Métodos Formais. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 1

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1 Métodos Formais Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 1

2 Métodos Formais São técnicas baseadas em formalismos matemáticos para a especificação, desenvolvimento e verificação dos sistemas de softwares e hardwares. Na Ciência da Computação o termo método formal foi restrito para o uso de notação formal para representar modelos de sistemas durante o processo de desenvolvimento.... É difícil formalizar domínios que possuem muitos casos especiais ou contém muito conhecimento subentendido ou sujeito a mudanças. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 2

3 Métodos Formais Não se tornaram as principais técnicas de desenvolvimento de software Outras técnicas foram utilizadas que resultou em melhorias na qualidade do software. O time-to-market é preferível. O escopo de métodos formais é limitado. A formalização é bem sucedida em domínios restritos ou organizados. No desenvolvimento de software não se pode validar resultados apenas provando teoremas. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 3

4 Benefícios de Métodos Formais Usados para reduzir o número de erros do sistema. Reduz tempo de desenvolvimento. Proporciona melhor documentação. Melhora a comunicação (entre equipe com o usuário). Facilita manutenção. Ajuda a organizar as atividades durante o ciclo de vida. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 4

5 Métodos Formais Especificação Formal. Análise e prova da especificação. Verificação do programa. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 5

6 Especificação Formal É uma especificação expressa em uma determinada linguagem cujo vocabulário, sintaxe e semântica são formalmente definidos e rígidos. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 6

7 Especificação Formal Especificação vs. Implementação O quê? vs. Como? Especificações formais vs. especificações informais Formais: A notação utilizada possui uma sintaxe e uma semântica totalmente precisa Informal: Escritas em linguagem natural Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 7

8 Especificação Formal Uma especificação formal provê: Uma notação (domínio sintático); Um universo de objetos (domínio semântico); Regra precisa que define que objetos satisfazem cada especificação. Uma especificação é uma sentença escrita em termos de elementos do domínio sintático. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 8

9 Especificação Formal Uma linguagem de especificação é uma tripla <Sin, Sem, Sat>: Sin e Sem são conjuntos. Sat é uma relação entre Sin e Sem. Se Sat(sin, sem), então sin é uma especificação de sem, e sem é um especificando de sin. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 9

10 Domínio Sintático Definido em termos de: um conjunto de símbolos (por exemplo, constantes, variáveis e conectores lógicos). Um conjunto de regras gramaticais para combinar esses símbolos. Necessidade de sentenças bem formadas. O domínio sintático não se restringe a um formato textual. Pode-se usar elementos gráficos. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 10

11 Domínio Semântico As linguagens de especificação diferem na escolha do domínio semântico. Exemplos: Linguagens de especificação de tipos abstratos de dados. Linguagens de especificação de sistemas distribuídos e concorrentes. Linguagens de programação. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 11

12 Propriedades de uma Especificação Não ambigüidade: Cada especificação é mapeada em exatamente um especificando. Consistente: Deve ter uma interpretação semântica significativa. Completa: Mínima A coleção de propriedades especificadas deve ser suficiente para estabelecer compatibilidade com especificações de mais alto nível. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 12

13 Especificação no Processo de Software Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 13

14 Custo do Processo de Software Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 14

15 Técnicas de Especificação Algébrica O sistema é descrito em termos de operações e relacionamentos entre elas. Baseada em modelo Um modelo do sistema é construído usando construções matemáticas tais como conjuntos e seqüências e as operações são definidas em termos de como elas alteram o estado do sistema. Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 15

16 Linguagens de Especificação Formal Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 16

17 Estrutura de uma Especificação Algébrica < Nome da Especificação> sort < nome > imports < LISTA DE NOMES DA ESPECIFICAÇÃO> Descrição informal do sort e de suas operações Assinaturas de operação, que estabelecem os nomes e os tipos de parâmetros às operações definidas sobre o sort Axiomas que definem as operções sobre o sort Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 17

18 Componentes da Especificação Introdução Define o sort (o nome do tipo) e declara outras especificações que são usadas Descrição Descreve informalmente as operações Assinatura Define a sintaxe e seus parâmetros Axioma Define a semântica das operações Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 18

19 Especificação algébrica sistemática Estruturação da especificação Nomeação da especificação Seleção da operação Especificação informal de operação Definição da sintaxe Definição dos axiomas Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 19

20 Especificação de uma Lista LISTA( Elem ) sort Lista imports INTEIRO Define uma lista em que elementos são adicionados ao seu final e removidos de seu início. As operações são CREATE, que busca uma lista vazia; CONS, que cria uma nova lista com a adição de um membro; Length, que avalia o tamanho da lista; HEAD, que avalia o primeiro elemento da lista; etail, que cria uma lista removendo o HEAD de sua lista de entrada. UNDEFINED representa um valor indefinido do tipo Elem. Create List Cons(List,Elem) List Head(List) Elem Length(List) Inteiro Tail(List) List Head(Create) = Undefined exception (empty List) Head(Cons(L,v)) = if L=Create then v else Head(L) Length(Create) = 0 Length(Cons(L,v)) = Length(L) + 1 Tail(Create) = Create Tail(Cons(L,v)) = if L=Create then Create else Cons(Tail(L),v) Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 20

21 Especificações recursivas Operações são frequentemente especificadas recursivamente Tail (Cons (L, v)) = if L = Create then Create else Cons (Tail (L), v) Cons ([5, 7], 9) = [5, 7, 9] Tail ([5, 7, 9]) = Tail (Cons ( [5, 7], 9)) = Cons (Tail ([5, 7]), 9) = Cons (Tail (Cons ([5], 7)), 9) = Cons (Cons (Tail ([5]), 7), 9) = Cons (Cons (Tail (Cons ([], 5)), 7), 9) = Cons (Cons ([Create], 7), 9) = Cons ([7], 9) = [7, 9] Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 21

22 Especificações recursivas (*Funcao adiciona um item na lista, ListDadoTempo*) fun adic(item,[]) = [item] adic(item,item1::lista) = [item]^^([item1]^^lista); (*Funcao adiciona um item na lista, ListDadoTempoS*) fun adic1((item,tsr,s),[]) = [(item,agora(),s)] adic1((item,tsr,s),(item1,tsr1,sn)::listdadotempos) = [(item,agora(),s)]^^([(item1,tsr1,sn)]^^listdadotempos); Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 22

23 Especificações recursivas (*Funcao retira um item da lista, ListDadoTempoS*) fun retira([]) = 0 retira((s1,item1,tsr)::lis) = item1; fun retira1([]) = 0 retira1((item1,tsr,s)::lis) = Tsr; Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 23

24 Especificações recursivas (*Funcao que define a capacidade maxima de armazenamento do sensor*) (*A lista eh invertida (rev), depois eh retirado o 1o elemento dela (tl) e depois ela eh invertida mais uma vez pra voltar a ordem original*) fun memoria(list:listdadotempos):listdadotempos = if length(list) > 8 then rev(tl(rev(list))) else list; Ian Sommerville - Software Engineering TraduçãoProf Pedro Fernandes - Métodos Formais, 6o Período Slide 24