La comprensión de programas es una disciplina de la Ingeniería de Software cuyo objetivo es proveer Modelos, Métodos, Técnicas y Herramientas con el propósito de facilitar el estudio y entendimiento de los sistemas de software.
Uno de los desafíos más importantes en el contexto de Comprensión de Programas consiste en Relacionar el Dominio del Problema con el Dominio del Programa. El primero hace referencia a la salida del sistema. El segundo a las componentes de software utilizadas para producir dicha salida.
Una manera de construir esta relación consiste en defínir una representación para cada dominio y luego establecer un procedimiento de vinculación entre ambas representaciones.
En este artículo se presenta una l  nea de investigación que estudia diferentes formas de representar el Dominio del Programa. Esta línea de investigación intenta hacer énfasis en aquellas representaciones que faciliten la vinculación con representaciones del Dominio de Problema.Eje: Ingeniería de softwareRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Baigorria, Lorena

Berón, Mario

Henriques, Pedro Rangel

Matkovic, María

Pereira, María J.

SEDICI - Repositorio de la UNLP

Spanish

Construcción de representaciones innovadoras del dominio del programa para facilitar la comprensión de programas

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

Construccio´n de Representaciones Innovadoras del Dominio delPrograma para Facilitar la Comprensio´n de ProgramasMaria Matkovic, Mario Bero´n, Lorena BaigorriaFacultad de Ciencias F´ısico Matema´ticas y Naturales - Universidad Nacional de San LuisEje´rcito de los Andes 950 - San Luis- Argentinaemail: mariitamatkovic@gmail.com, {mberon,flbaigor}@unsl.edu.arPedro Rangel HenriquesDepartamento de Informa´tica - Universidade do MinhoBraga-Portugalemail: pedrorangelhenriques@gmail.comMaria J. PereiraDepartamento de Informa´tica - Instituto Polite´cnico de Braganc¸aBraganc¸a - Portugalemail: mjoao@ipb.ptResumenLa comprensio´n de programas es una disciplinade la Ingenier´ıa de Software cuyo objetivo esproveer Modelos, Me´todos, Te´cnicas y Herra-mientas con el propo´sito de facilitar el estudio yentendimiento de los sistemas de software.Uno de los desaf´ıos ma´s importantes en elcontexto de Comprensio´n de Programas consisteen Relacionar el Dominio del Problema con el Do-minio del Programa. El primero hace referencia ala salida del sistema. El segundo a las componentesde software utilizadas para producir dicha salida.Una manera de construir esta relacio´n consiste endefinir una representacio´n para cada dominio yluego establecer un procedimiento de vinculacio´nentre ambas representaciones.En este art´ıculo se presenta una l´ınea deinvestigacio´n que estudia diferentes formas derepresentar el Dominio del Programa. Esta l´ıneade investigacio´n intenta hacer e´nfasis en aquellasrepresentaciones que faciliten la vinculacio´n conrepresentaciones del Dominio de Problema.Palabras clave: Comprensio´n de Programas, Do-minio del Problema, Dominio del Programa, Onto-log´ıa.1. ContextoLa l´ınea de investigacio´n descripta en este Art´ıcu-lo se encuentra enmarcada en el contexto del pro-yecto: Ingenier´ıa del Software: Conceptos Me´todosTe´cnicas y Herramientas en un Contexto de Inge-nier´ıa de Software en Evolucio´n de la UniversidadNacional de San Luis. Dicho proyecto, es recono-cido por el programa de incentivos y es la conti-nuacio´n de diferentes proyectos de investigacio´n degran e´xito a nivel nacional e internacional. Tambie´nforma parte del proyecto bilateral entre la Universi-dade do Minho (Portugal) y la Universidad Nacio-nal de San Luis (Argentina) denominado Quixote:Desarrollo de Modelos del Dominio del Problemapara Inter-relacionar las Vistas Comportamental yOperacional de Sistemas de Software. Quixote fueaprobado por el Ministerio de Ciencia, Tecnolog´ıae Innovacio´n Productiva de la Nacio´n (MinCyT) yWICC 2012 5922012 XIV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computaciónla Fundac¸a˜o para a Cieˆncia e Tecnolog´ıa (FCT) dePortugal. Ambos entes soportan econo´micamente larealizacio´n de diferentes misiones de investigacio´ndesde Argentina a Portugal y viceversa.2. Introduccio´nLa Comprensio´n de Programas es una discipli-na de Ingenier´ıa de Software cuyo objetivo es crearModelos, Me´todos, Te´cnicas y Herramientas, basa-da en un proceso de aprendizaje y en un proceso deingenier´ıa, para ayudar a los ingenieros a obtenerun conocimiento ma´s profundo sobre los sistemasde software [16, 15, 13].La comprensio´n de programas consiste en la ha-bilidad de entender varias unidades o mo´dulos deco´digo escritos en un lenguaje de programacio´n dealto nivel, que integran una aplicacio´n informa´tica.La comprensio´n de programas esta´ profundamen-te ligada a la Ingenier´ıa del Software y se necesitapara la reutilizacio´n, inspeccio´n, manutencio´n, re-ingenier´ıa, migracio´n y extensio´n de los sistemas desoftware existentes [5, 12, 7].Comprender un sistema de software implica cons-truir un mapeo entre las operaciones internas querealiza el programa y los efectos producidos por esasoperaciones en el Dominio del Problema.La creacio´n de este tipo de mapeo requiere de la:i) Definicio´n de una representacio´n del Dominio delProblema; ii) La definicio´n de una representacio´ndel Dominio del Programa y iii) La elaboracio´n deun procedimiento de vinculacio´n entre ambas repre-sentaciones.La realizacio´n de los pasos previamente mencio-nados requiere de la recuperacio´n de informacio´ndesde el sistema y de otras fuentes tales como do-cumentacio´n, entrevistas, etc. Actualmente existendiferentes estrategias de recuperacio´n de informa-cio´n dependiendo de la clase de informacio´n que sedesee extraer. Si se pretende recuperar informacio´nrelacionada con el co´digo fuente del sistema enton-ces las te´cnicas de compilacio´n tradicionales son lasma´s apropiadas para realizar dicha actividad [5, 1].Si se busca conocer el comportamiento del siste-ma en tiempo de ejecucio´n las estrategias de ana´lisisdina´mico son las ma´s adecuadas [14, 2, 4, 11].Finalmente, si se desea extraer informacio´n desdeotras fuentes textuales se pueden utilizar Te´cnicasde Procesamiento de Lenguaje Natural.La l´ınea de investigacio´n presentada en esteart´ıculo se centra en el estudio y la creacio´n de re-presentaciones innovadoras del Dominio del Progra-ma. Esta tarea tiene como principal objetivo pro-veer representaciones u´tiles que faciliten la elabo-racio´n de procedimientos que permitan vincular elDominio del Problema con el Dominio del Progra-ma.3. L´ınea de investigacio´n ydesarrolloLa l´ınea de investigacio´n descripta en esta seccio´nse basa en el estudio y creacio´n de representacio-nes del Dominio del Programa. Actualmente existenmuchas formas de representar el Dominio del Pro-blema dependiendo del tipo de informacio´n que sedisponga. De esta manera, si la informacio´n que seutiliza es esta´tica, es decir la misma es recuperadadesde el co´digo fuente, muchas representaciones delprograma pueden ser creadas. Ejemplos de este tipode representaciones son: Grafo de Funciones, Grafode Comunicacio´n de Mo´dulos, Grafo de Tipos, Gra-fo de Dependencias del Sistema, etc [8, 9]. Por otraparte, si la informacio´n disponible se correspondecon el comportamiento del sistema en ejecucio´n otraclase de representaciones pueden ser elaboradas. Al-gunos ejemplos de ellas son: A´rbol de Ejecucio´n deFunciones, Lista de Funciones Usadas en Tiempode Ejecucio´n, Grafo Dina´mico de Llamadas a Fun-ciones, etc [14, 3]. Tambie´n se han podido observaren la literatura la existencia de representaciones delDominio del Programa que usan informacio´n esta´ti-ca y dina´mica. Este tipo de representaciones sonreferenciadas en la jerga de Ingenier´ıa de Softwarecon el nombre de Representaciones del Dominio delPrograma Mixtas. El disen˜o de la representacionesdel Dominio del Programa implica el estudio y crea-cio´n de estrategias de extraccio´n de la informacio´n.De hecho, no es posible construir una representacio´ndel programa si no se dispone de un mecanismo pararecuperar la informacio´n necesaria. Por esta razo´n,el estudio de este tipo de te´cnicas tambie´n formaparte de esta l´ınea de investigacio´n. En este con-texto, la informacio´n esta´tica se extrae a trave´s dela utilizacio´n de te´cnicas de compilacio´n tradicio-nales. Por te´cnicas de compilacio´n tradicionales seentiende, la utilizacio´n de definiciones o traduccio-nes dirigidas por la sintaxis para la extraccio´n deWICC 2012 5932012 XIV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computaciónla informacio´n requerida. Si la informacio´n que sedesea extraer es dina´mica, entonces se deben uti-lizar te´cnicas de instrumentacio´n de co´digo sea anivel del lenguaje de programacio´n o bien a nivellenguaje de ma´quina. La instrumentacio´n de co´di-go consiste en la insercio´n de sentencias en lugaresestrate´gicos del sistema de estudio con el propo´sitode extraer informacio´n acerca del comportamientodel sistema en tiempo de ejecucio´n. Es importan-te remarcar que las sentencias insertadas no debencambiar la sema´ntica del programa [6, 10].Por u´ltimo y para finalizar esta breve descripcio´nde la l´ınea de investigacio´n, es importante mencio-nar que es muy u´til combinar ambas clases de in-formacio´n para construir representaciones ma´s ro-bustas del Dominio del Programa.4. ResultadosEn esta seccio´n se describen los resultados alcan-zados a trave´s de esta investigacio´n. Los mismosesta´n relacionados con la construccio´n de represen-taciones del programa usando ontologias. Este tipode representaciones son muy interesantes e innova-doras porque permiten vincular los elementos delprograma a los del lenguaje de programacio´n. Es-ta caracter´ıstica, posibilita obtener una descripcio´nma´s detallada y con ma´s sema´ntica de las compo-nentes del programa porque en este tipo de onto-log´ıa se vinculan los conceptos del lenguaje de pro-gramacio´n y del programa en s´ı. Esta caracter´ısti-ca, permite que el usuario pueda navegar entre losconceptos y obtener explicaciones ma´s espec´ıficasacerca de las componentes del programa.La tarea de representar programas empleando on-tolog´ıas se subdividio´ en tareas parciales que abor-dan tema´ticas tales como: la seleccio´n de una con-ceptualizacio´n de ontolog´ıa, el ana´lisis de las herra-mientas de especificacio´n de ontolog´ıas y el desarro-llo de una ontolog´ıa para el lenguaje Java.4.1. Concepcio´n de Ontolog´ıaSe puede decir que no existe una sola definicio´nde Ontolog´ıa; sin embargo, la ma´s aceptada es laestablecida por Gruber, y difundida por Stuer y co-legas:“. . . una especificacio´n explicita y formal de unaconceptualizacio´n compartida”Especificacio´n explicita implica que una ontolog´ıase refiere a un dominio particular, por medio dela explicitacio´n de conceptos, propiedades, valores,relaciones, funciones, etc.Formal cualquier representacio´n debe expresarseen una ontolog´ıa mediante una expresio´n formal,siempre igual, que pueda ser le´ıda o reutilizada porcualquier persona o ma´quina, con independencia dellugar, de la plataforma o idioma del sistema que louse.Por Conceptualizacio´n se interpreta que la onto-log´ıa desarrolla un modelo,construido por concep-tos, abstracto del dominio que representa atributos,valores y relaciones.La palabra Compartida significa que la ontolog´ıaha sido aceptada por todos sus usuarios. No obstan-te, es pra´cticamente imposible, que todas las per-sonas pertenecientes a un campo espec´ıfico, acuer-den totalmente. Por tal motivo, se desarrollan on-tolog´ıas que se refieren a dominios espec´ıficos y aco-tados.4.2. Editores de Ontolog´ıasExisten numerosos editores para la creacio´n deontolog´ıas. Esto se debe a que los lenguajes paraespecificar Ontolog´ıas son muy complicados y pro-penso cometer errores cuando se trabaja directa-mente con ellos.Los editores analizados hasta el momento son lossiguientes:LinkFactory: Es un editor que se puede utilizartanto para construir ontolog´ıas sencillas, comoontolog´ıas muy grandes y complejas. El siste-ma LinkFactory posee dos componentes muyimportantes: i) El LinkFactory Server (actu´ade servidor) y ii) El LinkFactory Workbench(esta´ en el lado del cliente). Los dos compo-nentes esta´n desarrollados en Java.OILEd: Es un editor gra´fico de Ontolog´ıas. Unacaracter´ıstica importante de Oiled es que pro-porciona un razonador conocido como “FaCT”que se utiliza principalmente para comprobarsi una ontolog´ıa es consistente o no.OntoEdit: Es un editor gra´fico de ontolog´ıas. Aligual que los anteriores permite representaro definir una ontolog´ıa gra´ficamente. La granventaja de e´sta herramienta es que adema´s deWICC 2012 5942012 XIV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computaciónposibilitar editar ontolog´ıas permite almace-narlas en una base de datos relacional.Protege´: Es uno de los editores ma´s utilizados porlos investigadores. Su principal ventaja consisteen la posibilidad de an˜adir mo´dulos y plug-inspara aumentar su funcionalidad.Luego de la realizacio´n de pequen˜os ejemploscon las herramientas mencionadas previamente, seopto´ por especificar las ontologias con Prote´ge´. Es-to se debe a que es una herramienta que posibi-lita la descripcio´n de clases, propiedades e instan-cias de una forma simple y pra´ctica. Adema´s proveeotras facilidades como por ejemplo: tiene un enri-quecido conjunto de operadores and (interseccio´n ),or (unio´n) y not(negacio´n). Se basa en un modelolo´gico. Este modelo lo´gico permite definir concep-tos complejos relacionando conceptos ma´s simplesmediante estos operadores. Esta sema´ntica formalpermite el uso de un razonador para derivar susconsecuencias lo´gicas, es decir hechos que no esta´nliteralmente presentes en la ontolog´ıa, pero esta´nimplicados por la sema´ntica. Entre los principalesservicios ofrecidos por un razonador se encuentran:i) Verificar si una clase es subclase de otra clase, yii) Chequear la consistencia de la ontolog´ıa.4.3. Definicio´n de una Ontolog´ıa delDominio del Lenguaje de Pro-gramacio´n JavaLa aproximacio´n utilizada para representar el Do-minio del Programa mediante ontolg´ıas consta dedos pasos. El primero consiste en la definicio´n laOntolog´ıa del Lenguaje de Programacio´n, esta onto-logia expresa los conceptos del lenguaje, las relacio-nes existentes entre ellos y un conjunto de axiomasque tienen como objetivo eliminar ambigu¨edades einconsistencias. El segundo paso se relaciona con laaplicacio´n de un proceso que permite decorar la On-tolog´ıa del Lenguaje de Programacio´n con elementosdel programa que se esta´ analizando. Por ejemplo,el concepto de Clase pertenece a la Ontolog´ıa delLenguaje de Programacio´n, si el programa bajo es-tudio contiene una clase C esta puede ser an˜adi-da a la ontologia de lenguaje como una instanciade Clase. As´ı, la ontolog´ıa que surge de incorporarinstancias a la ontologia del lenguaje se denominaOntolog´ıa del Programa. Es importante mencionarque esta ontolog´ıa, a diferencia de la Ontolog´ıa delLenguaje de Programacio´n, se puede crear de formaautoma´tica utilizando te´ncnicas de compilacio´n.El lenguaje que se utilizo´ para construir las on-tologias mencionadas en el pa´rrafo precedente es ellenguaje Java. Dicho lenguaje fue seleccionado por-que es ampliamente usado tanto para el desarrollode aplicaciones cient´ıficas y comerciales, las cualesesta´n, en muchas ocasiones, sujetas a tareas de man-tenimiento y evolucio´n.Actualmente, el desarrollo de la ontolog´ıa del len-guaje de programacio´n esta´ en un estado inicial.Entre los conceptos del lenguaje Java que se ha es-pecificado se encuentran los siguientes: Clase, Cla-se Comu´n, Clase Abstracta, Clase Final, Me´todo,Constructor, Me´todo de Clase, Me´todo Final.A modo de ejemplo, se muestra la especificacio´nde un concepto, los restantes siguen la misma apro-ximacio´n.Concepto: ClaseDefinicio´n: Una clase es un molde para la cons-truccio´n de objetos. Cualquier objeto que se cons-truya a partir de la clase tiene el mismo comporta-miento y la misma estructura.Relaciones:Una Clase tiene cero o ma´s Me´todos.Axiomas:Una Clase se puede extender a so´lo una Clase.Una Clase no puede tener modificador static.Una Clase tiene al menos un constructor.La clase Clase es disjunta de la clase Me´todo.Comentario: Que una Clase sea disjunta de Me´to-do significa que ninguna instancia de Me´todo puedeser una instancia de Clase y viceversa. Los axiomasde este tipo son requeridos por las herramientas deespecificacio´n de ontologias para el funcionamientoapropiado de los razonadores. Un razonador es unmo´dulo de software que utiliza un conjunto de reglasde inferencia que permiten detectar clases impl´ıci-tas. Adema´s, este mo´dulo realiza chequeos de con-sistencia.Ejemplos: Persona, Animal, Alumno, Docente.WICC 2012 5952012 XIV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación5. Formacio´n de Recursos Hu-manosLas tareas realizadas en presente l´ınea de investi-gacio´n esta´n siendo realizadas como parte del desa-rrollo de tesis para optar por el grado de Licenciadoen Ciencias de la Computacio´n. Se espera a cortoplazo poder definir, a partir de los resultados obte-nidos en las tesis de licenciatura en curso, tesis demaestr´ıa o bien de doctorado, como as´ı tambie´n tra-bajos de Especializacio´n en Ingenier´ıa de Software.Es importante mencionar que tanto el equipo argen-tino como el portugue´s se encuentran dedicados ala captura de alumnos de grado y posgrado para larealizacio´n de estudios de investigacio´n relacionadoscon las tema´ticas presentadas en este art´ıculo. Di-chos estudios pretenden fortalecer la relacio´n entrela Universidad Nacional de San Luis y la Universi-dade do Minho.Referencias[1] A. V. Aho, R. Sethi, and J. D. Ullman. Com-pilers Principles, Techniques and Tools. 1986.[2] C. Bennet, D. Myers, M. A Storey, and D. Ger-man. Working with Monster Traces: Buil-ding a Scalable, Usable Sequence Viewer. Pro-gram Comprehension through Dynamic Analy-sis, 1:1–5, 2007.[3] M. Bero´n, P. Henriques, M. Pereira, andR. Uzal. Static and Dynamic Strategies to Un-derstand C Programs by Code Annotation. Eu-ropean Joint Conference on Theory and Prac-tice of Software - Satellite Event - Open Cert.[4] B. Cornelissen and Leon Moonen. Visuali-zing Similarities in Execution Traces. Pro-gram Comprehension through Dynamic Analy-sis, 1:6–10, 2007.[5] T. Eisenbarth, R. Koschke, and D. Simon. Ai-ding program comprehension by static and dy-namic feature analysis. In ICSM’01: Procee-dings of the IEEE International Conference onSoftware Maintenance (ICSM’01), page 602,Washington, DC, USA, 2001.[6] D.W. Embley. Toward semantic understan-ding: an approach based on information ex-traction ontologies. Proceedings of the fifteenthconference on Australasian database-Volume27, pages 3–12, 2004.[7] S. Fleming, E. Kraemer, R. Stirewalt, L. Di-llon, and S. Xie. Refining Existing Theories ofProgram Comprehension During Maintenancefor Concurrent Software. International Confe-rence on Program Comprehension (ICPC08).[8] J. Gross and J. Yellen. Graph Theory and ItsApplications. CRC Pres, 1999.[9] Quante J. Does Dynamic Object ProcessGraph Support Program Understanding? - AControlled Experiment. International Confe-rence on Program Comprehension (ICPC08),pages 73–82, 2008.[10] A. Kuhn, O. Greevy, and T. Girba. ApplyingSemantic Analysis to Feature Execution Tra-ces. Program Comprehension through DynamicAnalysis, 1:48–53, 2005.[11] Lienhard, A. and Girba, T. and Greevy, O. andNierstransz, O. Exposing side effects in execu-tion traces. Program Comprehension throughDynamic Analysis, 1:10–17, 2007.[12] M. Petrenko, V. Rajlich, and Vanciu R. PartialDomain Comprehension in Software Evolutionand Maintenance. International Conference onProgram Comprehension (ICPC08).[13] V. Rajlich and N. Wilde. The role of conceptsin program comprehension. Program Com-prehension, 2002. Proceedings., pages 271–278,2002.[14] A. Rohatgi, Hamou.Lhadjm A., and J. Rilling.An Approach for Mapping Features to CodeBased on Static and Dynamic Analysis. Inter-national Conference on Program Comprehen-sion (ICPC08).[15] A. Von Mayrhauser and A. M. Vans. Pro-gram comprehension during software mainte-nance and evolution. Computer, 28(8):44–55,1995.[16] A. Walenstein. Theory-based analysis of cogni-tive support in software comprehension tools.In IWPC ’02: Proceedings of the 10th Interna-tional Workshop on Program Comprehension,page 75, Washington, DC, USA, 2002. IEEEComputer Society.WICC 2012 5962012 XIV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación

El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/19043/Documento_completo.pdf?sequence=1

Construcción de representaciones innovadoras del dominio del programa para facilitar la comprensión de programas

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

SEDICI - Repositorio de la UNLP

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

El Servicio de Difusión de la Creación Intelectual