面向方面编程语言的形式语义研究

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1、华中科技大学博士学位论文摘要面向方面的软件开发作为一种基于横切关注模块化思想的开发方法，是一种贯穿需求分析、详细设计、代码实现和测试的完整方法。面向方面编程作为具体的实现技术，通常包含新的语言结构来支持代码中的横切关注模块化。这些新的语言结构的语义是复杂而微妙的，对其形式语义的研究不仅可以澄清非形式化描述中的歧义，还为面向方面系统的理解、推理和分析技术提供了理论基础。对基于函数式语言的面向方面语言的语义描述包含刻画程序执行的操作语义和一个静态织入语义，其一致性证明了织入算法的正确性。尽管分析的面向方面函数式语言非常简单，只

2、包含了最基本的方面结构，但是对于理解和刻画面向方面的基本机制是充分的。基于命令式语言和面向对象语言的面向方面语言则相对要复杂得多，使用效应系统不仅可以避免在考虑新的语言结构时语义描述规则的随意性，还提供了一个灵活和易于扩展的语义描述方法。通过将程序执行效应，运行时状态和程序执行历史作为程序可量化的性质，给出了富有表达能力的程序量化机制，并用来描述基于控制流和数据流的pointcuts的语义。高阶化学模型可以提供一种通用的模块化和可扩展的语义描述框架，通过使用高阶化学模型描述简单命令式语言的语义，并且在其基础上定义描述对象及

3、其交互的分子和反应规则，可以直接得到简单命令式面向对象语言的语义描述。同样的，当考虑新的控制机制，例如面向方面结构中的控制机制时，可以在已有化学语义框架的基础上定义对应的反应规则。面向方面的思想同样可以用于其他不断涌现的计算范型，如分布式计算、面向服务的计算、协作计算等。通过这些领域具有代表性的研究工作进行评述，对这些方法存在的问题进行分析，并且指出一些新的研究思路和方向。关键词：面向方面，关注分离，横切关注，操作语义，化学语义，方面演算，分布式计算I华中科技大学博士学位论文II华中科技大学博士学位论文AbstractAs

4、pect-Orientedsoftwaredevelopmentisamethodologyproposedtoimproveseparationofconcernsandmodularizationofcrosscuttingconcerns.Thismethodol-ogycontainsseriesofcomplementmethodsfromsystemrequirementanalysis,design,implementationandtesting.Aspect-Orientedprogrammingasth

5、econcreteimple-mentationtechniquescontainnewlanguageconstructstosupportthemodularizationofcrosscuttingcode.Thesemanticsofthesenewlanguageconstructsarecomplicateandsubtle.Theformalstudiesofthesemanticsofaspectorientedlanguagescannotonlyclarifytheimprecisionoftheinf

6、ormaldescription,butalsoprovidearigoroustheoreticalfoundationforthedevelopmentofreasoning,comprehensionandanalysistechniques.Adynamicoperationalsemanticsandastaticweavingsemanticshavebeengivenforasimpleaspectorientedfunctionallanguages.Theconsistencyhasbeenprovedt

7、oshowthecorrectnessoftheweavingalgorithm.Thoughtheconsideredlanguageisverysimpleandwithonlysimpli¯edaspectconstructs,butitprovidestheessen-tialtechniquesforunderstandingandcharacterizingtheaspectmechanisms.Aspectorientedlanguagesbasedonimperativelanguagesandobject

8、orientedlanguagesaremorecomplicatedtodescribe.Anoveluseofthee®ectsystemscannotonlyavoidthelibertiesofthesemanticrulesfordescribethenewlanguageconstructs