基于面向对象程序切片的软件度量

1 引言
程序切片是软件工程领域的一项程序分析技术，在软件测试、度量、程序调试、维护以及逆向工程等方面有着广泛应用。通过切片技术，人们在程序分析过程中可以重点关注那些感兴趣的代码或者变量。

2 程序切片技术
这里利用面向对象程序切片技术进行软件度量。程序切片主要包括：
(1)语句切片该传统的程序切片技术是一种条件切片，根据程序的顺序、循环和选择结构进行程序切片。
(2)无定型程序切片 其不仅在保存一个程序语义投影的同时简化了程序，还可以使用任何简化的转换。而这些转换保留了该语义映射。
(3)面向对象切片 把切片技术应用于面向对象的系统相关图和过程相关图中，使对面向对象程序的代码理解、测试、调试、逆向工程和度量分析变得相对容易嘲。

3 面向对象程序切片技术
程序切片技术分面向过程和面向对象程序切片。目前程序切片大都以系统依赖图为基础，利用图的可达性算法获得。
3．1 SDG和OOSDG
系统依赖图SDG(System Dependence Graph)用一组边和顶点的集合表示一个程序。顶点表示程序的语句和控制谓词，边则表示语句之间的依赖关系。在SDG中有两类边：控制依赖边和数据依赖边。SDG是在控制流图、数据流图、控制依赖子图、数据依赖子图、过程依赖子图和程序依赖图的基础上建立的一种语法分析树，如图1所示。

面向对象依赖图OOSDG(Obiect-Orientecl System Depen-dence Graph)是过程依赖子图、类依赖子图、类层次子图、控制依赖子图、数据依赖子图和虚函数调用子图几种表示方法的并集．如图2所示。
3．2 软件度量技术的研究
软件度量是一个在近几十年研究非常活跃的软件工程领域。抽象来讲，它是一个函数，其输入是软件，输出是单一的数值，能解释软件所具有的一个给定属性对软件质量的影响。用于预测、评估和控制软件开发的过程，促进项目的成功，开发出高质量的产品。
软件度量主要包括复杂性度量、模块性度量、易修改性度量、易移植性度量、可扩充性度量、可靠性度量、易维护性度量、测试充分性度量等。有些可以用数值表示，称为“定量度量”；不能用单一数值表达的称为“定性度量”。研究集中在定量度量方面的内聚度和耦合度的度量，这两个方面是衡量软件质量非常重要的标准。二者之间密切相关，模块之间的强耦合通常意味着弱内聚，而模块之间的强内聚则意味着弱耦合。

4 利用程序切片技术进行软件度量
软件开发的目标是开发出高内聚和低耦合的系统。这里研究利用切片技术度量面向对象程序的内聚度和耦合度，尤其是内聚度量。
4．1 耦合度量
耦合度(Coupling Degree)用来测量由两个或多个模块连接而引起的联结程度的强弱。强耦合使模块连接后的系统变得复杂。因为模块之间具有高度的关联，改写模块将十分困难。降低模块间的耦合则可以减少系统的复杂性。因此，在系统设计中应追求尽可能松散的耦合关系。
4．2 内聚度量
内聚度(Cohesion Degree)是软件的内在属性，反映软件设计和实现中模块组件之间结合的紧密程度。高内聚的软件模块有着最基本的功能，很难再切割其规模。
面向对象程序的基本特征是类。类由属性和方法组成，属性和方法间存在3种关系，因此类内聚度也从3个方面度量：属性问内聚度、方法与属性问内聚度、方法问内聚度。设类C共有n个属性，m个方法，其中m，n≥0。V＿Union表示所有成员变量。M_Union表示所有成员方法。这里使用数据标记(data token)而非语句作为基本单元来修正切片这个概念。数据切片包含和切片变量存在依赖关系的数据集合，简写作DataSlice(L，V)，其中L表示程序中的某个点，通常情况下特指某条语句：V表示在L定义或使用的变量的集合；#表示势操作，表示集合中元素的个数。则属性间内聚度、方法与属性间内聚度和方法间内聚度的计算公式分别为式(1)~(3)，如下所示：

4．3 实验操作
采用目前最主流的程序切片技术，以系统依赖图为基础，利用图的可达性算法获得切片结果。然后利用将切片结果代入式(1)～(3)进行计算，得到内聚度。
以下面的程序为例进行切片，计算内聚度，并和基于依赖性分析的类内聚度度量方法相对比。
程序切片的概念是在考虑各个方法、变量之间的依赖关系并在依赖图的基础上构造的。举一个简单的C++程序对上述公式进行应用，程序如下：

所定义的类是Cuboid，它有5个变量，2种方法，V_Uion={a，b，c，A，V}，M_Uion={Area，Volume }。
构造面向对象依赖图，利用可达算法得到数据切片如下：

利用式(1)~(3)进行度量计算，具体过程如下：
(1)内聚度量值是一个3元组，分从属性之间、方法之间、属性和方法之间3个层面进行内聚度量；
(2)DataSliee(L，a)∩V_Uion={a}；同样，DataSliee(L，b)∩V_Uion={b}，DataSlice(L，c)∩V_Uion={c}，进行势操作后取值均为1：
(3)DataSliee(L，V)∩V_Uion={a，b，c}，DataSlice(L，A)∩V_Uion={a，b，c}，进行势操作后取值均为3；
(4)DataSliee(L，A)∩DataSlice(L，V)={a，b，c}，进行势操作后取值为3；
(5)根据式(4)计算得到：Cohesion(V_V)=(1+1+3+3)／4×5=2x5；
(6)DataSlie(L，Area)∩M_Uion={Area}；同样，DataSliee(L，Volume)∩M_Uion={Volume}，进行势操作后取值均为1。
计算得出Cohesion(M_M)=(1+1)／2x1=1。两个方法之间不存在调用、继承等关系，它们是独立的，所以内聚度为1；DataSlice(L，Area)∩DataSlice(L，Volume)∩M_Uion进行势操作后取值均为1。
计算得出Cohesion(M_V)=1／5。所以Cuboid的内聚度为一个3元组Cohesion(Cuboid)={Cohesion(V_V)，Cohesion(M_M)，Cohesion(M_V)}={2／5，1，1／5}。