江龍強(qiáng)，汪海濤

(1.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動化學(xué)院，云南 昆明 650500；2.昆明理工大學(xué) 云南省計算機(jī)重點實驗室，云南 昆明 650500)

“有效的開發(fā)軟件”和“有效的復(fù)用軟件”一直是軟件工程領(lǐng)域兩個永恒的主題。軟件復(fù)用是提高軟件開發(fā)效率和質(zhì)量的有效途徑，軟件復(fù)用的主要思想是，將軟件看成是由不同功能部分的“組件”所組成的有機(jī)體，每一個組件在設(shè)計編寫時可以被設(shè)計成完成同類工作的通用工具。這樣，如果完成各種工作的組件被建立起來以后，編寫一特定軟件的工作就變成了只是將各種不同組件組織連接起來的簡單問題，這對于軟件產(chǎn)品的最終質(zhì)量和維護(hù)工作都有本質(zhì)性的改變。

構(gòu)件技術(shù)是支持軟件復(fù)用的核心技術(shù)，是近幾年來迅速發(fā)展并受到高度重視的一個學(xué)科分支。它的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)MIS開發(fā)過程的一次變革，是基于面向?qū)ο蟮?、以嵌入后馬上可以“即插即用”概念為中心、通過構(gòu)件的組合來支持應(yīng)用的技術(shù)體系。標(biāo)準(zhǔn)零部件生產(chǎn)業(yè)的獨立存在和發(fā)展是產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的前提。軟件產(chǎn)業(yè)要發(fā)展并形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的生產(chǎn)和構(gòu)件的復(fù)用是關(guān)鍵因素。而軟件復(fù)用模式是產(chǎn)業(yè)工程化、工業(yè)化的必由之路。這正是軟件復(fù)用受到高度重視的根本原因。

1 軟件復(fù)用與軟件構(gòu)件

1.1 軟件復(fù)用的基本概念

軟件復(fù)用是指重復(fù)使用“為了復(fù)用目的而設(shè)計的軟件”的過程[1]。軟件復(fù)用是在軟件開發(fā)中避免重復(fù)勞動的解決方案，它包括對軟件生產(chǎn)過程中其他勞動成果的復(fù)用，如需求分析、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、編碼、測試用例和使用手冊等。

依據(jù)對可復(fù)用信息進(jìn)行復(fù)用的方式，可以將軟件復(fù)用區(qū)分為黑盒(Black-box)復(fù)用和白盒(White-box)復(fù)用。黑盒復(fù)用是指對可復(fù)用構(gòu)件不作任何修改，原封不動地復(fù)用。這類可復(fù)用構(gòu)件比較通用，往往具有很好的封裝性，并具有標(biāo)準(zhǔn)的接口；而且這類構(gòu)件的復(fù)用率較高，因此要求有很高的質(zhì)量和可靠性。白盒復(fù)用是指在復(fù)用一個構(gòu)件時須對其進(jìn)行部分修改，以適應(yīng)具體應(yīng)用的需要。

1.2 實現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素

實現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素如圖1所示，主要包括：軟件構(gòu)件技術(shù)、領(lǐng)域工程、軟件構(gòu)架技術(shù)、軟件再工程、開放系統(tǒng)技術(shù)、軟件過程、CASE技術(shù)，以及各種非技術(shù)因素[2]。

圖1 實現(xiàn)軟件復(fù)用的關(guān)鍵因素

1.3 軟件復(fù)用過程

軟件復(fù)用過程如圖2所示，可分為以下步驟：(1)認(rèn)識到有可能復(fù)用的機(jī)會；(2)分解、抽象；(3)分類并建立復(fù)用構(gòu)件庫；(4)檢索與選擇復(fù)用構(gòu)件；(5)對復(fù)用構(gòu)件具體化；(6)重新組裝成新軟件。

圖2 軟件復(fù)用過程

1.4 構(gòu)件的基本概念

在眾多的軟件復(fù)用開發(fā)方法中，基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法是一條有效、實際的軟件復(fù)用途徑。所謂構(gòu)件是指系統(tǒng)中可以明確辨識的構(gòu)成成份，軟件構(gòu)件是系統(tǒng)中具有一定意義的獨立構(gòu)成成份[3]。

構(gòu)件應(yīng)具備的基本特征：(1)復(fù)用：復(fù)用是構(gòu)件最基本的性質(zhì)，構(gòu)件的設(shè)計必須滿足能在新的應(yīng)用項目中使用；(2)封裝：是對外界隱藏構(gòu)件的設(shè)計和實現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅通過接口與外界交互，可以保證構(gòu)件功能復(fù)用的完整性和構(gòu)件開發(fā)及交互的獨立性；(3)組裝：構(gòu)件可以通過組裝形成新的構(gòu)件或系統(tǒng)，組裝是構(gòu)件復(fù)用的手段；(4)粒度：構(gòu)件是有大小的，與領(lǐng)域相關(guān)的構(gòu)件粒度大；(5)層次：構(gòu)件可以按層次進(jìn)行劃分，企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜邏輯可以通過分層來解決。

2 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)

對于構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)按可復(fù)用的要求進(jìn)行設(shè)計、實現(xiàn)、打包、編寫文檔。構(gòu)件應(yīng)當(dāng)是內(nèi)聚的，并具有相當(dāng)穩(wěn)定的公開的接口。有的構(gòu)件具有廣泛的可復(fù)用性，可復(fù)用到眾多種類的應(yīng)用系統(tǒng)中。而有的構(gòu)件則只能在有限的特定范圍內(nèi)被復(fù)用。

復(fù)用者從軟件體系結(jié)構(gòu)和可復(fù)用構(gòu)件的模型入手，將現(xiàn)成的可復(fù)用資產(chǎn)匯集在一起，以滿足客戶的需求。復(fù)用者應(yīng)當(dāng)利用可復(fù)用資產(chǎn)提供的可變性機(jī)制對所需的構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)化。如果僅利用現(xiàn)有的可復(fù)用構(gòu)件還不足以完全滿足客戶所有的需求，則就需要另外編程。最后，把所需要的構(gòu)件集成在一起，并進(jìn)行測試，形成應(yīng)用系統(tǒng)。

單獨的一個構(gòu)件往往用處不大，但若干個構(gòu)件聯(lián)合起來，用處就大了。所以要將相關(guān)的構(gòu)件組織在一起，形成構(gòu)件系統(tǒng)。實際應(yīng)用中的開發(fā)者往往需要使用多個構(gòu)件系統(tǒng)，因此，應(yīng)當(dāng)把構(gòu)件系統(tǒng)當(dāng)作系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行管理，必要時可自行開發(fā)構(gòu)件系統(tǒng)。一個構(gòu)件系統(tǒng)的規(guī)?？纱罂尚。〉街挥袔讉€構(gòu)件及支持文檔。

應(yīng)用系統(tǒng)要復(fù)用公共的構(gòu)件，要從構(gòu)件系統(tǒng)中挑選所需的可復(fù)用構(gòu)件。構(gòu)件系統(tǒng)中的構(gòu)件之間存在若干種關(guān)系，例如，一個構(gòu)件可從其他構(gòu)件那里繼承其功能(即繼承關(guān)系)，也可以發(fā)送消息給其他構(gòu)件，或者可以與其他構(gòu)件聯(lián)合、支持協(xié)同工作。

總之，一個構(gòu)件系統(tǒng)是能提供一系列具有可復(fù)用特性的系統(tǒng)產(chǎn)品。這些特性被實現(xiàn)為相互依賴相互連接的眾多構(gòu)件，包括眾多的類型、軟件包和文檔。一個好的構(gòu)件系統(tǒng)使得復(fù)用者能夠又快、又好、又省地開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。對構(gòu)件系統(tǒng)中的每個構(gòu)件，都要精心地進(jìn)行設(shè)計和實現(xiàn)，使得它具有適當(dāng)?shù)撵`活性，能夠與其他構(gòu)件(甚至與其他構(gòu)件系統(tǒng))協(xié)同工作，向復(fù)用者提供適當(dāng)層次的功能。構(gòu)件系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是易于理解和易于使用的，每個構(gòu)件類型、類以及與其他構(gòu)件的相互作用，均應(yīng)當(dāng)有良好的文檔，并且所使用的術(shù)語應(yīng)當(dāng)具有一致性，對構(gòu)件應(yīng)當(dāng)是仔細(xì)地進(jìn)行建模、實現(xiàn)、制作文檔、測試，以便于以后的有效維護(hù)和改進(jìn)。

3 軟件復(fù)用技術(shù)在MIS中的應(yīng)用

基于可復(fù)用構(gòu)件MIS的開發(fā)過程如圖3所示，有如下5個步驟：

(1)需求分析

基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS需求分析可以采用改進(jìn)后的信息模型法，在數(shù)據(jù)分析、建立穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集合和邏輯數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，從信息模型、狀態(tài)模型和功能模型中組織構(gòu)件，建立系統(tǒng)模型。更多的是采用OOA，由此提煉的類構(gòu)件對構(gòu)件復(fù)用更有利。要利用在開發(fā)MIS系統(tǒng)之初準(zhǔn)備的構(gòu)件庫，并收集一些已經(jīng)開發(fā)出的MIS的總體設(shè)計、規(guī)范、局部流程以及某些人機(jī)界面、通用功能模塊、簡單開發(fā)工具等。使用戶需求的系統(tǒng)模型盡可能與已經(jīng)收集的可復(fù)用構(gòu)件等成分相聯(lián)系。

(2)系統(tǒng)設(shè)計

圖3 可復(fù)用構(gòu)件MIS的開發(fā)過程

在構(gòu)件復(fù)用情況下，由于代碼被封裝于構(gòu)件之中，所以系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)應(yīng)是可以實現(xiàn)的構(gòu)件表達(dá)式，以支持后續(xù)的實現(xiàn)環(huán)節(jié)。MIS系統(tǒng)設(shè)計在內(nèi)容上包括了數(shù)據(jù)設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計和過程設(shè)計等，在階段劃分上，又可以分為概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。在概要設(shè)計階段，MIS設(shè)計的任務(wù)是確定系統(tǒng)的概況，即把需求轉(zhuǎn)化為概念數(shù)據(jù)模型和軟件體系結(jié)構(gòu)，該階段的工作需要MIS構(gòu)件庫的支持。在詳細(xì)設(shè)計階段，邏輯數(shù)據(jù)模型通過進(jìn)一步細(xì)化轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)模型，如數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。為了使體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)變?yōu)榭赡?，需要將體系結(jié)構(gòu)中的過程構(gòu)件(模塊)定義映射成實際程序構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化表達(dá)式。對相對于構(gòu)件庫無解的模塊需要進(jìn)行原先的過程設(shè)計。至此，需求信息已轉(zhuǎn)換為程序員可以接受的設(shè)計方案。

(3)系統(tǒng)實現(xiàn)

在MIS實現(xiàn)中，首先是數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)，可以通過MIS建模工具自動在DBMS上完成，也可以由用戶利用相應(yīng)工具手工完成。其次是把構(gòu)件表達(dá)式變成程序?qū)崿F(xiàn)，將進(jìn)行過程分析得到的描述信息稱為過程構(gòu)件。對于過程構(gòu)件，可以用某一具體語言加以實現(xiàn)，最好使用對象對其進(jìn)行封裝。對于無需改動的可復(fù)用構(gòu)件，僅需要根據(jù)構(gòu)件索引將其從構(gòu)件庫中提取出來，作為MIS的一個模塊。多數(shù)情況下，需要對提取出的構(gòu)件進(jìn)行改造以適應(yīng)新的應(yīng)用系統(tǒng)。常見的改造形式是修改源程序，還可以通過面向?qū)ο蟮睦^承、重載及動態(tài)編聯(lián)等特性進(jìn)行改造。在一些情況下，還需要組合幾個構(gòu)件形成更大粒度的構(gòu)件以滿足某一特定功能需要。通過以上方法形成各個功能模塊，再將這些模塊通過控制模塊聯(lián)系起來形成應(yīng)用系統(tǒng)雛形。

(4)系統(tǒng)測試

根據(jù)需求分析中提出的功能要求、性能要求等設(shè)計測試用例，對系統(tǒng)進(jìn)行全面測試、驗證、優(yōu)化，形成MIS系統(tǒng)原型，提交給用戶評價。根據(jù)評價意見，返回前面的相關(guān)步驟，進(jìn)行修改。通過復(fù)用上次開發(fā)過程的成果，可以很快形成新的原型，直到需求得到滿足，MIS系統(tǒng)發(fā)布為止。

(5)系統(tǒng)維護(hù)

基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS由于其自身的特點，因此必須重新考慮MIS的維護(hù)問題。一個基于可復(fù)用構(gòu)件的MIS采用的構(gòu)件可以是COTS構(gòu)件、公開構(gòu)件、自由構(gòu)件、共享構(gòu)件等。對構(gòu)件集成者來說，當(dāng)把這些構(gòu)件集成到系統(tǒng)中時，由于缺乏部分或全部源代碼，使得維護(hù)變得十分困難。如果構(gòu)件全部是“黑盒”，其可見部分僅局限于描述構(gòu)件的使用和功能的文檔上，那么這對全部由黑盒構(gòu)成的系統(tǒng)的維護(hù)，又增添了新的難度。對構(gòu)件賣主來說，不能只考慮特定MIS應(yīng)用領(lǐng)域的某一源代碼塊，而應(yīng)維護(hù)被不同用戶所使用的所有代碼。因為每個MIS應(yīng)用可能在需求上有一點差別，修改后的構(gòu)件必須對所有的MIS都適用。

通過對基于構(gòu)件的軟件復(fù)用的研究及其在MIS中的應(yīng)用，可以提高軟件生產(chǎn)和開發(fā)的工業(yè)化水平，大大提高了軟件開發(fā)的效率、質(zhì)量和可維護(hù)性，特別是領(lǐng)域內(nèi)構(gòu)件技術(shù)的應(yīng)用更有價值和應(yīng)用前景。目前正在致力于MIS領(lǐng)域的軟件重用技術(shù)和軟件構(gòu)件技術(shù)的研究，希望通過對這一領(lǐng)域技術(shù)的研究，能夠探索出一條管理信息系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)軟件開發(fā)的低投入、高效率、高質(zhì)量的有效途徑。

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