在基于構(gòu)件的軟件開發(fā)(CBSD)^[1][2]中，作為復(fù)用" title="復(fù)用">復(fù)用基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)件庫系統(tǒng)已成為企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間協(xié)作的必然裝備，而要建立系統(tǒng)化的構(gòu)件庫，建立合適的構(gòu)件模型是第一步。構(gòu)件模型是構(gòu)件本質(zhì)特征及構(gòu)件間關(guān)系的抽象描述。它定義了構(gòu)件的本質(zhì)屬性，規(guī)定了構(gòu)件接口的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件與軟件體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件與構(gòu)件之間的交互機(jī)制。構(gòu)件模型通常還提供創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的指導(dǎo)原則。
1 當(dāng)前典型構(gòu)件模型簡介與分析
　　在圍繞構(gòu)件庫進(jìn)行軟件開發(fā)的過程中，不同的角色、不同的關(guān)注點(diǎn)所需要的構(gòu)件信息也不相同。基于這一認(rèn)識(shí)北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院軟件研究所將構(gòu)件模型分為三種：構(gòu)件描述、分類的模型，構(gòu)件規(guī)約、組裝的模型和構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的模型。下面以這種分類方法來分析一下當(dāng)前典型構(gòu)件模型。
　　(1)構(gòu)件描述、分類的模型試圖以一種綜合的方式來描述構(gòu)件，使得構(gòu)件易于為用戶所理解，易于在庫中被有效高效地分類、存儲(chǔ)和檢索。REBOOT(Reuse Based Object-Oriented Techniques)模型就是其中之一，它通過刻面的" title="面的">面的方法從各個(gè)角度刻劃軟構(gòu)件屬性，來實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的分類和檢索。
　　(2)構(gòu)件規(guī)約、組裝的模型描述構(gòu)件的功能和行為規(guī)約，并通過配置這些規(guī)約來刻劃系統(tǒng)。著名的3C模型^[3]就是用來刻劃構(gòu)件規(guī)約和組裝的。3C模型是一個(gè)指導(dǎo)性的構(gòu)件模型，它從概念、內(nèi)容、語境三個(gè)部分來描述構(gòu)件，但是3C模型缺乏形式化定義和易懂的描述，因此僅具有一定的宏觀指導(dǎo)意義。
　　(3)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的模型用于幫助人們決定如何用某種程序設(shè)計(jì)語言或以某種可執(zhí)行單元的形式來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件。有代表性的實(shí)現(xiàn)級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件模型有CORBA、DCOM/COM和Enterprise JavaBean，三足鼎立構(gòu)成競爭與互操作并存的格局，工業(yè)構(gòu)件模型最大的缺點(diǎn)在于其缺乏對(duì)構(gòu)件語義的深入支持。
　　綜合考慮現(xiàn)有的構(gòu)件模型，可得出以下結(jié)論：
　　(1)現(xiàn)有的面向構(gòu)件描述和分類的模型缺乏對(duì)構(gòu)件語義特別是構(gòu)件領(lǐng)域特征的語義的描述，而這些正是理解構(gòu)件基于領(lǐng)域的復(fù)用價(jià)值的關(guān)鍵。
　　(2)現(xiàn)有的面向構(gòu)件規(guī)約和組裝的模型缺乏對(duì)構(gòu)件演化的支持，對(duì)構(gòu)件組裝的支持機(jī)制也未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化。
　　(3)現(xiàn)有的構(gòu)件模型都很少涉及有關(guān)構(gòu)件復(fù)用和構(gòu)件管理的信息，比如構(gòu)件的復(fù)用度等。
　　(4)在構(gòu)件庫系統(tǒng)中，構(gòu)件模型的應(yīng)用是既面向構(gòu)件描述和分類又面向構(gòu)件規(guī)約和組裝的，而目前關(guān)注如此多方面的構(gòu)件模型還不多見。
2 對(duì)構(gòu)件庫中構(gòu)件模型的改進(jìn)
　　人們對(duì)構(gòu)件庫中構(gòu)件的操作包括入庫、檢索、學(xué)習(xí)、組裝和演化等，在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行這些操作時(shí)，變換支持其實(shí)現(xiàn)的底層構(gòu)件模型是不現(xiàn)實(shí)的。所以，筆者試圖探求一種構(gòu)件描述模型，并讓它同時(shí)支持構(gòu)件的語義檢索、自動(dòng)化組裝、以及對(duì)演化的自動(dòng)化支持等。
2.1 構(gòu)件模型所要描述的信息
　　在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行描述之前，必須先明確有哪些信息需要被構(gòu)件模型來描述。而要明確構(gòu)件模型中到底需要記錄那些信息，就應(yīng)該看構(gòu)件庫中圍繞構(gòu)件都做了哪些活動(dòng)。經(jīng)過分析，構(gòu)件庫中分角色對(duì)構(gòu)件的操作有：
　　(1)構(gòu)件發(fā)布者：注冊(cè)構(gòu)件描述、分類信息；注冊(cè)構(gòu)件實(shí)體信息(離線構(gòu)件)；注冊(cè)構(gòu)件接口信息(在線構(gòu)件)。
　　(2)軟件開發(fā)人員：查詢；下載構(gòu)件實(shí)體(離線構(gòu)件)；獲取構(gòu)件接口信息(在線構(gòu)件)；學(xué)習(xí)構(gòu)件的功用和構(gòu)件的用法等信息；應(yīng)用構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)組裝；對(duì)不適用的構(gòu)件進(jìn)行演化。
　　為了支持這些活動(dòng)，構(gòu)件模型中應(yīng)該具有下列信息：
　　(1)面向構(gòu)件描述和分類的信息
　　所有對(duì)用戶查找、理解、選擇、適應(yīng)性修改以及使用構(gòu)件有幫助的信息；
　　所有對(duì)構(gòu)件庫管理者分類和管理構(gòu)件及構(gòu)件間關(guān)系有幫助的信息；
　　構(gòu)件的其他屬性，包括：生產(chǎn)者、版本、使用者、反饋意見、知識(shí)產(chǎn)權(quán)控制等。
　　(2)面向構(gòu)件規(guī)約和組裝的信息
　　構(gòu)件對(duì)外提供的功能；
　　構(gòu)件需要外界為它提供的功能；
　　構(gòu)件被用于什么語境；
　　支持構(gòu)件演化的信息。
　　綜上所述，不同的角色在構(gòu)件庫中對(duì)構(gòu)件的操作也不同。所以，對(duì)構(gòu)件的信息需求也不同。在一般情況下，可以認(rèn)為在企業(yè)里構(gòu)件的入庫者就是構(gòu)件的生產(chǎn)者^[3]，他們應(yīng)該將主要的構(gòu)件描述信息在構(gòu)件入庫時(shí)錄入進(jìn)去；而構(gòu)件使用者對(duì)構(gòu)件的行為有查找、學(xué)習(xí)、組裝和演化等，并且在構(gòu)件使用者應(yīng)用構(gòu)件庫進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，在不同時(shí)期所關(guān)注的構(gòu)件信息也是不同的。所以，應(yīng)該分階段、分層次地把構(gòu)件的信息展現(xiàn)給構(gòu)件使用者。在這里，將按照查找、學(xué)習(xí)、組裝與演化三個(gè)層次來展現(xiàn)構(gòu)件的性質(zhì)。
2.2 構(gòu)件模型
　　構(gòu)件(Component)是指語義完整、語法正確和有可復(fù)用價(jià)值的單位軟件，是軟件復(fù)用過程中可以明確辨識(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成^[4]。結(jié)構(gòu)上，它是基于檢索部分、基于學(xué)習(xí)部分和基于組裝和演化部分的復(fù)合體。
　　Component==[RetrievalPart，StudyPart，AssemblyAndEvo-lvementPart]
　　也可以表示為：
　　Component==RetrievalPart×StudyPart×AssemblyAndEvo-lvementPart
　　這里，RetrievalPart是基于構(gòu)件檢索的部分，查找的目的是為了能夠準(zhǔn)確、快速地找到所需要的構(gòu)件，這里支持構(gòu)件查找所用的描述信息由六個(gè)刻面和復(fù)用度(一個(gè)“屬性-值”對(duì))組成；為了能夠支持計(jì)算機(jī)檢索，這部分信息必須用形式化語言來描述。StudyPart是對(duì)構(gòu)件學(xué)習(xí)的部分；學(xué)習(xí)階段的目的是進(jìn)一步確定構(gòu)件是否滿足軟件開發(fā)的要求，這部分工作是由構(gòu)件使用者來做的，所以用自然語言" title="自然語言">自然語言描述最合適；支持構(gòu)件學(xué)習(xí)的信息可以分為構(gòu)件內(nèi)部信息描述和構(gòu)件外圍信息描述兩種，構(gòu)件的內(nèi)部信息是外界可見的屬性和行為,其中包括：公有屬性及對(duì)它們的自然語言描述和公有行為及對(duì)它們的自然語言描述。構(gòu)件的外圍描述包括：生產(chǎn)者，版本，使用者，反饋意見，知識(shí)產(chǎn)權(quán)控制等。AssemblyAndEvolvementPart是支持構(gòu)件組裝和演化的部分；組裝和演化階段軟件使用者所關(guān)心的是構(gòu)件的具體功能和構(gòu)件的詳細(xì)使用語境，為了使這階段支持自動(dòng)化組裝，所以這部分應(yīng)該用形式化語言描述。
2.2.1 基于檢索的部分
　　基于檢索部分描述的主要目的是為了能夠準(zhǔn)確、快速地找到所需要的構(gòu)件。很多專家學(xué)者在這方面已經(jīng)做了很多工作，目前各類構(gòu)件庫中使用最多的是關(guān)鍵詞分類法，枚舉、層次分類法，屬性-值分類法和刻面分類法^[5]四種。這里選用了刻面分類法來描述構(gòu)件，并加入了復(fù)用度這個(gè)屬性-值對(duì)來描述構(gòu)件的復(fù)用價(jià)值?？堂娣诸惒糠诌x取了功能(Functionality)，層次(Level)，表示方法(Representation)，硬件環(huán)境(HardwareEnvironment)，軟件環(huán)境(SoftwareEnvironment)，程序語言(Programming Language)六個(gè)刻面來描述。
　　定義1 基于檢索部分(RetrievalPart)?；跈z索部分可以表示為：
　　RetrievalPart=[Functionality，Level，Representation，Hard-wareEnvironment，SoftwareEnvironment，ProgrammingLanguage，ReuseDegree]
　　其中，功能選取的術(shù)語：任務(wù)管理，資源管理，時(shí)間管理，編程支持，中斷管理，異常管理，用戶界面，安全管理，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，數(shù)據(jù)庫管理等；層次選取的術(shù)語：需求，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)，實(shí)施，測試等；表示方法選取的術(shù)語：源代碼，目標(biāo)代碼，文檔，圖表等；硬件環(huán)境選取的術(shù)語：CPU，內(nèi)存，顯卡，主板等；軟件環(huán)境是所需軟件的列表，其中既包括系統(tǒng)軟件又包括應(yīng)用軟件，例如：Win98，Win2000，WinXP，Linux，Office2000等；程序語言選取的術(shù)語：C，C#，Visual C++，VB，Java，Visual Foxpro等。這里給選取的術(shù)語空間加入機(jī)器學(xué)習(xí)的機(jī)制，隨著新構(gòu)件的不斷入庫，更多、更規(guī)范的術(shù)語的出現(xiàn)，來不斷豐富和完善各個(gè)刻面的術(shù)語空間。
　　定義1.1 復(fù)用度(ReuseDegree)。復(fù)用度等于初始值(Initialization)加上復(fù)用次數(shù)與入庫時(shí)間的比值。
　　ReuseDegree=Initialization+ReuseTime/EnterTime
　　初始值在軟件入庫時(shí)由入庫人員設(shè)定，并且在以后的構(gòu)件庫運(yùn)行過程中可以由構(gòu)件庫管理人員或構(gòu)件使用者更改。
2.2.2 基于學(xué)習(xí)的部分
　　定義2 基于學(xué)習(xí)的部分(StudyPart)。基于學(xué)習(xí)的部分可以分兩部分來描述：內(nèi)部信息描述(InnerInfo)和外圍信息描述(OuterInfo)。
　　StudyPart=[InnerInfo, OuterInfo]
　　其中，內(nèi)部信息描述的是構(gòu)件能向外界提供什么服務(wù)，需要外界為它提供什么服務(wù)，包括：外顯的屬性和向外提供的服務(wù)及其自然語言描述。外部信息描述的是構(gòu)件的一些外部信息，如生產(chǎn)者、版本、使用者、反饋意見、知識(shí)產(chǎn)權(quán)控制等。
　　定義2.1 內(nèi)部信息描述(InnerInfo)。內(nèi)部信息描述按照構(gòu)件結(jié)構(gòu)分成公有屬性(PublicAttribute)和公有行為(PublicAction)兩部分描述。
　　InnerInfo=[PublicAttribute, PublicAction]
　　定義2.1.1 公有屬性。公有屬性的結(jié)構(gòu)是屬性名稱(AttributeName)和相對(duì)應(yīng)的自然語言描述(AttributeNatureLanguageDescription)的對(duì)偶。因?yàn)榛趯W(xué)習(xí)部分是讓“人”去學(xué)習(xí)，所以用自然語言描述是最合適的。
　　PublicAttribute=[AttributeName，AttributeNatureLanguage-Description]
　　定義2.1.2 公有行為。公有行為的描述結(jié)構(gòu)和公有屬性的描述類似，是行為名稱(ActionName)和相對(duì)應(yīng)的自然語言描述的對(duì)偶。其中，行為名稱和構(gòu)件庫中構(gòu)件的真實(shí)行為名稱應(yīng)保持一致。
　　PublicAction=[ActionName，ActionNatureLanguageDesc-ription]
　　定義2.2 構(gòu)件的外部信息。構(gòu)件的外部信息包括：生產(chǎn)者(Producer)，版本(Edition)，使用者(User)，反饋意見(Feedback)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)控制(PropertyRight)，入庫時(shí)間(EnterTime)，復(fù)用次數(shù)(ReuseTime)。
　　OuterInfo=[Producer，Edition，User，F(xiàn)eedback，Property-Right，EnterTime，ReuseTime]
2.2.3 基于組裝和演化的部分
　　基于組裝和演化部分描述的目的是為了更好地支持構(gòu)件的組裝和演化。在支持組裝方面，此模型支持找出與構(gòu)件組裝相關(guān)的其他構(gòu)件，提供構(gòu)件接口的語法與語義描述和提供構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)體。在支持演化方面，此模型支持找出所有與演化構(gòu)件相關(guān)的構(gòu)件，分析是否有必要將相關(guān)構(gòu)件一起演化。
　　定義3 基于組裝和演化部分(AssemblyAndEvolvementPart)。基于組裝和演化部分用來描述支持構(gòu)件組裝和演化的信息。這里從構(gòu)件關(guān)系語境(ComponentRelationContext)、接口(Interface)、實(shí)現(xiàn)(Implementation)三個(gè)方面來刻劃。
　　AssemblyAndEvolvementPart=[ComponentRelationContext，Interface, Implementation]
　　ComponentRelationContext：構(gòu)件關(guān)系語境集合，描述構(gòu)件間的關(guān)系；Interface：接口集合，接口是描述構(gòu)件的通信接口規(guī)范和語法約束；Implementation：實(shí)現(xiàn)集合，實(shí)現(xiàn)是滿足接口規(guī)范和語義描述的實(shí)例。
　　通過網(wǎng)上信息收集系統(tǒng)的實(shí)踐和多年來的研究，總結(jié)構(gòu)件間的關(guān)系有如下五種^[6]，如表1所示。

　　定義3.1 構(gòu)件關(guān)系語境。根據(jù)表1中劃分的五種構(gòu)件關(guān)系，構(gòu)件關(guān)系語境可以表示成一系列構(gòu)件的列表，其中包括：版本關(guān)系構(gòu)件列表，協(xié)作關(guān)系構(gòu)件列表，精化構(gòu)件列表，被精化構(gòu)件列表，包含構(gòu)件列表，被包含構(gòu)件列表，依賴構(gòu)件列表，被依賴構(gòu)件列表。形式如下：
　　ComponentRelationContext=[EditionRelTab，Cooperation-RelTab，SubtleRelTab，BeSubtleRelTab，InclusionRelTab，Be-InclusionRelTab，RelyRelTab，BeRelyRelTab]
　　定義3.2 接口。接口體是描述構(gòu)件的通信接口規(guī)范和語法約束，它可以分為三部分描述：接口名稱(InterfaceName)、接口函數(shù)(InterfaceFunction)、接口語義(InterfaceSemantic)。
　　Interface=[InterfaceName，InterfaceFunction，InterfaceSe-mantic]
　　定義3.2.1 接口函數(shù)(InterfaceFunction)。接口函數(shù)的結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：函數(shù)名稱(FunctionName)，函數(shù)功能(FunctionFunction)，函數(shù)參數(shù)(FunctionParameter)：
　　InterfaceFunction=[FunctionName，F(xiàn)unctionFunction，F(xiàn)un-ctionParameter]
　　其中，函數(shù)參數(shù)可以從參數(shù)名稱(ParaName)，參數(shù)說明(ParaExplain)，方向(Orientation)，參數(shù)類型(ParaType)四個(gè)方面描述：
　　FunctionParameter=[ParaName，ParaExplain，Orientation，ParaType]
　　定義3.2.2 接口語義(InterfaceSemantic)。接口語義可分為接口函數(shù)功能(InterfaceFunction)，前條件(ForwardCondition)，后條件(AfterCondition)三部分描述。
　　InterfaceSemantic=[InterfaceFunction，F(xiàn)orwardCondition，AfterCondition]
　　定義3.3 實(shí)現(xiàn)(Implementation)。實(shí)現(xiàn)是滿足接口規(guī)范和語義描述的實(shí)例，它包括索引(Index)和實(shí)現(xiàn)體(ImplementationBody)兩個(gè)部分。
　　Implementation＝[Index，ImplementationBody]
3 構(gòu)件模型的應(yīng)用
　　本構(gòu)件模型對(duì)構(gòu)件庫管理的支持是多方面，多角度的。理論上，它的提出就是為了更好地支持構(gòu)件庫中構(gòu)件的重用。實(shí)踐中，通過在網(wǎng)上信息收集系統(tǒng)構(gòu)件庫中加入構(gòu)件模型的支持，使以前難以實(shí)現(xiàn)的一些功能得以實(shí)現(xiàn)，例如：基于語義的檢索，對(duì)構(gòu)件組裝和演化的支持等。下面簡單介紹一下此模型在這些方面的支持機(jī)制。
3.1 如何支持構(gòu)件的語義檢索
　　本模型支持構(gòu)件的語義檢索。它從應(yīng)用領(lǐng)域，功能，層次，表示方法，硬件環(huán)境，軟件環(huán)境，程序語言，復(fù)用度八個(gè)方面刻劃構(gòu)件的特征。根據(jù)刻面的重要性和在網(wǎng)上信息收集系統(tǒng)構(gòu)件庫中的實(shí)踐，筆者將各個(gè)方面的權(quán)值確定如表2。當(dāng)檢索時(shí)，可以從除復(fù)用度之外的7個(gè)刻面輸入需求，然后計(jì)算出各個(gè)構(gòu)件的匹配度，并且按照匹配度從高到低依次提供給構(gòu)件檢索者。如果在輸入需求時(shí)沒有輸入某一刻面所需求的術(shù)語描述，則視為對(duì)這一刻面沒有要求，則這一刻面按完全匹配看待。