TÂNIA EIKO EISHIMA PROPOSTA DE METAMODELO PARA DESENVOLVIMENTO ORIENTADO A MODELO PARA EMPRESAS DO APL DE LONDRINA

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1 TÂNIA EIKO EISHIMA PROPOSTA DE METAMODELO PARA DESENVOLVIMENTO ORIENTADO A MODELO PARA EMPRESAS DO APL DE LONDRINA LONDRINA PR 2014

2 TÂNIA EIKO EISHIMA PROPOSTA DE METAMODELO PARA DESENVOLVIMENTO ORIENTADO A MODELO PARA EMPRESAS DO APL DE LONDRINA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Bacharelado em Ciência da Computação da Universidade Estadual de Londrina para obtenção do título de Bacharel em Ciência da Computação. Orientador: Profa. Dra. Jandira Guenka Palma LONDRINA PR 2014

3 Tânia Eiko Eishima Proposta de metamodelo para Desenvolvimento Orientado a Modelo para empresas do APL de Londrina/ Tânia Eiko Eishima. Londrina PR, p. : il. (algumas color.) ; 30 cm. Orientador: Profa. Dra. Jandira Guenka Palma Universidade Estadual de Londrina, Processo de Desenvolvimento de Software. 2. Desenvolvimento Orientado a Modelo. I. Jandira Guenka Palma. II. Universidade xxx. III. Faculdade de xxx. IV. Proposta de metamodelo para Desenvolvimento Orientado a Modelo para empresas da APL de Londrina CDU 02:141:005.7

4 Most of the goals presented here are not new. On the contrary, they represent something like the IT industry s Holy Grail : no-one is inclined to believe in beneficial promises anymore, and rightly so. But if you take a look at the history of IT or computer science, you can see that an ongoing evolution is taking place. (Markus Völter, Model-Driven Software Development - Technology, Engineering, Management, sobre os objetivos do MDD)

5 EISHIMA, T. E.. Proposta de metamodelo para Desenvolvimento Orientado a Modelo para empresas do APL de Londrina. 30 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Bacharelado em Ciência da Computação Universidade Estadual de Londrina, RESUMO O desenvolvimento orientado a modelos (Model-Driven Development - MDD) é uma abordagem que vem se destacando na indústria e na academia. Ele consiste na utilização de modelos para elevar o nível de abstração para a criação de software. A proposta deste trabalho é apresentar um metamodelo para o desenvolvimento de software orientado a modelos que otimize a organização, produtividade e qualidade do processo de produção de sistema nas empresas Palavras-chave: MDD, desenvolvimento orientado a modelos, metamodelo, processo, APL.

6 EISHIMA, T. E.. Proposed metamodel to Model-Driven Development to companies at Londrina s APL.. 30 p. Final Project (Undergraduation). Bachelor of Science in Computer Science State University of Londrina, ABSTRACT The Model-Driven Development (MDD) is a approach that has been excelled in industry and academia. It is the use of models to raise the level of abstraction for creating software. The propose of this work is to present a metamodel to software model-driven development that optimizes the organization, productivity and quality of the production process systems in companies Keywords: MDD, Model-Driven Development, metamodel, process, cluster.

7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Representação da engenharia de software em camadas Figura 2 Representação do modelo cascata Figura 3 Representação do modelo de processo incremental Figura 4 Representação do modelo espiral Figura 5 Representação do modelo concorrente Figura 6 Representação do processo unificado Figura 7 Principais elementos do MDD Figura 8 Modelo de processo da abordagem

8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS APL CIM DSL MDA MDD MOF OMG PIM PSM UML Arranjo Produtivo Local Computational Independent Model Domain-Specific Language Model-Driven Architecture Model-Driven Development Meta-Object Facility Object Management Group Platform Independent Model Platform-Specific Model Unified Modeling Language

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE Modelo Cascata Modelo de Processo Incremental Modelo de Processo Evolucionário Prototipagem Modelo Espiral Modelo Concorrente Modelo Especializado Processo Unificado DESENVOLVIMENTO ORIENTADO A MODELO Conceito e Motivação Model-Driven Architecture Computational Independent Model Platform Independent Model Platform-Specific Model Transformação Modelagem de domínio Ferramentas para o desenvolvimento do MDD e suas instâncias 21 4 PROPOSTA DE TRABALHO Escopo Metamodelo Proposta Análise Projeto Gestão e Auditoria dos Processos de Desenvolvimento Manutenção e Atualização do Software TRABALHOS RELACIONADOS Metodologia para Colaboração B2B em Desenvolvimento Orientado a Modelo Uma Abordagem Orientada a Modelos para reutilização de Software

10 5.3 Aplicando a Engenharia de Desenvolvimento Orientado a Modelo em Pequenas Empresas ANÁLISE DE RESULTADOS TRABALHOS FUTUROS CONCLUSÃO Referências

11 10 1 INTRODUÇÃO A utilização de software está em constante expansão. Eles não fazem parte apenas do computador, mas compõem caixas eletrônicos, celulares, televisões e geladeiras. Diante da sua ampla forma de utilização e comunicação entre eles, os sistemas computacionais tornam-se muito complexos. Os sistemas estão em constante mutação e a forma de desenvolvimento aplicada, muitas vezes gera lacunas que comprometem a qualidade do produto. Destacando a desatualização e desuso da documentação de requisitos e os modelos produzidos no início do processo de produção. Diante desse contexto, o desenvolvimento orientado a modelo é proposto na tentativa de reduzir esses problemas. E acrescentar algumas vantagens como a produção a partir de modelos. Os modelos são usualmente utilizados nas disciplinas das engenharias para a projeção de produtos complexos. Não há como imaginar a construção de um prédio sem a prévia elaboração de vários modelos específicos. Na engenharia de software, a abordagem de desenvolvimento orientado a modelo permite que o produto produzido esteja como na modelagem realizada no seu planejamento. Já que o modelo é o primeiro e principal artefato do processo de desenvolvimento. Esse trabalho propõe apresentar um metamodelo os dados obtidos até o momento que servirão de base para a construção do metamodelo.

12 11 2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE A engenharia de software é a aplicação de uma abordagem sistemática, disciplinada e quantificável para o desenvolvimento, operação e manutenção do software. Ela é caracterizada como uma tecnologia em camadas e seu alicerce é o nível de processo [1], como representado na Figura 1. Figura 1 Representação da engenharia de software em camadas. Um processo de software é um conjunto de ações compostas por atividades [2, 3, 4]. Diferentes abordagens organizam suas ações e atividades de maneiras distintas e são descritas em diferentes níveis de detalhes [4]. Os processos de software são a base para o controle gerencial de projetos de software e estabelecem o contexto no qual os métodos técnicos são aplicados, os produtos de trabalho (modelos, documentos e formulários) são produzidos, os marcos são estabelecidos, a qualidade é assegurada e as modificações são adequadamente geridas [1]. Um modelo de processo de software é uma descrição simplificada de um processo de software [4]. Com o objetivo de orientar o processo de software, vários modelos foram propostos: modelo cascata, modelo de processo incremental, modelo de processo evolucionário, modelo especializado e processo unificado [1]. Há diversas variações de processos de software. Algumas organizações idealizaram abordagens completamente diferentes para o desenvolvimento de seus produtos. Os processos evoluíram para explorar a capacidade das pessoas em uma organização, assim como as características específicas dos sistemas que estão sendo desenvolvidos [4]. Nesse capítulo serão apresentados alguns dos modelos de processo existentes na literatura.

13 Capítulo 2. Processo de Desenvolvimento de Software Modelo Cascata O modelo cascata é o primeiro modelo de processo de desenvolvimento de software publicado. Foi denominado assim devido à sequência em cascata de uma fase para outra [4]. Esse modelo é dividido em uma série de etapas fundamentais independentes, que são realizadas sequencialmente, uma após a finalização da outra. Como ilustra a Figura 2. Cada fase produz um produto que é a entrada para a fase seguinte [3]. O modelo é simples e direto [3]. No entanto, sua característica linear requer que os requisitos sejam bem definidos no início do projeto e que os projetos não exijam correção de fases anteriores da vigente [1]. Figura 2 Representação do modelo cascata. 2.2 Modelo de Processo Incremental O modelo de processo incremental é uma combinação dos elementos do modelo em cascata aplicados de forma iterativa. Cada sequência linear produz um incremento do software, como representado na Figura 3 [1]. No processo incremental, os clientes identificam as funções necessárias no sistema, identificam as mais importantes e definem uma série de estágios de entrega e o subconjunto de funcionalidades incluídas. A alocação das funções é realizada de acordo com a prioridade[4].

14 Capítulo 2. Processo de Desenvolvimento de Software 13 O primeiro incremento é chamado de núcleo do produto. Nessa etapa os requisitos básicos são satisfeitos e o sistema já pode ser utilizado ou avaliado pelo cliente [1]. Esse modelo de processo é útil quando há pouca mão-de-obra para o desenvolvimento completo do software ou quando há a dependência de algum item (hardware, por exemplo) para finalizar o produto [3]. Figura 3 Representação do modelo de processo incremental. 2.3 Modelo de Processo Evolucionário O modelo de processo evolucionário tem como intuito desenvolver uma implementação inicial, demonstrar o resultado ao usuário e fazer seu aprimoramento por meio de versões até que o sistema esteja completo [4]. Segundo Sommerville (2003), há dois tipos de desenvolvimento evolucionário: o desenvolvimento exploratório e o de protótipos descartáveis. Desenvolvimento Exploratório: trabalho de aperfeiçoamento de ideias com o cliente. O sistema evolui com o acréscimo de novas características. Protótipos Descartáveis: prototipação do sistema para a compreensão dos requisitos e desenvolver uma melhor definição dos requisitos.

15 Capítulo 2. Processo de Desenvolvimento de Software 14 São classificados como modelos evolucionários: a prototipagem, o modelo espiral e o modelo concorrente Prototipagem Na Prototipagem, o engenheiro de software e o cliente definem os objetivos gerais do software, identificam as necessidades conhecidas e apontam áreas carentes de definições. Cada iteração do processo é gerado uma representação das funcionalidades visíveis ao cliente (layout da interface humana)[1] Modelo Espiral O modelo espiral leva em consideração a falta de certeza em muitos estágios durante o desenvolvimento do software [3] e assim, tem um modelo de processo em espiral. Cada loop representa uma fase do sistema [4]. Essa abordagem é um processo guiado por risco. É utilizada quando há diferentes interessados concorrentes em cada versão evolucionária. E o conjunto de marcos de ancoragem garantem o comprometimento dos clientes com soluções satisfatórias [1]. Figura 4 Representação do modelo espiral.

16 Capítulo 2. Processo de Desenvolvimento de Software Modelo Concorrente O modelo de desenvolvimento concorrente é definido por uma série de atividades, ações e tarefas que podem ser executadas de forma simultânea.para disparar a transição de estado para cada uma das atividades, ações e tarefas, o modelo define uma série de eventos [1]. Figura 5 Representação do modelo concorrente. 2.4 Modelo Especializado Os modelos especializados possuem semelhanças com os outros modelos apresentados nesse capítulo, porém são utilizados em uma abordagem bem definida [1].

17 Capítulo 2. Processo de Desenvolvimento de Software 16 Essa abordagem é representada pelo desenvolvimento baseado em Componentes, o modelo de métodos formais e o desenvolvimento orientado a aspectos [1]. 2.5 Processo Unificado O Processo Unificado (PU) é uma tentativa de reunir as melhores características dos modelos convencionais de processo de software, através do reconhecimento da importância da comunicação com o cliente e de métodos diretos para a descrição da visão do cliente [1]. O PU pode ser utilizado em projetos de pequeno e grande porte, independentemente da complexividade do problema. Tem como objetivos principais: atender as necessidades dos clientes e acompanhar riscos. A abordagem é composta por quatro fases: concepção, elaboração, construção e transição [3], como é representado na Figura 6. Figura 6 Representação do processo unificado.

18 17 3 DESENVOLVIMENTO ORIENTADO A MO- DELO Os modelos de desenvolvimento, citados no capítulo 2, possuem um processo onde em cada etapa há a elaboração parcial ou completa de um artefato. Os artefatos colaboram para a execução do processo, mas não são totalmente dependentes uns dos outros [1]. E geralmente são responsabilidades de funcionários ou departamentos distintos [5]. Além dessas características, a produção de software sofre com a atualização periódica do produto imposta pelo mercado. E a heterogeneidade de conhecimento entre a equipe, com conhecimento e talentos individuais [5]. Esse cenário tem como consequência documentos e diagramas incompreensíveis para a equipe, desatualizados e inutilizáveis. O que resulta em sistemas complexos sem especificações acessíveis, aumentando o custo de manutenção e possibilidade de erros conceituais [6]. Com o intuito de reverter essa situação, o desenvolvimento orientado a modelos foi proposto [7]. Este capítulo apresenta os conceitos básicos do desenvolvimento de software orientado a modelo e a motivação para estudá-los. 3.1 Conceito e Motivação O desenvolvimento orientado a modelo ou Model-Driven Development(MDD), é uma metodologia que tem como foco a criação de modelos como classe principal de artefatos para o desenvolvimento do software [8]. O modelo é um conjunto de elementos que descrevem formalmente determinados aspectos como interface, segurança, banco de dados, cenário de utilização de um sistema. O desenvolvimento de um software pode envolver uma ou mais modelagens distintas [9]. O MDD fornece diretrizes, linguagens, métodos, modelo de transformação e ferramentas para apoiar a representação de requisitos de negócios e permite a geração de uma solução de tecnologia específica para cada empresa [6]. A proposta do MDD é fazer com que o engenheiro de software não precise interagir manualmente com todo o código fonte, concentrando-se em modelos de alto-nível. Ficando protegido das complexidades geradas na implementação com diferentes plataformas [10]. Para que isso seja possível, a ferramenta de modelagem deve permitir que o modelo descreva todos os conceitos do domínio (problema). O modelo deve ser semanticamente completo e correto para que o computador ou uma equipe específica de codificação, en-

19 Capítulo 3. Desenvolvimento Orientado a Modelo 18 tenda e gere novos modelos ou código. A Figura 7 apresenta os principais elementos desse método de desenvolvimento. Figura 7 Principais elementos do MDD. Essa abordagem de desenvolvimento tem como principais vantagens: Produtividade: redução de tempo de desenvolvimento com tarefas repetitivas através da geração de código automática [5, 11, 12] e através do conhecimento de especialista já agregado ao modelo [7]. Portabilidade: modelos de alto-nível podem ser transformados em código para diversas plataformas [5, 11]. Interoperabilidade: possibilidade de criação de adaptadores e conectores para a comunicação entre diferentes plataformas [5, 11]. Facilidade de manutenção: a manutenção é realizada diretamente no modelo o que facilita a compreensão do problema e a concepção de uma solução [5, 11]. Comunicação: os modelos de mais alto-nível tornam a comunicação acessível entre todas as pessoas evolvidas no processo de desenvolvimento [5, 7]. Reutilização: é possível fazer a reutilização de modelos adaptando-os a um novo contexto [5, 7, 11, 13]. Otimização: modelos possuem mais ferramentas para a verificação semântica e otimizações automáticas, assegurando implementações mais eficientes [5]. Corretude de código e conceitos: o alto-nível de abstração dos modelos permite uma maior corretude de conceitos de negócios e a possível automatização de geração de código elimina erros acidentais no código fonte [5, 11, 12, 13].

20 Capítulo 3. Desenvolvimento Orientado a Modelo 19 Em resumo, o desenvolvimento orientado a modelo permite que a longo prazo traga maior produtividade, qualidade e maior agregação de conhecimento nos produtos [5, 7, 11]. No entanto, a abordagem possui alguns desafios a enfrentar como: Rigidez: devido a dependência dos modelos elaborados e a pouca influência do desenvolvedor [5], o que dificulta a propagação de mudanças Complexidade: as ferramentas de modelagem, transformações e geradores de código geram maior complexidade ao processo de desenvolvimento [5] e quanto mais modelos relacionados maior a complexidade de ligação entre os artefatos [13]. Redundância: possibilidade de utilização de modelos que possuem representações de um mesmo conceito em diferentes níveis de abstração [13]. Desempenho: na utilização de geradores automatizados, o desempenho pode ser afetado devido a inclusão de código desnecessário no sistema [5]. Curva de Aprendizado: o MDD exige profissionais com habilidades na construção de modelos, manipulação de ferramentas de modelagem, transformações e geradores de código [5]. Os desenvolvedores devem ter conhecimento do impacto de cada etapa do processo no produto final [13]. Alto Investimento Inicial: a preparação e a implantação do MDD necessita tempo e esforço, mas os ganhos posteriores são significativos [5]. O processo de desenvolvimento orientado a modelos possui um modelo de maturidade denominado MDD Maturity Model. Este modelo foi baseado nas experiências de diversas empresas e instituições de pesquisa envolvidas com o ModelWare[5]. 3.2 Model-Driven Architecture O Model-Driven Architecture (MDA) é um conjunto de padrões adotados pela Object Management Group 1 (OMG) para o desenvolvimento através do MDD. Esse recurso tem como intuito manter a compatibilidade entre ferramentas de fabricantes distintos [5]. A interoperabilidade entre ferramentas é importante para a viabilidade do MDA. Ela apoiará o desenvolvimento de modelos e a transformação em código[14]. O MDA adota os conceitos de CIM (Computational Independent Model), PIM (Platform Independent Model) e PSM (Platform-Specific Model) [5]. 1 Object Management Group é um consórcio internacional, sem fins lucrativos que cria e mantém especificações de interoperabilidade de software [7].

21 Capítulo 3. Desenvolvimento Orientado a Modelo Computational Independent Model O CIM, ou Modelo Independente de Computação, é uma visão do sistema em que a compreensão independe do conhecimento em computação [5] Platform Independent Model O PIM, ou Modelo Independente de Plataforma, é uma visão do sistema independente da plataforma de implementação. Assim, ele pode ser reaproveitado em diferentes plataformas [5] Platform-Specific Model O PSM, ou Modelo Específico de Plataforma, é uma visão do sistema que considerará detalhes específicos a plataforma de desenvolvimento [5] Transformação O MDA apresenta a fase de transformação, onde um metamodelo é transformado em modelo, ou código, de acordo com as regras incluídas no metamodelo [11]. 3.3 Modelagem de domínio O desenvolvimento orientado a modelo começa a partir da modelagem do domínio. O domínio descreve um campo limitado de interesse ou conhecimento. Ele pode ser dividido em subdomínios [11]. A partir do domínio é realizado uma análise, que consiste na identificação dos principais conceitos e elementos de um domínio, a definição de seu escopo e a identificação do conjunto de artefatos a serem desenvolvidos [5]. Lucrédio(2009) enumera os objetivos da análise de domínio como: Coletar, registrar e documentar todas as informações disponíveis sobre o domínio; Definir o escopo do domínio a ser desenvolvido; Criar modelos do domínio; Identificar os subdomínios onde a automação é possível. No contexto de MDD é fundamental que a representação do domínio seja clara. Para a formalização das informações do domínio é elaborado um metamodelo [11]. Eles

22 Capítulo 3. Desenvolvimento Orientado a Modelo 21 são representados por uma Domain-Specific Language(DSL)[12], ou meta-metamodelo [11], que servem de base para a definição de todas as linguagens de modelagem [5]. O Meta-Object Facility(MOF) é o meta-metamodelo mais popular baseado na Unified Modeling Language(UML) [12]. O MOF consiste em um padrão orientado a objetos que permite a definição de classes com atributos e relacionamentos [5]. 3.4 Ferramentas para o desenvolvimento do MDD e suas instâncias

23 22 4 PROPOSTA DE TRABALHO 4.1 Escopo 4.2 Metamodelo 4.3 Proposta Análise Projeto Gestão e Auditoria dos Processos de Desenvolvimento Manutenção e Atualização do Software

24 23 5 TRABALHOS RELACIONADOS A abordagem de desenvolvimento orientado a modelo já vem sendo discutido em outros trabalhos. Esse capítulo descreve propostas de diversos autores para diferentes cenários de produção de software. 5.1 Metodologia para Colaboração B2B em Desenvolvimento Orientado a Modelo O artigo Model-Driven Development Methodology for B2B Collaborations [10] propõe uma abordagem de implementação de processos de negócios colaborativos e sistemas Business-to-Business (B2B). Esse cenário gera desafios como a descentralização de gestão, capacidade de lidar com mudança, iterações peer-to-peer, preservação de autonomia da empresa e interoperabilidade do projeto. A proposta resultante foi uma metodologia baseada no desenvolvimento conceitual e fornece uma clara separação dos domínios e os níveis de abstração dos artefatos necessários no desenvolvimento de colaborações B2B. Ela é composta pelas etapas: 1. Identificação dos requisitos de negócio; 2. Definição das soluções de negócio necessárias; 3. Definição da arquitetura de TI para cada empresa; 4. Definição da solução tecnológica e implementação. 5.2 Uma Abordagem Orientada a Modelos para reutilização de Software A dissertação Uma Abordagem Orientada a Modelos para Reutilização de Software [5] apresenta um modelo de processo em MDD para a reutilização de software, como ilustrado na Figura 8. Assim, visa guiar o engenheiro de software desde as atividades iniciais de análise até a implementação de artefatos reutilizáveis de um domínio. O abordagem é dividida em três níveis de abstração:

25 Capítulo 5. Trabalhos Relacionados Análise de Domínio; 2. Projeto de Domínio; 3. Implementação do Domínio. Figura 8 Modelo de processo da abordagem. 5.3 Aplicando a Engenharia de Desenvolvimento Orientado a Modelo em Pequenas Empresas O tabalho Applying model-driven engineering in small software enterprises [15] relata a experiência da aplicação do MDD em duas empresas pequenas da União Européia. Uma empresa possuia 12 funcionários e a outra, cerca de 100.

26 Capítulo 5. Trabalhos Relacionados 25 Foi realizado uma avaliação do processo, métricas e formas de potenciais ganhos de produtividade através dessa abordagem. E concluiu-se que apesar da baixa admissão de empresas de pequeno porte no MDD, há ganhos significativos.

27 6 ANÁLISE DE RESULTADOS 26

28 7 TRABALHOS FUTUROS 27

29 8 CONCLUSÃO 28

30 29 REFERÊNCIAS 1 PRESSMAN, R. S. Engenharia de Software. 6th. ed. [S.l.]: MCGRAW-HILL HIGHER EDUCATION, PRESSMAN, R. S. Software Engineering: A Practitioner s Approach. 7th. ed. New York: McGraw-Hill. ISBN BELL, D. Software Engineering for Students. 4th. ed. Harlow: Pearson Education Limited, ISBN SOMMERVILLE, I. Engenharia de Software. 6th. ed. São Paulo: Pearson Education Limited, LUCRéDIO, D. Uma Abordagem Orientada a Modelos para Reutilização de Software Uma Abordagem Orientada a Modelos para Reutilização de Software p. Tese (Dissertação) Universidade de São Paulo, TEPPOLA, S.; PARVIAINEN, P.; TAKALO, J. Challenges in Deployment of Model Driven Development Fourth International Conference on Software Engineering Advances, Ieee, p , set Disponível em: < epic03/wrapper.htm?arnumber= >. 7 MELLOR, S. J. et al. Model-Driven Development. IEEE Software, VARA, J. M.; MARCOS, E. A framework for model-driven development of information systems: Technical decisions and lessons learned. Journal of Systems and Software, Elsevier Inc., v. 85, n. 10, p , out ISSN Disponível em: < 9 SELIC, B. The pragmatics of model-driven development. IEEE Software, v. 20, n. 5, p , set ISSN Disponível em: < epic03/wrapper.htm?arnumber= >. 10 LAZARTE, I. M. et al. Model-Driven Development Methodology for B2B Collaborations. In: th IEEE International Enterprise Distributed Object Computing Conference Workshops. IEEE, p ISBN Disponível em: < >. 11 STHAL, T.; VOLTER, M. Model-Driven Software Development - Technology,Engineering, Management. Wiley, VöLTER, M. and; BETTIN, J. Patterns for Model-Driven Software-Development HAILPERN, B.; TARR, P. Model-driven development : The good, the bad, and the ugly. v. 45, n. 3, p , PARVIAINEN, P. et al. Model-Driven Development Processes and practices. [S.l.]: VTT Technical Research Centre of Finland, ISBN

31 Referências SáNCHEZ, J.; LUIS, J.; IZQUIERDO, C. Applying model-driven engineering in small software enterprises. Science of Computer Programming, Elsevier B.V., ISSN Disponível em: <