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Software-Reengineering

Vorlesungsnummer 03-05-H-706.01

3+1 SWS, 6 ECTS, Vertiefungsmodul

Aufgaben für den Schein

Die Aufgaben für den Schein (Fachgespräch + Übungen) werden bei Stud.IP bekannt gegeben.

Warum Sie diese Vorlesung interessieren sollte

Die Pflege und Weiterentwicklung existierender Software verschlingt 50-80% der Kosten im Software-Life-Cycle. Aus empirischen Untersuchungen ist bekannt, dass Wartungsprogrammierer 50-60% ihrer Zeit nur mit der Analyse der Implementierung verbringen, bevor sie eine Änderung tatsächlich durchführen und testen können.

Für sich persönlich können Sie diese Zahl so interpretieren: Mit sehr großer Wahrscheinlichkeit werden sie die meiste Zeit ihres späteren beruflichen Daseins mit der Pflege und Weiterentwicklung existierender Software verbringen. Darauf sollten Sie sich vorbereiten.

Und wetten, dass die Software, die sie ändern sollen, alles andere als gut strukturiert und dokumentiert ist? Erschwerend kommt hinzu, dass Sie nicht der einzige Entwickler dieses riesigen und unübersichtlichen System sein werden. Was machen Sie nun?

Lernziele

In dieser Vorlesung lernen Sie,
  • auf welchen Ebenen Sie Code analysieren können,
  • wie Sie Schwachstellen des Codes finden,
  • wie Sie duplizierten Code automatisch aufspüren,
  • wie Sie Abhängigkeiten zwischen Anweisungen nachverfolgen können,
  • wie Sie Code-Muster finden,
  • wie Sie den Code automatisch transformieren können,
  • wie Sie die Stellen im Code finden, die eine bestimmte Funktionalität implementieren,
  • wie Sie Vererbungshierarchien restrukturieren können,
  • wie Sie Software visualisieren können
  • und wie Sie Reengineering-Projekte organisieren.

Inhalt

Software Reengineering beschäftigt sich mit Wiedergewinnung  verlorener Informationen über existierende Software-Systeme (Reverse Engineering), Restrukturierung der Beschreibung  des Systems (Restructuring) und der nachfolgenden Implementierung der Änderungen (Alteration). Reengineering hat es dabei nicht nur mit alter Software zu tun; gerade neuere objekt-orientierte Systeme erfordern oft schon bald eine Restrukturierung, weshalb sich ein guter Teil der Vorlesung speziell objekt-orientierter Software widmet (Restrukturierung von Klassenhierarchien, automatisches Refactoring). Auch im Kontext neuerer Ansätze des Software Engineerings zur Entwicklung ähnlicher Produkte als Produktlinie findet Reengineering Einsatz.

Über Inhalte und Erfahrungen der Vorlesung im Wintersemester 1999/2000 an der Uni Stuttgart berichtet dieser Artikel im PDF-Format. Themen dieser Vorlesung sind:

  • allgemeiner Überblick über das Thema sowie Beziehung des Reengineerings zu verwandten Gebieten der Software-Wartung, Wrapping, etc.
  • Zwischendarstellungen für statische Programmanalysen (abstrakte Syntaxbäume, Program Dependency Graph, Single Static Assignment), Datenfluss-/Kontrollflussanalysen
  • Dynamische Analyse
  • Program Slicing
  • Klonerkennung
  • Mustersuche
  • automatische Code-Transformationen und Refactoring
  • Begriffsanalyse
  • Merkmalsuche
  • Analyse und Restrukturierung von Vererbungshierarchien
  • Software-Visualisierung
  • Architekturrekonstruktion und Software-Clustering
  • Planung und Durchführung von Reengineering-Projekten, Prozessmodelle des Reengineerings

Übungen

Die Übungen werden zweiwöchig stattfinden. Neben der Wiederholung und praktischen Vertiefung des Vorlesungsinhalts werden auch existierende Reengineering-Werkzeuge vorgestellt.

Voraussetzungen

Die Vorlesung richtet sich an Informatikstudentinnen und -studenten im Hauptstudium sowie an Studierende anderer Fachrichtungen, die über Informatikgrundkenntnisse verfügen. Kenntnisse im Compilerbau und Software-Engineering wären hilfreich, sind aber keine notwendige Voraussetzung.

Termine

Die Termine der Vorlesung und der Übung sind wie folgt:
  • Vorlesung: montags, 10:15 - 11:45 Uhr, MZH 1090, und donnerstags, 14:00 - 15:30 Uhr, SFG 1040
  • erste Vorlesung am 31. Oktober 2011
  • Übung: zweiwöchig alternierend zur Vorlesung

Weiterführende Informationen

Weitere Informationen zu Reengineering sind in der Reengineering-Bibliographie erhältlich.

Video

Die Vorlesung wurde auf Video in einem früheren Durchlauf aufgezeichnet. Das Video findet man hier Natürlich ist die Vorlesung seit damals nicht stehen geblieben und die Inhalte haben sich leicht verändert.

Literatur

Zur Vorlesung gibt es ein ausführliches Skript. Des Weiteren hilft die folgende Literaturliste:

Reengineering

  • Reengineering - Eine Einführung, Bernd Müller, B.G. Teubner Verlag Stuttgart, 1997. Eines der ersten Bücher überhaupt zu diesem Thema. Ein kurze Einführung aller wichtiger Begriffe, deren Beschreibung sich mit meiner Vorlesung deckt. Geht auch kurz auf kognitive Aspekte ein. Beschreibt gängige Metriken und erörtert die Frage, inwieweit Wartbarkeit messbar ist. Kapitel 9 zur Kosten-/Nutzenanalyse nach Harry Sneed ist auch Teil meiner Vorlesung.
  • Object Oriented Reengineering Patterns, Serge Demeyer, Stephane Ducasse, Oscar Nierstrasz, 2007. Dieses Buch gibt es umsonst als PDF! Beschreibt Best Practices beim Reengineering von objektorientierten Systemen in Form von Prozessmustern.
  • Refactoring: Improving the Design of Existing Code, Martin Fowler, Addison-Wesley, 2000. Das Standardwerk zu Refactorings. Refactorings sind Restrukturierungen (Reengineering) des Quellcodes, um die Wartbarkeit zu verbessern, ohne Änderung der Funktionalität.
  • Modernizing Legacy Systems , Robert C. Seacord, Daniel Plakosh, and Grace A. Lewis. Addison-Wesley, 2003. Beschreibt Prozesse zur Modernisierung von Software.
  • Anti Patterns: Entwurfsfehler erkennen und vermeiden, William J. Brown (Autor), Raphael C. Malveau, Mitp-Verlag; zweite überarbeitete Auflage, 2007. Ein Anti-Pattern ist ein negatives Pattern. Das Buch betrachtet Anti-Pattern sowohl in Prozessen als auch in Architekturen.

Wartung und Evolution

Wartbarkeit

Programmanalyse

  • Advanced Compiler Design and Implementation, Steven S. Muchnick, Morgan Kaufmann, 1997. Ein sehr gutes Buch zur statischen Programmanalyse von Compilern. Die Front- und Middleendtechniken spielen auch für die Programmanalyse für das Reengineering eine bedeutende Rolle.
  • Principles of Program Analysis, Flemming Nielson, Hanne Riis Nielson, Chris Hankin, Springer Verlag, Auflage: 2., 2004. Ein (relativ theoretisches) Buch zu vier Formen der Programmanalyse: Data Flow Analysis, Constraint Based Analysis, Abstract Interpretation und Type Inference.

Software-Visualisierung

  • Software Visualization, Stephan Diehl, Springer Verlag, 2007. Ein Buch zur Visualisierung von Software. Enthält alle Themen, die ich in der Vorlesung zur Software-Visualisierung vorstelle, und darüber hinaus noch Arbeiten zur Animation von Software. Nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen Buch zum Dagstuhl-Seminar Software Visualization: International Seminar Dagstuhl Castle, das Stephan Diehl herausgegeben hat und Beiträge vieler Forscher zusammenfasst.

Debugging



EinführungPDFMotivation; wichtige Begriffe: Wartung Reverse Engineering, Restrukturierung, Reengineering, Wrapping, Business Process Reengineering; Ziele und Aufgaben; Unterschiede zur Vorwärtsentwicklung;
Statische ProgrammanalysePDFStatische Programmanalyse, lexikalische, syntaktische, semantische Analyse, Attributgrammatiken, Programmrepräsentationen, Kontroll- und Datenfluss, iterative Datenflussanalyse, Static Single Assignment Form
Dynamische ProgrammanalysePDFProbleme statischer Analysen, Information durch dynamische Analyse, Testfälle, Instrumentierung, Probleme der Instrumentierung, Weiterverarbeitung dynamischer Information, Anwendungsbeispiele, Vergleich mit statischer Analyse
Program-SlicingPDFstatisches Program-Slicing, Forward-/Backward-Slicing, intra-/interprozedural, Program Dependency Graph, System Dependency Graph, weitere Slicing-Varianten.
SoftwaremetrikenPDFEinsatz von Softwaremetriken im Reengineering
SoftwareklonePDFSoftware-Redundanz, Klonerkennung, Gründe und Folgen, verschiedene Erkennungsverfahren
RefactoringPDFRefactoring, Bad Smells, Prozess, Portfolieanalyse, Beispiele
Automatische CodetransformationenPDFAufbau und Implementierung von automatischen Code-Transformationen, Transformationssprachen
SoftwarevisualisierungPDFVisualisierung statischer und dynamischer Information über Software und ihre Versionsgeschichte.
MerkmalsuchePDFTraceability, statische und dynamische Suche nach Merkmalen (Features), formale Begriffsanalyse
Rekonstruktion von SoftwarearchitekturPDFMethodik bei der Architekturrekonstruktion,Reflexionsmethode und Software-Clustering
1. ÜbungsblattPDFÜbungsblatt zur statischen Analyse; wird am 17. November 2011 besprochen.
2. ÜbungsblattPDFÜbungsblatt zur statischen und dynamischen Analyse; wird am 8. Dezember 2011 besprochen.
3. ÜbungsblattPDFÜbungsblatt zu Program-Slicing; wird am 19. Dezember 2011 besprochen.
4. ÜbungsblattPDFÜbungsblatt zu Code-Transformationen, Klonerkennung und Visualisierung; wird am 2. Februar 2012 besprochen.
5. ÜbungsblattPDFÜbungsblatt zur Reflexionsanalyse und zum Clustering; wird am 16. Februar 2012 besprochen.
 



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