6、面向 Java 程序的形式化技术与面向对象软件开发方法自动化

面向 Java 程序的形式化技术与面向对象软件开发方法自动化

一、Java 程序形式化技术相关研究

1. 脆弱基类问题分析
   • 问题提出 ：当有一个正确的基类和一个正确的派生类，对基类进行修改后，基类仍然正确，但派生类可能不再正确，这就是脆弱基类问题。基类开发者可能不清楚派生类的存在，难以确保派生类的正确性，这反映了基类规范的弱点。
   • 解决方案 ：Kees Huizing 和 Ruurd Kuiper 提出“合作契约”规范形式和“强化行为子类型”概念。强化行为子类型要求从基类继承的非私有方法（在派生类中未被重写）必须保留派生类可能更强的不变式。开发者可使用基类源代码进行证明，也可重写基类方法。“合作契约”允许方法的后置条件引用其调用的其他方法的后置条件，基类开发者可通过这种方式为未来派生类做规划。
2. 顺序 Java 的精化演算
   • 精化演算概念 ：精化演算是用于系统开发正确程序的形式化方法，包括算法精化和数据精化。数据精化是用不同的数据结构和方法替换原有的。
   • 研究内容 ：Cavalcanti 和 Naumann 将精化演算思想扩展到类，允许用另一个实现替换类的实现。精化步骤需通过前向模拟关系证明正确性，该关系将原（抽象）类的状态与替换（具体）类的状态关联起来。研究中有两个意外发现：一是前向模拟必须是满射的；二是如果语言有天使变量，