增量式开发的理论基础

增量式开发的理论基础

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　　净室过程中实践的增量式开发技术是基于引用透明性原理的。引用透明性意味着一个表达式所关心的惟一的事情是它的值，能用其值相等的子表达式代替。引用透明性暗示，一个实体的有关低层细节被抽象了，而不是忽略了高层描述的特定系统。因此，当置身于较大的上下文中时，高层描述包含的每一件事必须明白表达实体。引用透明性的概念已在广泛的领域得到应用，这些领域包括：计算机科学、语言学、数学和逻辑学。

算术中的引用透明性

　　引用透明性具有的特性，保证冗长的算术表达式的估算将产生正确的回答。例如，在表达式(6+2)*(5-3)中，因为6+2=8，表达式等价于8*(5-3)。另外因为5-3=2，它也等价于8*2。最后，因为8*2=16，它就等价于16。引用透明性保证无条件地用8来代替；无须担心是否结果将继续与(5-3)相乘，或者与17相减，等等。引用透明性只建立一次应用于形式算术逻辑中。

　　注意，因为引用透明性，可能每执行一步，都是往正确答案进一步。因此，我们充满信心地说，在三步问题中，第一步完成时，问题1/3已完成。这就是，完成后续的步骤，以前的步骤无须重新访问。另外，由于每一步对其他步无负影响，在同样的层次上，小组可按任意顺序进行评估。因此，这种特性与重要软件概念在抽象、规范、解决方案和没有负作用上具有相似性。

软件中的引用透明性

　　软件增量式开发的基础在于为程序和程序部分制定数学函数规则(Linger、Mills和Witt1977)。这种观点认为程序开发作为一种自顶向下的控制结构或子函数(子规范)的函数改进(规范)过程，这种改进将导致基于对象或函数分解，或者是二者的结合。例如，一个给定的函数(规范) f能改进为如下的任一种形式：　　do f1 ; f2 enddo 顺序　　if p then f1 else endif 选择　　while p do endo 循环

　　其中f1和 f2表示更进一步改进的子函数(子规范)。后续函数改进必须维持每一步正确性验证了的函数等价性。例如，在上述顺序改进中，子函数f1和 f2的合并对原函数f在数据影响上必须等价。引用透明性要求任意函数(f，f1或 f2)在设计中应该完整定义在该点所要求的效果，没有更多的为单独改进而涉及到其他设计部分的影响。

　　因为引用透明性，任何精化步骤的验证能够与其他精化步骤相互独立地进行，这就意味着，在系统的在部分组件写出之前，在早期的增量中，系统的体系能够被验证，在后期的增量中，体系结构不须重新验证。然而应注意，进入体系认证系统组件的规范，实际上提供了精确的接口文档，在编码完成时，保证系统作为一个整体达到所要求的性能。

　　引用透明性在程序设计级函数精化的实例如图。图中右边的两步精化保持了在每一步函数间的等价。首选，精化初始规范为f循环初始代码g和子规范k，其中k规定了接口和

图 精化引用透明性的一个实例

设计时所要求的处理效果。其次，在第二步精化子规范k为循环。这些扩充步是引用透明性的，代表可能的增量定义。这样，第一步增量用g表示循环初始代码，用k中顺序中定义和连接来验证f。但在代码中取消桩。关键是代码g顺序连接子规范k在功能上等价于原定义f。第二步增量应用while do 循环来精化，功能上等价于。另一种设计方案，如图左边给出的那样，将违背引用透明性和失去自定义向下设计的智能控制。在这个简单例子中，这些方法的差别很小，但如果g和k分别代表50000行和500行代码(KLOC)，它们间存在复杂的接口，引用透明性就意味着在项目的成功和失效间的差别。