Requirements Engineering I Formale Spezifikation

30 Pages·2006·0.26 MB·German

Martin Glinz
Requirements Engineering I
Kapitel 10
Formale Spezifikation
Universität Zürich
Institut für Informatik
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10.1 Grundlagen
Zeit
0
Ideen und Vor-
informale Spezifikation
stellungen der
Auftraggeber
teilformale
Spezifikation
formale Spezifikation
100% Produkt
Die Vision
Grad der
Formalität
Das Problem analysieren
(cid:1)
Anforderungen formal spezifizieren
(cid:1)
Implementierung durch korrektheitserhaltende Transformationen
(cid:1)
Pflege der Anforderungsspezifikation, nicht des Codes
(cid:1)
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Mittel und Formen
Was bedeutet „formal“?
Formaler Kalkül, d.h. Verwendung einer Spezifikationssprache mit
(cid:2)
formal definierter Syntax
(cid:1)
und
formal definierter Semantik
(cid:1)
Primär zur Spezifikation funktionaler Anforderungen
(cid:2)
Welche Arten?
Rein deskriptiv, zum Beispiel Algebraische Spezifikation
(cid:2)
Rein konstruktiv, zum Beispiel Petrinetze
(cid:2)
Modellbasierte Mischformen, zum Beispiel OCL, VDM und Z
(cid:2)
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10.2 Algebraische Spezifikation
Deskriptive, formale Methode
(cid:1)
Primär für die formale Spezifikation komplexer Datentypen
(cid:1)
Syntax durch Signaturen (Definitions- und Wertebereiche) der
(cid:1)
Operationen
Semantik durch Axiome (Ausdrücke, die immer wahr sein müssen)
(cid:1)
Axiome beschreiben im Wesentlichen Invarianten unter der
(cid:1)
Anwendung von Funktionen
Eines der ältesten formalen Spezifikationsverfahren (seit ca. 1977)
(cid:1)
Schwer lesbar
(cid:1)
Unter- und Überspezifikation schwer erkennbar
(cid:1)
Hat den Sprung aus der Forschung in die Praxis nie geschafft
(cid:1)
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Algebraische Spezifikation: Beispiel
Spezifikation eines Kellers (Stack)
Sei bool der Datentyp mit dem Wertebereich {false, true} und der
Booleschen Algebra als Operationen. Sei ferner elem der Datentyp für die
Datenelemente, die im spezifizierten Keller zu speichern sind.
TYPE Stack
FUNCTIONS
new: () (cid:1) Stack; -- neuen (leeren) Keller anlegen

push: (Stack, elem)(cid:1) Stack; -- Element hinzufügen

pop: Stack (cid:1) Stack; -- zuletzt hinzugefügtes Element entfernen

top: Stack (cid:1) elem; -- liefert zuletzt hinzugefügtes Element

empty: Stack (cid:1) bool; -- wahr, wenn Keller kein Element enthält

full: Stack (cid:1) bool; -- wahr, wenn Keller voll ist
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Algebraische Spezifikation: Beispiel – 2
AXIOMS
(cid:3) s (cid:2) Stack, e (cid:2) elem
¬
(1) full(s) (cid:1) pop(push(s,e)) = s -- Pop hebt den Effekt von Push
auf
¬
(2) full(s) (cid:1) top(push(s,e)) = e -- Top liefert das zuletzt
gespeicherte Element
(3) empty(new) = true -- ein neuer Keller ist leer
¬
(4) full(s) (cid:1) empty(push(s,e)) = false -- nach Push ist ein Keller nicht
mehr leer
(5) full(new) = false -- ein neuer Keller ist nicht voll
¬
(6) emtpy(s) (cid:1) full(pop(s)) = false -- nach Pop ist ein Keller
niemals voll
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10.3 Modellbasierte formale Spezifikation
Mathematisches Modell des Systemzustands und seiner Veränderungen
(cid:2)
Basierend auf Mengen, Relationen und logischen Ausdrücken
(cid:2)
Beschreibung von
(cid:2)
Grundmengen
(cid:1)
Zusammenhängen zwischen Mengen (Relationen, Funktionen)
(cid:1)
Invarianten (Prädikate)
(cid:1)
Zustandsveränderungen (Relationen, Funktionen)
(cid:1)
Zusicherungen für Zustände
(cid:1)
Bekannte Vertreter:
(cid:2)
VDM (Vienna Development Method, Björner und Jones 1978)
(cid:1)
Z (Spivey 1992)
(cid:1)
OCL (ab 1997; OMG 2006)
(cid:1)
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10.3.1 Die Spezifikationssprache Z
Nur grober Überblick und einige Beispiele
(cid:1)
Mehr in einschlägiger Literatur, zum Beispiel Jacky (1997)
(cid:1)
Heute wahrscheinlich die in der Praxis am häufigsten verwendete
(cid:1)
formale Spezifikationssprache
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Die Grundelemente von Z
Z basiert auf Mengen
(cid:1)
Eine Spezifikation besteht aus Mengen, Typen, Axiomen und Schemata
(cid:1)
Typen sind Grundmengen: [Name] [Datum] IN
(cid:1)
Mengen haben einen Typ: Person: P Name Zähler: IN
(cid:1)
Axiome definieren globale Variablen und deren (invariante)
(cid:1)
Eigenschaften:
Deklaration
string: seq CHAR
#string (cid:1) 64
Invariante
IN Menge der natürlichen Zahlen
P M Menge aller Teilmengen von M
seq Sequenz von Elementen
#M Anzahl Elemente der Menge M
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Die Grundelemente von Z – 2
Schemata gliedern eine Z-Spezifikation und bilden einen eigenen
(cid:1)
Namensraum:
Name
Zähler
Deklarationsteil:
Wert, Limit: IN
Deklaration von Zustandsvariablen
Wert (cid:1) Limit (cid:1) 65535
Prädikatsteil:
• Restriktionen
• Invarianten
• Beziehungen
• Zustandsveränderungen
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