rCOS的操作语义及其在程序分析中的应用

摘要

rCOS是A Refinement Calculus for Object Systems（对象系统的精化演算）的简称。它以统一程序设计理论(Unifying Theories of Programming)[3]为基础，是一种面向对象的描述语言，定义了一种用于描述面向对象程序设计结构的形式规范。rCOS具有非常中富的语言特征，包括予类(subtypes)、引用类型(reference type)、可见性(visibility)、继承(inheritance)、多态(polymorphism)、动态绑定(dynamic binding)等。本文采用形式化的方法给出了rCOS的一种结构化操作语义。对于一段rCOS程序，按照操作语义给出的变迁规则模拟执行就能动态的产生对象图，而另一方面静态分析程序段的类声明部分就能得到对应的类图。对象图和类图构成了rCOS程序的抽象模型。
　　 文中给出的操作语义一方面能动态地构建了对象图，同时又能捕获对象之间的关系。这样有助于帮助理解程序的行为，使得在程序分析方面起到了一定的作用，尤其在当前软件工程领域有着广泛应用的设计模式的识别上。文中将设计模式的性质定义为两类：通用属性和用户相关属性。
　　 为了能描述对象图或者类图上对象与对象或者类与类之间的关系，我们定义了一种关系演算，将类之间的关系分为继承和包含，对象之间的关系分为创建、调用和引用。文中选取抽象工厂模式、观察者模式、组成模式等为例，说明该关系演算能刻画设计模式性质。最后，本文给出一种通用的检查算法。在此基础上，又通过实验来说明算法的高效性以及能在程序段中自动判断设计模式是否正确的应用，从而能自动识别程序段中好的模式和坏的模式。