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JSDeodorant：JavaScript程序的类意识
Laleh Eshkevari、Davood Mazinanian、Shahriar Rostami和Nikolaos Tsantalis
计算机科学与软件工程系
加拿大蒙特利尔康科迪亚大学
电子邮件：{l mousa，d mazina，s rostam，tsantalis}@cse.concordia.ca
摘要：
在最近更新了JavaScript规范，增加了对类和名称空间声明的语法支持之前，开发人员使用自定义解决方案来模拟模块化分解（例如类和名称空间）和其他面向对象的构造，例如接口和继承关系。然而，由于几年来缺乏标准，用于模拟面向对象构造的自定义解决方案的变化和多样性很大，使得在基于以前的语言规范开发的JavaScript项目中，维护和理解变得十分困难。在本文中，我们主要介绍一个名为JSDEODORANT的Eclipse插件，它可以支持JavaScript程序的类感知维护和理解。（https://youtu.be/k4u2lwkl6ju）。
一、引言
JavaScript是一种动态类型化语言，它支持程序化、功能化和原型化的面向对象编程范例。虽然在拥有所有这些特性让这种语言十分强大，但JavaScript程序在开发、调试和维护方面仍然存在一定问题。尽管JavaScript十分流行，但它的支持工具与传统语言（例如Java或C （1））还是无法比拟。流行的开发工具，例如JSHint、JSLint和ESLint，只能帮助JavaScript开发人员检测编码风格问题和语法错误。最先进的开发环境为代码开发和维护提供了支持也有限。例如，EclipseJavaScript开发工具（JSDT）提供有限的代码定位、语法高亮显示、代码补完和简单的快速修复。JetBrains WebStorm是最著名的专门为JavaScript设计的商业IDE之一，它还支持一些基本的重构，比如提取和内联函数。
但是，在工具支持方面仍有进步的空间。比如说自动检测代码片段，开发人员在JavaScript项目中模拟面向对象的构造。但是在最近对语言规范进行更新之前，开发人员必须使用自定义解决方案[2]来模拟模块化分解构造（例如类和名称空间），以及本地OOP构造（例如接口和继承关系）。缺乏标准导致了大量的模式和实例，每种模式和实例都各有长处和短处。事实上，在前面的工作[3]中，我们记录了4个用于模拟类声明的流行模式，5个用于模拟命名空间的模式，以及3个用于导入/导出类和函数的模块模式，这些模式都可以组合使用。
尽管最新的javascript规范为类和名称空间声明提供了语法支持，但现在仍然存在大量的程序是基于旧版本的javascript的，它们都不可避免地模拟了面向对象的构造。同时很多开发者也不愿将他们的代码迁移到最新的ECMAScript规范（即ES6）。可以肯定的是，维护一个不支持识别其构建块（模块、名称空间、类和接口）的程序是具有一定难度的。
在最近的一项研究中，Silva等人[4]介绍了能够检测类和继承模拟的JSClassFinder。但它在可扩展性、准确性和可用性方面存在一些限制。我们在前面的工作[3]中探讨了这些局限性，同时介绍了JSDEODORANT这种自动检测高精度和召回的函数的构造函数（即类声明）的方法。在本文中，我们通过添加对继承关系标识的支持来扩展JSDEODORANT，并实现一个可以实现许多包括类感知代码导航和可视化功能在内的Eclipse插件。与此同时还进行了JSDEODORANT、EclipseJSDT、JetBrains Webstorm和JSClassFinder之间与类意识相关的特性的全面比较。
二、实例
JSDEODORANT已经发展成为成一个用于分析JavaScript项目的独立于IDE的工具组件。其核心思想为存储一个表示给定javascript项目结构的层次对象模型，该模型是根据JavaScript文件的抽象语法树（ast）构建的。这个模型隐藏了多余的AST细节，同时它也能详细地在上面实现各种分析算法。在最高级别，该模型能够捕获JavaScript（即由一组相关的JavaScript类组成的）模块依赖关系信息。JSDEODORANT支持在JavaScript（CommmonJS和Google Closure Library）中定义模块的两个常见的实例标准[3]，它的可扩展性让其能够支持其他标准（例如AMD）。简言之，为了识别构造函数（以下称为类），JSDEODORANT首先分析对象创建表达式（即新关键字的用法），然后执行轻量级数据流分析，将每个类实例化表达式绑定到其相应的类声明。当存在显式类实例化时，此方法将标记为类。然后，JSDEODORANT使用推理机制来识别项目中没有实例化的类。为此，除了原型对象外，JSDEODORANT还会评估其余未标记函数声明的主体，以推断函数是否是实际模拟类[3]。
标识类层次结构。缺乏对面向对象构造的语法支持，使得JavaScript开发者只能使用几个不同的模式来模拟类之间的继承关系。JSDEODORANT目前检测到以下三种模式：
1）使用子类型的原型初始化子类型的原型：
subType.prototype=Object.create（superType.prototype）；
2）使用用户定义的函数，例如extends（）或inherits（），这些函数在内部实现了第一种模式：
3）使用调用或应用函数调用子类型主体内的super类型的构造函数。在JavaScript中，这些函数允许更改函数的上下文，即，调用调用或应用的函数体中此对象的绑定。例如，在以下代码段中，将调用父类型函数，并指向子类型的上下文：
function subType(arg1, agr2, ..){
superType.call(this, arg1, arg2, .. );
// some code
}
三、工具特点
3.1文件概要
在JavaScript中，属性和方法可以在模拟类声明的主体中声明，也可以添加到其原型中（比如下面的示例）。
helma.Color = function(R, G, B) {
var value = null; // some code this.getName = function() {
return helma.Color.COLORVALUES[value];
};
// some code }
helma.Color.prototype.fromName = function(name) { // some code
};
将方法添加到原型（示例中的fromName）的优点是：1）它一次性存储在内存中，并在类的所有实例之间共享；2）可以重写派生类中的方法，但仍然可以调用基类的方法。但在类的主体中定义的方法具有对类的私有成员的完全访问权，即局部变量和函数（例如，示例中的函数getName具有对值的访问权）。所以开发人员可能根据情况倾向于某一种风格。为了识别类成员，JSDEODORANT评估类主体内外的赋值语句。标识的类成员显示在模块视图中，该视图概述了JavaScript模块的结构（见图1）。
图1. JSDEODORANT文件大纲结构。
如上所述，接口、抽象类/方法、继承和多态性也在能够JavaScript中进行模拟。例如通过提供一个空方法或一个记录或抛出“未实现”错误消息[5]的方法来模拟抽象方法，从而强制子类实现它。JSDEODORANT识别抽象、重写和重写方法，如图1所示。
类/接口成员用描述性图标：
情况模拟：假如一个需要在conditionaldelay.js上进行维护的开发者（图1）。他可以看到文件包含一个类，即，goog.async.ConditionalDelay。他可以推断这是一个派生类（因为重写图标），它的所有方法都可添加到类的原型中。让他可以通过模块视图来理解JavaScript模块的抽象视图，还可以双击对应元素轻松导航至类/接口或其成员的源代码。
3.2类型层次
如上所述，JavaScript开发者可以用各种模式来模拟继承（见第二章），JSDEODORANT支持三种最常见的模式。开发者可以通过a）右键单击模块视图中的类并从弹出菜单中选择“显示类型层次结构”（如图1），或b）将鼠标悬停在编辑器中的类名上并从弹出菜单中选择“JSDEODORANT：打开类型层次结构”（如图2）来轻松查看类的类型层次结构。在这两种情况下，类型层次结构将在模块视图中呈现给开发人员（如图3）。
图2.编辑器视图中的JSDEODORANT类型层次结构。
情况模拟：在前面的示例中，如果从文件大纲推断类ConditionDelay具有父类型之后，开发者决定进一步检查这个特定类的类型层次结构。通过使用上述导航机制，他可以找到supertype类goog.disposable，并通过双击supertype导航到其声明。此外，类型层次视图（图3）还能检查其兄弟子类型，并查看整个JavaScript项目的树结构中的所有类型声明（类和接口）。最后，这个视图可以帮助开发者捕获特定类的继承树的深度。
图3. JSDEODORANT类型层次视图。
3.3类感知代码导航
在[3]中，我们提出了在JavaScript程序中检测类模拟的算法。JSDEODORANT标识类实例创建表达式并将其绑定到类声明，从而使类声明中的代码导航可以实现，反之亦然。使用JSDEODORANT，开发人员可以很容易地找到实例化，方法如下：a）将鼠标悬停在编辑器中的类名上，然后从弹出菜单（图2）中选择“JSDEODORANT：查找实例化”；或者b）右键单击模块视图中的类，然后从弹出菜单中选择“查找实例化”（图1）。在这两种情况下，JSDEODORANT都在Instantiations视图（图4）中提供了结果，在该视图中，开发人员可以双击任何表达式来导航到相应的源代码片段。类感知代码导航也可用于从实例化表达式导航到类声明（图5）。
图5. JSDEODORANT类实例化结果。
情况模拟：假设开发者必须向ConditionDelay类的函数构造函数添加（或删除）一个参数。在修改构造函数之前，他需要标识项目中这个特定类的所有实例化，从而执行更改，以便添加（或删除）与参数对应的参数。
3.4 可视化
JSDEODORANT可视化模块依赖关系，以及所选类的UML类图。
图5.从实例化表达式导航到类声明
模块依赖项以类似于UML包图的方式可视化，以提供JavaScript项目的体系结构视图。类图说明了类结构（属性、方法）和继承关系。开发人员可以通过右键单击模块视图中的类名并从弹出菜单中选择“显示类图”来查看类图。图6显示了类形状的类图示例。开发人员可以通过双击类、属性或方法导航到声明元素的源代码。此外，通过单击相应的按钮，开发人员可以轻松地导航到类型层次结构或实例化视图。
图6. JSDEODORANT类图视图。
四、验证
4.1精度
我们在两个开源JavaScript项目中测试了JSDEODORANT在检测继承关系方面的准确性。我们选择了表I中所示的项目，因为这两个项目都使用JSDoc注释，通过查找所有@extends JSDoc标记，可以构建一个无偏见的Oracle。
表一
继承关系检测的准确性。
|
Program |
Size (KLOC) |
Identified relations |
TP |
FP |
FN |
Precision |
Recall |
|
closure-library-v20160315 |
605.3 |
643 |
643 |
0 |
120 |
100% |
97% |
|
Helma-1.7.0 |
31.5 |
29 |
29 |
0 |
2 |
100% |
93% |
值得注意的是，这些项目的测试文件中声明的一些类没有注释，因此也不在Oracle中，而JSDEODORANT标识了它们的继承关系。本文的两位作者分别对源代码进行了独立检查，并将检测到的关系标记为真阳性（TP），当可以推断出它们之间的实际继承关系时。最终的标签是一致的，并在发生冲突时寻求其他意见。对于错误否定（FN），可以看到，尽管一些类是用@extends标记注释的，但是开发人员没有在代码中实现继承关系。我们请读者参考[3]了解类检测的准确性。
4.2工具比较
表II总结了JSDEODORANT、EclipseJSDT、WebStorm和JSClassFinder提供的类意识特性的比较。
表二
工具比较。
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