Luận văn thạc sĩ VNU UET phương pháp hình thức trong việc phát triển hệ thống hướng đối tượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ # " Nguyễn Hoàng Hà PHƯƠNG PHÁP HÌNH THỨC TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Công Nghệ Phần Mềm Mã số: 68 40 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Vỵ HÀ NỘI – 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU U Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng I.1.1 Khái niệm I.1.2 Các ưu điểm phương pháp hướng đối tượng I.2 Tiến trình thống .9 I.2.1 Khái niệm tiến trình thống I.2.2 Các đặc trưng tiến trình thống 10 I.2.3 Vòng đời tiến trình thống 14 I.2.4 Một tiến trình tích hợp 16 I.3 Ngơn ngữ hình thức phát triển phần mềm 16 I.3.1 Mục tiêu việc áp dụng phương pháp hình thức 16 I.3.2 Ưu điểm phương pháp hình thức 17 I.3.3 Ngôn ngữ đặc tả hình thức 17 I.4 Mục tiêu nội dung đề tài 18 Chương II: ĐẶC TẢ VÀ LÀM MỊN HỆ THỐNG ĐỐI TƯỢNG VỚI rCOS 19 II.1 rCOS – Một phép làm mịn hệ thống đối tượng 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.1.1 UTP – sở rCOS 19 II.1.2 Đặc tả hệ thống đối tượng rCOS 20 II.1.3 Lý thuyết làm mịn hệ thống đối tượng 24 II.2 Một tiến trình phát triển đặc tả hệ thống hướng đối tượng 29 II.2.1 Tổng quát 29 II.2.2 Các bước tiến trình 31 II.3 Kết chương .40 Chương III: XÂY DỰNG CÔNG CỤ 41 III.1 Đặt vấn đề .41 III.2 Phân tích hệ thống 42 III.2.1 Xác định yêu cầu 42 III.2.2 Phát triển biểu đồ miền lĩnh vực 43 III.2.3 Xây dựng mơ hình ca sử dụng 45 III.2.4 Phát triển biểu đồ lớp khái niệm 47 III.3 Thiết kế hệ thống 48 III.3.1 Biểu đồ lớp thiết kế .48 III.3.2 Biểu diễn thông tin đặc tả hệ thống 50 III.4 Cài đặt thử nghiệm 52 III.4.1 Môi trường công cụ 52 III.4.2 Công cụ FM Tool 53 III.5 Tiến hành case study với FM Tool 56 III.5.1 Khởi tạo hệ thống 56 III.5.2 Bổ sung thuộc tính 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.5.3 Bổ sung phương thức 58 III.5.4 Tổng quát hóa .59 III.5.5 Chuyển đặc tả sang công cụ CASE khác 60 III.6 Hai hướng sử dụng FM Tool 61 III.7 Kết luận chương .63 KẾT LUẬN 64 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 PHỤ LỤC 71 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh CASE Computer DTD Ý nghĩa Aided Software Kỹ nghệ phần mềm trợ Engineering giúp máy tính Document type definition Định nghĩa dạng tài liệu: đặc tả thông tin định dạng tài liệu viết XML MDA Model driven architecture Kiến trúc định huớng mơ hình MOF Meta object facility Cách đặc tả siêu đối tượng OMG Object Management Group Một tổ chức hãng phần mềm phát triển hướng đối tượng OOA Object – Oriented Analysis Phân tích hướng đối tượng OOD Object – Oriented Design Thiết kế hướng đối tượng OOP Object – Oriented Programming Lập trình hướng đối tượng rCOS Relation Calculus of Object Phép làm mịn quan hệ hệ System thống đối tượng RUP Rational Unified Process Tiến trình thống UTP Unified Theory Programming Lý thuyết lập trình thống XMI XML Metadata Interchange Trao đổi siêu liệu XML XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ XML, ngôn ngữ đánh dấu người dùng tự định nghĩa, mở rộng -1- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Tiến trình phát triển phần mềm .9 Hình Ca sử dụng điều khiển hoạt động phát triển 11 Hình Mơ hình hố kiến trúc hệ thống 13 Hình Một vòng đời hệ thống với pha bước lặp 14 Hình Luồng cơng việc pha bước lặp khác 15 Hình Biểu đồ lớp hai khai báo lớp cdelcs1 cdecls2 .28 Hình Ý tưởng cho phương pháp giải vấn đề 30 Hình Quan hệ phụ thuộc A phụ thuộc B qua phương thức 38 Hình Gói mơ tả khái niệm thuộc biểu đồ lớp UML theo OMG 44 Hình 10 Biểu đồ khái niệm miền lĩnh vực 45 Hình 11 Biểu đồ ca sử dụng mức gộp .45 Hình 12 Biểu đồ ca sử dụng quản lý đặc tả hệ thống 46 Hình 13 Biểu đồ ca sử dụng phát triển làm mịn đặc tả hệ thống 47 Hình 14 Biểu đồ lớp khái niệm tổng quát 48 Hình 15 Biểu đồ lớp thiết kế hệ thống 49 Hình 16 So sách cách định nghĩa XML UML OMG 50 Hình 17 Giao diện cơng cụ FM Tool 53 -2- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 18 Sửa đồi đối tượng cách nhấn phải chuột chọn Properties .55 Hình 19 Form sửa đổi thuộc tính lớp 55 Hình 20 Khởi tạo hệ thống cho đặc tả APP0 .57 Hình 21 Mơ hình UML tương ứng với APP1 58 Hình 22 Mơ hình UML tương ứng với APP2 59 Hình 23 Mơ hình UML tương ứng với APP3 60 Hình 24 Đặc tả chuyển sang công cụ Power Designer 61 Hình 25 Biểu đồ hoạt động hai phương án sinh mã nguồn sau có đặc tả hệ thống FM Tool .62 -3- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Ví dụ làm làm mịn khai báo lớp 25 Bảng Ví dụ biến đổi cấu trúc khai báo lớp 27 Bảng Bảng tổng hợp chức công cụ 43 -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Ngày thật có lĩnh vực lại khơng có tham gia phần mềm Sự phát triển nhanh chóng phần cứng gia tăng nhanh nhu cầu sử dụng phần mềm làm cho việc phát triển phần mềm ngày phức tạp Ngoài nhu cầu phát triển hệ thống phần mềm có quy mơ lớn phức tạp u cầu bảo trì hệ thống ngày trở nên khó khăn Thách thức ngành cơng nghiệp phần mềm làm phát triển phần mềm thương mại với chất lượng cao: tin cậy, dễ mở rộng bảo trì, phù hợp với yêu cầu người dùng đồng thời giá thành thời gian phát triển phần mềm phải không vượt mong đợi Trong năm gần đây, công nghệ phần mềm hướng đối tượng công cụ tự động trợ giúp cho trờ thành giải pháp cơng nghệ hữu hiệu cho nghành công nghiệp phần mềm Tiếp cận hướng đối tượng tỏ rõ nhiều ưu điểm so với cách tiếp cận khác trở thành phương pháp phổ biến công nghệ phần mềm Bên cạnh đó, việc áp dụng phương pháp hình thức vào trình phát triển phần mềm từ lâu phương án tốt cho việc phát triển phần mềm, đặc biệt hệ thống đòi hỏi xác cao Phương pháp hình thức với việc sử dụng cơng cụ tốn học làm sở cho việc đặc tả, chứng minh tính xác kiểm chứng hệ thống phần mềm Việc kết hợp hai phương pháp phát triển phần mềm ý tưởng tốt, giúp cho chúng bổ sung cho Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề tác giả giải số khía cạnh vấn đề mặt khác Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ “Phương pháp hình thức việc phát triển hệ thống hướng đối tượng” này, tơi hy vọng đóng nghiên cứu vào xu hướng Bố cục luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận ba chương -5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương I trình bày khái niệm bản, vấn đề liên quan đến phát triển phân mềm hướng đối tượng phương pháp hình thức Chương đề vấn đề nội dung nghiên cứu luận văn Trong chương II, tiến trình phát triển phần mềm tập trung vào khung nhìn biểu đồ lớp đề xuất đặc tả hệ thống, phép biến đổi, luật làm mịn thể chứng minh rCOS Cuối cùng, chương III trình bày nghiên cứu tơi việc xây dựng phần mềm công cụ trợ giúp cho trình phát triển phần mềm hướng đối tượng, sở lý thuyết chương vận dụng từ nghiên cứu chương II Phần kết luận nêu tóm tắt vấn đề trình bày luận văn vấn đề tồn cần tiếp tục nghiên cứu Ngoài phần phụ lục có trình bày nội dung file XML theo chuẩn XMI xuất công cụ xây dựng chương III Bên cạnh đó, luận văn có phần như: danh mục từ viết tắt, danh sách hình vẽ, bảng tài liệu tham khảo để giúp cho người đọc thuận tiện việc tìm hiều nội dung luận văn -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.7 Kết luận chương Việc phát triển công cụ nỗ lực nhằm thực hóa việc phát triển phần mềm hướng đối tượng theo phương pháp hình thức Chúng tơi tiến hành xây dựng cho đời FM Tool – cơng cụ bước đầu sử dụng thực tế với số chức Sử dụng công cụ ta thu đặc tả thiết kế cuối hệ thống đặc tả lớp thiết kế XML Do cách đặc tả hệ thống gần gũi với mô hình lớp thiết kế UML, nên sử dụng cơng cụ có sẵn Rational Rose để chuyển thiết kế sang ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng cách dễ dàng Việc chuyển đổi đặc tả sang công cụ khác thực tự động qua hai bước: xuất đặc tả theo chuẩn XMI file XML sau nhập đặc tả vào công cụ khác từ file xuất FM Tool Tuy nhiên công cụ hỗ trợ phép biến đổi bản, nhiều phép biến đổi phức tạp tinh tế khác chúng tơi chưa đề cập đến như: thực hóa giao diện, phép biến đổi phương thức,… Trong tương lai tiếp tục nghiên cứu xây dựng thuật toán khác xây dựng bổ sung chúng vào cơng cụ Chúng tơi tích hợp chức sinh mã lập trình mơ hình thiết kế cuối để giúp người sử dụng tự động hóa việc sinh khung mã chương trình ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng đại Java, C# -63- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Tiếp cận hướng đối tượng phương pháp phát triển phần mềm mạng lại nhiều ưu điểm lớn ngày trở nên phổ biến Tiến trình phát triển phần mềm hướng đối tượng phổ biến RUP, tiến trình này, UML sử dụng để đặc tả, làm trực quan làm tài liệu cho sản phẩm (hay gọi chế tác) bước khác tiến trình Tuy nhiên RUP gặp phải số khó khăn có việc phải đảm báo tính qn ngang dọc mơ hình phát triển Một tiến trình dựa RUP tập trung vào khung nhìn lớp giải khó khăn Trong tiến trình sau khởi tạo đặc tả hệ thống với lớp khái niệm, thực làm mịn mơ hình qua phép biến đổi đắn để thu hệ thống cuối Để mơ hình hóa đặc tả hệ thống phép biến đổi làm sở cho chứng minh tốn học chặt chẽ xác cần áp dụng phương pháp hình thức vào việc chứng minh lý thuyết hệ thống Trong luận văn này, rCOS phương pháp hình thức dựa đại số quan hệ UTP sử dụng để đặc tả kiểm chứng phép biến đổi hệ thống Những kết luận văn bao gồm: - Nghiên cứu phương pháp phát triển phần mềm hướng đối tượng phương pháp hình thức phát triển phần mềm mối quan hệ chúng - Nghiên cứu mô hình quan hệ hệ thống hướng đối tượng rCOS để đưa luật thuật toán thêm mối quan hệ vào đặc tả hệ thống hướng đối tượng -64- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Phát triển cơng cụ trợ giúp cho q trình phát triển phần mềm hướng đối tượng tập trung vào khung nhìn biểu đồ lớp Các sở lý thuyết thao tác kiểm chứng công cụ kết nghiên cứu tác giả trước thuật toán thêm mối quan hệ luận văn Hiện công cụ thực thao tác sau: thao tác với lớp (thêm xóa lớp, sửa đổi tên lớp), thêm, xóa, sửa thuộc tính phương thức lớp, thao tác với quan hệ lớp (kế thừa, phụ thuộc, liên kết, kết tập, cấu thành) Mỗi thao tác cơng cụ kiểm tra tính đắn ràng buộc trình bày phần lý thuyết phép biến đổi (phần II.2.2) Ngồi cơng cụ cịn có chức xuất đặc tả hệ thống file XML theo chuẩn XMI để trao đổi tương tác với cơng cụ CASE khác Chức tạo sở để sử dụng cơng cụ sẵn có dịch đặc tả sang mã nguồn Do hạn chế thời gian điều kiện nghiên cứu nên luận văn dừng lại mức nghiên cứu đưa chứng minh số phép biến đổi bản, nhiều phép biến đổi phức tạp cần tiếp tục nghiên cứu chứng minh Hướng nghiên cứu đề tài là: - Bổ sung thêm thuật toán làm mịn, đặc biệt thao tác phức tạp liên quan đến đa thừa kế, gói mơ hình để hồn thiện quy trình phát triển hệ thống hướng đối tượng cho đa số lớp tốn gặp phải - Hồn thiện công cụ với thao tác mô tả thuật toán bổ sung, thêm chức dịch xi dịch ngược mơ hình sang mã nguồn, nhập (import) file XMI từ công cụ khác để kiểm chứng tính đắn đặc tả hệ thống tính hợp lệ phép biến đổi bước làm mịn -65- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ [CT1] Nguyễn Hoàng Hà, Nguyễn Văn Vỵ (2007), Xây dựng cơng cụ trợ giúp đặc tả hình thức hóa hệ thống phần mềm hướng đối tượng, Báo cáo hội thảo quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin 2007”, Đại Lải – Vĩnh Phúc 9/2007 [CT2] Nguyen Hoang Ha, Nguyen Viet Ha, Truong Ninh Thuan and Tran Thi Mai Thuong (2007), Verifying the compatibility of Components’ Ports upon specification, Japan–Vietnam workshop on Software Engineering 2007, Hanoi -66- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Văn Đức, Nguyễn Mạnh Đức, Nguyễn Văn Vỵ (2006), Phương pháp hình thức phát triển hệ thống hướng đối tượng dựa quan hệ đại số, Báo cáo hội thảo quốc gia: “Một số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin truyền thông”, Đà Lạt [2] Đặng Văn Đức (2002), Phân tích thiết kế hệ thống hướng đối tượng UML, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội [3] Nguyễn Mạnh Đức (2007), Ứng dụng phân tích thiết kế hướng đối tượng vào xây dựng hệ thống thông tin phức tạp Luận án tiến sỹ, viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội [4] Nguyễn Hồng Hà, Nguyễn Văn Vỵ (2007), Xây dựng cơng cụ trợ giúp đặc tả hình thức hóa hệ thống phần mềm hướng đối tượng, Báo cáo hội thảo quốc gia: “Một số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin truyền thông 2007”, Đại Lải - Vĩnh Phúc [5] Nguyễn Văn Vỵ (2002), Phân tích thiết kế hệ thống thông tin đại Hướng cấu trúc hướng đối tượng, NXB Thống kê, Hà Nội [6] Nguyễn Văn Vỵ (2004), Bài giảng “Phân tích thiết kế hệ thống phần mềm theo hướng đối tượng”, Trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội -67- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tiếng Anh [7] P Andre, A Romanczuk, J.C Royer and A Vasconcelos (2000), Checking the consistency of UML class diagrams using Larch Prove In Proc ROOM’2000, York, UK [8] Booch, G., Rumbaugh, J and Jacobson (1999), The Unified Modeling Language User Guide, Addison-Wesley [9] Zhengbang Chen, Abel Hakim Hannousse and some fellow-workers at UNU/IIST (2007), Modelling with Relation Calculus of Object and Component System – rCOS, Technical report UNU/IIST No.328, UNU/IIST: International Institute for software technology, the United Nations University, Macau, Septermber 2007 [10] Martin Fowler (2000), Refactoring, improving the design of existing code, Addison-Wesley [11] Erich Gamma, Richard Helm, Jalph Johnson and John Vlissides (1998), Design patterns: Elements of reusable object-oriented software, Addison Wesley [12] Jifeng He, Li Xiaohan and Zhiming Liu (May 2002), Towards a Refinenment Calculus for Object System, Technical report UNU/IIST No.251, UNU/IIST: International Institute for software technology, the United Nations University, Macau, May 2002 [13] Jifeng He, Li Xiaohan Zhiming Liu and Jing Liu (2003), Unifying Views of UML, Technical report UNU/IIST No.288, UNU/IIST: International Institute for software technology, the United Nations University, Macau, October 2003 [14] Jifeng He, Li Xiaohan, Zhiming Liu and S.Qin (2004), A relational model for object-oriented designs In Pro APLA’2004 LNCS 3302, Taiwan, Springer [15] J He, X Li and Z Liu (2006), rCOS: A Refinement Calculus of Object System Theoretical Computer Science, 365(1-2):109-142 -68- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [16] C.A.R Hoare and He Jifeng (1998), Unifying Theories of Programming, Prentice Hall [17] IBM Corp (2007), Rational Rose website http://www.306.ibm.com/software/rational/ [18] Ivar Jacobson, Gray Booch and James Rumbaugh (2000), The Unified Software Development Process, Addision-Wesley [19] Ivar Jacobson, Magnus Christerson, Patrick Jonsson, Gunnar Overgaard (2000), Object-Oriented Software Engineering, Use case Drive Approach, ISBN 0-210-54435-0, Addision-Wesley [20] Joshua Kerievsky (2004), Refactoring to patterns, Addison-Wesley [21] P Kuchten(2000), The Rational Unified Process – An Introduction, AddisonWesley [22] Graig Larman (2001), Applying UML and patterns, Prentice-Hall International [23] Quan Long, He Jifeng, Zhiming Liu (2005), Refactoring and pattern-directed refactoring: A formal perspective, Technical report UNU/IIST No.318, UNU/IIST: International Institute for software technology, the United Nations University, Macau, January 2005 [24] Microsoft Corp (2005) MSDN Library 2005 DVD [25] OMG (2005), MOF 2.0/XMI Mapping Specification, v2.1 [26] OMG (February 2007), Unified Modeling Language: Superstructure, version 2.1.1 [27] OMG (2007), UML 2.1.1 Infrastructure Specification [28] Roger S.Pressman (2001), Software Engineering, a Practitioner’s Approach 5th Edition, McGraw Hill [29] Steve Schneider (2001), The B-Method: An Introduction, ISBN 0-333-79284X, Palgrave New York -69- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [30] Ian Sommerville (2004), Software Engineering 7th Edition, ISBN 0-32121062-3, Addison-Wasley [31] Truong Ninh Thuan (2006), Introduction to Formal Method, Slides of Formal methods Curriculum, College of technology – VNU, Hanoi -70- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC Nội dung file XML theo chuẩn XMI phần III.5.3 Cấu trúc FM tool - Nguyen Hoang Ha 1.0 -71- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mô tả lớp Person -72- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mô tả lớp Student -73- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mô tả lớp Teacher -74- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mô tả lớp Seminar -75- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần mô tả mối quan hệ lớp -76- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Splitter A watermark is added at the end of each output PDF file To remove the watermark, you need to purchase the software from http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-splitter.html LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Trong khn khổ luận văn thạc sỹ ? ?Phương pháp hình thức việc phát triển hệ thống hướng đối tượng? ?? này, tơi hy vọng đóng nghiên cứu vào xu hướng Bố cục luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận ba chương... phần mềm phương pháp hình thức kỹ thuật dựa toán học để đặc tả, phát triển kiểm chứng hệ thống Phương pháp hình thức bao gồm ngơn ngữ đặc tả hình thức lập luận hình thức [31] I.3.1 Mục tiêu việc. .. chuyển đặc tả hệ thống đối tượng từ thiết kế thành chương trình mã máy công cụ ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng I.1.2 Các ưu điểm phương pháp hướng đối tượng Các phương pháp hướng đối tượng nói chung