Программные продукты и системы

Известно, что интегрированная среда разработки (ИСР) обеспечивает множество функций, таких как компиляция в фоне, автодополнение, навигация по файлам проекта, рефакторинг, отладчик и т.д. Современные ИСР в основном предоставляют текстовые редакторы исходного кода для внесения правок в программный проект, то есть в общем случае разработчик программы работает с символами и строками исходного текста программы. С улучшением программных языков и сред появилась концепция структурных редакторов, когда синтаксическое дерево отображается на экране напрямую [1, 2]. Структурные редакторы позволяют редактировать структуру программы, а не символы и строки текста исход- ного кода. Также известны семантические ре- дакторы [2], проекционные редакторы [3] и синтаксически-ориентированные редакторы. Структурно любая программа представляется в виде иерархии – абстрактного синтаксического дерева (АСД). Это дерево строится на основе исходного текста при помощи сканера и парсера. АСД можно визуально изобразить в виде вложенных блоков. Структурный редактор позволяет пользователю взаимодействовать с АСД напрямую через с эти блоки. В этом случае языковые конструкции становятся новыми неделимыми частями программы в отличие от символов и строк текста.

В ходе анализа [4] было выявлено, что существующие реализации сред разработки с поддержкой структурного редактирования имеют общий недостаток – хранение исходного кода в текстовом представлении, а это приводит к тому, что построение иерархической структуры кода производится каждый раз при загрузке программного проекта, при передаче кода в компилятор или отладчик и т.д. Кроме того, при сохранении кода промежуточное представление транслируется в текстовое, то есть сохраняется в виде текста исходного кода. Такая круговая трансляция сказывается на скорости компиляции и отзывчивости среды разработки – основные параметры, влияющие на эффективность разработки ПО. В ходе исследования было предложено реализовать ИСР с поддержкой структурного редактирования, не обладающую данным недостатком. Создание такой среды дает возможность повысить скорость и эффективность разработки ПО.

Структура ПО

Разработанное программное средство (Свид. о гос. регистр. прогр. для ЭВМ № 2019618051) основано на архитектуре, предложенной в [5]. Представленная ИСР позволяет создавать и редактировать ПО на языке программирования Go, поддерживает отладку, рефакторинг, систему контроля версий и другие инструменты для создания ПО.

Разработка выполнена при помощи языков программирования Go, TypeScript и технологии Electron. Выбор языка Go обусловлен множеством факторов: статическая типизация, строгие правила форматирования (задаваемые на уровне компилятора), а также проработанная стандартная библиотека для разбора исходного кода на Go [6].

Программный комплекс включает в себя три основных функциональных блока:

-     внутренний функциональный блок среды разработки – backend, реализующий всю логику работы с исходным кодом ПО, интер- фейс для компилятора и отладчика, систему контроля версий и другие функции ИСР;

-     модуль для компилятора и отладчика языка Go, который позволяет компилятору использовать промежуточное представление (CodeDOM) [7] исходного кода в качестве входных данных;

-     пользовательский интерфейс для взаимодействия пользователя со средой разработ- ки – frontend, предоставляющий структурный редактор для исходного кода и широкий набор функциональных возможностей для разработки ПО: отладчик, средства рефакторинга, интерфейс для системы контроля версий, навигацию по исходному коду проекта, быстрый поиск, автодополнение и др.

На рисунке 1 показаны структура програм­мной системы и взаимодействие ее с пользователем и компилятором Go.

Пользовательский интерфейс разработан в соответствии с принципами, предложенными в [8]. Внешний вид пользовательского интерфейса представлен на рисунке 2.

На рисунке отображены основные компоненты пользовательского интерфейса.

·     В верхней части расположено главное меню приложения. Оно позволяет пользователю запустить все возможные команды в рамках текущего контекста и состоит из набора подменю, сгруппированных по логике действий: Проект, Редактирование, Поиск, Вид, Код, Рефакторинг, Запуск, Помощь.

·     В левой части расположен обзор структуры проекта (Solution Explorer). Он позволяет пользователю видеть и редактировать структуру проекта. Возможна организация модулей проекта в виде вложенных папок. При помощи двойного клика можно открыть модуль для редактирования.

·     В центральной части размещена основная рабочая область редактора – список вкладок с исходным кодом ПО. В состав каждой открытой вкладки с кодом входят:

-     компонент «хлебные крошки» для отображения текущего местоположения курсора в иерархической структуре модуля (доступна навигация при помощи клика по элементам компонента);

-     таблица импорта, отображающая список зависимых пакетов для текущего модуля (в основном формируется автоматически, но пользователь может задать альтернативное имя для импорта (алиас), а также создать «безымянный» импорт);

-     область редактирования, содержащая сам структурный редактор для АСД модуля (навигацию и действия над грамматическими конструкциями можно выполнять как с клавиатуры, так и мышью).

·     В нижней части расположена панель для управления отображением дочерних окон, таких как «Запуск», «Отладка», «Система контроля версий» и «Результаты поиска».

Обоснование эффективности ИСР с использованием структурного  редактирования исходного кода

Для определения производительности реа- лизованной ИСР были проведены экспери- менты с использованием реальных данных (исходного кода проектов ПО).

Оценивались время компиляции проекта с использованием стандартного компилятора Go и время компиляции файлов проекта, созданных при помощи разработанной ИСР. Измерение производилось группой экспертов [9] для каждой реализации программного продукта. Результаты эксперимента (среднее арифметическое время выполнения компиляции) приведены в таблице 1.

Произведена оценка времени выполнения рефакторинга «переименование функции» [10]. При выполнении данного рефакторинга среда разработки должна найти все места использования функции (вызовы, ссылки, переопределения) и осуществить переименование. В таблице 2 приведены результаты исследования в ИСР JetBrains GoLand и разработанной ИСР. В результате нескольких десятков измерений получено среднее арифметическое времени выполнения рефакторинга.

Для определения эффективности реализованного в ИСР метода контроля версий был проведен эксперимент с участием 25 начинающих и профессиональных разработчиков ПО. Создана экспериментальная установка – персо- нальный компьютер с установленными ИСР JetBrains Goland и разработанной ИСР. В ходе эксперимента участник должен был попытаться определить семантику изменений в исходном коде проекта при помощи установленной ИСР. Время эксперимента было ограничено 30 минутами, участник должен был ответить на 6 вопросов теста об истории изменений. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Испытания разработанного программного средства показали:

-     уменьшение времени компиляции на 19–23 %;

-     уменьшение времени выполнения рефакторинга на 31–34 %;

-     более высокую детализацию истории версий исходного кода ПО, что позволяет уско- рить определение семантики изменений программистом на 75 %, а также повысить корректность на 6–13 %.

Полученные результаты демонстрируют эффективность предложенного решения.

Разработанная ИСР внедрена в производственный процесс компаний iSpring и TravelLine, а также в учебный процесс Поволжско- го государственного технического университета.

Заключение

В ходе работы была реализована ИСР с поддержкой структурного редактирования для языка Go. Разработанное программное средство основано на архитектуре, предложенной в [5]. Проведены серии экспериментов, под- твердивших улучшение значений параметров, влияющих на скорость и эффективность разработки промышленного ПО в созданной ИСР с поддержкой структурного редактирования исходного кода.

На данном этапе реализуется поддержка других языков программирования, а также визуального программирования для промышленного применения, что позволит расширить область использования разработанной ИСР.

Литература

1.    Князева М.А., Тимченко В.А. Структурные редакторы программ на языках программирования высокого уровня и генератор моделей структурных программ в Банке знаний о преобразованиях программ // Искусственный интеллект. 2005. № 4. С. 200–208.

2.    Мучник Т.Г. Языково-настраиваемый структурный редактор со средствами семантического контроля // Программирование. 1990. № 2. С. 10–20.

3.    Fowler M. ProjectionalEditing. 2008. URL: https://martinfowler.com/bliki/ProjectionalEditing.html (дата обращения: 20.10.2019).

4.    Ванясин Н.В., Сидоркина И.Г. Анализ функциональных возможностей структурных редакторов исходного кода программного обеспечения // Вестн. ПГТУ: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2019. № 1. С. 64–77. DOI: 10.25686/2306-2819.2019.1.64.

5.    Vaniasin N.V., Sidorkina I.G. Semantic source code editing in integrated development environments. EMIT, 2018, vol. 5, no. 2, pp. 48–53.

6.    Donovan A.A., Kernighan B.W. The Go Programming Language. Addison-Wesley, 2015, 380 p.

7.    Aho A.V., Lam M.S., Sethi R., Ullman J.D. Compilers: principles, techniques & tools. 2007, Addison Wesley, 1000 p.

8.    Voelter M., Siegmund J., Berger T., Kolb B. Towards user-friendly projectional editors. Proc. Intern. Conf. on Software Language Engineering. Springer, Cham, 2014, pp. 41–61. DOI: 10.1007/978-3-319-11245-9_3.

9.    Орлов А.И. Экспертные оценки. М., 2002. 486 с.

10. Мартин Р. Чистый код: создание, анализ и рефакторинг. Библиотека программиста. СПб, 2013. 464 с.

References

1. Knyazeva M.A., Timchenko V.A. Structural programs editors in the high-level programming languages and generator of structural programs’ models within the knowledge bank of programs’ re-organization. Artificial Intelligence. 2005, no. 4, pp. 200–208 (in Russ.).
2. Muchnik T.G. A language-adjustable structure editor with means of semantic control. Programming and Computer Software. 1990, no. 2, pp. 10–20 (in Russ.).
3. Fowler M. Projectional Editing. 2008. Available at: https://martinfowler.com/bliki/ProjectionalEditing.html (accessed October 20, 2019).
4. Vanyasin N.V., Sidorkina I.G. Analysis of functionality of structure source code editors. Sci. Tech. Volga Region Bull. 2019, no. 1, pp. 64–77 (in Russ.). DOI: 10.25686/2306-2819.2019.1.64.
5. Vaniasin N.V., Sidorkina I.G. Semantic source code editing in integrated development environments. EMIT. 2018. vol. 5, no. 2, pp. 48–53.
6. Donovan A.A., Kernighan B.W. The Go Programming Language. Addison-Wesley Professional, 2015, 380 p.
7. Aho A.V., Lam M.S., Sethi R., Ullman J.D. Compilers: Principles, Techniques & Tools. 2007, 1000 p.
8. Voelter M., Siegmund J., Berger T., Kolb B. Towards user-friendly projectional editors. Proc. Intern. Conf. Software Language Engineering. Springer, Cham, 2014, pp. 41–61. DOI: 10.1007/978-3-319-11245-9_3.
9. Orlov A.I. Expert Evaluation. Moscow, 2002, 486 p. (in Russ.).
10. Martin R. Clean code: A Handbook of Agile Software Craftsmanship. Prentice Hall, Inc., 2008, 462 p. (Russ. ed.: St. Petersburg, 2013, 464 p.).