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example variables a and b are defined in function f; that is, they are local to f. We can graphically
represent this information as shown in Figure 10.8
.
Figure 10.7. Subset of elements and relationships
Figure 10.8. Graphical representation of elements and relationships
An architectural reconstruction is not interested in the local variables because they lend very little insight
into the architecture of the system. Therefore, we can aggregate instances of local variables into the
functions in which they occur. An example of the SQL and perl code to accomplish this is shown in Figure
10.9
.
The first code portion updates the visual representation by adding a "+" after each function name. The
function is now aggregated together with the local variables defined inside it. The SQL query selects
functions from the elements table, and the perl expression is executed for each line of the query result.
The $fields array is automatically populated with the fields resulting from the query; in this case, only
one field is selected (tName) from the table, so $fields[0] will store its value for each tuple selected.
The expression generates lines of the form:
Figure 10.9 SQL and perl to aggregate local variables to the function in which they are defined
#Local Variable aggregation
SELECT tName
FROM Elements
WHERE tType='Function';
print ''$fields[0]+ $fields[0] Function\n'';
SELECT d1.func, d1.local_variable
FROM defines_var d1;
print ''$fields[0] $fields[1] Function\n'';
<function>+  <function>  Function 
this specifies that the element <function> should be aggregated into <function>+, which will have
the type Function.
The second code portion hides the local variables from the visualization. The SQL query identifies the
local variables for each function defined by selecting each tuple in the defines_var table. Thus in the
perl expression, $fields[0] corresponds to the func field and $fields[1] corresponds to the
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local_ variable field. So the output is of the form:
<function>+  <variable>  Function 
That is, each local variable for a function is to be added to that function's <function>+ aggregate. The
order of execution of these two code segments is not important, as the final results of applying both of
these queries is sorted.
The result of applying the code segments is represented graphically in Figure 10.10
.
Figure 10.10. Result of applying the code segment in Figure 10.9
The primary mechanism for manipulating the extracted information is inverse mappings. Examples include
the following:
Identify types
Aggregate local variables into functions
Aggregate members into classes
Compose architecture-level elements
An example of a query that identifies an architectural element is shown in Figure 10.11
. This query
identifies the Logical_Interaction architectural element, and says that if the class name is
PresentationBspline, or Color, or if the class is a subclass of Presentation, it belongs in the
Logical_Interaction element.
Code segments are written in this way for abstracting from the lower-level information to generate
architecture-level views. The reconstructor builds these segments to test hypotheses about the system. If
a particular segment does not yield useful results, it can be discarded. The reconstructor iterates through
this process until useful architectural views have been obtained.
Figure 10.11 Query to identify the Logical_Interaction element
SELECT tSubclass
FROM has_subclass
WHERE tSuperclass='Presentation';
print ''Logical_Interaction $fields[0]'';
SELECT tName
FROM element
WHERE tName='Presentation'
OR tName='BSpline'
OR tName='Color';
print ''Logical_Interaction $fields[0]'';
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GUIDELINES
The following are some practical considerations in applying this step of the method.
Be prepared to work with the architect closely and to iterate several times on the architectural
abstractions that you create. This is particularly so in cases where the system has no explicit,
documented architecture. (See the sidebar Playing "Spot the Architecture
.") In such cases, you can
create architectural abstractions as hypotheses and test these hypotheses by creating the views and
showing them to the architect and other stakeholders. Based on the false negatives and false
positives found, the reconstructor may decide to create new abstractions, resulting in new Dali code
segments to apply (or perhaps even new extractions that need to be done).
Figure 10.12 Example of a bad code segment that relies on the explicit listing of elements
of interest
SELECT tName
FROM element
WHERE tName='vanish-xforms.cc'
OR tName='PrimativeOp'
OR tName='Mapping'
OR tName='MappingEditor'
OR tName='InputValue'
OR tName='Point'
OR tName='VEC'
OR tName='MAT'
OR ((tName ~ 'Dbg$' OR tName ~ 'Event$')
AND tType='Class');
print ''Dialogue $fields[0]'';
When developing code segments, try to build ones that are succinct and that do not list every source
element. The code segment shown in Figure 10.11
is an example of a good segment; an example of
a bad one in this regard, is shown in Figure 10.12
. In the latter, the source elements comprising the
architectural element of interest are simply listed; this makes the segment difficult to use,
understand, and re-use.
Code segments can be based on naming conventions, if the naming conventions are used
consistently throughout the system. An example is one where all functions, data, and files that
belong to the 
Interface
element begin with i_.
Code segments can be based on the directory structure where files and functions are located.
Element aggregations can be based on these directories.
Architecture reconstruction is the effort of redetermining architectural decisions, given only the result
of these decisions in the actual artifacts (i.e., the code that implements them). As reconstruction
proceeds, information must be added to re-introduce the architectural decisions which introduces
bias from the reconstructor and thus reinforces the need for a person knowledgeable in the
architecture to be involved.
Playing "Spot the Architecture"
Beginning the process of recovering a "lost" architecture can be daunting. The architecture
recovery team begins with a blank slate, from which they need to reconstruct an architecture
that is, hopefully, both representative of what is actually there and useful for reasoning about
the system, maintaining it, evolving it, and so forth.
But you would not embark on an architectural reconstruction project unless the architectural
documentation was either lost completely or at least muddied by time and many revisions by
many hands. So, how to begin?
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In our first few architectural reconstruction efforts this was not our starting point. We had
created Dali and needed some examples to test it on, so we chose a couple of systems that
we had architected and built ourselves. We had created these systems with explicit
architectures in mind, and so recovering them was not too difficult. Still, the process was not
without surprises. We discovered architectural violations even in the relatively small systems
we had designed and coded. This encouraged us, for if even our own small and
conscientiously architected systems had problems, how bad would large, long-lived
commercial systems be? We were emboldened by our successes and eager to tackle such a
system.
Our chance came in the form of a large, complex physics simulation. This system had been in
development for about six years. It was written in two languages, had no formal architectural
documentation, and had not been created with a formal architecture design effort. However,
the chief architect felt that there was in fact an architecture in there and that we could recover
it with a bit of digging. The system had about 300,000 lines of code, but was probably the
most complex system that I had ever seen, and that remains true to this day.
In advance of the architect working with us we were able to get a copy of the code base, from
which we extracted many useful low-level relations (such as function_calls_function
and function_defines_global_ variable). We loaded the database with these
tables.
We then sat down with the architect. He sketched out his view of what the architecture was,
and we turned that view into a set of SQL queries, ran these over the database, and
visualized the result. It was a mess, with thousands of unclassified elements and thousands of
relations going everywhere. Viewing this, the architect thought some more and then proposed
a different organization. We again turned this into a set of SQL queries, reorganized the
database along these lines and visualized the result. The result was once again a mess.
We continued this for the rest of the day and did more the next day. At the end of that time we
finally arrived at an architecture that the architect was reasonably happy with, but it always
remained somewhat messy.
What is the moral of this story? First, your initial guesses as to the structure of the architecture
may be wrong. You may be required to iterate a number of times before you get something
that approaches a rational looking structure. Second, if a product was not created with an
architecture in mind, chances are that no amount of post-facto organization will create one for
you. You can play "spot the architecture
" all you like, but there may in fact be no coherent
architecture to spot.
— RK
[ Team LiB ]
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[ Team LiB ]
10.6 Example
To illustrate the process of reconstruction, we will walk through a typical set of code segments created in
Dali to reconstruct the architecture for UCMEdit, a system for creating and editing Buhr-style use case
maps. We will show how the reconstructor moved from the raw data of a set of extracted views to a
simple, elegant picture of the software architecture.
INFORMATION EXTRACTION
Table 10.2
shows the elements and relations initially extracted from the UCMEdit source code. Variable
accesses are 
not
included; that is, there are no function_reads_variable or
function_assigns_variable relations. However, since these relations might be important for
determining architectural coupling, a second extraction is engineered to capture them. Additionally, file
depends_on file relations are extracted by processing the output from running the GNU make utility
on the application's makefile.
Table 10.2. Elements and Relations Extracted from UCMEdit
Source Element
Target Element
Relation
Element Type
Element Name
Element Type
Element Name
calls
Function
tCaller
Function
tCallee
contains
File
tContainer
Function
tContainee
defines
File
tFile
Class
tClass
has_subclass
Class
tSuperclass
Class
tSubclass
has_friend
Class
tClass
Class
tFriend
defines_fn
Class
tDefined_by
Function
tDefines
has_member
Class
tClass
Member variable
tMember
defines_var
Function
tDefiner
Local variable
tVariable
has_instance
Class
tClass
Variable
tVariable
defines_global
File
tDefiner
Global variable
tVariable
Once the views of interest are extracted, functions thought to be "uninteresting" are filtered out, among
them built-in functions, such as return, and standard C library functions, such as scanf and printf.
DATABASE CONSTRUCTION
Next, an SQL database is populated with the extracted relations. As mentioned in Section 10.3
, two
additional database tables are constructed to catalog the elements and relationships—one identifies all
defined elements; the other lists all identified relation types. The elements table has a field (called type)
that stores the element's type (file, function, etc.).
VIEW FUSION AND RECONSTRUCTION
Figure 10.13
shows the raw extracted model of those elements and relations, containing 830 nodes and
2,507 relations. At this point, the first order of business is to begin applying code segments to search for
order within the chaos.
Figure 10.13. A raw set of extracted elements and relations: white noise
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how to copy pdf image; how to copy an image from a pdf in
A reliable first step is to aggregate a function and all of the local variables that it defines into a new
composite element. After the code segment shown in Figure 10.9
is applied, the models for UCMEdit 
still
appear as an inscrutable web of nodes and arcs, but it is simpler than the extracted views of Figure 10.13
prior to the application of the function aggregation code segments. The UCMEdit model now shows 710
nodes and 2,321 relations.
We know that UCMEdit is an object-oriented system, and the next low-level code segment applied takes
advantage of that knowledge. Similar in nature to that for collapsing functions, this code segment
collapses together classes and their member variables and functions, representing them as a single class
node. The resulting model was shown in Figure 10.5
; it contains 233 nodes and 518 arcs—a significant
visual simplification, although still not tractable.
But there are still many elements remaining that are unrelated to any extracted class. Hence, we have
exposed either a deficiency in the extractors applied or ways in which these systems deviate from pure
object-oriented design. In fact, both of these cases obtain.
Closer examination reveals that false positives are generated by the extraction code segments in the form
of apparent calls to global functions that are actually calls to member functions. Moreover, several
functions are indeed global, belonging to no class defined in the system. Of course, some global
functions, in the form of system calls or windowing system primitives, are necessary. How these "leftover"
cases are separated from the rest of the architecture is discussed next.
The model for UCMEdit is now a collection of files, classes, leftover functions, and global variables. Local
variables have been aggregated into the functions in which they are defined, and member functions and
member variables have been aggregated into their associated classes. At this point we can compose
global variables and functions into the files in which they are defined, in much the same manner as
functions and classes were composed. The resulting models, shown in Figure 10.14
, contain three
separate groups of elements: files, classes, and the remaining leftover functions. Again, a significant
visual improvement but still not tractable.
Figure 10.14. The UCMEdit model showing (from top to bottom) classes, files, and "leftover"
functions (arcs are hidden)
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VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple
Divide PDF file into multiple files by outputting PDF file size. Independent component for splitting PDF document in preview without using external PDF
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Until now, each code segment applied has been application independent but specific to the extraction
techniques and to the domain of C++ software. The next code segment sets to be applied use expert
knowledge of the UCMEdit architecture. Here the reconstruction process diverges from a rote analysis,
where we apply off-the-shelf code segments, into opportunistic pattern recognition and definition,
leveraging the kinds of information that a designer or experienced system programmer should know about
a specific system's architecture.
The first application-specific knowledge that we apply to our sample system is as follows:
It is an interactive, graphical application.
It attempts to encapsulate access to the underlying windowing and graphics subsystem within a
layer.
The functions comprising the graphics libraries used (Xlib, XForms, and Mesa) have characteristic
naming conventions.
These observations lead us to expect architectural patterns—the existence of subsystems, perhaps, or
certain patterns of interaction. These expectations are in effect hypotheses, and to test them we check for
the existence of the patterns. If the result simplifies the picture and matches our expectations, then our
hypothesis is confirmed. We have likely discovered what the architect had in mind. Even if not, we have
discovered a reasonable and useful handle with which to understand the system.
In the code segments shown in Figure 10.15
, which are intended to identify the graphics subsystem,
those external functions provide rendering and interaction functionality to the application. Consider the
first code segment: It constructs a new table from the elements table by filtering out all functions that
are members of classes (those that appear as the tDefines field in a tuple of the defines_fn
relation). Then it selects from this new table all functions called by functions defined by subclasses of the
Presentation class. Note that this code segment references subclasses of Presentation. In doing
so, it implicitly identifies the layer that the original designers created to encapsulate accesses to the
graphics subsystem. This information will be leveraged further. The second, third, and fourth code
segments in this sequence identify functions defined by the Mesa, XForms, and Xlib libraries,
respectively, by specifying code segments over the function names.
Figure 10.15 Code segments for the UCMEdit graphics subsystem
# 1: Identify calls from graphics access layer.
DROP TABLE tmp;
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SELECT * INTO TABLE tmp
FROM elements;
DELETE FROM tmp
WHERE tmp.tName=defines_fn.tDefines;
SELECT t1.tName
FROM tmp t1, calls c1, defines_fn d1,
has_subclass s1, has_subclass s2
WHERE t1.tName=c1.tCallee AND c1.tCaller=d1.tDefines
AND d1.tDefined_by=s1.tSubclass
AND s1.tSuperclass='Presentation';
print "Graphics $fields[0]+ null\n";
# 2: Identify calls to Mesa functions.
SELECT tName
FROM elements
WHERE tType='Function' AND tName LIKE 'gl%';
print "Graphics $fields[0]+ null\n";
# 3: Identify calls to XForms functions.
SELECT tName
FROM elements
WHERE tType='Function' AND tName LIKE 'fl_%';
print "Graphics $fields[0]+ null\n";
# 4: Identify calls to Xlib functions.
DROP TABLE tmp;
SELECT * INTO TABLE tmp
FROM elements;
DELETE FROM tmp
WHERE tmp.tName=defines_fn.tDefines;
SELECT c1.tName
FROM tmp c1
WHERE tType='Function'
AND tName LIKE 'X%';
print "Graphics $fields[0]+ null\n";
Code segments 2, 3, and 4 collectively identify an architectural element, Graphics, which does not exist
in the extracted information but does exist in the as-designed architecture. This is an example of relating
the as-implemented and as-designed architectures through a cumulative series of code segment
applications. The results, in UCMEdit model, are shown in Figure 10.16
.
Figure 10.16. UCMEdit model showing the graphics subsystem, classes, files, and remaining
functions (arcs are hidden)
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Note that the names of the elements to be aggregated into the Graphics element include the '+' that
was appended by the code segments in the figure. This technique thus refers to previously constructed
composite elements without the code segments explicitly querying the database for them.
Examining Figure 10.16
, we see that there are only two leftover functions remaining: fabs and []; the
latter is obviously an extraction error while the former is a math library function that should have been
filtered out along with standard C library and built-in functions. Regardless, neither is of interest and so
they can be pruned from the model.
Of course, the determination of which functions are "interesting" or "uninteresting" depends on the goals
of the reconstruction. A reconstructor interested in a different aspect of the system, such as how its
subsystems depend on platform-specific or operating-system-specific libraries, would not have pruned
these functions from the concrete model, but would more likely have aggregated them into a layer to
analyze how they are used by the rest of the application. We are interested in constructing an
architectural representation of the application-specific part of the system, so we remove these functions.
A second common application-based code segment takes advantage of knowledge about the relationship
between classes and files in the example applications. First, a source (.cc) file will contain functions for
at most one class; second, a header (.h) file will contain a definition for at most one class. This makes it
possible to define a unique containment relationship: A class can include the header file in which it is
defined and the source file that contains its functions. The code segment that generates these
aggregations is shown in Figure 10.17
.
Figure 10.17 Code segments for class/file containment
SELECT DISTINCT tDefined_by
FROM defines_fn;
print "$fields[0]+ $fields[0]+ Class $fields[0]++\n";
SELECT DISTINCT d1.tDefined_by, c1.tContainer
FROM defines_fn d1, contains c1
WHERE c1.tContainee=d1.tDefines;
print "$fields[0]+ $fields[1]+ Class\n";
SELECT d1.tClass, d1.tFile
FROM defines d1;
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print "$fields[0]+ $fields[1] Class\n";
We see one additional feature of these specifications in this example: The last field in the perl expression
associated with the first code segment ($fields[0]++) specifies a renaming of the element being
aggregated. In this code segment, we are aggregating classes (named with trailing '+'s because of the
class-collapsing code segments of Section 10.4
) into new composite elements. The names of the new
composites are <class>+; the original class composites are renamed <class>++. The results are
shown in Figure 10.18
.
Figure 10.18. The UCMEdit model after application of common code segments
UCMEdit was constructed as a prototype intended to demonstrate the advantages of computer-based
editing of use case maps. Since over-arching architectural design of the application was not considered
at the start of development, identification of architectural elements from the concrete model must be
guided by an understanding of the application's structure as it stands at the completion of development.
Our understanding of the application will be imposed on the model via direct manipulation, as follows.
First, we know (and can tell by observation of the model) that callbacks.cc is central to the structure
of the application, containing all of the system's event handlers and the bulk of the user interface
implementation. Second, we can observe the obvious relationships between the two remaining files and
the classes to which they are connected—interpolate.cc is associated exclusively with BSpline,
and fisheye.cc is used only by Box and Component. Third, we may now reapply our knowledge of
the structure of the system's graphics encapsulation, or 
presentation
, layer; it is embodied in the
Presentation class and its subclasses. Fourth, we can make the observation that the List,
ListItem, and ListIterator classes are functionally related to one another and are used by almost
all of the other classes.
We realize the above observations by
identifying the callbacks.cc file with an architectural element, Interaction.
aggregating interpolate.cc into the BSpline element.
aggregating the Presentation class and its subclasses into a Presentation element.
aggregating the ListListItem, and ListIterator classes into a List element and hiding it,
treating it as a "utility layer."
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