As otimizações de um programa podem ser efetuadas no código intermediário gerado na fase de compilação, ou através da Performance Refactoring que consiste na inserção de otimizações diretamente no código fonte da aplicação. Na estrutura do código fonte, os laços de iteração possuem um importante impacto no desempenho da aplicação, pois consomem elevados tempos de execução, sendo assim, é fundamental que estes sejam alvo de otimizações. Uma das otimizações de laço é o Unroll and Jam, que aplica operações de reestruturação de laços aninhados, permitindo utilizar eficientemente a hierarquia de memória. Os passos desta otimização consistem em primeiramente desenrolar os laços a serem otimizados, e posteriormente fusioná-los formando um bloco único de instrução. Neste trabalho se propôs usar refatoração de código para automatizar o Unroll and Jam de laços em nível do código fonte, o que possibilita acumular os efeitos da otimização no programa original com as melhorias tradicionais propiciadas pelo compilador na fase de otimização do código intermediário. A implementação foi realizada com base nas estruturas da ferramenta Photran 7.0, que consiste em um ambiente de desenvolvimento integrado para a linguagem Fortran 77-2008. Os resultados de desempenho obtidos demonstraram que a utilização de Unroll and Jam através da Performance Refactoring, com diferentes níveis de otimização, obteve ganhos significativos de desempenho em comparação a otimização realizada pelo com- pilador da Intel. Deve-se destacar que a aplicação conjunta de ambas as técnicas de oti- mização, originou resultados melhores que a utilização de uma técnica somente. Como trabalhos futuros, é interessante que novas pesquisas possam ser realizadas na obtenção de índices de desenrolamento ótimos e na aplicação conjunta de outras abordagens de otimização. Também pode haver estudos que permitam que outras otimizações sejam aplicadas pela Performance Refactoring. / The optimizations of a program can be performed on the intermediate code, generated during compilation time, or through the Performance Refactoring that consists of insertion of optimizations directly in the source code of the application. In the source code structure, iteration loops have a major impact in the performance of the application because they are time-consuming code and, thus, an essential target of optimizations. One loop optimization is the Unroll and Jam that applies restructuring operations in nested loops allowing efficient usage of memory hierarchy. Its optimization steps are: to unroll the target loops, and to join them forming a single block of instruction. This work proposes the usage of refactoring to automate Unroll and Jam loops in source code level, allowing to accumulate the effects of optimization in the original pro- gram with the optimizations in the intermediate code by traditional compilers. The im- plementation was based on structures of Photran tool 7.0, which consists of an integrated development environment for Fortran 77-2008. The performance results using Unroll and Jam by Performance Refactoring with dif- ferent levels of unrolling, showed significant gains compared to the optimization per- formed by the Intel compiler. It should also be noted that the joint of both optimization techniques has led to better results than the use of an individual technique. As future works, new researches can be performed to obtain optimal rates of unrolling and to join the application of other optimization approaches. Furthermore, studies may search for optimizations to be applied by the Performance Refactoring.

As otimizações de um programa podem ser efetuadas no código intermediário gerado na fase de compilação, ou através da Performance Refactoring que consiste na inserção de otimizações diretamente no código fonte da aplicação. Na estrutura do código fonte, os laços de iteração possuem um importante impacto no desempenho da aplicação, pois consomem elevados tempos de execução, sendo assim, é fundamental que estes sejam alvo de otimizações. Uma das otimizações de laço é o Unroll and Jam, que aplica operações de reestruturação de laços aninhados, permitindo utilizar eficientemente a hierarquia de memória. Os passos desta otimização consistem em primeiramente desenrolar os laços a serem otimizados, e posteriormente fusioná-los formando um bloco único de instrução. Neste trabalho se propôs usar refatoração de código para automatizar o Unroll and Jam de laços em nível do código fonte, o que possibilita acumular os efeitos da otimização no programa original com as melhorias tradicionais propiciadas pelo compilador na fase de otimização do código intermediário. A implementação foi realizada com base nas estruturas da ferramenta Photran 7.0, que consiste em um ambiente de desenvolvimento integrado para a linguagem Fortran 77-2008. Os resultados de desempenho obtidos demonstraram que a utilização de Unroll and Jam através da Performance Refactoring, com diferentes níveis de otimização, obteve ganhos significativos de desempenho em comparação a otimização realizada pelo com- pilador da Intel. Deve-se destacar que a aplicação conjunta de ambas as técnicas de oti- mização, originou resultados melhores que a utilização de uma técnica somente. Como trabalhos futuros, é interessante que novas pesquisas possam ser realizadas na obtenção de índices de desenrolamento ótimos e na aplicação conjunta de outras abordagens de otimização. Também pode haver estudos que permitam que outras otimizações sejam aplicadas pela Performance Refactoring. / The optimizations of a program can be performed on the intermediate code, generated during compilation time, or through the Performance Refactoring that consists of insertion of optimizations directly in the source code of the application. In the source code structure, iteration loops have a major impact in the performance of the application because they are time-consuming code and, thus, an essential target of optimizations. One loop optimization is the Unroll and Jam that applies restructuring operations in nested loops allowing efficient usage of memory hierarchy. Its optimization steps are: to unroll the target loops, and to join them forming a single block of instruction. This work proposes the usage of refactoring to automate Unroll and Jam loops in source code level, allowing to accumulate the effects of optimization in the original pro- gram with the optimizations in the intermediate code by traditional compilers. The im- plementation was based on structures of Photran tool 7.0, which consists of an integrated development environment for Fortran 77-2008. The performance results using Unroll and Jam by Performance Refactoring with dif- ferent levels of unrolling, showed significant gains compared to the optimization per- formed by the Intel compiler. It should also be noted that the joint of both optimization techniques has led to better results than the use of an individual technique. As future works, new researches can be performed to obtain optimal rates of unrolling and to join the application of other optimization approaches. Furthermore, studies may search for optimizations to be applied by the Performance Refactoring.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:39:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332126.pdf: 2345402 bytes, checksum: a7d94cc77c045ca44271ccd8f23bdec1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Linhas de Produto de Software (LPS) trazem diversos benefícios, como a diminuição do tempo de entrada no mercado, a redução dos custos de desenvolvimento, o aumento da produtividade e a melhora da qualidade do produto final. Uma das práticas que auxilia na garantia de qualidade é a prática de testes. No entanto, ainda existem desafios e lacunas na utilização desta prática no desenvolvimento de LPSs. Nem todas as técnicas de testes utilizadas no desenvolvimento de um produto único podem ser aplicadas em LPSs e, portanto, novas adaptações e propostas são necessárias. Além disso, o desenvolvimento tradicional de LPSs também demanda um alto investimento inicial de longo prazo e oferece riscos para mercados dinâmicos, onde mudanças são difíceis de prever. Entretanto, já existem propostas para levar as vantagens de LPSs para mercados dinâmicos por meio da utilização de práticas de desenvolvimento ágil de software, essa união é denominada Engenharia de Linha de Produto Ágil (ELPA). Esta dissertação visa a elaboração de uma abordagem para a construção de LPSs, utilizando a ELPA. Nesta proposta as práticas ágeis de Desenvolvimento Dirigido por Testes (Test-Driven Development - TDD) e Refatoração conduzem a criação de uma LPS de abordagem reativa sem a tentativa de prever variações futuras. Para dar suporte à prática de testes unitários no desenvolvimento reativo de LPSs, foi desenvolvido um framework de testes com a proposta de adaptar padrões de testes unitários que facilitem a verificação da exatidão das aplicações geradas. Os padrõesde teste Framework de Automação de Testes e Testes Dirigidos por Dados fornecem a reutilização da lógica de testes e a automação dos mecanismos de implementação, reduzindo o esforço necessário para testar as variações de cada aplicação. A proposta foi avaliada através de um exemplo que mostrou a aplicação da abordagem e do framework de testes em uma LPS que foi construída de forma reativa a partir de uma aplicação existente. Como resultado foi visto um alto grau de reuso de testes, com 89% de reuso na segunda aplicação, após a modificação de três features, 97% na terceira aplicação, após a adição de uma feature e modificação de outra, e 100% na quarta aplicação onde nenhuma feature foi adicionada ou modificada, e a aplicação foi construída com variantes existentes.<br> / Abstract: Software Product Line (SPL) brings benefits such as lower time-to market, less development costs, increased productivity, and improved quality. The quality assurance can be reached through the testing area, however this area still has challenges and gaps in the SPL development. Since not all testing techniques used in a single product development can be applied to SPL, thus some adaptations and new proposals are required. Traditional SPL also requires a high initial investment and offers long-term risks to dynamic markets where changes are difficult to predict. Currently, proposals bring the advantages of SPL for dynamic markets through the use of agile software development practices, which is called Agile Product Line Engineering (APLE). This work presents the development of the necessary steps for building SPL using the APLE. In this proposal the agile practices Test-Driven Development (TDD) and Refactoring lead a reactive development of SPL without attempting to predict future variations. It is also proposed to adapt unit test patterns in the context of SPL. The test patterns Test Automation Framework and Data-Driven Tests provide the reuse of test logic and automation of the implementation mechanisms, reducing the effort required to test variations of each application. The result of this adaptation is a testing framework to be used during application engineering to configure tests through parameterized tests and verify the correctness of generated applications. Thus, this work shows how the agile practices TDD and Refactoring may cause a SPL to evolve and acquire variation points on demand. The proposal was evaluated through an example of a SPL that was built with a reactive approach from an existing application. As a result, it was obtained a high degree of tests reuse, with 89% of reuse in the second application after modifying three features, 97% in the third application after adding one feature and modifying another one, and 100% of reuse in the fourth application where no feature was added or modified, and the application was built with existing variants.

As otimizações de um programa podem ser efetuadas no código intermediário gerado na fase de compilação, ou através da Performance Refactoring que consiste na inserção de otimizações diretamente no código fonte da aplicação. Na estrutura do código fonte, os laços de iteração possuem um importante impacto no desempenho da aplicação, pois consomem elevados tempos de execução, sendo assim, é fundamental que estes sejam alvo de otimizações. Uma das otimizações de laço é o Unroll and Jam, que aplica operações de reestruturação de laços aninhados, permitindo utilizar eficientemente a hierarquia de memória. Os passos desta otimização consistem em primeiramente desenrolar os laços a serem otimizados, e posteriormente fusioná-los formando um bloco único de instrução. Neste trabalho se propôs usar refatoração de código para automatizar o Unroll and Jam de laços em nível do código fonte, o que possibilita acumular os efeitos da otimização no programa original com as melhorias tradicionais propiciadas pelo compilador na fase de otimização do código intermediário. A implementação foi realizada com base nas estruturas da ferramenta Photran 7.0, que consiste em um ambiente de desenvolvimento integrado para a linguagem Fortran 77-2008. Os resultados de desempenho obtidos demonstraram que a utilização de Unroll and Jam através da Performance Refactoring, com diferentes níveis de otimização, obteve ganhos significativos de desempenho em comparação a otimização realizada pelo com- pilador da Intel. Deve-se destacar que a aplicação conjunta de ambas as técnicas de oti- mização, originou resultados melhores que a utilização de uma técnica somente. Como trabalhos futuros, é interessante que novas pesquisas possam ser realizadas na obtenção de índices de desenrolamento ótimos e na aplicação conjunta de outras abordagens de otimização. Também pode haver estudos que permitam que outras otimizações sejam aplicadas pela Performance Refactoring. / The optimizations of a program can be performed on the intermediate code, generated during compilation time, or through the Performance Refactoring that consists of insertion of optimizations directly in the source code of the application. In the source code structure, iteration loops have a major impact in the performance of the application because they are time-consuming code and, thus, an essential target of optimizations. One loop optimization is the Unroll and Jam that applies restructuring operations in nested loops allowing efficient usage of memory hierarchy. Its optimization steps are: to unroll the target loops, and to join them forming a single block of instruction. This work proposes the usage of refactoring to automate Unroll and Jam loops in source code level, allowing to accumulate the effects of optimization in the original pro- gram with the optimizations in the intermediate code by traditional compilers. The im- plementation was based on structures of Photran tool 7.0, which consists of an integrated development environment for Fortran 77-2008. The performance results using Unroll and Jam by Performance Refactoring with dif- ferent levels of unrolling, showed significant gains compared to the optimization per- formed by the Intel compiler. It should also be noted that the joint of both optimization techniques has led to better results than the use of an individual technique. As future works, new researches can be performed to obtain optimal rates of unrolling and to join the application of other optimization approaches. Furthermore, studies may search for optimizations to be applied by the Performance Refactoring.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:59:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5286_1.pdf: 1505909 bytes, checksum: f4646a946b73590a827dd6f77a6f55ef (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A técnica de refatoração de código vem se tornando cada vez mais comum em processos de desenvolvimento de software. A reestruturação contínua durante o processo de desenvolvimento contribui para um aumento da qualidade do código em termos de legibilidade, modularidade e reusabilidade. Desta forma, ganha-se em produtividade no processo como um todo. Por esta razão, refatorações são fortemente estimuladas em metodologias ágeis, como Extreme Programming (XP). Apesar do benefício trazido pela aplicação de refatorações durante o desenvolvimento, sua execução manual costuma ser cansativa e suscetível a erros. Por isto, tem crescido a adoção de ferramentas para aplicação automática de refatorações. Embora estas ferramentas ofereçam uma grande vantagem em relação ao processo manual, elas compartilham uma limitação comum: oferecem suporte a um número limitado de refatorações. Quando da necessidade por parte do usuário de customizar ou definir novas refatorações, a tarefa se mostra custosa e pouco amigável, já que é necessária a alteração direta do código fonte das ferramentas existentes. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de transformação de propósito geral que permite, de forma amigável para o programador convencional, a definição e aplicação de refatorações. Tal sistema é desenvolvido como uma extensão de JaTS, um sistema de transformação para a linguagem Java. Entre as contribuições do trabalho aqui apresentado estão a definição de uma linguagem de transformação com suporte a refatorações e a implementação das refatorações Self Encapsulate Field e Extract Method

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-04-06T13:27:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) versao_biblioteca.pdf: 3051240 bytes, checksum: ac1a91e08d64c78a372cb0e151bcb7c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T13:27:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) versao_biblioteca.pdf: 3051240 bytes, checksum: ac1a91e08d64c78a372cb0e151bcb7c7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / CAPEs / Empowering application programmers to make energy-aware decisions is a critical dimension in improving energy efficiency of computer systems. Despite the growing interest in designing software development processes, frameworks, and programming models to facilitate application-level energy management, little is known on how to design application-level energy-efficient solutions for concurrent software running on parallel architectures. This is unfortunate for at least two reasons: (1) thanks to the proliferation of multicore CPUs, concurrent programming is a standard practice in modern software engineering; (2) a CPU with more cores (say 32) often consumes more power than one with fewer cores (say 1 or 2). However, application developers still do not understand how their code modifications impact energy consumption in a parallel system. Analyzing STACKOVERFLOW showed evidence that this is a real problem; Even though the interest in energy consumption issues is increasing over the years, developers still hold misconceptions and assumptions that are not always true. This lack of knowledge is primarily due to a lack of appropriate tools to measure/identify/refactor energy consumption hotspots. This thesis begins to bridge the chasm of the first problem — the lack of knowledge — by presenting an extensive experimental space exploration over two concurrent programming building blocks: (1) thread-safe collections and (2) thread management constructs. Through a list of findings that are not always obvious, we illuminate the relationship between the choices and settings of design decisions and energy consumption of parallel systems. This thesis then starts to bridge the gap of the second problem — the lack of tools. Lessons learned in our previous studies showed that ForkJoin tasks often operate on an indexable data structure, with subtasks operating only on part of this data structure. One naïve solution is to copy part of the data structure and use it in the next computation. In a recursive framework such as ForkJoin, given an array-based representation, each recursive call will create n new arrays, where n is the width of forking. To address this, we derive a refactoring that, instead of copy part of the data structure, it shares it, allowing subtasks to operate on contiguous partitions of the data structure. We manually applied this refactoring into 15 open source projects. Our refactoring succeed in saving energy for each one of them (12% average saving). We sent the refactored versions to the project owner and, during a timeframe of 40 days, 7 out of 9 projects that replied to our patches have already accepted and merged them. Discussions during the merge process revealed that developers were not aware of this optimization. We then implemented this refactoring as an Eclipse plug-in so that other developers can (1) detect uses of copy where it would be beneficial to use sharing and (2) refactor the code in an automated way. / Fornecer meios para que desenvolvedores de software tomem decisões energeticamente eficientes é uma dimensão crítica para se melhorar o consumo de energia de sistemas computacionais. Apesar do crescente interesse em processos de desenvolvimento de software, arcabouços, e modelos de programação de forma a facilitar o gerenciamento de energia no nível da aplicação, pouco se sabe sobre como arquitetar sistemas concorrentes energéticamente eficientes que rodem em arquiteturas paralelas. Isso é inoportuno por pelo menos duas razões: (1) graças a proliferação de CPUs multicore, programação concorrente se tornou uma prática padrão na engenharia de software moderna; (2) uma CPU com várias unidades de processamento (por exemplo, 32) geralmente dissipa mais potência do que uma com um número menor (por exemplo, 1 ou 2). No entanto, desenvolvedores ainda não entendem como suas modificações de código impactam no consumo de energia de uma aplicação paralela. Uma análise do StackOverflow mostrou evidências que esse é um problema real; mesmo embora exista um crescente interesse em questões relacionadas ao consumo de energia, desenvolvedores ainda cometem equívocos e mantêm suposições que não são sempre verdadeiras. Essa falta de conhecimento é primariamente devido a falta de ferramentas apropriadas para medir/identificar/refatorar hotspots de consumo de energia. Essa tese então começa a pavimentar o abismo do primeiro problema — a falta de conhecimento — através de uma extensa exploração experimental de dois dos pilares fundamentais da programação concorrente: (1) coleções thread-safe e (2) construções para o gerenciamento de threads. Através de uma lista de achados que não são sempre óbvios, esta tese ilumina o relacionamento entre escolhas de design de código paralelo com seu consumo de energia. Esta tese começa então a pavimentar a lacuna do segundo problema — a falta de ferramentas. Lições aprendidas em um dos estudos anteriores mostraram que várias tarefas do arcabouço ForkJoin operam em estrutura de dados indexáveis, com sub-tarefas operando somente em parte dessa estrutura de dados. Uma solução ingênua é de copiar parta da estrutura de dados e utiliza-la na computação sub-sequente. Em um arcabouço recursivo como o ForkJoin, dado uma representação baseada em arrays, cada chamada recursiva criará n novos arrays, onde n é a profundidade do fork. Como solução, esta tese apresenta uma refatoração que, ao invés de copiar parte da estrutura de dados, ela compartilha-a, possibilitando que sub-tarefas operem em partições contíguas da estrutura de dados. Essa refatoração foi avaliada em 15 projetos de código aberto, a qual foi capaz de economizar energia em todos os casos (média de 12% de economia). A versão refatorada foi enviada aos mantenedores do projeto original e, durante um período de 40 dias, 7 dos 9 mantenedores que responderam aos patches enviados já haviam aceitado-os e integrado-os. Discussões durante o processo de integração revelaram que desenvolvedores não estão cientes desta otimização. Esta tese então implementou essa refatoração como um plug-in da IDE Eclipse de forma que outros desenvolvedores possam (1) detectar usos de cópia em cenários o quais seriam beneficiais o uso do modelo de compartilhamento and (2) refatorar o código de forma automática.

Refatoração é o processo de melhorar o projeto de sistemas de software sem modificar seu comportamento externamente observável. O processo de refatoração pode auxiliar a incrementalmente melhorar a qualidade de software de um sistema através da aplicação de transformações que preservam comportamento chamadas de padrões de refatoração. O principal objetivo da pesquisa que esta tese descreve é prover um processo detalhado para refatoração, incluindo mecanismos para (i) seleção e criação de modelos de qualidade, padrões de refatoração e funções heurísticas, (ii) a busca e priorização de oportunidades de refatoração, (iii) a avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software e (iv) a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração. Para exemplificar como os mecanismos propostos funcionam e como o processo pode ser usado, diferentes estudos de caso são usados ao longo da tese. A seleção dos padrões de refatoração, dos modelos de qualidade e das funções heurísticas são exemplificados para software orientado a objetos, bem como os mecanismos de busca e priorização. A avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software, a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração são discutidos no contexto de programação orientada a aspectos. Além da definição de um processo de refatoração, um conjunto adicional de contribuições desta tese são: (i) a definição de uma abordagem para a seleção e ranking de padrões de refatoração baseada no AHP (Analytic Hierarchy Process), (ii) uma abordagem para reduzir o espaço de busca para oportunidades de refatoração ao manipular refatorações sucessivas, (iii) a definição de mecanismos de busca para oportunidades de refatoração, (iv) uma abordagem para avaliar os efeitos de refatoração na qualidade de software, (v) um catálogo de problemas encontrados em software orientado a aspectos e seus padrões de refatoração associados, e também um conjunto de recomendações para evitar estes problemas e (vi) um estudo de métricas orientadas a aspectos, incluindo a sua definição formal, avaliação analítica e interpretação de dados. / Refactoring is the process of improving the design of software systems without changing their externally observable behaviour. Refactoring can help to incrementally improve the quality of a software system through the application of behavioural preserving transformations called refactoring patterns. The main goal of the research this thesis reports is to provide a detailed process for refactoring, including mechanism for (i) the selection and creation of quality models, the selection of refactoring patterns, and the creation and use of heuristic rules, (ii) the search for refactoring opportunities and prioritisation, (iii) the assessment of the effects of refactoring on software quality, and (iv) the trade-off analysis and the application of refactoring patterns. To exemplify how the approach works and how the process can be used, different case studies are being used throughout the thesis. The selection of refactoring patterns, quality models and heuristic rules, and the search and prioritisation mechanisms are exemplified for object-oriented software. The assessment of refactoring effects on software quality, the trade-off analysis and the application of refactoring patterns are discussed in the context of aspect-oriented programming. Besides the definition of a refactoring process, a set of additional contributions of this thesis are (i) the definition of an approach for the selection and ranking of refactoring patterns, (ii) an approach for reducing the search space for refactoring opportunities when dealing with successive refactoring, (iii) the definition of search mechanisms for refactoring opportunities, (iv) an approach to evaluate the effects of refactoring on software quality, (v) a catalogue of shortcomings in aspect-oriented software and their related refactoring patterns, and (vi) an study of metrics for aspect-oriented software, including their formal definition, analytical evaluation and data interpretation.

Refatoração é o processo de melhorar o projeto de sistemas de software sem modificar seu comportamento externamente observável. O processo de refatoração pode auxiliar a incrementalmente melhorar a qualidade de software de um sistema através da aplicação de transformações que preservam comportamento chamadas de padrões de refatoração. O principal objetivo da pesquisa que esta tese descreve é prover um processo detalhado para refatoração, incluindo mecanismos para (i) seleção e criação de modelos de qualidade, padrões de refatoração e funções heurísticas, (ii) a busca e priorização de oportunidades de refatoração, (iii) a avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software e (iv) a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração. Para exemplificar como os mecanismos propostos funcionam e como o processo pode ser usado, diferentes estudos de caso são usados ao longo da tese. A seleção dos padrões de refatoração, dos modelos de qualidade e das funções heurísticas são exemplificados para software orientado a objetos, bem como os mecanismos de busca e priorização. A avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software, a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração são discutidos no contexto de programação orientada a aspectos. Além da definição de um processo de refatoração, um conjunto adicional de contribuições desta tese são: (i) a definição de uma abordagem para a seleção e ranking de padrões de refatoração baseada no AHP (Analytic Hierarchy Process), (ii) uma abordagem para reduzir o espaço de busca para oportunidades de refatoração ao manipular refatorações sucessivas, (iii) a definição de mecanismos de busca para oportunidades de refatoração, (iv) uma abordagem para avaliar os efeitos de refatoração na qualidade de software, (v) um catálogo de problemas encontrados em software orientado a aspectos e seus padrões de refatoração associados, e também um conjunto de recomendações para evitar estes problemas e (vi) um estudo de métricas orientadas a aspectos, incluindo a sua definição formal, avaliação analítica e interpretação de dados. / Refactoring is the process of improving the design of software systems without changing their externally observable behaviour. Refactoring can help to incrementally improve the quality of a software system through the application of behavioural preserving transformations called refactoring patterns. The main goal of the research this thesis reports is to provide a detailed process for refactoring, including mechanism for (i) the selection and creation of quality models, the selection of refactoring patterns, and the creation and use of heuristic rules, (ii) the search for refactoring opportunities and prioritisation, (iii) the assessment of the effects of refactoring on software quality, and (iv) the trade-off analysis and the application of refactoring patterns. To exemplify how the approach works and how the process can be used, different case studies are being used throughout the thesis. The selection of refactoring patterns, quality models and heuristic rules, and the search and prioritisation mechanisms are exemplified for object-oriented software. The assessment of refactoring effects on software quality, the trade-off analysis and the application of refactoring patterns are discussed in the context of aspect-oriented programming. Besides the definition of a refactoring process, a set of additional contributions of this thesis are (i) the definition of an approach for the selection and ranking of refactoring patterns, (ii) an approach for reducing the search space for refactoring opportunities when dealing with successive refactoring, (iii) the definition of search mechanisms for refactoring opportunities, (iv) an approach to evaluate the effects of refactoring on software quality, (v) a catalogue of shortcomings in aspect-oriented software and their related refactoring patterns, and (vi) an study of metrics for aspect-oriented software, including their formal definition, analytical evaluation and data interpretation.

It is difficult to maintain and to adapt poorly written code presenting shortcomings in its structure. Refactoring techniques are used to improve the source code and the structure of applications, making them better and easier to modify. Design patterns are reusable solutions used in similar problems in object-oriented systems, so there is no need to recreate the solutions. Applying design patterns in the context of refactoring in a corrective way becomes a desired activity in the life cycle of a specific software system. However, for medium and large-scale projects, the manual examination of artifacts to find problems and opportunities to apply a design pattern is a hard task. In this context, we present a set of metric-based heuristic functions to detect where a design pattern can be applied in a given project, more specifically, the Strategy, Factory Method, Template Method, Creation Method and Chain Constructors patterns. To evaluate the heuristic functions and its results we have also built a tool to show the results. This tool can examine source code traversing ASTs (Abstract Syntax Trees), searching for opportunities to apply the patterns, indicating the exact location in the source code where the pattern is suggested, also showing some evidences used in the detection. / Manter e adaptar código mal escrito, com problemas estruturais, é uma tarefa difícil. As técnicas de refatoração são usadas para melhorar o código e a estrutura de aplicações, aumentando sua qualidade e tornando-as mais fáceis de serem modificadas. Padrões de projeto são soluções reutilizáveis usadas para resolver problemas comumente encontrados em sistemas orientados a objetos. A aplicação de padrões de projeto no contexto de refatoração usando uma abordagem corretiva torna-se uma atividade interessante no ciclo de vida de um sistema de software. Contudo, para projetos de média e larga-escala, examinar manualmente os artefatos de software na busca por problemas e oportunidades para aplicar um determinado padrão de projeto é uma tarefa árdua e difícil. Nesse contexto, apresentamos um conjunto de funções heurísticas baseadas em métricas que permitem detectar onde um padrão de projeto pode ser aplicado nos artefatos de código de um determinado projeto, mais especificamente, os padrões de projeto Strategy, Factory Method, Template Method, Creation Method e Chain Constructors. Para avaliar as funções propostas, desenvolvemos uma ferramenta que avalia código-fonte e exibe possíveis oportunidades para aplicar uma refatoração rumo a tais padrões. Essa ferramenta foi desenvolvida usando-se ASTs (Abstract Syntax Trees), procurando por oportunidades de refatoração, indicando os locais no código fonte onde o padrão é sugerido e mostrando algumas evidências usadas para a detecção.

Refatoração é o processo de melhorar o projeto de sistemas de software sem modificar seu comportamento externamente observável. O processo de refatoração pode auxiliar a incrementalmente melhorar a qualidade de software de um sistema através da aplicação de transformações que preservam comportamento chamadas de padrões de refatoração. O principal objetivo da pesquisa que esta tese descreve é prover um processo detalhado para refatoração, incluindo mecanismos para (i) seleção e criação de modelos de qualidade, padrões de refatoração e funções heurísticas, (ii) a busca e priorização de oportunidades de refatoração, (iii) a avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software e (iv) a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração. Para exemplificar como os mecanismos propostos funcionam e como o processo pode ser usado, diferentes estudos de caso são usados ao longo da tese. A seleção dos padrões de refatoração, dos modelos de qualidade e das funções heurísticas são exemplificados para software orientado a objetos, bem como os mecanismos de busca e priorização. A avaliação dos efeitos da refatoração na qualidade de software, a análise de vantagens e desvantagens e a aplicação de padrões de refatoração são discutidos no contexto de programação orientada a aspectos. Além da definição de um processo de refatoração, um conjunto adicional de contribuições desta tese são: (i) a definição de uma abordagem para a seleção e ranking de padrões de refatoração baseada no AHP (Analytic Hierarchy Process), (ii) uma abordagem para reduzir o espaço de busca para oportunidades de refatoração ao manipular refatorações sucessivas, (iii) a definição de mecanismos de busca para oportunidades de refatoração, (iv) uma abordagem para avaliar os efeitos de refatoração na qualidade de software, (v) um catálogo de problemas encontrados em software orientado a aspectos e seus padrões de refatoração associados, e também um conjunto de recomendações para evitar estes problemas e (vi) um estudo de métricas orientadas a aspectos, incluindo a sua definição formal, avaliação analítica e interpretação de dados. / Refactoring is the process of improving the design of software systems without changing their externally observable behaviour. Refactoring can help to incrementally improve the quality of a software system through the application of behavioural preserving transformations called refactoring patterns. The main goal of the research this thesis reports is to provide a detailed process for refactoring, including mechanism for (i) the selection and creation of quality models, the selection of refactoring patterns, and the creation and use of heuristic rules, (ii) the search for refactoring opportunities and prioritisation, (iii) the assessment of the effects of refactoring on software quality, and (iv) the trade-off analysis and the application of refactoring patterns. To exemplify how the approach works and how the process can be used, different case studies are being used throughout the thesis. The selection of refactoring patterns, quality models and heuristic rules, and the search and prioritisation mechanisms are exemplified for object-oriented software. The assessment of refactoring effects on software quality, the trade-off analysis and the application of refactoring patterns are discussed in the context of aspect-oriented programming. Besides the definition of a refactoring process, a set of additional contributions of this thesis are (i) the definition of an approach for the selection and ranking of refactoring patterns, (ii) an approach for reducing the search space for refactoring opportunities when dealing with successive refactoring, (iii) the definition of search mechanisms for refactoring opportunities, (iv) an approach to evaluate the effects of refactoring on software quality, (v) a catalogue of shortcomings in aspect-oriented software and their related refactoring patterns, and (vi) an study of metrics for aspect-oriented software, including their formal definition, analytical evaluation and data interpretation.