Algebra-basierte Feature-orientierte Programmsynthese
Final Report Abstract
Ein Feature ist eine als Einheit auffassbare Verhaltensweise eines Systems. Features werden zur Spezifikation von Gemeinsamkeiten und Unterschieden von Systemen benutzt. Ein Beispiel ist das Anwendungsfeld der Datenhaltung, mit Features wie Transaktionsverwaltung, Anfrageverarbeitung oder Multianwenderbetrieb. Systeme werden wesentlich leichter erstellbar und wartbar, wenn sie auch auf struktureller Ebene aus klar identifizierbaren Features bestehen und mit einfachen Mitteln aus ihnen zusammengesetzt werden können. Im Bereich der Programmierung heißt diese Vorgehensweise Feature-orientierte Softwareentwicklung (FOSD). Sie wird zur Zeit mit einer Fülle von unterschiedlichen Methoden, Sprachen und Werkzeugen verfolgt, die trotz ihrer gemeinsamen Zielsetzung schwer vergleichbar oder gar integrierbar sind. FEATURE FOUNDATION hatte zum Ziel, bisherige Arbeiten unter dem Ansatz der Algebra-basierten Feature-orientierten Programmsynthese zu vereinheitlichen. Die Synthese von Programmen aus Features soll auf ein solides formales Fundament gestellt werden. Neben einer Generatorinfrastruktur und deren Instanziierung in verschiedensten Szenarien, wurden verschiedene Versionen einer Feature-Algebra untersucht, die diese verschiedenen Szenarien abbilden. Ein Kernresultat ist die Entwicklung und Untersuchung von verschiedenen Ausprägungen von Feature-Algebra. Die ursprüngliche Feature-Algebra aus der ersten Projektphase wurde in verschiedenen Richtungen ergänzt und erweitert. Zum Ersten wurde eine algebraische Sichtweise der bis dahin als atomar angesehenen eigentlichen Codemodule eingeführt, mit der auch deren Feinstruktur und Transformationen davon präzise erfasst werden. Zum Zweiten wurden verschiedene Algebren zur Beschreibung von Feature-Interaktion studiert. Zum Dritten wurde die algebraische Behandlung von Constraints, z.B. Abhängigkeitsbeziehungen wie Feature-Implikation/-Ausschluss, aber auch weitere, untersucht. Ein zweites Kernresultat stellt die Konzeption, Entwicklung und Erprobung des Generatorwerkzeugs FEATURE HOUSE dar. Eine grundlegende Eigenschaft von FEATURE HOUSE ist, dass es leicht um neue Sprachen und Werkzeuge zur Komposition und Analyse erweitert werden kann. In einer Reihe von empirischen Studien haben wir FEATURE HOUSE auf Softwaresysteme von substanzieller Größe und Komplexität erfolgreich angewendet, welche in verschiedenen Sprachen wie C, Java, Python, C# und Alloy geschrieben sind. Neben verschiedenen Formen von Feature-Komposition wurde eine Unterstützung für Three-Way-Merges und Variabilitätskodierung integriert. Weiterhin wurde die Algebra erfolgreich zu Modellierung und Auffindung von nicht-funktionalen Feature-Interaktionen eingesetzt. Insgesamt ist das Projekt FEATURE FOUNDATION als äußerst erfolgreich anzusehen. Insbesondere die Synergie zwischen formaler Betrachtung und praktischer Erprobung waren dafür ursächlich.
Publications
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