KABA Refactoring di una gerarchia di classi Università Ca’ Foscari – Venezia Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Informatica Specialistica Analisi e Verifica dei Programmi Prof. Cortesi Agostino KABA Refactoring di una gerarchia di classi Vettorel Roberta - Zanetti Giorgia Mestre (Venezia), 5 Maggio 2005

Contenuti Introduzione Snelting/Tip: un algoritmo per il refactoring KABA System (Class Analysis by Concept Analysis) Extreme Programming: un nuovo metodo di sviluppare software Refactoring Snelting/Tip: un algoritmo per il refactoring Concept Analysis e Concept Lattices Fasi principali e proprietà KABA System Analisi di programmi: statica e dinamica Editor per il refactoring Generazione di nuovo byte code Risultati ottenuti 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 1/37

Introduzione [1] Presentazione di KABA System KABA - KlassenAnalyse mit BegriffsAnalyse – Sistema automatico per il Refactoring di una gerarchia di classi Java (Java Class Hierarchy) rispetto al reale utilizzo di un insieme di specifici programmi (Client Programs). Utilizza per il refactoring l’algoritmo di Snelting/Tip [2000] Applicazione più complessa/potente basata su concept lattices Costituito da 4 componenti: analisi statica, analisi dinamica, editor per il refactoring, tool per la trasformazione del bytecode originario Vari Client accedono a diversi aspetti della gerarchia di classi Tutte le classi contengono solo i metodi e campi che necessitano in base allo specifico funzionamento dei client 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 2/37

Introduzione [2] Extreme Programming (XP) “An “agile” software development methodology characterized by face-to face collaboration between developers and an on-site customer representative, limited documentation of requirements in form of “user stories” and rapid and frequent delivery of small increments of useful functionality.” Cambiamento di mentalità nello sviluppo del software Coniato da Kent Beck nel 1999 in Daimler Chrysle è un nuovo approccio al problema dello sviluppo del software che: Affronta in maniera efficace i rapidi cambiamenti dei requisiti Codice è continuamente rivisto Test sono eseguiti in ogni momento Si lavora a stretto contatto con i membri del team e il committente Metodologia AGILE che non sacrifica la QUALITA’ del prodotto sviluppato e del processo utilizzato C’è una frase tratta dal libro di Kent Beck: “Tutto cambia nel software. I requisiti cambiano. La progettazione cambia. Gli aspetti commerciali cambiano. La tecnologia cambia. I componenti del team cambiano. Il problema non è il cambiamento di per sé perché i cambiamenti avverranno; il problema piuttosto è l’inabilità di far fronte ai cambiamenti quando essi avvengono. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 3/37

Introduzione [3] Che cosa richiede effettivamente XP? Planning game Pianificazione dei rilasci e delle iterazioni dello sviluppo di qualsiasi progetto Software insieme con il cliente. Raccolta ed analisi di User story utili per i test di accettazione. Rilasci piccoli e progettazione Semplice Sistema va in produzione al massimo pochi mesi prima che sia completamente finito. Progettare in ogni momento per la necessità del presente. Programmazione in coppia Una persona scrive il codice e il collega farà lo stesso dal punto di vista strategico. Tutte queste pratiche XP esistevano da prima. XP non ha fatto che metterle assieme!!! Dialogo permanente tra la parte commerciale (decisione della portata,priorità,composizione e scadenze dei rilasci) e la parte tecnica (responsabile della stima del tempo necessario per realizzare le funzionalità e organizzazione del lavoro) USER STORY: simili ai scenari d’usi nel USP. User story sono simili ai scenari d’uso, funzionalità cioè azioni che mi permettono di raggiungere uno scopo o un obiettivo. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 4/37

Introduzione [4] Extreme Programming (XP) Testing Pietra miliare su cui è costruito XP. Qualunque caratteristica di un programma per la quale non c’è un test automatico semplicemente non esiste Scrivere i test ancora prima che la classe sia terminata Utilizzo di framework automatici (es. JUnit) Refactoring Proprietà collettiva del codice Non è un problema grazie all’uso dei test e degli standard di codifica Integrazione continua Ogni poche ore o verso la fine di ogni giorno di programmazione il sistema completo deve essere integrato e verificarne il funzionamento 40 ore alla settimana di lavoro e Cliente sul posto Nessuno è capace di produrre lavoro di qualità in 60 ore alla settimana e almeno un cliente reale dovrebbe essere permanente disponibile al gruppo di progetto per rispondere a qualunque domanda dei programmatori Lasciare il codice esistente nel più semplice stato possibile Tutte queste pratiche XP esistevano da prima. XP non ha fatto che metterle assieme!!! Scenario d’uso  funzionalità, compito da portare a termine mediante una serie di azioni. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 5/37

DESIGN: si occupa di come il sistema deve essere strutturato Introduzione [5] Refactoring: un po’ di storia Il refactoring è una pratica che permette di migliorare un sistema software In generale si nota che la cosa più importante in un sistema è il DESIGN ANALISI: che cosa deve fare il sistema DESIGN: si occupa di come il sistema deve essere strutturato Chiari sintomi di cattivo design sono: RIGIDITA’: le varie parti del sistema sono fortemente correlate tra loro FRAGILITA’: effettuare un cambiamento porta alla rottura inattesa di parti non correlate del sistema IMMOBILITA’: non e' possibile estrarre parti, e' difficile riutilizzarne dei moduli Teoricamente le fasi di un processo di sviluppo software (ANALISI, DESIGN, CODIFICA) avvengono in successione. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 6/37

Introduzione [6] Refactoring: la qualità del software Obiettivo primario è produrre codice di qualità Struttura a che serve questa classe? In che relazione è con quest’altra? Robustezza codice che non entra in crisi nel momento in cui viene utilizzato in un contesto differente da quello del collaudo Eleganza stilistica codice deve essere interpretato non solo dalla macchina ma dalle persone che ci lavorano L’assenza di vincoli stretti nella programmazione porta ad una flessibilità che permette un accrescimento delle funzionalità del software anche dopo la sua messa in opera Arrivano nuovi requisiti (“avrei bisogno di….”) Cose a cui non avevate pensato Ritardi nella consegna …nella pratica A furia di revisioni la qualità del codice tende a deteriorare e la struttura diviene più complessa in seguito all’aggiunta di estensioni Si modifica il codice al volo Design decade 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 7/37

Introduzione [7] Il Refactoring come rimedio al caos “ Refactoring is the process of changing a software system in such a way that it does not alter the external behavior of the code yet improves its internal structure. It is a disciplined way to clean up code that minimizes the chances of introducing bugs.” "In essence when you refactor you are improving the design of the code after it has been written." [M.Fowler,”Refactoring”] Insieme di tecniche che permette di invertire il processo entropico che domina la vita di un software Refactoring strutturale è necessario perché si hanno classi troppo generiche (Extract subclass) o troppo specializzate (Collapse Hierarchy). Questo tipo di Refactoring è la colonna portante del metodo di sviluppo software noto con Lightweight Design o Extreme Programming (XP) Il Refactoring è una disciplina tesa a migliorare la qualità del codice già scritto, allo scopo di minimizzare le occasioni di introdurre bugs. E’ un processo di cambiamento su di un sistema software che non altera il comportamento esterno del codice ma si propone di migliorare la struttura interna. Ottimizzazione non sinonimo di velocità. Ciò che si vuole è appunto quella di riportare ordine nella struttura del codice e rafforzare la robustezza. Si vede come un insieme di strategie cosmetiche finalizzate a rendere il codice più chiaro e più facile da interpretare. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 8/37

Algoritmo Snelting/Tip [1] Caratteristiche Generali Obiettivo: Refactoring di una gerarchia di classi Java rispetto ad un insieme di programmi client che la utilizzano Proprietà dell’algoritmo Analisi del reale utilizzo di una gerarchia di classi Algoritmo di refactoring basato sulla Concept Analisys Genera una proposta di refactoring in modo automatico (Concept Lattices) Trasformazione Preserva il comportamento iniziale (semantic-preserving) Trasforma la gerarchia rispetto al reale utilizzo di un insieme dato di client Con numero ristretto di client, specializza il codice Presenta un’ottima soluzione per la distribuzione dei membri alle classi Identifica metodi e campi “morti” Presenta due livelli di granularità: Concept Lattice originario e semplificato (un oggetto può accedere solo ai membri di cui ha bisogno) 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 9/37

Algoritmo Snelting/Tip [2] Concept Analysis: definizione Applicata in psicologia, sociologia, antropologia, medicina, biologia, linguistica, informatica, matematica e ingegneria industriale. Tecnica matematica per identificare insiemi di oggetti che hanno in comune degli attributi (Concept) organizzandoli in un reticolo di concetti (Concept Lattices) Fondata da Birkhoff nel 1940 ed arricchita con Ganter e Wille nel 1982 che la trasformarono in un metodo di data analysis. Applicazioni di software engineering sono: Configuration management G. Snelting. Reengineering of configurations based on mathematical concept analysis. [1996] Debugging G. Ammons, D. Mandelin, R. Bodik, and J. R. Larus. Debugging temporal specifications with concept analysis [2003] Construction of class hierarchies G. Snelting and F. Tip. Understanding class hierarchies using concept analysis [2000] 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 10/37

Algoritmo Snelting/Tip [3] Concept Analysis: formalizzazione Formal Concept Analysis è formata da: Insieme di oggetti Insieme di attributi Relazione o tabella booleana dove (O,A,T) si definisce contesto (context) Per ogni insieme di oggetti si definisce: Per ogni insieme di attributi si definisce: Una coppia (O,A) si definisce concept se : attributi comuni oggetti comuni Ad ogni sottoinsieme di oggetti corrisponde un sottoinsieme di attributi comuni: un attributo appartiene a quell’insieme se e soltanto se fanno riferimenti tutti gli oggetti. Massimo rettangolo (O,A) nella tabella T 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 11/37

Algoritmo Snelting/Tip [4] Concept Analysis: formalizzazione Un concept c1=(O1,A1) è un sub-concept (o è dominato) da un concept c2=(O2,A2) se Birkhoff ha dimostrato che un insieme di concept forma un reticolo di concetti (concept lattice) Teorema fondamentale sui concept lattice [Wille] Ogni reticolo di concetti è completo. Per ogni coppia di elementi (O1,A1) e (O2,A2) è definito un unico estremo inferiore (infimum) e superiore(supremum): Insieme di concept è un insieme parzialmente ordinato Ad ogni sottoinsieme di oggetti corrisponde un sottoinsieme di attributi comuni: un attributo appartiene a quell’insieme se e soltanto se fanno riferimenti tutti gli oggetti.  Estremo inferiore: O1 intersecato O2, A1 unito A2;  attr.comuni  Estremo superiore: O1 unito O2, A1 intersecato A2; GLB or meet LUB or join 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 12/37

Algoritmo Snelting/Tip [5] Concept Analysis: formalizzazione Un elemento del reticolo c=(O,A) ha ext(c)=O e int(c)=A ed è etichettato: Connessione tra tabella e reticolo Un sub-concept contiene meno oggetti e più attributi Un concetto (elemento del reticolo) è etichettato con attributo a se è il più grande concetto con A come intent, mentre è etichettato con O se è il più piccolo concetto che ha O come extent. Lattice element etichettato con a è l’unione di concetti che hanno a come intent, è l’intersezione di concetti che hanno o come extent. Da questo gli attributi di un oggetto o sono quelli che appaiono sopra, mentre tutti gli oggetti sotto a, hanno attributo a. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 13/37

Algoritmo Snelting/Tip [6] Concept Analysis: formalizzazione Esistono differenti viste per poter rappresentare l’informazione: Tabella, Reticolo e Implicazioni Una implicazione A  B può essere tradotta nella tabella copiando l’intersezione delle entry delle possibili colonne in A in tutte le colonne B Per la realizzazione di un reticolo dato un contesto serve: Un algoritmo che calcola tutti i concetti Generalmente un contesto definisce un numero esponenziale di concetti Algoritmo che calcola la struttura fra i vari concetti (realizzazione del reticolo) Soluzione Algoritmo Next Concept o di Ganter 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 14/37

Algoritmo Snelting/Tip [7] Concept Analysis: esempi Tabella Reticolo LUB di tutti gli elementi che hanno far come intent L’elemento far (che come si vede nella tabella rappresenta il max.rettangolo), è l’estremo superiore di tutti gli elementi che hanno far come intent. Come si vede, attributi di oggetti appaiono sopra O, mentre gli oggetti sono sotto gli attributi. Un pianeta che è lontano ha una luna. FarMoon o A planet which far away has a moon Implicazione 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 15/37

Algoritmo Snelting/Tip [8] Concept Analysis: algoritmo di Ganter Migliore algoritmo formulato per la costruzione del concept lattice: Generazione di tutti i possibili concept dato un contesto finito Concept generati in modo incrementale e ordinato Funzione NEIGHBOURS per trovare i concept adiacenti successivi La complessità totale: Lattice ( (G,M,T) ) ::= c (Ø’’,Ø’) //bottom insert (c,L) //L è un albero di ricerca loop foreach x in NEIGHBOURS (c,(G,M,T)) try x  lookup(x,L) with NotFound  insert(x,L) update_lower_x update_upper_c try c  next_concept with NotFound  exit return L update_lower_x //aggiunge il concept c update_upper_c //aggiunge il neighbour x I vicini sono generati aggiungengo al concept c uno alla volta gli oggetti del contesto che non li appartengono. All’inizio tutti gli oggetti potenziali che generano i vari upper sono gli oggetti del contesto esclusi quelli del concept corrente, alla fine si ottiene l’insieme minimale dei neighbour. Al concept c si aggiungono gli oggetti (uno alla volta) che non li appartengono Si trovano gli attributi comuni e tutte gli oggetti che hanno solamente quei attributi Min  contiene gli oggetti che generano gli upper neighbours, all’inizio son tutti e alla fine è il minimo insieme di elementi di oggetti che genera l’insieme completo di upper vicini. Quando un vicino è generato dal numero di elementi G/G solo l’ultimo è considerato come neighbour e perciò sta in MIN. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 16/37

Algoritmo Snelting/Tip [9] Fasi principali Raccolta di accessi ai membri Creazione di una relazione binaria (tabella) tra: Oggetti = variabili attraverso le quali si accede alle classi (riferimenti ad oggetti, oggetti reali creati a run-time, this-pointer o riferimenti a metodi dell’oggetto corrente) Attributi = membri della classe (metodo o campi) Applicazione dei vincoli di tipo Estrazione dal codice di vincoli di tipo per preservare il comportamento Creazione del reticolo di concetti Generazione di un reticolo (struttura gerarchica) equivalente alla relazione binaria rappresentata dalla tabella Semplificazione del reticolo di concetti Trasformazione del reticolo di concetti per renderlo effettivamente usabile 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 17/37

Algoritmo Snelting/Tip [10] Esempio utilizzato in ogni fase dell’algoritmo Class A { int x, y, z; void f() { y = x; } Class B extends A { y++; void g() { x++; f(); void h() { x--; Class Client { public static void main(String[] args) { A a1 = new A(); A a2 = new A(); B b1 = new B(); B b2 = new B(); a1.x = 17; a2.x = 42; if (...) { a2 = b2; } a2.f(); b1.g(); b2.h(); } 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 18/37

Algoritmo Snelting/Tip [11] FASE 1 - Collection of member accesses Si raccolgono le informazioni sugli accessi ai membri delle classi: Per tutti gli oggetti o i riferimenti ad oggetti o, si determina se o effettua un accesso ad un membro (campo o metodo) m della classe C Viene generata una tabella in cui vengono registrate tutte le coppie (o, C.m) Per i metodi esiste la distinzione tra: Definizione o implementazione del metodo (def(C.m)) Dichiarazione o firma del metodo (dcl(C.m)) Può essere fatto staticamente o dinamicamente: la versione statica, più costosa in termini di tempo e spazio, tiene conto di tutti i possibili oggetti a cui può puntare un riferimento a run-time (Analisi PointsTo). Perché è importante THIS? Tipo THIS pointer è determinato dalla classe in cui appare la definizione del metodo. 1.Def  un metodo potrebbe essere chiamato da oggetti 2.This  member possono essere acceduti dal metodo di un oggetto della classe. La definizione deve essere visibile nel momento del run-time affinchè il dynamic dispatch possa essere eseguito correttamente. 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 19/37

Algoritmo Snelting/Tip [12] FASE 1 - Collection of member accesses: un esempio Class A { int x, y, z; void f() { y = x; } Class B extends A { y++; void g() { x++; f(); void h() { x--; Class Client { public static void main(String[] args) { A a1 = new A(); // A1 A a2 = new A(); // A2 B b1 = new B(); // B1 B b2 = new B(); // B2 a1.x = 17; a2.x = 42; if (...) { a2 = b2; } a2.f(); b1.g(); b2.h(); } 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 20/37

Algoritmo Snelting/Tip [13] FASE 2 - Incorporation of Type Constraint Obiettivo: garantire che nella nuova gerarchia (dopo il refactoring) si preservi il comportamento (semantica) …IN JAVA Se C è una classe che implementa una interfaccia I diciamo che C è sottotipo di I Dati due tipi S e T con S<:T, in ogni contesto in cui sia atteso un riferimento di tipo T, possiamo usare (sostituire) un valore di tipo S. (PRINCIPIO DI SOSTITUTIVITA’) Regole di type checking ASSEGNAMENTO  T t=<exp> se exp ha tipo T o S con S<:T Se p è un parametro di tipo T, posso passare parametri di tipo S Se un metodo dichiara T come tipo risultato, può restituire qualunque valore di tipo S<:T Streckenbach and Gregor Snelting – Behaviour preserving refactoring with Kaba 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 21/37

Algoritmo Snelting/Tip [14] FASE 2 - Incorporation of Type Constraint ASSIGNMENT Assegnamento v=w è considerato valido se e solo se type(w)<:type(v). Parametri di una chiamata a procedura, valori di return e puntatori this relativi a metodi (assegnamento implicito) DOMINANCE/HIDE Sono necessari quando un metodo m è definito sia nella classe A che nella sottoclasse B (B<:A). Se uno o più oggetti x accedono sia al metodo in A che in B: def(B.m) < def(A.m) e dcl(B.m)< dcl(A.m). Per tutti i metodi C.m di una gerarchia si richiede che: def(C.m)< dcl(C.m). Vincoli sono descritti da implicazioni e devono essere registrati nella tabella di partenza. Dominance = predominio 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 22/37

Algoritmo Snelting/Tip [15] 2) Incorporation of Type Constraint: un esempio X X X X X X X X X X X X X X X X X X Esempio: def(A.f)dcl(A.f), def(B.f)dcl(B.f), def(B.g)dcl(B.g)m def(B.h)dcl(B.h) dcl(B.f)dcl(A.f) a1A1, a2A2 Si ripetono le operazioni di applicazione dei vincoli sino al raggiungimento del punto fisso 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 23/37

Algoritmo Snelting/Tip [16] FASE 3 - Generation of Concept Lattice Generazione di un reticolo di concetti a partire dalla tabella costruita Utilizzo di metodi della Concept Analysis Caratteristiche del reticolo di concetti Un nuovo tipo (classe) per ogni variabile e una nuova classe “home” per ogni metodo Può essere interpretato in modo naturale come una struttura di ereditarietà Ogni elemento (NODO) rappresenta una classe I campi e i metodi sopra un elemento rappresentano i membri della classe Gli oggetti ed i riferimenti ad oggetti sotto un elemento avranno quella classe come nuovo tipo I campi e i metodi comuni sono collocati nelle super-classi Le interfacce sono individuate dai nodi contenenti solo firme di metodi, ma non definizioni (ereditate) 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 24/37

Algoritmo Snelting/Tip [17] FASE 3 - Generation of Concept Lattice: un esempio Come leggere il reticolo: A1 e a1 utilizzano solo A.x a2 in più chiama a.f() (ha bisogno della dichiarazione di f() essendo un riferimento) B2 accede a tutto quello cui accede b2, e in più chiama B.f(): essendo un oggetto richiede la definizione del metodo  ereditarietà multipla 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 25/37

Algoritmo Snelting/Tip [18] FASE 4 - Lattice Semplification Il reticolo ottenuto deve essere semplificato per poter essere utilizzabile In particolare: Vengono eliminati gli elementi vuoti (classi senza membri) Vengono applicate trasformazioni per unire elementi del reticolo (ad esempio una classe con una sua sottoclasse che non contiene membri) Possono essere applicate trasformazioni per eliminare l’ereditarietà multipla  operazione molto costosa perché richiede continui controlli sulla preservazione della semantica REGOLE DI SEMPLIFICAZIONE Se q è la sola sottoclasse di p e non ci sono istanze a q si unisce q con p Se p è la sola superclasse di q e q non contiene member si fonde p con q Se q eredita da p e p’ e la sola superclasse di p’ è TOP, p’ diventa una sottoclasse di p Se q eredita da p e p’ e quest’ultime non sono in relazione tra loro: r diventa una nuova superclasse per p e r<:p’. Se r è la sola superclasse per p si fonde r con p altrimenti si spostano tutti i member di p in r. Se q eredita da p e p’ (non in relazione) e non ci sono istanze di p, si fonde p con q 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 26/37

Algoritmo Snelting/Tip [19] FASE 4 - Lattice Semplification: un esempio Ad esempio: A.z eliminato perché non è invocato da nessuno A.y non ha istanze ed è sottoclasse di a2  unione dei nodi a2 e A.y B2 e b2 hanno lo stesso membro della classe originale (metodo B.h)  unione di b2 e B2 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 27/37

KABA [1] Caratteristiche generali KABA System (Class Analysis by Concept Analysis) Implementazione dell’algoritmo Snelting/Tip Scritto in Java e analizza bytecode di gerarchie di classi Java Sistema per il refactoring di gerarchie di classi Java È stato testato solo con classi generate da javac, ma dovrebbe funzionare con tutti i compilatori (Java e non) È formato da quattro componenti: L’analisi statica (approccio statico: garantisce la preservazione del comportamento per tutti i client considerati) L’analisi dinamica (approccio dinamico: garantisce la preservazione del comportamento per tutte le esecuzioni dei client dato un insieme di test) L’editor per il refactoring Lo strumento di trasformazione di byte-code (KRS) 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 28/37

KABA [2] Analisi statica Kaba dal bytecode costruisce un control-flow graph (CFG) Java bytecode è stack-oriented, ma l’analisi necessita di tutti i riferimenti alle variabili  si effettua una backward analysis per ricostruire i contenuti Versione che compie un’analisi completa dei puntatori(POINTS-TO) Utilizza il metodo di Andersen Shapiro, M. and Horwitz, S. 1997. Fast and accurate flow-insensitive points-to analysis. Streckenbach, M. and Snelting, G. 2000. Points-to analysis for object-oriented languages. Per ogni riferimento ad oggetto o, si determina l’insieme degli oggetti a cui potrebbe puntare a run-time: pt(o) = {O1, O2, …,On} Se Type(o) = C e vengono acceduti i membri o.m e o.f()  nella tabella vengono aggiunte le entry (o, C.m), (o, dcl(C.f())) Per ogni O di pt(o) (tale che C = StaticLookup(Type(O), f) si aggiunge l’entry (O, def(C.f())) Approssimazione di tipo conservativo  le entry della tabella generata da analisi dinamica sono un sotto-insieme di quelle dell’analisi statica Se in un certo punto del CFG si ha bisogno del tipo della terza entry dalla cima dello stack (top) si esplora all’indietro i percorsi del CFG fino a che non si sono incontrate 3 operazioni di PUSH su ogni backward path. Limitazione: l’analisi di un programma come javac richiede 2 GB di memoria 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 29/37

KABA [3] Analisi dinamica Utilizza JVM Kaffe, il cui interprete byte-code è modificato per tracciare tutti gli accessi ai membri delle classi durante l’esecuzione dei client Analizza gli accessi ai membri delle classi per un dato insieme di esecuzione di programmi (test run) Se un oggetto O accede ai membri m e f()  vengono aggiunte alla tabella le entry (O, C.m) per il campo m, e per il metodo f direttamente (0,def(C.f)) Non vengono generate entry per i riferimenti Ball è stato il primo ad utilizzare il concept lattices per dynamic analysis 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 30/37

KABA [4] Editor Elabora il reticolo di concetti e lo mostra graficamente Membri (campi e metodi) Nome della nuova classe Variabili 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 31/37

KABA [5] Editor Fa vedere le vecchie classi con le relativa modifiche Fa vedere per ogni nuova classe i suoi membri, quelli ereditati e il codice sorgente L’utente può modificare direttamente la gerarchia; le operazioni che si possono effettuare sono: Gli attributi e gli oggetti possono essere mossi con un “copia e incolla” Una classe può essere divisa in due Due classi possono essere unite Possono essere automaticamente marchiate le classi che generano ereditarietà multipla Sono consentite solo le operazioni che non intaccano il comportamento! 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 32/37

KABA [7] KRS Strumento per la trasformazione di byte-code: trasforma la versione originale in una che rispetta la nuova gerarchia Con un decompilatore, si può ottenere il nuovo codice sorgente Java La generazione di codice è compiuta nei seguenti passi: Tutti i campi ed i metodi vengono riordinati secondo la nuova gerarchia di classi Tutti i nomi delle classi vengono sostituiti con i nuovi nomi (e il codice morto viene eliminato) Vengono analizzati ed eventualmente modificati : i tipi delle variabili locali, i parametri dei metodi, i campi, gli operatori istanceof e new, i cast di tipo e i gestori delle eccezioni 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 33/37

KABA [8] Risultati È utile sia per il refactoring automatico che manuale Può essere utilizzato come metrica di design: una gerarchia è stata progettata bene se il refactoring KABA non stravolge la versione originale (es. javac) Utile per scoprire member ridonanti o che possono essere spostati in classi derivate. Limiti: Collo di bottiglia: l’iniziale analisi dei puntatori impiega fino all’80% del tempo totale di analisi La variante statica può gestire fino a 30.000 LOC, mentre la variante dinamica non ha limitazioni Parecchie ore di calcolo per 20.000 LOC su una workstation; con un garbage collector migliore ci si aspetta un tempo ragionevole per 50.000 LOC Non è stata considerata l’idea di raggruppare le classi in package (utili le classi di congruenza e congruenza debole nella Concept Analysis) 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 34/37

KABA [9] Risultati KABA ha un’opzione sperimentale per l’eliminazione del codice morto a priori: Reticolo ridotto Eliminazione di codice morto potenzialmente utile in futuro: scelta contestabile! Scopo per i prossimi due anni: produrre un tool simile per C++ Tecnica che può essere incorporata in un ambiente di sviluppo Java Molti sono stati gli esempi di applicazioni Java in cui è stato utile il refactoring tramite il tool KABA: Jedit (editor di testo), 80 classi e 12.000 LOC JAS (assembler di bytecode), 50 classi 5400 LOC Antlr (generatore di parser): sono stati eseguiti 84 test. I risultati della variante statica sono più grossolani della variante dinamica 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 35/37

Riferimenti [1] A first course in formal concept analysis [1] Mirko Streckenbach, Gregor Snelting (2004) Refactoring Class Hierarchies with KABA [2] Gregor Snelting, Frank Tip Understanding Class Hierarchies using Concept Lattices [3] Gregor Snelting Concept Lattice in Software analysis [4] Karl Erich Wolff (1993) A first course in formal concept analysis [5] Christian Lindig (2002) Fast Concept Analysis [6] Thomas Ball The concept of Dynamic Analysis Tutte queste pratiche XP esistevano da prima. XP non ha fatto che metterle assieme!!! 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 36/37

Riferimenti [2] EXTREME PROGRAMMING F. Acebal, M. Cueva Lovelle Un nuovo metodo di sviluppo software: extreme programming http://www.extremeprogramming.org REFACTORING M.Fowler,K.Beck,J.Brant (1999) Refactoring: Improving the Design of Existing Code http://www.refactoring.com Andrea Gini Refactoring:la qualità del software (www.mokabyte.it) Bruno Bossola (Java Users Group Torino) Introduzione al refactoring Tutte queste pratiche XP esistevano da prima. XP non ha fatto che metterle assieme!!! 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti 37/37

Grazie per l’attenzione Fine Grazie per l’attenzione Tutte queste pratiche XP esistevano da prima. XP non ha fatto che metterle assieme!!! 5 Maggio 2005 Vettorel Roberta - Giorgia Zanetti