Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов XLIІ Международной научно-практической конференции (Санкт-Петербург – Астана – Киев – Вена, 27 июня 2019)
Секція: Технічні науки
Булах Богдан Вікторович
кандидат технічних наук,
доцент кафедри системного проектування
Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
м. Київ, Україна
Лашко Олена Вікторівна
викладач кафедри приладів та систем неруйнівного контролю
Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
м. Київ, Україна
АНАЛІЗ ТА РЕФАКТОРИНГ ПРОГРАМНОГО КОДУ ДЛЯ ПОТРЕБ ВИКЛАДАЧА ПРОГРАМУВАННЯ
Аналіз та рефакторинг програмного коду - не лише суто “промислова” задача, що постає перед професійними розробниками програмного забезпечення. Застосування подібних технологій може бути виправданим і у навчальному процесі. Засоби аналізу програмного коду слугуватимуть у цьому випадку не задачі контролю якості програмного продукту, а будуть інструментом для оцінювання якості засвоєння студентами матеріалу та оцінки їх компетентності. В той же час рефакторинг (“оптимізація” коду для підвищення якості продукту) може бути зручним засобом для швидкого виправлення допущених студентом помилок. Окрема задача для інструментів аналізу коду - виявлення плагіату у програмних кодах студентів.
Мабуть, перший і найпростіший вибір викладача - розвинуте інтегроване середовище розробки (англ. IDE). Нині більшість інтегрованих середовищ розробки (Eclipse, Visual Studio, IntelliJ IDEA та багато інших, включаючи хмарні середовища з веб-інтерфейсом), та і просто редакторів коду пропонують певний набір інструментів для аналізу коду та здійснення його рефакторингу. Причому для викладача корисними можуть бути як прості, не прив’язані до мови програмування засоби пошуку та заміни фрагментів у коді (за допомогою регулярних виразів), так і засоби, що використовують особливості конкретної мови програмування (такі як швидкий пошук коду методу класу прямо у місці його виклику - в об’єктно-орієнтованих мовах). Наприклад, це дозволить викладачу швидше зорієнтуватись у часто дуже недосконалому та заплутаному коді студентів та провести швидке коригування коду (скажімо, приведення стилю написання коду до вимог певної конвенції), а також дозволить швидше відшукати подібні фрагменти у роботах різних студентів.
Однак цих базових інструментів часто недостатньо для нетривіальних операцій з виявлення складних конструкцій коду (певних “шаблонів”). Причина в тому, що пошук з використанням регулярних виразів не враховує семантики мови (результати пошуку потребують подальшого уточнення), а семантично-орієнтовані засоби IDE досить обмежені. Тобто, існує проблема “автоматизації процесу розуміння смислу коду”. Для вирішення цієї проблеми пропонується скористатися технологіями семантичного веб. Опис семантики коду для його аналізу сам по собі не є новим підходом, й існує ряд публікацій на цю тематику [1,2]. Вже пропонувалося застосувати ці технології для аналізу програмного коду в промисловій розробці програмного забезпечення [3]. Метою даної публікації є синтез підходу, що, після певної підготовки, дозволить спростити роботу викладача програмування щодо оцінювання коду та виявлення плагіату в студентських роботах.
База знань шаблонів коду. Типовий набір засобів для реалізації семантичних програмних систем включає:
Для вирішення проблеми пошуку фрагментів коду за їх абстрактним описом через певні поняття та їх зв’язки слід, відповідно, побудувати онтологію для предметної області конкретної мови програмування [3]. Так для об’єктно-орієнтованих мов слід визначити поняття класу, підкласу, об’єкту, області видимості, оператору та складеного оператору, інтерфейсу, методу, поля, наслідування та багато іншого для того, щоб мати змогу описати код та шукати у ньому фрагменти, описані на високому рівні абстракції.
Шаблони у навчальних кодах. Розглянемо лише деякі приклади шаблонів чи фрагментів у студентських кодах, що потребують уваги викладача об’єктно-орієнтованого програмування, і можуть бути реалізовані з використанням бази знань.
Звичайно, результати пошуку таких шаблонів потребують подальшої експертної оцінки викладача, але викладачу набагато легше працювати вже з підготовленими фактами, які було автоматично виявлено. Таким чином, поруч з тривіальним автоматичним виявленням синтаксичних помилок та нетривіальною перевіркою на плагіат (з використанням поширених шаблонів), пошук подібних фрагментів у кодах студентів буде корисним доповненням до інструментарію викладача.
Склад семантичного інструментарію аналізу коду. Загальна програмна інфраструктура для аналізу коду пропонується на основі [3]. Код проходить етап синтаксичного розбору, результатом якого є абстрактне дерево синтаксису (AST, за допомогою генератору аналізаторів формальних мов ANTLR). Далі модуль “генератору знань” приймає на вхід AST та описує усі вжиті елементи мови та відношення між ними як факти у формі триплетів з урахуванням понять OWL-онтології для конкретної мови програмування. Пошук шаблонів відбувається як пошук пов’язаних фактів у базі знань.
Література
