（计算机软件与理论专业论文）基于设计特征和参数化的工程化界面设计模式研究.pdf

山东大学博士学位论文 摘要 各类软件复用技术、界面开发方法和各种界面设计知识的深入研究和广 泛实践，必将促使界面的工程化开发迈向一个新台阶。这集中表现在以下三 个方面：一，各种软件复用技术为领域无关的界面设计知识复用体的产生提 供了理论指导；二，各种界面工程方法的研究为界面工程化开发提供了强有 力的支撑；三，已有的界面设计知识理论为建立合理、有效的工程化界面知 识复用体奠定了基础。 本文在已有的研究成果基础上，以工程化界面开发为目的，提出了基于 设计特征和参数化的工程化界面设计模式，对界面开发中的界面构件簇的产 生问题、界面设计知识支持工程化界面开发问题、形式化地规范界面设计知 识问题以及界面设计知识和基于模型的界面开发集成的问题，给出了相应的 解决方案。 ( 1 ) 针对界面开发中的界面构件簇产生问题，提出了一种基于设计特 征的模式模型方法。为了增强设计可变性的管理，提出了设计特征理论。其 中，设计特征是对设计知识的抽象和提取。基于设计特征的模式是常用的设 计方案。“设计特征设计特征值”机制的可变性表现在两个方面：一是通过 常用的设计特征值的变化，建立常用的设计方案：二是建立常用设计方案的 参数化机制，任何一次对某一方案的参数配置均获得一个构件，多次配置可 以获得多个构件，体现了模式本身的复用能力。与领域特征方法比较，基于 设计特征的模式模型不仅注重对设计知识的复用，而且能够建立有效的构件 簇生产机制，为建立界面构件簇产生机制提供了理论依据。 ( 2 ) 针对当前界面设计知识缺乏统一的实现框架，难以支持界面工程 化开发问题，提出了工程化界面设计模式( e n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ep a t t e r n ， e u d p ) 。通过分析界面展示单元( p r e s e n t a t i o nu n i t ，p u ) ，提取界面展示单 元的设计特征：内部模型特征、展示模型特征和操作模型特征。在识别以上 界面设计特征的特征值基础上，通过规范常用的界面展示单元p u ，形成了 工程化界面设计模式e u i d p 模式概念，此模式以定制可用的界面展示单元为 目的，并以静态参数的形式，体现可获得的界面展示单元的静态和动态特征。 基于各个界面设计特征值集合，提出了一系列工程化界面设计模式。作为一 山东大学博士学位论文 种新的界面知识复用体，该模式与其它界面设计知识相比，结构统一，而且 涵盖了界面设计需求的所有信息，易于工具集成，能够有效支持界面工程化 开发。 ( 3 ) 针对当前界面设计知识缺乏严格的形式化规范问题，设计了一种 规范e u i d p 的方法，建立了相关的模式规范机制。首先，形式化规范各个内 部模型特征及其上能够向用户提供的操作；其次，形式化规范各个展示特征 及其上可以向用户提供的操作：接着，在前两者基础上规范操作模型；最后 通过添加相应的约束，组合内部模型特征规范和展示模型特征规范，形成各 种用户可用的工程化界面设计模式规范。该规范方法为进一步扩充工程化界 面设计模式提供了可能。另外，各种精确的、工程化界面设计模式e u i d p 语义规范避免了许多不成熟设计的发生。 ( 4 ) 针对当前各种界面设计知识在支持模型开发方面缺乏贯穿性，致 使模型间的映射难以解决的问题，本文借助工程化界面设计模式e u i d p 的贯 穿特性，将工程化界面设计模式e u i d p 和基于模型的界面开发模型集成，提 出了基于工程化界面设计模式的多设备界面开发模型( e n g i n e e r i n g m u l t i d e v i c eu s e ri n t e r f a c e ，e m d u i ) ，进一步设计了工程化界面设计模式 e u i d p 支持的抽象数据模型、任务模型、设备模型、用户界面交互模型和用 户界面展示模型。设计了工程化界面设计模式在e m d u i 模型和工具产品a u i ( a u t o m a t i cu s e ri n t e r f a c e ) 的界面定制过程。与其它界面设计知识相比，工 程化界面设计模式易于集成到基于模型的界面开发中，从而为工程化界面开 发提供了可能。 关键词：设计特征，工程化界面设计模式，基于模型的界面开发，形式 化规范 n 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t l u c u b r a t i n ga n dp r a c t i c e so fa l lk i n d so fs o f t w a r er e u s i n gt e c h n i q u e ，u s e r i n t e r f a c ed e v e l o p m e n tm e t h o da n dd e s i g nt e c h n o l o g yi n d i c a t et h a tu s e ri n t e r f a c e e n g i n e e r i n gd e v e l o p m e n tw i l lf o r w a r dan e ws t e p t h i sd e d u c e sf r o mt h r e ef a c e t s l i s t e da sf o l l o w s f i r s t l y ，t h eo u t s t a n d i n gh a r v e s t so fs o f t w a r er e u s i n gt e c h n i q u e p r o v i d et h e o r yg u i d a n c eo ft h eg e n e r a t i o no ff i e l di n d e p e n d e n c yu s e ri n t e r f a c e c o m p o n e n t sc l u s t e r s e c o n d l y ，c u r r e n ts t u d yo ne v e r yk i n do fs o f t w a r ed e s i g n p a t t e r np r o v i d e st e c h n i q u eg u i d a n c e f o ru s e ri n t e r f a c ed e s i g ne n g i n e e r i n g d e v e l o p m e n t t h i r d l y , p r e v i o u sd e s i g nt h e o r i e so ns o f t w a r ed e s i g ne s t a b l i s ht h e g r o u n d w o r kf o rm a k i n gr e a s o n a b l ea n de f f i c i e n ti n t e r f a c ec o m p o n e n t sc l u s t e r b a s e do nt h ee x i s t e d r e s e a r c hh a r v e s t s ，t h i s p a p e ra i m s t o p r o v i d e e n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a n e ma sg u i d a n c eb a s e do nd e s i g n c h a r a c t e r i s t i c sa n dp a r a m e t e r s r e l a t i v es o l u t i o na p p r o a c h e sa r ea d v a n c e dt ot h e p r o b l e m ss u c ha su s e ri n t e r f a c ec o m p o n e n t sc l u s t e rg e n e r a t i o ni nu s e ri n t e r f a c e d e v e l o p m e n t ，h o wt os u p p o r te n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t 诵t l lt h e h e l po fu s e ri n t e r f a c ed e s i g nk n o w l e d g e ( u i d k ) ，f o r m a l i z a t i o ns p e c i f i c a t i o no f u i d ka n di n t e g r a t i o nu i d kt om o d e l b a s e du s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t ( 1 ) f o rs o l v i n gt h e p r o b l e mo f u s e ri n t e r f a c ec o m p o n e n t sc l u s t e r g e n e r a t i o ni nu s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t ，ap a t t e r nm o d e la p p r o a c hb a s e do n d e s i g nf e a t u r ei sa d v a n c e d t oe n f o r c et h em a n a g e m e n to fd e s i g nc h a n g e a b i l i t y ，a n e wm e t h o dn a m e dt h e o r yo fd e s i g nf e a t u r ei sp r e s c r i b e d t h e r e o f , d e s i g nf e a t u r e r e f e r st ot h ea b s t r a c t i o no fd e s i g nt e c h n o l o g ya n d p a t t e r nb a s e do nd e s i g nf e a t u r e r e f e r st ot h es c h e m eo fd e s i g nf e a t u r e d e s i g nf e a t u r eh a s “f e a t u r e - v a l u e m e c h a n i s mo ff i e l df e a t u r em o d e l ，a n di t s c h a n g e a b i l i t yo f “f e a t u r e - v a l u e m e c h a n i s mh e r er e p r e s e n t st w oa s p e c t s f i r s t l y , s e tu pt h eu s u a ls c h e m eo fd e s i g n f e a t u r eb a s e do nt h e c h a n g e a b i l i t yo fd e s i g n f e a t u r e v a l u e s e c o n d l y ，a c o m p o n e n tc a l lb em a d ef r o me a c hp a r a m e t e r i z a t i o nc o n f i g u r a t i o no fs e v e r a l d e s i g nf e a t u r ei t e m f u r t h e rm o r e ，m u l t ic o m p o n e n t sw i l lb em a d ef r o mm u l t i c o n f i g u r a t i o n sw h i c hi n d i c a t e si t sr e u s a b i l i t y c o m p a r i n gt of i e l df e a t u r em e t h o d ， i 山东大学博士学位论文 t h i sm e t h o dn o to n l yp a y sm o r ea t t e n t i o nt or e u s eo fd e s i g nk n o w l e d g e ，b u ta l s o c a nc o n s t r u c tu s e ri n t e r f a c ec o m p o n e n t sc l u s t e rg e n e r a t i o nm e c h a n i s m e f f e c t i v e l y ( 2 ) i ti sd i f f i c u l tt or e a l i z ee n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t b e c a u s et h e r ei sn ou n i f o r mc l a s s i f i e ds t a n d a r da n di m p l e m e n tf r a m e w o r k t h e r e f o r e ，an e wd e s i g np a t t e r nn a m e de n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a t t e r n ( e u i d p ) i sp r e s c r i b e d ，w h i c hb a s e do nu s e ri n t e r f a c ed e s i g nf e a t u r e ，a n db o t h s t a t i ca n dd y n a m i cp a r a m e t e r sr e p r e s e n t e db ys t a t i cp a r a m e t e r a c c o r d i n gt ot h e a n a l y s i so ft h et h r e ec h a r a c t e r i s t i c so fu s e ri n t e r f a c ep r e s e n t a t i o nc o m p o n e n t ，i e i n t e r i o rm o d e lf e a t u r e ，p r e s e n t a t i o nm o d e lf e a t u r ea n do p e r a t i o nm o d e lf e a t u r e ， t h eu s e ri n t e r f a c ed e s i g nf e a t u r em o d e li ss e tu p f u r t h e rm o r e ，as e r i a lo f e n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a t t e r n sa r el i s t e db a s e do nt h en o r m a lu s e r i n t e r f a c ed e s i g nf e a t u r ev a l u e c o m p a r i n gt oo t h e ru i d k s ，t h i sp a t t e r nh a s u n i f o r mc o n f i g u r a t i o na n da l s oc o n t a i n sa l li n f o r m a t i o no fu s e ri n t e r f a c ed e s i g n r e q u i r e m e n t s i ti se a s yt oi n t e g r a t et ot o o l sa n dg i v es u p p o r tt oe n g i n e e r i n gu s e r i n t e r f a c ed e v e l o p m e n t ( 3 ) a i m i n ga tt h ep r o b l e mo fu i d kf o r m a l i z a t i o ns p e c i f i c a t i o n ，m e t h o d f o rf o r m a l i z a t i o ns e m a n t i cs p e c i f i c a t i o no fu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a t t e r ni ss e tu p ， a n da tt h es a m et i m e ，t h er e l a t i v em e c h a n i s mi sd e s c r i b e di nd e t a i l f i r s to fa l l ， w ef o r m a l l ys p e c i f yt h ei n n e rc h a r a c t e r i s t i c sa n di t so p e r a t i o n sp r o v i d e dt ou s e r s s e c o n d l y ，w ef o r m a l l ys p e c i f y e a c hp r e s e n t a t i o nm o d e la n di t s o p e r a t i o n s p r o v i d e dt ou s e r s t h e n ，w es p e c i f yt h eo p e r a t i o nm o d e lb a s e do nt h ep r e v i o u s t w o s f i n a l l y , w em a k et h eu s a b l ee n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a t t e r n 、丽n l a d d i n gr e l a t i v ec o n s t r a i n s ，i n t e g r a t i n gt h ei n n e rm o d e lc h a r a c t e r i s t i cs p e c i f i c a t i o n a n dt h ep r e s e n t a t i o nm o d e lc h a r a c t e r i s t i cs p e c i f i c a t i o n t h ep a t t e r nc a r ln o to n l y b ee x t e n d e da n ds p e c i f i e dc o n v e n i e n t l y , b u ta l s oc u td o w nt h ei m m a t u r ed e s i g n ( 4 ) o nt h ef a c e to fs u p p o r t i n gm o d e ld e v e l o p m e n t ，m a p p i n go fd i f f e r e n t m o d e l sh a sm a n yo b s t a c l e sb e c a u s eo ft h ei n d e p e n d e n c eo fu i d k u n d e rt h eh e l p o fi n t e g r a t i o nf r o me u i d p , t h ee n g i n e e r i n gm u l t i d e v i c eu s e ri n t e r f a c em o d e li s p r e s c r i b e db a s e do nt h ei n t e g r a t i o no fe u i d pa n du s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t 山东大学博士学位论文 m o d e lb a s e do nm o d e l t h ea b s t r a c td a t am o d e l ，t a s km o d e l ，d e v i c em o d e l ，u s e r i n t e r f a c ei n t e r a c t i o nm o d e la n du s e ri n t e r f a c ep r e s e n t a t i o nm o d e la r ep r e s e n t e d i t i sm u c he a s i e rt oi n t e g r a t ee u i d pw i t hu s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n tb a s e do n m o d e lt h a nt r a d i t i o n a lw a y s ，w h i c hm a k ei tp o s s i b l et or e a l i z et h ee n g i n e e r i n g u s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：d e s i g nf e a t u r e ，e n g i n e e r i n gu s e ri n t e r f a c ed e s i g np a t t e r n ， m o d e l - b a s e du s e ri n t e r f a c ed e v e l o p m e n t ，a n df o r m a l i z a t i o ns p e c i f i c a t i o n v 山东大学博士学位论文 基本符号 ? ! | - 逻辑操作 paq pvq 孤：s p v x ：s 尸 集合理论 ps x s x 芒s ；6 6 s z ：sl 尸) 关系 xxy d o m r r a n r 函数 x 哼y 应用符号说明 ? ：输入，输入变量 ! ：输出，输出变量 ：改变，引起框架发生变化 ：集合差操作 ：下一个状态 合取 析取 至少有一个类型为s 的元素，满足p 所有类型为s 的元素，满足p s 的幂集 x 是s 中的成员 x 不是s 中的成员 s 的基数 空集合 满足谓词p 的s 类型的所有的x x x y = = ( x ，y ) i x e x y e y r 的定义域 r 的值域 从x 到y 的全关系集合 v i 山东大学博士学位论文 序列 s e qx 类型定义 集合x 中的元素产生的所有有穷序列 集合 f r e e t y p e ：= c o n s t a n t l l lc o n s t a n t n自由类型定义 x ：x 框架s c h e m a x 是x 类型 函数或者公理 d ：声明 p ：谓词集合 s ：框架名 d ：变量集 p ：谓词集合 s c h e m a n a m e ：框架名 q ：已定义的框架 o t h e r _ v a r i a b l e s ：变量 p r e d i c a t e s ：谓词，其中可出现s 框架 中定义的变量 s ：继承了父框架q 的所有变量集合 和谓词声明： d ：新的变量集合： p ：新的谓词集合 - _ - _ l - l - - l _ _ _ - _ - _ - i - i _ - _ - l l _ _ i _ l _ _ - 一_ _ 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：& 壁圭二 e l 期：望盟：生：兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝作者签名：盟l 新签名：粒蝴期：出y 山东大学博士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 自从2 0 世纪6 0 年代软件危机的出现并提出软件工程以来，软件开发问 题得到了广泛的关注。近年来，随着软件规模和范围的不断扩大，软件行业 的工业化趋势日益迫切，即能够像硬件系统或其它行业一样，在领域计算机 业务系统的开发和应用中，迫切需要可标准化设计、规模化生产、集成化服 务和按领域业务特征需求进行个性化动态配置的软件系统【3 ”。 随着现代科技的发展，计算机与网络技术在日常生活、工作与科研活动 中得到了广发的应用。其中，用户界面成为用户和计算机进行沟通和交互的 桥梁。同时，软件规模的不断扩大、软件产品多样性的不断增加与界面开发 的低效率和低质量之间的矛盾，已经严重影响了整个软件产品的质量。因此， 重用界面设计知识，建立界面设计的可标准化方法，提高界面开发效率，成 为界面工程化开发的必然要求。 各种软件复用技术、界面工程以及各种与界面设计相关的模式的研究为 界面工程化研究提供了理论和实践基础。但是如何建立标准化的界面设计知 识、提供界面设计的可定制性等问题，仍然严重制约界面的工程化开发。 本文以省科技厅项目为依托，以课题组提出的f m p 5 0 理论模型为基础， 吸收软件复用、界面工程等各方面的研究成果，提出设计特征理论，分析界 面构成，识别界面展示单元的设计特征，构建界面设计特征模型，提取各个 设计特征的常用设计特征值，从而提出基于设计特征和参数化的工程化界面 设计模式。在此基础上，重点研究了各个界面设计特征值规范、工程化界面 设计模式的规范以及此模式与基于模型的多设备界面开发集成等问题，并在 原型系统上对研究成果进行了验证。本文提出了一种从界面知识提取、界面 知识规范以及界面知识应用的完善的界面知识构建方法，从而对建立高效地 界面知识复用体系和推进界面工程化开发进程具有十分重要的意义。 山东大学博士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 软件复用技术 1 2 1 1 基于构件的复用 软件重用能从根本上提高生产率，降低开发成本、增强软件质量，因而 成为软件产品工业化研究中的重要一环。分析传统工业及计算机硬件产业成 功的模式可知，这些工业发展模式均是符合标准的零部件或者构件生产以及 基于标准构件的产品组装和生产。其中，构件是核心和基础，“复用是必须 的手段。因此，基于构件的软件开发体系将是软件产业发展的必由之路1 1 , 2 。 软件构件主要指可复用软件构件，即可以被多个软件系统所复用且具有 相对独立功能的系统构成成分。构件模型是对构件本质特征的抽象描述，目 前的构件模型主要有参考模型( 如3 c 模型) 【3 ，4 】、描述模型( 如r e s o l v e 5 1 和r e b o o t 【6 1 ) 、实现模型( 如d c o m 模型7 】) ，以及青鸟构件模型( 包括外 部接口和内部结构两部分，如图1 1 所示) 和c b c e c t 8 】模型。 图1 1 青鸟构件模型1 j 以体系结构为中心的软件开发方法，逐步成为支持软件重用的有效途径。 体系结构体现了系统的设计决策，通过它可以将复杂系统进行层次化。基于 体系结构的软件设计方法( a r c h i t e c t u r e b a s e dd e s i g n ，a b d ) t 9 1 把需要设计的 系统看作是由构件及构件之间的关系组成的体系结构，其产生的工作产品包 括一组概念构件( c o n c e p t u a lc o m p o n e n t ) 、一组描述构件之间交互关系的模板 2 山东大学博士学位论文 ( t e m p l a t e ) 以及有关实施方面的约束条件。该方法以软件需求为输入，通过不 断分解，将高抽象层次的系统分解为低抽象层次的系统。每一次分解时，高 抽象层的功能需求被细化并指派给低抽象层的构件，通过选择适当的体系结 构风格来满足质量和功能目标的要求。通过对软件系统整体结构和特性的描 述，基于体系结构、面向构件的软件开发方法【1 0 1 为面向构件的软件开发提供 了一个自顶向下的途径，试图为基于构件的软件复用提供一种有效的解决方 案。体系结构不再局限于高层设计，而是扩展到软件开发的全过程，在软件 生命周期的各个阶段间保持良好的可跟踪性。为了在不同的抽象层次上实现 构件的重用，利用范畴论定义构件之间的关系，楚旺等人【1 1 】建立构件之间的 关系及关系组合具有严格的语义。态射合成被用来跟踪不同抽象层次的构件 之间的关系，利用体系结构设计模式精确地定义构件的组合关系和应满足的 条件。但是，由于范畴论关注的是对象之间的关系而不是描述对象的逻辑， 没有讨论构件的描述逻辑。 构件模型以形式化方式描述了构件的结构、语义和非功能特性【粥】，注重 从构件存储、检索、适配和组装等操作进行语义描述，而对构件的复用机制 则缺乏深入刻画，即缺乏表达可变语义以使构件具备较高的适应性的能力， 致使其存在的意义大为降低。 1 2 1 2 基于框架的复用 随着领域应用的发展和完善，某些带有整体应用性的结构逐步“固定 下来，形成了特定的系统架构，它包括系统的基本构成单元和关系，由此形 成了初步的框架概念。 框架是一种研究和构造软件体系结构的方法，更多的是关于应用领域问 题的已建立的系统结构，所以也称作应用框架。从设计模式角度，框架是一 个给定应用领域中的完全的软件系统模式，是大粒度的可复用构件。从体系 结构角度看，框架是一个领域体系结构1 8 】。p r e e l l 7 1 把应用框架分成冻点 ( f r o z e ns p o t s ) 和热点( h o ts p o t s 或者称为可扩展点) ，冻点定义了软件系统 的完整结构，包括它的基本部件和部件间的关系，在应用框架的任何实例中 它们保持不变。热点描述了应用框架中的那些由具体应用决定的不同的部分。 3 山东大学博士学位论文 基于构件的框架，通过构件替代框架内不相互协作的类，以增大框架构 成成分的粒度，同时利用构件的接口调用和组装实现框架的扩展机制。在基 于构件的框架应用开发中，需要解决的一个重要问题是设计并实现框架扩展 点，以处理复用过程中的应用变化性，即在框架复用中能够利用扩展点的定 制机制，实现具体应用系统的不同特性。框架变化性的5 个层次【l9 1 ，即产品 线层次、产品层次、构件层次、子构件层次和代码层次。刘瑜等【2 0 】提出角色 扩展形态，其中角色是定义了接口以及调用规约而没有完全实现的构件，它 反映了一个应用构件在协作中所承担的责任，起到了占位符的作用。在此框 架中，角色构件定义了用户扩展部分与框架其它部分的协作关系。角色构件 如果为具有部分实现特性的抽象构件时，需要以某种方式实现与具体应用构 件的组装。角色构件为模板构件时，则需要参数化( 如图1 2 所示) 。构件的 组装和模板的参数化统称为角色的实例化过程，来支持框架的扩展机制。从 应用框架构造和组成的角度，胡文蕙等【2 l 】使用u m l 符号，提出框架元模型， 从数据、功能、界面和过程四个方面表示扩展点( h o ts p o t s ) 及其实现机制。 框架总是针对一个特定的应用领域，且能够使用程序设计语言写出来。 框架不仅能被学习，也能被直接执行和复用。但是，由于框架知识的获取来 自对领域与设计经验不断反复的过程，因此框架的开发是一件困难的事情。 图1 2 基于角色的调用扩展形态【2 0 】 1 2 1 3 软件产品线和基于特征的复用 软件产品线是指针对特定市场区域、具有一组共性特征、从预先生产的 核心资产开发而来的软件产品的集合【12 1 。它源于工业界产品线的概念，关注 于一个软件企业如何组织一组相似产品的生产。同时，软件产品线的出现为 软件知识重用机制提出了新的要求，即如何表达一类产品中的可变知识来实 现软件产品线的开发。 4 山东大学博士学位论文 特征( f e a t u r e ) 以及基于特征的建模成为软件产品线开发中重要的知识重用 策略。特征作为系统需求规约的组织方式，是从用户角度对系统的感知i l3 1 。 在f o d a ( f e a t u r e o r i e n t e dd o m a i na n a l y s i s ) 方法【1 4 】中，定义特征为系统中用 户可见的、显着的或具有特色的方面、品质和特点等。在软件领域，强调将 特征作为需求分析阶段对系统需求规约的描述和组织单元。特征【9 9 】可以描述 构件语义，通过特征建立一种层次化的特征空间体系结构( 或称特征模型) ， 并使用描述逻辑 1 0 0 , l o l l 表示特征、特征运算和推理规则。特征模型元模型【1 5 1 ( 如图1 3 所示) 将特征以及特征之间的关系作为主要描述对象，以不同抽 象层次的特征之间的组成关系作为特征模型的基本组织方式，以部分特征相 对整体特征的可选性以及变化性维度和值的机制表现系统需求的变化性，采 用依赖、互斥、多选一、多选多等关系反映特征之间存在的约束关系。 图1 3 特征模型元模型1 5 】 在运用软件产品线的开发方法时，如何能够有效地识别领域中的共性元 素和变化性元素，并将其反映到最终的软件形态中，是一个关键性的问题【l 6 1 。 特征模型在研究领域需求的可变性方面给出了理论性指导。j u r g e nm e i s t e r 等 人【8 l 】对产品可变性进行分类，提出一种基于模式的产品线体系结构及相关的 模式语言对可变性进行管理，但是该方法缺乏清晰的过程模型，不能支持基 于模式的产品线重复开发。t h o m a s 等人【8 2 】将特征模型的可变化程度定义为 其实例化能够得到的有效产品特征模型的数目，并在对不同可变类型和特征 依赖关系进行分析的基础上提出一种计算产品先可变程度的方法。在可变性 描述和建模方面，w e b e r 等【8 3 】提出一种变异点模型，通过参数化、信息隐藏、 继承和变异点四种方式对软件产品线的变化性进行建模。b a c h m a n n 等1 8 4 为 在产品线开发过程中引入可变性变量提出了一种统一的元模型，能够显式地 山东大学博士学位论文 对不同阶段引入的可变性之间的依赖关系进行表示。m a t t h i a sr i e b i s c h 等人 【”1 则从需求、设计、实现及工具支持等方面对产品线的可变性建模方法进行 了总结和讨论。 产品线及其软件产品开发过程中，领域体系结构的不断进化以及构件的 抽象和非标准化，使得领域核心资产的直接复用存在一定的困难，为此，需 要从构件标准化、体系结构重组和构件调整等方面寻求解决方案【8 6 1 。 1 2 i 4 设计模式及其形式化 针对反复出现的设计问题，设计模式【2 2 1 是给出经过实践检验的、可复用 的解决方案。通常设计模式是领域无关的，可以应用于不同的应用系统和领 域。设计模式的核心在于提供了相关问题的解决方案。一个设计模式有四个 基本要素：模式名称( p a t t e mn a m e ) 、问题( p r o b l e m ) 、解决方案( s o l u t i o n ) 和效果( c o n s e q u e n c e s ) 。所以，每一个设计模式都集中于一个特定的面向对 象设计问题或设计要点，描述了什么时候使用它、在另一些设计约束条件下 是否还能使用、使用的效果以及如何取舍。 设计模式的非形式化的表示已经成为一种开发人员之间进行交流的有 效的工具，但是非形式化的设计模式难以支持严格的、设计模式的应用，很 难集成到自动化的软件开发中1 2 3 1 ，因此许多研究机构正在对设计模式形式化 规范进行研究。e d e n 等人 2 4 , 2 5 , 3 7 1 用谓词逻辑描述设计模式，提出设计模式形 式化规范语言l e p u s ( l a n g u a g ef o rp a t t e r n su n i f o r ms p e c i f i c a t i o n ) ，它是一个 高层顺序逻辑的子集。e d e n 指出如何把形式化的表示应用到推理中。k r a e r 等人t 2 6 1 提出一种基于p r o l o g 的方法，用p r o l o g 谓词集合表示模式，并用一个 基于p r o l o g 的规则产生模式实例。t a i b i 等人【2 7 】提出了平衡的模式规范语言 b p s l ( b a l a n c e dp a t t e r ns p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) ，它组合p l l 和时序行为逻辑， 用p l l 表示结构方面，用时序行为逻辑表示行为方面。为了加强设计模式语 义的可理解性，v u 等人【2 8 】提出用实时进程代数r t p a ( r e a l t i m ep r o c e s s a l g e b r a ) 规范设计模式，从体系结构、静态和动态的行为三个方面说明设计 模式。针对形式化模式规范语言可用性差的问题，k i m 和f r a n c e 等人 2 9 , 3 0 , 2 3 1 提出用基于角色的u m l 元模型规范设计模式，强调其对模型转换的支持作 6 山东大学博士学位论文 用，为支持严格的设计模式到眦设计模型的应用工具的开发奠定了基础。 设计模式对常用的解决方案，其形式化规范为集成自动化软件开发提供 了便利，但是设计模式过于抽象，更注重于底层实现，没有外在地标识设计 方案的通用设计知识，因此只有专业的设计人员才能使用。即使是关于界面 设计的模式，也是抽象的框架模式，例如o b s e r v e r 观察者模式【2 2 1 ，它针对这 样一个问题，即当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到 通知并自动更新。这是一个界面设计中常用的一种软件设计方案，它更关心 处理过程，而不关心像展示形式这样的静态设计特征。 1 2 1 5 软件复用方法的比较 各种复用方法都以提高软件生产率为目的，但是复用的广度和深度却各 不相同。下面对上述的软件复用方法做以下比较。 ( 1 ) 基于特征的复用和基于构件的复用 3 h 特征模型的优点就是“型值”机制所导致的特征可复用性，再加上特征 模型本身就是对同一领域相似业务模型的抽象，从特征模型映射得到的构件 也具有较高的复用性。传统构件通常是针对特定的业务模型进行划分得到的 1 3 2 - 3 4 ，仅满足特定业务需求，无法适应变化，复用性能难以保证。 ( 2 ) 设计模式和基于框架的复用 与框架相比，设计模式表现出的特征为：设计模式更加抽象，它的每一 次复用都需要被实现；设计模式是比框架更小的体系结构元素；设计模式是 领域无关的设计知识的重用。总之，框架是一个软件产品，可以内含多个设 计模式，而设计模式是常用的、设计软件的知识【3 6 1 。 1 2 2 界面工程研究 在软件工程的研究中，由于交互功能的实现是由界面来实现的，所以界 面设计效果成为影响软件系统可用性的重要因素。另外，随着界面设计复杂 性的增加，界面工程研究成为软件工程研究的一个重要分支。当前界面工程 研究主要集中在基于模型的界面开发和形式化的界面设计规范两个方面，它 们从不同角度和层面建立了界面设计规范和开发过程。 7 山东大学博士学位论文 1 2 2 1 基于模型的界面开发 基于模型的界面开发方法m bu i d e s ( m o d e lb a s e du s e ri n t e r f a c e d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t s ) 3 9 l 把界面的设计分解为对不同模型的构造，定义 包括任务、用户、展示、会话和平台模型在内的多个模型，一个模型是对用 户界面的某个方面的详细描述。通过把注意力集中在界面的某个方面，模型 可以用高度专业化的标记来表达，从而使得界面更容易创建和维护。 任务模型常用于描述应用系统完成功能时执行的操作序列，可以帮助理 解应用系统，支持有效的设计，帮助进行易用性评价，并且可以重用任务设 计模型。c t t ( c o n c u r t a s k t r e e s ) 任务树【4 3 】是较为典型的满足工程化要求的 一个任务模型，支持高层的任务模型描述，能够规范任务之间的时序关系， 已经有c t t e ( c o n c u r t a s k t r e e se n v i r o n m e n t ) 1 4 4 - r 具支持。g i u l i om o r i 等人 【4 5 】根据任务模型，建立不同设备的不同相应界面( 如图1 4 所示) ，既考虑了 可用平台和它们的交互形态又保持可用性。这个转换由工具t e r e s a 支持， 它能够为选择最合适的交互技术和方法提供建议并来组合它们。但任务模型 方法主要强调了任务模型的作用，并给出时序关系，能够建立合理的分析， 有利于产生可用的界面，但是任务模型仍属于领域相关模型，对象结构和关 系对