜性模型及算法模塊連接，所述復(fù)雜性模型及算法模塊與架構(gòu)元素分析模塊連接，所述架構(gòu)元素分析模塊與uml圖元素分析模塊連接，所述uml圖元素分析模塊與uml數(shù)據(jù)采集模塊連接，所述uml數(shù)據(jù)采集模塊、uml圖元素分析模塊、架構(gòu)元素分析模塊、復(fù)雜性模型及算法模塊均與數(shù)據(jù)歸一模塊連接；

所述uml數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)從存儲uml的文件中讀取uml的信息，進(jìn)行預(yù)處理：消除與軟件設(shè)計、軟件架構(gòu)描述無關(guān)的數(shù)據(jù)；

所述uml圖元素分析模塊：識別出基本的uml元素，包括各種圖元素、語義描述、屬性、注釋、語義約束等，分析出每個uml圖元素(例如類、接口、角色、端口、繼承關(guān)系、聚合關(guān)系)的形狀、屬性、位置坐標(biāo)，計算出每個圖元素的大小；

所述數(shù)據(jù)歸一模塊：主要有三個子模塊：格式歸一、圖示歸一、語義歸一；采集的uml的圖形設(shè)計，首先需要按照uml交換標(biāo)準(zhǔn)，把每個圖形都轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的xml格式，就是格式歸一；其次，同一種uml圖元素可能有大小(例如都是類，劃出不同的大小)、形狀(例如線條的粗細(xì)、長短)、顯示顏色、是否重疊等的不同。

進(jìn)一步，所述復(fù)雜性模型及算法，通過分析uml描述的軟件的體系架構(gòu)，綜合考慮uml的圖形顯示、軟件架構(gòu)的組成及其結(jié)構(gòu)，提出軟件架構(gòu)復(fù)雜度的計算公式sacplex，參數(shù)是有k層嵌套的uml圖，不含嵌套元素的uml描述架構(gòu)復(fù)雜度用basicplex表示——基本公式1，否則用遞推公式2；

公式1表示一個基本的uml軟件架構(gòu)圖的計算公式，com表示一個uml圖元素，用在uml圖中的位置作為參數(shù)，visize()表示該經(jīng)過歸一化處理的圖元素的視覺大小，sfactor()表示不同的uml圖元素對應(yīng)軟件架構(gòu)元素對架構(gòu)影響的語義因子；公式2遞歸地定義一個uml描述的軟件架構(gòu)。

進(jìn)一步，所述遞推定義的公式(2)，用遞歸算法求解，算法如下：

(1)輸入：含n個元素com的uml圖，嵌套層數(shù)≥1；

(2)輸出：uml圖的復(fù)雜數(shù)；

(3)sacplex＝bcplex＝0；

(4)如果uml圖不含嵌套的元素，則對每個uml的圖元素com(i)

(5)sacplex+＝計算其語義因子sfactor/視圖大小visize；//否則，k>1，遞歸計算sacplex；

(6)如果k>1則，對每個含嵌套的uml元素com(i)

(7)sacplex+＝遞歸計算下一層(k-1)的sacplex×dfactor(k-1)；

(8)sacplex+＝bcplex；

(9)k＝k-1；

(10)返回(7)；

(11)輸出sacplex。

本發(fā)明有益效果為：

1、本發(fā)明的uml軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量可以在軟件過程的需求、分析、設(shè)計等多個階段一致地使用，從良好設(shè)計的軟件架構(gòu)中計算得到。

2、本發(fā)明的uml軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量不僅可以反映過程的效果，還能表示過程產(chǎn)生的結(jié)果的質(zhì)量。

3、本發(fā)明的uml軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量不僅能被程序員使用，由于在設(shè)計期間就可以計算，架構(gòu)復(fù)雜性度量也可以被軟件測試人員、質(zhì)量管理員、項目管理人員、客戶在監(jiān)控軟件開發(fā)過程、評估設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計軟件測試中使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框架圖；

圖2是本發(fā)明的一種實施流程圖；

圖3是本發(fā)明的算法uml_sac運算時使用的關(guān)聯(lián)表；

圖4是本發(fā)明的uml元素架構(gòu)元素語義因子表；

圖5是本發(fā)明的架構(gòu)元素嵌套層級因子表。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參看圖1至圖5，本具體實施方式采用以下技術(shù)方案：實施本具體實施方式時，使用兩張表，uml元素-架構(gòu)元素語義因子和架構(gòu)元素嵌套層級因子，實現(xiàn)模型特征因子庫。

軟件架構(gòu)建模的核心元素是構(gòu)件、連接件、端口和角色，每個架構(gòu)元素都有不止一個uml圖元素表示或建模。同樣是描述每種架構(gòu)元素的uml圖元素，對于整個架構(gòu)復(fù)雜度的影響不完全相同，比如，uml協(xié)作元素用以解釋一組相互合作的實例如何實現(xiàn)聯(lián)合任務(wù)或一組任務(wù)，可以在架構(gòu)設(shè)計中描述一個模塊或一個子系統(tǒng)。協(xié)作具有嵌套結(jié)構(gòu)，語義要比類、構(gòu)件等復(fù)雜。豐富的建模手段給架構(gòu)設(shè)計者豐富的選擇，同時也對架構(gòu)的設(shè)計、分析和度量造成了不同的影響。uml元素-架構(gòu)元素語義因子(簡稱語義因子)表示不同uml元素描述架構(gòu)元素的復(fù)雜度影響系數(shù)，對應(yīng)公式1中的sfactor()。uml元素對應(yīng)的架構(gòu)元素及其語義因子系數(shù)如圖4所示，本具體實施方式建議的語義因子取值范圍是1-1.50。

構(gòu)件是計算機軟件中的一個模塊化的構(gòu)造塊，是系統(tǒng)中模塊化的、可部署的和可替換的部件，該部件封裝了實現(xiàn)并暴露一組接口。構(gòu)件存在于軟件架構(gòu)中，在完成所建系統(tǒng)的需求和目標(biāo)中起著重要作用。構(gòu)件駐留于軟件架構(gòu)的內(nèi)部，它們必須與其他的構(gòu)件和存在于軟件邊界以外的實體(如其他系統(tǒng)、設(shè)備和人員)進(jìn)行通信和合作。構(gòu)件可以是被封裝的類、接口服務(wù)、功能模塊、數(shù)據(jù)集及其操作、軟件框架、文檔、組件、設(shè)計模式等。uml元素中常用來描述構(gòu)件的有類、組件、協(xié)作等，每個uml元素描述架構(gòu)元素時的影響度(語義因子)不同。

連接件是軟件架構(gòu)的一個組成部分，它通過對構(gòu)件之間的交互規(guī)則的建模來實現(xiàn)構(gòu)件之間的連接。連接可以是簡單的指針、或者復(fù)雜到網(wǎng)絡(luò)鏈接，還可以表示允許參數(shù)傳遞的多個實例之間的通信。連接器可以是包含構(gòu)件的復(fù)合體，也可以是復(fù)雜度不同的動作，如復(fù)雜結(jié)構(gòu)的活動邊及其動作。角色和端口只能是簡單成分、不能是復(fù)合體。

軟件系統(tǒng)通常具有層次結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的軟件架構(gòu)也就層次特征，比如用一個構(gòu)件表示子系統(tǒng)，子系統(tǒng)本身又是一個連接在一起的構(gòu)件，每個構(gòu)件在子系統(tǒng)中具有不同的角色，通過不同的端口參與構(gòu)件之間的交互。uml的圖及其元素允許嵌套，比如用一個uml組件描述架構(gòu)的構(gòu)件時，組件可以是復(fù)雜的、包含uml類、組件、關(guān)聯(lián)關(guān)系的圖。架構(gòu)元素嵌套層級因子(簡稱嵌套因子)表示不同uml元素嵌套的層級對架構(gòu)的復(fù)雜度影響系數(shù)，對應(yīng)公式2中的dfactor()。每種架構(gòu)元素的不同嵌套層級對復(fù)雜度的影響不同，實施時建議子系統(tǒng)架構(gòu)的層數(shù)原則上不超過7，否則系統(tǒng)架構(gòu)就太復(fù)雜、需要重新設(shè)計。在架構(gòu)元素中，只有構(gòu)件和連接件允許嵌套，端口和角色不能嵌套。

圖2示意了uml軟件架構(gòu)復(fù)雜性度量方法的一種實施流程，使用了三個數(shù)據(jù)文件：存儲uml數(shù)據(jù)的uml模型文件(8)用本發(fā)明方法分析uml文件得到的處理后的uml圖元素表(9)以及管理和操作uml元素-架構(gòu)元素語義因子和架構(gòu)元素嵌套層級因子的模型特征因子庫(10)。

本具體實施方式中的uml數(shù)據(jù)可以有多種來源，可以從開源uml設(shè)計工具jude–community、argouml、visualparadigm–community或者umlet存儲的文件中(8)，讀取uml數(shù)據(jù)(1)，進(jìn)行基本的預(yù)處理：刪除與uml圖元素、語義描述的數(shù)據(jù)，分析出基本的uml數(shù)據(jù)。為了便于后期統(tǒng)一、簡化處理，需要根據(jù)uml圖數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)xmi，對不同來源、不同格式的uml數(shù)據(jù)，統(tǒng)一到xml格式的數(shù)據(jù)歸一化處理(2)。

然后，依據(jù)uml圖元素的語法、語義及圖符的定義，分析出uml圖元素(3)，包括把識別的uml元素按照編號存入到uml圖元素表(9)，填寫uml元素類型和位置，計算出圖形大小(即公式1中的visize)并記在表中(9)，按照元素種類記錄每個元素在一層uml圖中的唯一序號，如果該元素有嵌套，連接對應(yīng)的嵌套子圖、記下嵌套層級數(shù)等。由于不同uml工具、不同的架構(gòu)設(shè)計者可能設(shè)計出不同方風(fēng)格(圖符選擇)、樣式(圖形大小)、等uml圖，要進(jìn)行圖示歸一化處理(4)。

之后，依據(jù)模型特征庫因子中的uml元素-架構(gòu)元素對應(yīng)表(10)，識別出用uml表示的架構(gòu)成分：構(gòu)件、連接件、角色和端口(5)。uml表示的軟件架構(gòu)的設(shè)計可能會詳略不同，要依據(jù)架構(gòu)成分類型把uml元素分門別類，進(jìn)行語義歸一化處理(6)，使得每個uml圖元素的語義、可視化大小的取值范圍都是[0..1]，。例如，uml圖元素的動有調(diào)用行為動作、調(diào)用操作動作、發(fā)送信號動作、發(fā)送對象動作、創(chuàng)建對象動作、銷毀對象動作、接受事件動作等，都可能是表示軟件架構(gòu)的連接，需要統(tǒng)一到架構(gòu)的連接件，賦予相應(yīng)的語義影響系數(shù)。

最后，按照計算uml軟件架構(gòu)復(fù)雜度的算法uml_sac，計算出軟件架構(gòu)復(fù)雜度sacplex(7)，其中要使用模型因子庫(10)和uml圖形元素表(9)：對每一個uml元素，檢索uml圖元素表(9)得到其標(biāo)識符(7a)，在表中得到可視化大小(7b)；通過uml圖元素標(biāo)識符在語義因子表中查詢(7c)得到語義系數(shù)(7e)；如果該uml圖元素的嵌套層級數(shù)大于1，則要在層級因子表中查找(7d)對應(yīng)的層級因子數(shù)(7f)，最終送到算法uml_sac按照公式(1)和公式(2)進(jìn)行計算。必要時還要按照“先進(jìn)后出”的棧式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式，由最底層向最外層、逐層計算，最終計算出軟件架構(gòu)復(fù)雜度sacplex的值。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。