构件形式化组装研究

□文/安海宁 娄 健

（河北大学计算中心 河北·保定）

基于构件进行系统组装的研究，是基于组件的软件工程（简称CBSE）中的一个研究热点。合理地进行构件描述，并在使用构件的时候，快速、准确地判断出构件的可用性，通过构件组装系统的可行性分析，才能在此基础上进行有理有据的构件组装，进而形成应用系统。

为了实现构件组装，大量的可重用构件是不可缺少的，所以构件库作为存储和管理构件的实体，在基于构件的开发过程中起着非常重要的作用。其中，如何对构件进行合理的描述将直接影响构件的可用性、易用性、可学习性等。在利用构件库中的构件进行系统组装时，快速推导出构件能否被正确地集成在一起，完成特定的系统功能，是研究人员必须解决的一个非常重要的问题。

一、构件描述

为了能够利用构件库中的构件进行组装，对构件进行合理的描述是必不可少的。构件描述需要涉及其组装特征，及从多个方面衡量它与其他构件能否组装的必备信息；要描述构件的接口，从而获知构件如何与其他构件进行信息交互；还有一些其他特征信息，便于用户更好地理解构件。基于这些因素，定义构件描述如下:

一个构件描述就是一个三元组:

其中，AssemblyProperties用于描述构件的组装特征，ComponentInterfaces用于描述构件的接口，OtherCharacters用于描述构件的其他特征。

1、AssemblyProper ties的描述。对于AssemblyProperties，定义其也为一个三元组:

其中，每个描述项称为一个组装刻面，每个组装刻面可以有多个术语对其进行具体描述。

functions刻面描述构件的主要功能，是构件用户最关心的一个刻面。其术语随领域不同，可以自行定义。例如，针对图书馆管理领域，functions刻面的术语可以有图书信息处理、读者信息处理、借阅信息处理等。

依据软件体系结构的构成，structures刻面主要描述该构件在软件体系结构中中所处的位置，其术语可包括:表示层（UI）、业务逻辑层、数据层等，术语随构件实际所处的软件架构位置不同，可以自行定义。

implements刻面主要描述构件实现的具体方法，其术语可以包括如:应用程序实现、脚本实现等。该刻面的术语同样可以自行定义。

2、Component Inter faces的描述。构件通过接口向外提供服务。对Interfaces的描述包括该接口能够对外界提供哪些服务，满足哪些条件才能够提供这些服务，如何提供服务。表示如下:

接口语义说明接口能够提供什么服务，需要满足哪些条件才能提供这些服务，以及构件执行完毕的状态；接口语法说明接口如何提供服务。由于利用XML可以比较清晰地反映接口描述的层次性，使描述结构化，所以这里用一个简化的XML的DTD（文档模板定义）给出对接口描述的详细设计。其中参数的基本类型与C++所提供的基本参数类型一致。

3、OtherCharacters的描述。Other－Characters主要包括用户在使用该构件时需要了解的其他方面的信息，如构件版本、运行平台、其他构件支持等。Other－Characters的具体描述项可根据构件实际情况增减，但在描述时需要一一指明有哪些描述项。

图1 构架规则实例

图2 组装过程

二、构件组装规则

组装规则可定义为一个三元组（A，R，P），其中A代表组装的架构规则，R代表组装的实现规则，P代表组装的性能规则。

其中，架构规则的含义是软件配置单中各个构件在软件架构上满足的要求，如一个完整的应用软件应该由UI、业务逻辑等构件组成，即为架构规则。架构规则可保证配置单中的构件在逻辑上可以正确连接。

实现规则规定了软件配置单中各个构件在实现方法上的一些限制，如采用何种构件实现技术、接口定义如何等。实现规则可确保配置单中的构件在物理上可以正确连接。

性能规则说明了组装成一个性能较好的应用软件，对配置单中出现的构件应有的一些要求。如各个构件的延迟、响应时间等。性能规则能够辅助用户组装一个性能优越的应用软件。

在上述组装规则中，实现规则和性能规则的表达较为简单，而架构规则的表达较为复杂，为了简洁且准确地表达一个应用软件的架构规则，在本项目中，使用EBNF对架构规则进行了描述。EBNF，即扩展巴科斯－瑙尔范式，经常用来描述高级程序设计语言的语法规则，具有简洁、严谨、精确、无歧异等优点。EBNF中常用的符号如下:

根据架构规则的不同，我们可把目前常用的应用软件分为数据库应用型、网络应用型、Web应用型等不同种类型，可用EBNF表达，如图1所示。（图1）

其中，规则a的含义为:一个应用软件可以是数据库应用、通信应用或Web应用；规则b的含义为:一个数据库应用应该由UI构件、一个或多个业务逻辑构件、数据访问构件、数据库构件组成，其中数据访问构件为可选项。其他规则的解释类似，这里就不再赘述了。

三、构件的组装

项目中，采用如图2所示的组装过程。（图 2）

首先，用户根据软件的功能需求及构件库中现有构件功能特性，生成软件配置单。由于用户生成软件配置单时只考虑了构件的功能特性，而功能符合要求的构件并不一定可以组装成一个完整的应用程序，因此需要对用户生成的软件配置单做验证，验证依据即为上述的组装规则。在本项目中，实现配置单验证的模块被称为“配置单编译器”。

若软件配置单通过验证，则配置单编译器会给出成功标志，同时会对本次组装的性能做相应评价；若未能通过验证，则会给出错误标志，同时提示配置单出错位置，以便于用户修改。

通过上述对组装过程的分析可知，组装实现的关键是软件配置单的验证，即如何实现配置单编译器。

［1］Shaw M，Deline R，K lein DV.Abstractions for Software Architecture and Tools to SupportThem[J].IEEETransaction on Software Engineering，1995.4.

［2］任洪敏，钱乐秋.构件组装及其形式化推导研究[J].软件学报，2003.6.

［3］廖昕，陈松乔，孙莹.可复用构件组装技术研究[J].计算技术与自动化，2004.3.