]> git.uio.no Git - ifi-stolz-refaktor.git/blob - thesis/master-thesis-erlenkr.tex
2a1f78f4861226b5d97e122a51499cd9d85f3d10
[ifi-stolz-refaktor.git] / thesis / master-thesis-erlenkr.tex
1 \documentclass[USenglish,11pt]{ifimaster}
2 \usepackage{import}
3 \usepackage[utf8]{inputenc}
4 \usepackage[T1]{fontenc,url}
5 \usepackage{lmodern} % using Latin Modern to be able to use bold typewriter font
6 %\usepackage{mathpazo}
7 \urlstyle{sf}
8 \usepackage{listings}
9 \usepackage{booktabs}
10 \usepackage{tabularx}
11 \usepackage{tikz}
12 \usepackage{tikz-qtree}
13 \usetikzlibrary{shapes,snakes,trees,arrows,shadows,positioning,calc}
14 \usepackage{babel,textcomp,csquotes,ifimasterforside}
15
16 \usepackage{varioref}
17 \usepackage[hidelinks]{hyperref}
18 \usepackage{cleveref}
19 \usepackage[xindy]{glossaries}
20
21 \usepackage[style=alphabetic,backend=biber,doi=false,isbn=false]{biblatex}
22 \usepackage{amsthm}
23 \usepackage{mathtools}
24 \usepackage{graphicx}
25 % use 'disable' before printing:
26 \usepackage[]{todonotes}
27 \usepackage{xspace}
28 \usepackage{he-she}
29 \usepackage{verbatim}
30 \usepackage{minted}
31 \usepackage{multicol}
32 \usemintedstyle{bw}
33
34 \def\mintedframesep{11pt}
35
36 \usepackage{perpage} %the perpage package
37 \MakePerPage{footnote} %the perpage package command
38
39 \theoremstyle{definition}
40 \newtheorem*{wordDef}{Definition}
41 \newtheorem*{theorem}{Theorem}
42
43 \graphicspath{ {./figures/} }
44
45 \newcommand{\citing}[1]{~\cite{#1}}
46 %\newcommand{\myref}[1]{\cref{#1} on \cpageref{#1}}
47 \newcommand{\myref}[1]{\vref{#1}}
48 \newcommand{\Myref}[1]{\Vref{#1}}
49 \newcommand{\mysimpleref}[1]{\cref{#1}}
50 \newcommand{\Mysimpleref}[1]{\Cref{#1}}
51
52 %\newcommand{\glossref}[1]{\textsuperscript{(\glsrefentry{#1})}}
53 %\newcommand{\gloss}[1]{\gls{#1}\glossref{#1}}
54 %\newcommand{\glosspl}[1]{\glspl{#1}\glossref{#1}}
55 \newcommand{\gloss}[1]{\gls{#1}}
56 \newcommand{\glosspl}[1]{\glspl{#1}}
57
58 \newcommand{\definition}[1]{\begin{wordDef}#1\end{wordDef}}
59 \newcommand{\see}[1]{(see \myref{#1})}
60 \newcommand{\explanation}[3]{\noindent\textbf{\textit{#1}}\\*\emph{When:} 
61 #2\\*\emph{How:} #3\\*[-7px]}
62
63 %\newcommand{\type}[1]{\lstinline{#1}}
64 \newcommand{\code}[1]{\texttt{\textbf{#1}}}
65 \newcommand{\type}[1]{\code{#1}}
66 \newcommand{\typeref}[1]{\footnote{\type{#1}}}
67 \newcommand{\typewithref}[2]{\type{#2}\typeref{#1.#2}}
68 \newcommand{\method}[1]{\type{#1}}
69 \newcommand{\methodref}[2]{\footnote{\type{#1}\method{\##2()}}}
70 \newcommand{\methodwithref}[2]{\method{#2}\footnote{\type{#1}\method{\##2()}}}
71 \newcommand{\var}[1]{\type{#1}}
72
73 \newcommand{\name}[1]{#1}
74 \newcommand{\tit}[1]{\emph{#1}}
75 \newcommand{\refa}[1]{\emph{#1}}
76 \newcommand{\pattern}[1]{\emph{#1}}
77 \newcommand{\metr}[1]{\emph{#1}}
78 \newcommand{\ExtractMethod}{\refa{Extract Method}\xspace}
79 \newcommand{\MoveMethod}{\refa{Move Method}\xspace}
80 \newcommand{\ExtractAndMoveMethod}{\refa{Extract and Move Method}\xspace}
81
82 \newcommand{\m}[1]{$#1$}
83
84 \newcommand\todoin[2][]{\todo[inline, caption={#2}, #1]{
85 \begin{minipage}{\textwidth-4pt}#2\end{minipage}}}
86
87 \title{Automated Composition of Refactorings}
88 \subtitle{Implementing and evaluating a search-based Extract and Move Method 
89 refactoring}
90 \author{Erlend Kristiansen}
91
92 \makeglossaries
93 \newglossaryentry{profiling}
94 {
95   name=profiling,
96   description={is to run a computer program through a profiler/with a profiler 
97   attached}
98 }
99 \newglossaryentry{profiler}
100 {
101   name=profiler,
102   description={A profiler is a program for analyzing performance within an 
103   application. It is used to analyze memory consumption, processing time and 
104 frequency of procedure calls and such}
105 }
106 \newglossaryentry{xUnit}
107 {
108   name={xUnit framework},
109   description={An xUnit framework is a framework for writing unit tests for a 
110     computer program. It follows the patterns known from the JUnit framework for 
111     Java\citing{fowlerXunit}
112   },
113   plural={xUnit frameworks}
114 }
115 \newglossaryentry{softwareObfuscation}
116 {
117   name={software obfuscation},
118   description={makes source code harder to read and analyze, while preserving 
119   its semantics}
120 }
121 \newglossaryentry{extractClass}
122 {
123   name=\refa{Extract Class},
124   description={The \refa{Extract Class} refactoring works by creating a class, 
125 for then to move members from another class to that class and access them from 
126 the old class via a reference to the new class}
127 }
128 \newglossaryentry{designPattern}
129 {
130   name={design pattern},
131   description={A design pattern is a named abstraction that is meant to solve a 
132   general design problem.  It describes the key aspects of a common problem and 
133 identifies its participators and how they collaborate},
134   plural={design patterns}
135 }
136 \newglossaryentry{enclosingClass}
137 {
138   name={enclosing class},
139   description={An enclosing class is the class that surrounds any specific piece 
140   of code that is written in the inner scope of this class},
141 }
142 \newglossaryentry{mementoPattern}
143 {
144   name={memento pattern},
145   description={The memento pattern is a software design pattern that is used to 
146   capture an object's internal state so that it can be restored to this state 
147   later\citing{designPatterns}},
148 }
149 %\newglossaryentry{extractMethod}
150 %{
151 %  name=\refa{Extract Method},
152 %  description={The \refa{Extract Method} refactoring is used to extract a 
153 %fragment of code from its context and into a new method. A call to the new 
154 %method is inlined where the fragment was before. It is used to break code into 
155 %logical units, with names that explain their purpose}
156 %}
157 %\newglossaryentry{moveMethod}
158 %{
159 %  name=\refa{Move Method},
160 %  description={The \refa{Move Method} refactoring is used to move a method from   
161 %  one class to another. This is useful if the method is using more features of 
162 %  another class than of the class which it is currently defined. Then all calls 
163 %  to this method must be updated, or the method must be copied, with the old 
164 %method delegating to the new method}
165 %}
166
167 \bibliography{bibliography/master-thesis-erlenkr-bibliography}
168 \DefineBibliographyStrings{english}{%
169   bibliography = {References},
170 }
171 \newbibmacro{string+doi}[1]{%
172   \iffieldundef{doi}{#1}{\href{http://dx.doi.org/\thefield{doi}}{#1}}}
173 \DeclareFieldFormat{title}{\usebibmacro{string+doi}{\mkbibemph{#1}}}
174 \DeclareFieldFormat[article]{title}{\usebibmacro{string+doi}{\mkbibquote{#1}}}
175
176 % UML comment in TikZ:
177 % ref: https://tex.stackexchange.com/questions/103688/folded-paper-shape-tikz
178 \makeatletter
179 \pgfdeclareshape{umlcomment}{
180   \inheritsavedanchors[from=rectangle] % this is nearly a rectangle
181   \inheritanchorborder[from=rectangle]
182   \inheritanchor[from=rectangle]{center}
183   \inheritanchor[from=rectangle]{north}
184   \inheritanchor[from=rectangle]{south}
185   \inheritanchor[from=rectangle]{west}
186   \inheritanchor[from=rectangle]{east}
187   % ... and possibly more
188   \backgroundpath{% this is new
189   % store lower right in xa/ya and upper right in xb/yb
190   \southwest \pgf@xa=\pgf@x \pgf@ya=\pgf@y
191   \northeast \pgf@xb=\pgf@x \pgf@yb=\pgf@y
192   % compute corner of ‘‘flipped page’’
193   \pgf@xc=\pgf@xb \advance\pgf@xc by-10pt % this should be a parameter
194   \pgf@yc=\pgf@yb \advance\pgf@yc by-10pt
195   % construct main path
196   \pgfpathmoveto{\pgfpoint{\pgf@xa}{\pgf@ya}}
197   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xa}{\pgf@yb}}
198   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xc}{\pgf@yb}}
199   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xb}{\pgf@yc}}
200   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xb}{\pgf@ya}}
201   \pgfpathclose
202   % add little corner
203   \pgfpathmoveto{\pgfpoint{\pgf@xc}{\pgf@yb}}
204   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xc}{\pgf@yc}}
205   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xb}{\pgf@yc}}
206   \pgfpathlineto{\pgfpoint{\pgf@xc}{\pgf@yc}}
207   }
208 }
209 \makeatother
210
211 \tikzstyle{comment}=[%
212   draw,
213   drop shadow,
214   fill=white,
215   align=center,
216   shape=document,
217   minimum width=20mm,
218   minimum height=10mm,
219   shape=umlcomment,
220   inner sep=2ex,
221   font=\ttfamily,
222 ]
223
224 %\interfootnotelinepenalty=10000
225
226 % Space between table rows
227 \renewcommand{\arraystretch}{1.3}
228 % Multicolumns
229 \newcommand{\spancols}[2]{\multicolumn{#1}{@{}l@{}}{#2}}
230 % Column types
231 \newcolumntype{L}[1]{>{\hsize=#1\hsize\raggedright\arraybackslash}X}%
232 \newcolumntype{R}[1]{>{\hsize=#1\hsize\raggedleft\arraybackslash}X}%
233
234
235 \begin{document}
236 %\pagenumbering{arabic}
237 \mainmatter
238 \ififorside
239 %\frontmatter{}
240
241 %\setcounter{page}{3}
242
243 \chapter*{Abstract}
244 \todoin{\textbf{Remove all todos (including list) before delivery/printing!!!  
245 Can be done by removing ``draft'' from documentclass.}}
246 \todoin{Write abstract}
247
248 \tableofcontents{}
249 \listoffigures{}
250 \listoftables{}
251 \listoflistings{}
252
253 %\mainmatter
254 %\setcounter{page}{13}
255
256 \chapter{Introduction}
257
258 \section{Motivation and structure}
259
260 For large software projects, complex program source code is an issue. It impacts 
261 the cost of maintenance in a negative way. It often stalls the implementation of 
262 new functionality and other program changes. The code may be difficult to 
263 understand, the changes may introduce new bugs that are hard to find and its 
264 complexity can simply keep people from doing code changes in fear of breaking 
265 some dependent piece of code.  All these problems are related, and often lead to 
266 a vicious circle that slowly degrades the overall quality of a project.
267
268 More specifically, and in an object-oriented context, a class may depend on a 
269 number of other classes. Sometimes these intimate relationships are appropriate, 
270 and sometimes they are not. Inappropriate \emph{coupling} between classes can 
271 make it difficult to know whether or not a change that is aimed at fixing a 
272 specific problem also alters the behavior of another part of a program.
273
274 One of the tools that are used to fight complexity and coupling in program 
275 source code is \emph{refactoring}. The intention for this master's thesis is 
276 therefore to create an automated composite refactoring that reduces coupling 
277 between classes. The refactoring shall be able to operate automatically in all 
278 phases of a refactoring, from performing analysis to executing changes. It is 
279 also a requirement that it should be able to process large quantities of source 
280 code in a reasonable amount of time.
281
282 The current chapter proceeds in \mysimpleref{sec:refactoring} by describing what 
283 refactoring is. Then the project is presented in \mysimpleref{sec:project}, 
284 before the chapter is concluded with a brief discussion of related work in 
285 \mysimpleref{sec:relatedWork}.
286
287 \Mysimpleref{ch:extractAndMoveMethod} shows the workings of our refactoring 
288 together with a simple example illustrating this.
289
290 \todoin{Structure. Write later\ldots}
291
292
293 \section{What is refactoring?}\label{sec:refactoring}
294
295 This question is best answered by first defining the concept of a 
296 \emph{refactoring}, what it is to \emph{refactor}, and then discuss what aspects 
297 of programming make people want to refactor their code.
298
299 \subsection{Defining refactoring}
300 Martin Fowler, in his classic book on refactoring\citing{refactoring}, defines a 
301 refactoring like this:
302
303 \begin{quote}
304   \emph{Refactoring} (noun): a change made to the internal 
305   structure\footnote{The structure observable by the programmer.} of software to 
306   make it easier to understand and cheaper to modify without changing its 
307   observable behavior.~\cite[p.~53]{refactoring}
308 \end{quote}
309
310 \noindent This definition assigns additional meaning to the word 
311 \emph{refactoring}, beyond the composition of the prefix \emph{re-}, usually 
312 meaning something like ``again'' or ``anew'', and the word \emph{factoring}, 
313 which can mean to isolate the \emph{factors} of something. Here a \emph{factor} 
314 would be close to the mathematical definition of something that divides a 
315 quantity, without leaving a remainder. Fowler is mixing the \emph{motivation} 
316 behind refactoring into his definition. Instead it could be more refined, formed 
317 to only consider the \emph{mechanical} and \emph{behavioral} aspects of 
318 refactoring. That is to factor the program again, putting it together in a 
319 different way than before, while preserving the behavior of the program. An 
320 alternative definition could then be: 
321
322 \definition{A \emph{refactoring} is a transformation
323 done to a program without altering its external behavior.}
324
325 From this we can conclude that a refactoring primarily changes how the 
326 \emph{code} of a program is perceived by the \emph{programmer}, and not the 
327 \emph{behavior} experienced by any user of the program. Although the logical 
328 meaning is preserved, such changes could potentially alter the program's 
329 behavior when it comes to performance gain or -penalties. So any logic depending 
330 on the performance of a program could make the program behave differently after 
331 a refactoring.
332
333 In the extreme case one could argue that \gloss{softwareObfuscation} is 
334 refactoring. It is often used to protect proprietary software. It restrains 
335 uninvited viewers, so they have a hard time analyzing code that they are not 
336 supposed to know how works. This could be a problem when using a language that 
337 is possible to decompile, such as Java. 
338
339 Obfuscation could be done composing many, more or less randomly chosen, 
340 refactorings. Then the question arises whether it can be called a 
341 \emph{composite refactoring} or not \see{compositeRefactorings}?  The answer is 
342 not obvious.  First, there is no way to describe the mechanics of software 
343 obfuscation, because there are infinitely many ways to do that. Second, 
344 obfuscation can be thought of as \emph{one operation}: Either the code is 
345 obfuscated, or it is not. Third, it makes no sense to call software obfuscation 
346 \emph{a refactoring}, since it holds different meaning to different people.
347
348 This last point is important, since one of the motivations behind defining 
349 different refactorings, is to establish a \emph{vocabulary} for software 
350 professionals to use when reasoning about and discussing programs, similar to 
351 the motivation behind \glosspl{designPattern}\citing{designPatterns}.  
352 \begin{comment}
353 So for describing \emph{software obfuscation}, it might be more appropriate to 
354 define what you do when performing it rather than precisely defining its 
355 mechanics in terms of other refactorings.
356 \end{comment}
357
358 \subsection{The etymology of 'refactoring'}
359 It is a little difficult to pinpoint the exact origin of the word 
360 ``refactoring'', as it seems to have evolved as part of a colloquial 
361 terminology, more than a scientific term. There is no authoritative source for a 
362 formal definition of it. 
363
364 According to Martin Fowler\citing{etymology-refactoring}, there may also be more 
365 than one origin of the word. The most well-known source, when it comes to the 
366 origin of \emph{refactoring}, is the 
367 Smalltalk\footnote{\label{footNote}Programming language} community and their 
368 infamous \name{Refactoring 
369 Browser}\footnote{\url{http://st-www.cs.illinois.edu/users/brant/Refactory/RefactoringBrowser.html}} 
370 described in the article \tit{A Refactoring Tool for 
371 Smalltalk}\citing{refactoringBrowser1997}, published in 1997.  
372 Allegedly\citing{etymology-refactoring}, the metaphor of factoring programs was 
373 also present in the Forth\textsuperscript{\ref{footNote}} community, and the 
374 word ``refactoring'' is mentioned in a book by Leo Brodie, called \tit{Thinking 
375 Forth}\citing{brodie2004}, first published in 1984\footnote{\tit{Thinking Forth} 
376 was first published in 1984 by the \name{Forth Interest Group}.  Then it was 
377 reprinted in 1994 with minor typographical corrections, before it was 
378 transcribed into an electronic edition typeset in \LaTeX\ and published under a 
379 Creative Commons license in 
380 2004. The edition cited here is the 2004 edition, but the content should 
381 essentially be as in 1984.}. The exact word is only printed one 
382 place~\cite[p.~232]{brodie2004}, but the term \emph{factoring} is prominent in 
383 the book, which also contains a whole chapter dedicated to (re)factoring, and 
384 how to keep the (Forth) code clean and maintainable.
385
386 \begin{quote}
387   \ldots good factoring technique is perhaps the most important skill for a 
388   Forth programmer.~\cite[p.~172]{brodie2004}
389 \end{quote}
390
391 \noindent Brodie also express what \emph{factoring} means to him:
392
393 \begin{quote}
394   Factoring means organizing code into useful fragments. To make a fragment 
395   useful, you often must separate reusable parts from non-reusable parts. The  
396   reusable parts become new definitions. The non-reusable parts become arguments 
397   or parameters to the definitions.~\cite[p.~172]{brodie2004}
398 \end{quote}
399
400 Fowler claims that the usage of the word \emph{refactoring} did not pass between 
401 the \name{Forth} and \name{Smalltalk} communities, but that it emerged 
402 independently in each of the communities.
403
404 \subsection{Reasons for refactoring}
405 There are many reasons why people want to refactor their programs. They can for 
406 instance do it to remove duplication, break up long methods or to introduce 
407 design patterns into their software systems. The shared trait for all these is 
408 that peoples' intentions are to make their programs \emph{better}, in some 
409 sense.  But what aspects of their programs are becoming improved?
410
411 As just mentioned, people often refactor to get rid of duplication. They are 
412 moving identical or similar code into methods, and are pushing methods up or 
413 down in their class hierarchies. They are making template methods for 
414 overlapping algorithms/functionality, and so on. It is all about gathering what 
415 belongs together and putting it all in one place. The resulting code is then 
416 easier to maintain. When removing the implicit coupling\footnote{When 
417   duplicating code, the duplicate pieces of code might not be coupled, apart 
418 from representing the same functionality. So if this functionality is going to 
419 change, it might need to change in more than one place, thus creating an 
420 implicit coupling between multiple pieces of code.} between code snippets, the 
421 location of a bug is limited to only one place, and new functionality need only 
422 to be added to this one place, instead of a number of places people might not 
423 even remember.
424
425 A problem you often encounter when programming, is that a program contains a lot 
426 of long and hard-to-grasp methods. It can then help to break the methods into 
427 smaller ones, using the \ExtractMethod refactoring\citing{refactoring}.  Then 
428 you may discover something about a program that you were not aware of before; 
429 revealing bugs you did not know about or could not find due to the complex 
430 structure of your program. Making the methods smaller and giving good names to 
431 the new ones clarifies the algorithms and enhances the \emph{understandability} 
432 of the program \see{magic_number_seven}. This makes refactoring an excellent 
433 method for exploring unknown program code, or code that you had forgotten that 
434 you wrote.
435
436 Most primitive refactorings are simple, and usually involves moving code 
437 around\citing{kerievsky2005}. The motivation behind them may first be revealed 
438 when they are combined into larger --- higher level --- refactorings, called 
439 \emph{composite refactorings} \see{compositeRefactorings}. Often the goal of 
440 such a series of refactorings is a design pattern. Thus the design can 
441 \emph{evolve} throughout the lifetime of a program, as opposed to designing 
442 up-front.  It is all about being structured and taking small steps to improve a 
443 program's design.
444
445 Many software design pattern are aimed at lowering the coupling between 
446 different classes and different layers of logic. One of the most famous is 
447 perhaps the \pattern{Model-View-Controller}\citing{designPatterns} pattern. It 
448 is aimed at lowering the coupling between the user interface, the business logic 
449 and the data representation of a program. This also has the added benefit that 
450 the business logic could much easier be the target of automated tests, thus 
451 increasing the productivity in the software development process.
452
453 Another effect of refactoring is that with the increased separation of concerns 
454 coming out of many refactorings, the \emph{performance} can be improved. When 
455 profiling programs, the problematic parts are narrowed down to smaller parts of 
456 the code, which are easier to tune, and optimization can be performed only where 
457 needed and in a more effective way\citing{refactoring}.
458
459 Last, but not least, and this should probably be the best reason to refactor, is 
460 to refactor to \emph{facilitate a program change}. If one has managed to keep 
461 one's code clean and tidy, and the code is not bloated with design patterns that 
462 are not ever going to be needed, then some refactoring might be needed to 
463 introduce a design pattern that is appropriate for the change that is going to 
464 happen.
465
466 Refactoring program code --- with a goal in mind --- can give the code itself 
467 more value. That is in the form of robustness to bugs, understandability and 
468 maintainability. Having robust code is an obvious advantage, but 
469 understandability and maintainability are both very important aspects of 
470 software development. By incorporating refactoring in the development process, 
471 bugs are found faster, new functionality is added more easily and code is easier 
472 to understand by the next person exposed to it, which might as well be the 
473 person who wrote it. The consequence of this, is that refactoring can increase 
474 the average productivity of the development process, and thus also add to the 
475 monetary value of a business in the long run. The perspective on productivity 
476 and money should also be able to open the eyes of the many nearsighted managers 
477 that seldom see beyond the next milestone.
478
479 \subsection{The magical number seven}\label{magic_number_seven}
480 The article \tit{The magical number seven, plus or minus two: some limits on our 
481 capacity for processing information}\citing{miller1956} by George A.  Miller, 
482 was published in the journal \name{Psychological Review} in 1956.  It presents 
483 evidence that support that the capacity of the number of objects a human being 
484 can hold in its working memory is roughly seven, plus or minus two objects. This 
485 number varies a bit depending on the nature and complexity of the objects, but 
486 is according to Miller ``\ldots never changing so much as to be 
487 unrecognizable.''
488
489 Miller's article culminates in the section called \emph{Recoding}, a term he 
490 borrows from communication theory. The central result in this section is that by 
491 recoding information, the capacity of the amount of information that a human can 
492 process at a time is increased. By \emph{recoding}, Miller means to group 
493 objects together in chunks, and give each chunk a new name that it can be 
494 remembered by. 
495
496 \begin{quote}
497   \ldots recoding is an extremely powerful weapon for increasing the amount of 
498   information that we can deal with.~\cite[p.~95]{miller1956}
499 \end{quote}
500
501 By organizing objects into patterns of ever growing depth, one can memorize and 
502 process a much larger amount of data than if it were to be represented as its 
503 basic pieces. This grouping and renaming is analogous to how many refactorings 
504 work, by grouping pieces of code and give them a new name.  Examples are the 
505 fundamental \ExtractMethod and \refa{Extract Class} 
506 refactorings\citing{refactoring}.
507
508 An example from the article addresses the problem of memorizing a sequence of 
509 binary digits. The example presented here is a slightly modified version of the 
510 one presented in the original article\citing{miller1956}, but it preserves the 
511 essence of it. Let us say we have the following sequence of 
512 16 binary digits: ``1010001001110011''. Most of us will have a hard time 
513 memorizing this sequence by only reading it once or twice. Imagine if we instead 
514 translate it to this sequence: ``A273''. If you have a background from computer 
515 science, it will be obvious that the latter sequence is the first sequence 
516 recoded to be represented by digits in base 16. Most people should be able to 
517 memorize this last sequence by only looking at it once.
518
519 Another result from the Miller article is that when the amount of information a 
520 human must interpret increases, it is crucial that the translation from one code 
521 to another must be almost automatic for the subject to be able to remember the 
522 translation, before \heshe is presented with new information to recode.  Thus 
523 learning and understanding how to best organize certain kinds of data is 
524 essential to efficiently handle that kind of data in the future. This is much 
525 like when humans learn to read. First they must learn how to recognize letters.  
526 Then they can learn distinct words, and later read sequences of words that form 
527 whole sentences. Eventually, most of them will be able to read whole books and 
528 briefly retell the important parts of its content. This suggests that the use of 
529 design patterns is a good idea when reasoning about computer programs. With 
530 extensive use of design patterns when creating complex program structures, one 
531 does not always have to read whole classes of code to comprehend how they 
532 function, it may be sufficient to only see the name of a class to almost fully 
533 understand its responsibilities.
534
535 \begin{quote}
536   Our language is tremendously useful for repackaging material into a few chunks 
537   rich in information.~\cite[p.~95]{miller1956}
538 \end{quote}
539
540 Without further evidence, these results at least indicate that refactoring 
541 source code into smaller units with higher cohesion and, when needed, 
542 introducing appropriate design patterns, should aid in the cause of creating 
543 computer programs that are easier to maintain and have code that is easier (and 
544 better) understood.
545
546 \subsection{Notable contributions to the refactoring literature}
547
548 \begin{description}
549   \item[1992] William F. Opdyke submits his doctoral dissertation called 
550     \tit{Refactoring Object-Oriented Frameworks}\citing{opdyke1992}. This work 
551     defines a set of refactorings that are behavior-preserving given that their 
552     preconditions are met. The dissertation is focused on the automation of 
553     refactorings.
554   \item[1999] Martin Fowler et al.: \tit{Refactoring: Improving the Design of 
555     Existing Code}\citing{refactoring}. This is maybe the most influential text 
556     on refactoring. It bares similarities with Opdykes thesis\citing{opdyke1992} 
557     in the way that it provides a catalog of refactorings. But Fowler's book is 
558     more about the craft of refactoring, as he focuses on establishing a 
559     vocabulary for refactoring, together with the mechanics of different 
560     refactorings and when to perform them. His methodology is also founded on 
561     the principles of test-driven development.
562   \item[2005] Joshua Kerievsky: \tit{Refactoring to 
563     Patterns}\citing{kerievsky2005}. This book is heavily influenced by Fowler's 
564     \tit{Refactoring}\citing{refactoring} and the ``Gang of Four'' \tit{Design 
565     Patterns}\citing{designPatterns}. It is building on the refactoring 
566     catalogue from Fowler's book, but is trying to bridge the gap between 
567     \emph{refactoring} and \emph{design patterns} by providing a series of 
568     higher-level composite refactorings, that makes code evolve toward or away 
569     from certain design patterns. The book is trying to build up the reader's 
570     intuition around \emph{why} one would want to use a particular design 
571     pattern, and not just \emph{how}. The book is encouraging evolutionary 
572     design \see{relationToDesignPatterns}.
573 \end{description}
574
575 \subsection{Tool support (for Java)}\label{toolSupport}
576 This section will briefly compare the refactoring support of the three IDEs 
577 \name{Eclipse}\footnote{\url{http://www.eclipse.org/}}, \name{IntelliJ 
578 IDEA}\footnote{The IDE under comparison is the \name{Community Edition}, 
579 \url{http://www.jetbrains.com/idea/}} and 
580 \name{NetBeans}\footnote{\url{https://netbeans.org/}}. These are the most 
581 popular Java IDEs\citing{javaReport2011}.
582
583 All three IDEs provide support for the most useful refactorings, like the 
584 different extract, move and rename refactorings. In fact, Java-targeted IDEs are 
585 known for their good refactoring support, so this did not appear as a big 
586 surprise.
587
588 The IDEs seem to have excellent support for the \ExtractMethod refactoring, so 
589 at least they have all passed the first ``refactoring 
590 rubicon''\citing{fowlerRubicon2001,secondRubicon2012}.
591
592 Regarding the \MoveMethod refactoring, the \name{Eclipse} and \name{IntelliJ} 
593 IDEs do the job in very similar manners. In most situations they both do a 
594 satisfying job by producing the expected outcome. But they do nothing to check 
595 that the result does not break the semantics of the program 
596 \see{sec:correctness}.
597 The \name{NetBeans} IDE implements this refactoring in a somewhat 
598 unsophisticated way. For starters, the refactoring's default destination for the 
599 move, is the same class as the method already resides in, although it refuses to 
600 perform the refactoring if chosen.  But the worst part is, that if moving the 
601 method \method{f} of the class \type{C} to the class \type{X}, it will break the 
602 code.  The result is shown in \myref{lst:moveMethod_NetBeans}.
603
604 \begin{listing}
605 \begin{multicols}{2}
606 \begin{minted}[samepage]{java}
607 public class C {
608     private X x;
609     ...
610     public void f() {
611         x.m();
612         x.n();
613     }
614 }
615 \end{minted}
616
617 \columnbreak
618
619 \begin{minted}[samepage]{java}
620 public class X {
621     ...
622     public void f(C c) {
623         c.x.m();
624         c.x.n();
625     }
626 }
627 \end{minted}
628 \end{multicols}
629 \caption{Moving method \method{f} from \type{C} to \type{X}.}
630 \label{lst:moveMethod_NetBeans}
631 \end{listing}
632
633 \name{NetBeans} will try to create code that call the methods \method{m} and \method{n} 
634 of \type{X} by accessing them through \var{c.x}, where \var{c} is a parameter of 
635 type \type{C} that is added the method \method{f} when it is moved. (This is 
636 seldom the desired outcome of this refactoring, but ironically, this ``feature'' 
637 keeps \name{NetBeans} from breaking the code in the example from 
638 \myref{sec:correctness}.) If \var{c.x} for some reason is inaccessible to 
639 \type{X}, as in this case, the refactoring breaks the code, and it will not 
640 compile. \name{NetBeans} presents a preview of the refactoring outcome, but the 
641 preview does not catch it if the IDE is about break the program. 
642
643 The IDEs under investigation seem to have fairly good support for primitive 
644 refactorings, but what about more complex ones, such as 
645 \gloss{extractClass}\citing{refactoring}? \name{IntelliJ} handles this in a 
646 fairly good manner, although, in the case of private methods, it leaves unused 
647 methods behind. These are methods that delegate to a field with the type of the 
648 new class, but are not used anywhere. \name{Eclipse} has added its own quirk to 
649 the \refa{Extract Class} refactoring, and only allows for \emph{fields} to be 
650 moved to a new class, \emph{not methods}. This makes it effectively only 
651 extracting a data structure, and calling it \refa{Extract Class} is a little 
652 misleading.  One would often be better off with textual extract and paste than 
653 using the \refa{Extract Class} refactoring in \name{Eclipse}. When it comes to 
654 \name{NetBeans}, it does not even show an attempt on providing this refactoring.  
655
656 \subsection{The relation to design patterns}\label{relationToDesignPatterns}
657
658 Refactoring and design patterns have at least one thing in common, they are both 
659 promoted by advocates of \emph{clean code}\citing{cleanCode} as fundamental 
660 tools on the road to more maintainable and extendable source code.
661
662 \begin{quote}
663   Design patterns help you determine how to reorganize a design, and they can 
664   reduce the amount of refactoring you need to do 
665   later.~\cite[p.~353]{designPatterns}
666 \end{quote}
667
668 Although sometimes associated with 
669 over-engineering\citing{kerievsky2005,refactoring}, design patterns are in 
670 general assumed to be good for maintainability of source code.  That may be 
671 because many of them are designed to support the \emph{open/closed principle} of 
672 object-oriented programming. The principle was first formulated by Bertrand 
673 Meyer, the creator of the Eiffel programming language, like this: ``Modules 
674 should be both open and closed.''\citing{meyer1988} It has been popularized, 
675 with this as a common version: 
676
677 \begin{quote}
678   Software entities (classes, modules, functions, etc.) should be open for 
679   extension, but closed for modification.\footnote{See 
680     \url{http://c2.com/cgi/wiki?OpenClosedPrinciple} or  
681     \url{https://en.wikipedia.org/wiki/Open/closed_principle}}
682 \end{quote} 
683
684 Maintainability is often thought of as the ability to be able to introduce new 
685 functionality without having to change too much of the old code. When 
686 refactoring, the motivation is often to facilitate adding new functionality. It 
687 is about factoring the old code in a way that makes the new functionality being 
688 able to benefit from the functionality already residing in a software system, 
689 without having to copy old code into new. Then, next time someone shall add new 
690 functionality, it is less likely that the old code has to change. Assuming that 
691 a design pattern is the best way to get rid of duplication and assist in 
692 implementing new functionality, it is reasonable to conclude that a design 
693 pattern often is the target of a series of refactorings. Having a repertoire of 
694 design patterns can also help in knowing when and how to refactor a program to 
695 make it reflect certain desired characteristics.
696
697 \begin{quote}
698   There is a natural relation between patterns and refactorings. Patterns are 
699   where you want to be; refactorings are ways to get there from somewhere 
700   else.~\cite[p.~107]{refactoring}
701 \end{quote}
702
703 This quote is wise in many contexts, but it is not always appropriate to say 
704 ``Patterns are where you want to be\ldots''. \emph{Sometimes}, patterns are 
705 where you want to be, but only because it will benefit your design. It is not 
706 true that one should always try to incorporate as many design patterns as 
707 possible into a program. It is not like they have intrinsic value. They only add 
708 value to a system when they support its design. Otherwise, the use of design 
709 patterns may only lead to a program that is more complex than necessary.
710
711 \begin{quote}
712   The overuse of patterns tends to result from being patterns happy. We are 
713   \emph{patterns happy} when we become so enamored of patterns that we simply 
714   must use them in our code.~\cite[p.~24]{kerievsky2005}
715 \end{quote}
716
717 This can easily happen when relying largely on up-front design. Then it is 
718 natural, in the very beginning, to try to build in all the flexibility that one 
719 believes will be necessary throughout the lifetime of a software system.  
720 According to Joshua Kerievsky ``That sounds reasonable --- if you happen to be 
721 psychic.''~\cite[p.~1]{kerievsky2005} He is advocating what he believes is a 
722 better approach: To let software continually evolve. To start with a simple 
723 design that meets today's needs, and tackle future needs by refactoring to 
724 satisfy them. He believes that this is a more economic approach than investing 
725 time and money into a design that inevitably is going to change. By relying on 
726 continuously refactoring a system, its design can be made simpler without 
727 sacrificing flexibility. To be able to fully rely on this approach, it is of 
728 utter importance to have a reliable suit of tests to lean on \see{testing}. This 
729 makes the design process more natural and less characterized by difficult 
730 decisions that has to be made before proceeding in the process, and that is 
731 going to define a project for all of its unforeseeable future.
732
733 \subsection{The impact on software quality}
734
735 \subsubsection{What is software quality?}
736 The term \emph{software quality} has many meanings. It all depends on the 
737 context we put it in. If we look at it with the eyes of a software developer, it 
738 usually means that the software is easily maintainable and testable, or in other 
739 words, that it is \emph{well designed}. This often correlates with the 
740 management scale, where \emph{keeping the schedule} and \emph{customer 
741 satisfaction} is at the center. From the customers point of view, in addition to 
742 good usability, \emph{performance} and \emph{lack of bugs} is always 
743 appreciated, measurements that are also shared by the software developer. (In 
744 addition, such things as good documentation could be measured, but this is out 
745 of the scope of this document.)
746
747 \subsubsection{The impact on performance}
748 \begin{quote}
749   Refactoring certainly will make software go more slowly\footnote{With today's 
750   compiler optimization techniques and performance tuning of e.g. the Java 
751 virtual machine, the penalties of object creation and method calls are 
752 debatable.}, but it also makes the software more amenable to performance 
753 tuning.~\cite[p.~69]{refactoring}
754 \end{quote}
755
756 \noindent There is a common belief that refactoring compromises performance, due 
757 to increased degree of indirection and that polymorphism is slower than 
758 conditionals.
759
760 In a survey, Demeyer\citing{demeyer2002} disproves this view in the case of 
761 polymorphism. He did an experiment on, what he calls, ``Transform Self Type 
762 Checks'' where you introduce a new polymorphic method and a new class hierarchy 
763 to get rid of a class' type checking of a ``type attribute``. He uses this kind 
764 of transformation to represent other ways of replacing conditionals with 
765 polymorphism as well. The experiment is performed on the C++ programming 
766 language and with three different compilers and platforms. Demeyer concludes 
767 that, with compiler optimization turned on, polymorphism beats middle to large 
768 sized if-statements and does as well as case-statements.  (In accordance with 
769 his hypothesis, due to similarities between the way C++ handles polymorphism and 
770 case-statements.)
771
772 \begin{quote}
773   The interesting thing about performance is that if you analyze most programs, 
774   you find that they waste most of their time in a small fraction of the 
775   code.~\cite[p.~70]{refactoring}
776 \end{quote}
777
778 \noindent So, although an increased amount of method calls could potentially 
779 slow down programs, one should avoid premature optimization and sacrificing good 
780 design, leaving the performance tuning until after \gloss{profiling} the 
781 software and having isolated the actual problem areas.
782
783 \subsection{Composite refactorings}\label{compositeRefactorings}
784 Generally, when thinking about refactoring, at the mechanical level, there are 
785 essentially two kinds of refactorings. There are the \emph{primitive} 
786 refactorings, and the \emph{composite} refactorings. 
787
788 \definition{A \emph{primitive refactoring} is a refactoring that cannot be 
789 expressed in terms of other refactorings.}
790
791 \noindent Examples are the \refa{Pull Up Field} and \refa{Pull Up 
792 Method} refactorings\citing{refactoring}, that move members up in their class 
793 hierarchies.
794
795 \definition{A \emph{composite refactoring} is a refactoring that can be 
796 expressed in terms of two or more other refactorings.}
797
798 \noindent An example of a composite refactoring is the \refa{Extract 
799 Superclass} refactoring\citing{refactoring}. In its simplest form, it is composed 
800 of the previously described primitive refactorings, in addition to the 
801 \refa{Pull Up Constructor Body} refactoring\citing{refactoring}. It works 
802 by creating an abstract superclass that the target class(es) inherits from, then 
803 by applying \refa{Pull Up Field}, \refa{Pull Up Method} and 
804 \refa{Pull Up Constructor Body} on the members that are to be members of 
805 the new superclass. If there are multiple classes in play, their interfaces may 
806 need to be united with the help of some rename refactorings, before extracting 
807 the superclass. For an overview of the \refa{Extract Superclass} 
808 refactoring, see \myref{fig:extractSuperclass}.
809
810 \begin{figure}[h]
811   \centering
812   \includegraphics[angle=270,width=\linewidth]{extractSuperclassItalic.pdf}
813   \caption{The Extract Superclass refactoring, with united interfaces.}
814   \label{fig:extractSuperclass}
815 \end{figure}
816
817 \subsection{Manual vs. automated refactorings}
818 Refactoring is something every programmer does, even if \heshe does not known 
819 the term \emph{refactoring}. Every refinement of source code that does not alter 
820 the program's behavior is a refactoring. For small refactorings, such as 
821 \ExtractMethod, executing it manually is a manageable task, but is still prone 
822 to errors. Getting it right the first time is not easy, considering the method 
823 signature and all the other aspects of the refactoring that has to be in place.  
824
825 Consider the renaming of classes, methods and fields. For complex programs these 
826 refactorings are almost impossible to get right.  Attacking them with textual 
827 search and replace, or even regular expressions, will fall short on these tasks.  
828 Then it is crucial to have proper tool support that can perform them 
829 automatically. Tools that can parse source code and thus have semantic knowledge 
830 about which occurrences of which names belong to what construct in the program.  
831 For even trying to perform one of these complex tasks manually, one would have 
832 to be very confident on the existing test suite \see{testing}.
833
834 \subsection{Correctness of refactorings}\label{sec:correctness}
835 For automated refactorings to be truly useful, they must show a high degree of 
836 behavior preservation.  This last sentence might seem obvious, but there are 
837 examples of refactorings in existing tools that break programs. In an ideal 
838 world, every automated refactoring would be ``complete'', in the sense that it 
839 would never break a program. In an ideal world, every program would also be free 
840 from bugs. In modern IDEs the implemented automated refactorings are working for 
841 \emph{most} cases, which is enough for making them useful.
842
843 I will now present an example of a \emph{corner case} where a program breaks 
844 when a refactoring is applied. The example shows an \ExtractMethod refactoring 
845 followed by a \MoveMethod refactoring that breaks a program in both the 
846 \name{Eclipse} and \name{IntelliJ} IDEs\footnote{The \name{NetBeans} IDE handles this 
847   particular situation without altering the program's behavior, mainly because 
848   its \refa{Move Method} refactoring implementation is a bit flawed in other ways 
849   \see{toolSupport}.}.  The target and the destination for the composed 
850   refactoring are shown in \myref{lst:correctnessExtractAndMove}.  Note that the 
851   method \method{m(C c)} of class \type{X} assigns to the field \var{x} of the 
852   argument \var{c} that has type \type{C}.
853
854 \begin{listing}[h]
855 \begin{multicols}{2}
856 \begin{minted}[linenos,frame=topline,label={Refactoring 
857   target},framesep=\mintedframesep]{java}
858 public class C {
859   public X x = new X();
860
861   public void f() {
862     x.m(this);
863     // Not the same x
864     x.n();
865   }
866 }
867 \end{minted}
868
869 \columnbreak
870
871 \begin{minted}[frame=topline,label={Method 
872   destination},framesep=\mintedframesep]{java}
873 public class X {
874   public void m(C c) {
875     c.x = new X();
876     // If m is called from
877     // c, then c.x no longer
878     // equals 'this'
879   }
880   public void n() {}
881 }
882 \end{minted}
883 \end{multicols}
884 \caption{The target and the destination for the composition of the Extract 
885 Method and \refa{Move Method} refactorings.}
886 \label{lst:correctnessExtractAndMove}
887 \end{listing}
888
889
890 The refactoring sequence works by extracting line 6 through 8 from the original 
891 class \type{C} into a method \method{f} with the statements from those lines as 
892 its method body (but with the comment left out, since it will no longer hold any 
893 meaning). The method is then moved to the class \type{X}.  The result is shown 
894 in \myref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}.
895
896 Before the refactoring, the methods \method{m} and \method{n} of class \type{X} 
897 are called on different object instances (see line 6 and 8 of the original class 
898 \type{C} in \cref{lst:correctnessExtractAndMove}). After the refactoring, they 
899 are called on the same object, and the statement on line 
900 3 of class \type{X} (in \cref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}) no longer 
901   has the desired effect in our example. The method \method{f} of class \type{C} 
902   is now calling the method \method{f} of class \type{X} (see line 5 of class 
903   \type{C} in \cref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}), and the program now 
904   behaves different than before.
905
906 \begin{listing}[h]
907 \begin{multicols}{2}
908 \begin{minted}[linenos]{java}
909 public class C {
910     public X x = new X();
911
912     public void f() {
913         x.f(this);
914     }
915 }
916 \end{minted}
917
918 \columnbreak
919
920 \begin{minted}[linenos]{java}
921 public class X {
922     public void m(C c) {
923         c.x = new X();
924     }
925     public void n() {}
926     // Extracted and 
927     // moved method
928     public void f(C c) {
929         m(c);
930         n();
931     }
932 }
933 \end{minted}
934 \end{multicols}
935 \caption{The result of the composed refactoring.}
936 \label{lst:correctnessExtractAndMoveResult}
937 \end{listing}
938
939 The bug introduced in the previous example is of such a nature\footnote{Caused 
940   by aliasing. See \url{https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing_(computing)}} 
941   that it is very difficult to spot if the refactored code is not covered by 
942   tests.  It does not generate compilation errors, and will thus only result in 
943   a runtime error or corrupted data, which might be hard to detect.
944
945 \subsection{Refactoring and the importance of testing}\label{testing}
946 \begin{quote}
947   If you want to refactor, the essential precondition is having solid 
948   tests.\citing{refactoring}
949 \end{quote}
950
951 When refactoring, there are roughly three classes of errors that can be made.  
952 The first class of errors is the one that makes the code unable to compile.  
953 These \emph{compile-time} errors are of the nicer kind. They flash up at the 
954 moment they are made (at least when using an IDE), and are usually easy to fix.  
955 The second class is the \emph{runtime} errors. Although these errors take a bit 
956 longer to surface, they usually manifest after some time in an illegal argument 
957 exception, null pointer exception or similar during the program execution.  
958 These kinds of errors are a bit harder to handle, but at least they will show, 
959 eventually. Then there are the \emph{behavior-changing} errors. These errors are 
960 of the worst kind. They do not show up during compilation and they do not turn 
961 on a blinking red light during runtime either. The program can seem to work 
962 perfectly fine with them in play, but the business logic can be damaged in ways 
963 that will only show up over time.
964
965 For discovering runtime errors and behavior changes when refactoring, it is 
966 essential to have good test coverage. Testing in this context means writing 
967 automated tests. Manual testing may have its uses, but when refactoring, it is 
968 automated unit testing that dominate. For discovering behavior changes it is 
969 especially important to have tests that cover potential problems, since these 
970 kinds of errors do not reveal themselves.
971
972 Unit testing is not a way to \emph{prove} that a program is correct, but it is a 
973 way to make you confident that it \emph{probably} works as desired.  In the 
974 context of test-driven development (commonly known as TDD), the tests are even a 
975 way to define how the program is \emph{supposed} to work.  It is then, by 
976 definition, working if the tests are passing.  
977
978 If the test coverage for a code base is perfect, then it should, theoretically, 
979 be risk-free to perform refactorings on it. This is why automated tests and 
980 refactoring is such a great match.
981
982 \subsubsection{Testing the code from correctness section}
983 The worst thing that can happen when refactoring is to introduce changes to the 
984 behavior of a program, as in the example on \myref{sec:correctness}. This 
985 example may be trivial, but the essence is clear. The only problem with the 
986 example is that it is not clear how to create automated tests for it, without 
987 changing it in intrusive ways.
988
989 Unit tests, as they are known from the different \glosspl{xUnit} around, are 
990 only suitable to test the \emph{result} of isolated operations. They can not 
991 easily (if at all) observe the \emph{history} of a program.
992
993 This problem is still open.
994
995 \begin{comment}
996
997 Assuming a sequential (non-concurrent) program:
998
999 \begin{minted}{java}
1000 tracematch (C c, X x) {
1001   sym m before:
1002     call(* X.m(C)) && args(c) && cflow(within(C));
1003   sym n before:
1004     call(* X.n()) && target(x) && cflow(within(C));
1005   sym setCx after:
1006     set(C.x) && target(c) && !cflow(m);
1007
1008   m n
1009
1010   { assert x == c.x; }
1011 }
1012 \end{minted}
1013
1014 %\begin{minted}{java}
1015 %tracematch (X x1, X x2) {
1016 %  sym m before:
1017 %    call(* X.m(C)) && target(x1);
1018 %  sym n before:
1019 %    call(* X.n()) && target(x2);
1020 %  sym setX after:
1021 %    set(C.x) && !cflow(m) && !cflow(n);
1022 %
1023 %  m n
1024 %
1025 %  { assert x1 != x2; }
1026 %}
1027 %\end{minted}
1028 \end{comment}
1029
1030
1031 \section{The project}\label{sec:project}
1032 In this section we look at the work that shall be done for this project, its 
1033 building stones and some of the methodologies used.
1034
1035 \subsection{Project description}
1036 The aim of this master's project will be to explore the relationship between the 
1037 \ExtractMethod and the \MoveMethod refactorings. This will be done by composing 
1038 the two into a composite refactoring. The refactoring will be called the 
1039 \ExtractAndMoveMethod refactoring. 
1040
1041 The two primitive \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings must already be 
1042 implemented in a tool, so the \ExtractAndMoveMethod refactoring is going to be 
1043 built on top of those.
1044
1045 The composition of the \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings springs 
1046 naturally out of the need to move procedures closer to the data they manipulate.  
1047 This composed refactoring is not well described in the literature, but it is 
1048 implemented in at least one tool called 
1049 \name{CodeRush}\footnote{\url{https://help.devexpress.com/\#CodeRush/CustomDocument3519}}, 
1050 which is an extension for \name{MS Visual 
1051 Studio}\footnote{\url{http://www.visualstudio.com/}}. In CodeRush it is called 
1052 \refa{Extract Method to 
1053 Type}\footnote{\url{https://help.devexpress.com/\#CodeRush/CustomDocument6710}}, 
1054 but I choose to call it \ExtractAndMoveMethod, since I feel this better 
1055 communicates which primitive refactorings it is composed of. 
1056
1057 The project will consist of implementing the \ExtractAndMoveMethod refactoring, 
1058 as well as executing it over a larger code base, as a case study. To be able to 
1059 execute the refactoring automatically, I have to make it analyze code to 
1060 determine the best selections to extract into new methods.
1061
1062 \subsection{The premises}
1063 Before we can start manipulating source code and write a tool for doing so, we 
1064 need to decide on a programming language for the code we are going to 
1065 manipulate. Also, since we do not want to start from scratch by implementing 
1066 primitive refactorings ourselves, we need to choose an existing tool that 
1067 provides the needed refactorings. In addition to be able to perform changes, we 
1068 need a framework for analyzing source code for the language we select.
1069
1070 \subsubsection{Choosing the target language}
1071 Choosing which programming language the code that shall be manipulated shall be 
1072 written in, is not a very difficult task. We choose to limit the possible 
1073 languages to the object-oriented programming languages, since most of the 
1074 terminology and literature regarding refactoring comes from the world of 
1075 object-oriented programming. In addition, the language must have existing tool 
1076 support for refactoring.
1077
1078 The \name{Java} programming language\footnote{\url{https://www.java.com/}} is 
1079 the dominating language when it comes to example code in the literature of 
1080 refactoring, and is thus a natural choice. Java is perhaps, currently the most 
1081 influential programming language in the world, with its \name{Java Virtual 
1082 Machine} that runs on all of the most popular architectures and also supports 
1083 dozens of other programming languages\footnote{They compile to Java bytecode.}, 
1084 with \name{Scala}, \name{Clojure} and \name{Groovy} as the most prominent ones.  
1085 Java is currently the language that every other programming language is compared 
1086 against. It is also the primary programming language for the author of this 
1087 thesis.
1088
1089 \subsubsection{Choosing the tools}
1090 When choosing a tool for manipulating Java, there are certain criteria that 
1091 have to be met. First of all, the tool should have some existing refactoring 
1092 support that this thesis can build upon. Secondly it should provide some kind of 
1093 framework for parsing and analyzing Java source code. Third, it should itself be 
1094 open source. This is both because of the need to be able to browse the code for 
1095 the existing refactorings that is contained in the tool, and also because open 
1096 source projects hold value in them selves. Another important aspect to consider 
1097 is that open source projects of a certain size, usually has large communities of 
1098 people connected to them, that are committed to answering questions regarding the 
1099 use and misuse of the products, that to a large degree is made by the community 
1100 itself.
1101
1102 There is a certain class of tools that meet these criteria, namely the class of 
1103 \emph{IDEs}\footnote{\emph{Integrated Development Environment}}. These are 
1104 programs that are meant to support the whole production cycle of a computer 
1105 program, and the most popular IDEs that support Java, generally have quite good 
1106 refactoring support.
1107
1108 The main contenders for this thesis is the \name{Eclipse IDE}, with the 
1109 \name{Java development tools} (JDT), the \name{IntelliJ IDEA Community Edition} 
1110 and the \name{NetBeans IDE} \see{toolSupport}. \name{Eclipse} and 
1111 \name{NetBeans} are both free, open source and community driven, while the 
1112 \name{IntelliJ IDEA} has an open sourced community edition that is free of 
1113 charge, but also offer an \name{Ultimate Edition} with an extended set of 
1114 features, at additional cost.  All three IDEs supports adding plugins to extend 
1115 their functionality and tools that can be used to parse and analyze Java source 
1116 code. But one of the IDEs stand out as a favorite, and that is the \name{Eclipse 
1117 IDE}. This is the most popular\citing{javaReport2011} among them and seems to be 
1118 de facto standard IDE for Java development regardless of platform.
1119
1120
1121 \subsection{The primitive refactorings}
1122 The refactorings presented here are the primitive refactorings used in this 
1123 project. They are the abstract building blocks used by the \ExtractAndMoveMethod 
1124 refactoring. 
1125
1126 \paragraph{The Extract Method refactoring}
1127 The \refa{Extract Method} refactoring is used to extract a fragment of code 
1128 from its context and into a new method. A call to the new method is inlined 
1129 where the fragment was before. It is used to break code into logical units, with 
1130 names that explain their purpose.
1131
1132 An example of an \ExtractMethod refactoring is shown in 
1133 \myref{lst:extractMethodRefactoring}. It shows a method containing calls to the 
1134 methods \method{foo} and \method{bar} of a type \type{X}. These statements are 
1135 then extracted into the new method \method{fooBar}.
1136
1137 \begin{listing}[h]
1138   \begin{multicols}{2}
1139     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1140   class C {
1141     void method() {
1142       X x = new X();
1143       x.foo(); x.bar();
1144     }
1145   }
1146     \end{minted}
1147
1148     \columnbreak
1149
1150     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1151   class C {
1152     void method() {
1153       X x = new X();
1154       fooBar(x);
1155     }
1156     void fooBar(X x) {
1157       x.foo(); x.bar();
1158     }
1159   }
1160     \end{minted}
1161   \end{multicols}
1162   \caption{An example of an \ExtractMethod refactoring.}
1163   \label{lst:extractMethodRefactoring}
1164 \end{listing}
1165
1166 \paragraph{The Move Method refactoring}
1167 The \refa{Move Method} refactoring is used to move a method from one class to 
1168 another. This can be appropriate if the method is using more features of another 
1169 class than of the class which it is currently defined.  
1170
1171 \Myref{lst:moveMethodRefactoring} shows an example of this refactoring. Here a 
1172 method \method{fooBar} is moved from the class \type{C} to the class \type{X}.
1173
1174 \begin{listing}[h]
1175   \begin{multicols}{2}
1176     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1177   class C {
1178     void method() {
1179       X x = new X();
1180       fooBar(x);
1181     }
1182     void fooBar(X x) {
1183       x.foo(); x.bar();
1184     }
1185   }
1186   
1187   class X {
1188     void foo(){/*...*/}
1189     void bar(){/*...*/}
1190   }
1191     \end{minted}
1192
1193     \columnbreak
1194
1195     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1196   class C {
1197     void method() {
1198       X x = new X();
1199       x.fooBar();
1200     }
1201   }
1202
1203   class X {
1204     void fooBar() {
1205       foo(); bar();
1206     }
1207     void foo(){/*...*/}
1208     void bar(){/*...*/}
1209   }
1210     \end{minted}
1211   \end{multicols}
1212   \caption{An example of a \MoveMethod refactoring.}
1213   \label{lst:moveMethodRefactoring}
1214 \end{listing}
1215
1216 \subsection{The Extract and Move Method refactoring}
1217 The \ExtractAndMoveMethod refactoring is a composite refactoring composed of the 
1218 primitive \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings. The effect of this 
1219 refactoring on source code is the same as when extracting a method and moving it 
1220 to another class. Conceptually, this is done without an intermediate step. In 
1221 practice, as we shall see later, an intermediate step may be necessary.
1222
1223 An example of this composite refactoring is shown in 
1224 \myref{lst:extractAndMoveMethodRefactoring}. The example joins the examples from 
1225 \cref{lst:extractMethodRefactoring} and \cref{lst:moveMethodRefactoring}. This 
1226 means that the selection consisting of the consecutive calls to the methods 
1227 \method{foo} and \method{bar}, is extracted into a new method \method{fooBar} 
1228 located in the class \type{X}.
1229
1230 \begin{listing}[h]
1231   \begin{multicols}{2}
1232     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1233   class C {
1234     void method() {
1235       X x = new X();
1236       x.foo(); x.bar();
1237     }
1238   }
1239   
1240   class X {
1241     void foo(){/*...*/}
1242     void bar(){/*...*/}
1243   }
1244     \end{minted}
1245
1246     \columnbreak
1247
1248     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1249   class C {
1250     void method() {
1251       X x = new X();
1252       x.fooBar();
1253     }
1254   }
1255
1256   class X {
1257     void fooBar() {
1258       foo(); bar();
1259     }
1260     void foo(){/*...*/}
1261     void bar(){/*...*/}
1262   }
1263     \end{minted}
1264   \end{multicols}
1265   \caption{An example of the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
1266   \label{lst:extractAndMoveMethodRefactoring}
1267 \end{listing}
1268
1269 \subsection{The Coupling Between Object Classes metric}\label{sec:CBO}
1270 The best known metric for measuring coupling between classes in object-oriented 
1271 software is called \metr{Coupling Between Object Classes}, usually abbreviated 
1272 as CBO. The metric is defined in the article \tit{A Metrics Suite for Object 
1273 Oriented Design}\citing{metricsSuite1994} by Chidamber and Kemerer, published in
1274 1994.
1275
1276 \definition{\emph{CBO} for a class is a count of the number of other classes to 
1277 which it is coupled.}
1278
1279 An object is coupled to another object if one of them acts on the other by using 
1280 methods or instance variables of the other object. This relation goes both ways, 
1281 so both outgoing and incoming uses are counted. Each coupling relationship is 
1282 only considered once when measuring CBO for a class.
1283
1284 \paragraph{How can the Extract and Move Method refactoring improve CBO?}
1285 \Myref{lst:CBOExample} shows how CBO changes for a class when it is refactored 
1286 with the \ExtractAndMoveMethod refactoring. In the example we consider only the 
1287 CBO value of class \type{C}.
1288
1289 \begin{listing}[h]
1290 \begin{multicols}{2}
1291 \begin{minted}[linenos,samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1292 class C {
1293   A a; B b;
1294   X x;
1295   void method() {
1296     x.y.foo();
1297     x.y.bar();
1298   }
1299   /* Uses of A and B.
1300      No uses of other 
1301      classes. */
1302 }
1303
1304 class X {
1305   Y y;
1306   /* No uses of C.
1307      Uses of Y. */
1308 }
1309
1310 class Y {
1311   void foo(){
1312     /* No uses of C. */
1313   }
1314   void bar(){
1315     /* No uses of C. */
1316   }
1317 }
1318 \end{minted}
1319
1320 \columnbreak
1321
1322 \begin{minted}[linenos,samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1323 class C {
1324   A a; B b;
1325   X x;
1326   void method() {
1327     x.fooBar();
1328   }
1329   /* Uses of A and B.
1330      No uses of other 
1331      classes. */
1332 }
1333
1334 class X {
1335   Y y;
1336   /* No uses of C.
1337      Uses of Y. */
1338   void fooBar() {
1339     y.foo();
1340     y.bar();
1341   }
1342 }
1343
1344 class Y {
1345   void foo(){
1346     /* No uses of C. */
1347   }
1348   void bar(){
1349     /* No uses of C. */
1350   }
1351 }
1352   \end{minted}
1353 \end{multicols}
1354 \caption{An example of improving CBO. Class \type{C} has a CBO value of 4 
1355 before refactoring it, and 3 after.}
1356 \label{lst:CBOExample}
1357 \end{listing}
1358
1359 Before refactoring the class \type{C} with the \ExtractAndMoveMethod 
1360 refactoring, it has a CBO value of 4. The class uses members of the classes 
1361 \type{A} and \type{B}, which accounts for 2 of the coupling relationships of 
1362 class \type{C}. In addition to this, it uses its variable \var{x} with type 
1363 \type{X} and also the methods \method{foo} and \method{bar} declared in class 
1364 \type{Y}, giving it a total CBO value of 4.
1365
1366 The after-part of the example code in \mysimpleref{lst:CBOExample} shows the 
1367 result of extracting the lines 
1368 5 and 6 of class \type{C} into a new method \method{fooBar}, with a subsequent 
1369   move of it to class \type{X}.
1370
1371 With respect to the CBO metric, the refactoring action accomplishes something 
1372 important: It eliminates the uses of class \type{Y} from class \type{C}. This 
1373 means that the class \type{C} is no longer coupled to \type{Y}, only the classes 
1374 \type{A}, \type{B} and \type{X}. The CBO value of class \type{C} is therefore 3 
1375 after refactoring, while no other class have received any increase in CBO.
1376
1377 The example shown here is an ideal situation. Coupling is reduced for one class 
1378 without any increase of coupling for another class. There is also another point 
1379 that is important. It is the fact that to reduce the CBO value for a class, we 
1380 need to remove \emph{all} its uses of another class. This is done for the class 
1381 \type{C} in \myref{lst:CBOExample}, where all uses of class \type{Y} is removed 
1382 by the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
1383 \todoin{Highlight code}
1384
1385
1386 \subsection{Research questions}\label{sec:researchQuestions}
1387 The main question that I seek an answer to in this thesis is:
1388
1389 \begin{quote}
1390   Is it possible to automate the analysis and execution of the 
1391   \ExtractAndMoveMethod refactoring, and do so for all of the code of a larger 
1392   project?
1393 \end{quote}
1394
1395 \noindent The secondary questions will then be:
1396
1397 \paragraph{Can we do this efficiently?} Can we automate the analysis and 
1398 execution of the refactoring so it can be run in a reasonable amount of time?  
1399
1400 \paragraph{Can we perform changes safely?} Can we take actions to prevent the 
1401 refactoring from breaking the code? By breaking the code we mean to either do 
1402 changes that do not compile, or make changes that alter the behavior of the 
1403 program.
1404
1405 \paragraph{Can we improve the quality of source code?} Assuming that the 
1406 refactoring is safe: Is it feasible to assure that the code we refactor actually 
1407 gets better in terms of coupling?
1408
1409 \paragraph{How can the automation of the refactoring be helpful?} Assuming the 
1410 refactoring does in fact improve the quality of source code and is safe to use: 
1411 What is the usefulness of the refactoring in a software development setting?  In 
1412 what parts of the development process can the refactoring play a role?
1413
1414 \subsection{Methodology}
1415 This section will present some of the methods used during the work of this 
1416 thesis.
1417
1418 \subsubsection{Evolutionary design}
1419 In the programming work for this project, I have tried using a design strategy 
1420 called evolutionary design, also known as continuous or incremental 
1421 design\citing{wiki_continuous_2014}. It is a software design strategy advocated 
1422 by the Extreme Programming community. The essence of the strategy is that you 
1423 should let the design of your program evolve naturally as your requirements 
1424 change.  This is seen in contrast with up-front design, where design decisions 
1425 are made early in the process. 
1426
1427 The motivation behind evolutionary design is to keep the design of software as 
1428 simple as possible. This means not introducing unneeded functionality into a 
1429 program. You should defer introducing flexibility into your software, until it 
1430 is needed to be able to add functionality in a clean way.
1431
1432 Holding up design decisions, implies that the time will eventually come when 
1433 decisions have to be made. The flexibility of the design then relies on the 
1434 programmer's abilities to perform the necessary refactoring, and \his confidence 
1435 in those abilities. From my experience working on this project, I can say that 
1436 this confidence is greatly enhanced by having automated tests to rely on 
1437 \see{tdd}.
1438
1439 The choice of going for evolutionary design developed naturally. As Fowler 
1440 points out in his article \tit{Is Design Dead?}, evolutionary design much 
1441 resembles the ``code and fix'' development strategy\citing{fowler_design_2004}.
1442 A strategy that most of us have practiced in school. This was also the case when 
1443 I first started this work. I had to learn the inner workings of Eclipse and its 
1444 refactoring-related plugins. That meant a lot of fumbling around with code I did 
1445 not know, in a trial and error fashion. Eventually I started writing tests for 
1446 my code, and my design began to evolve.
1447
1448 \subsubsection{Test-driven development}\label{tdd}
1449 As mentioned before, the project started out as a classic code and fix 
1450 development process. My focus was aimed at getting something to work, rather 
1451 than doing so according to best practice. This resulted in a project that got 
1452 out of its starting blocks, but it was not accompanied by any tests. Hence it 
1453 was soon difficult to make any code changes with the confidence that the program 
1454 was still correct afterwards (assuming it was so before changing it). I always 
1455 knew that I had to introduce some tests at one point, but this experience 
1456 accelerated the process of leading me onto the path of testing.
1457
1458 I then wrote tests for the core functionality of the plugin, and thus gained 
1459 more confidence in the correctness of my code. I could now perform quite drastic 
1460 changes without ``wetting my pants``. After this, nearly all of the semantic 
1461 changes done to the business logic of the project, or the addition of new 
1462 functionality, were made in a test-driven manner. This means that before 
1463 performing any changes, I would define the desired functionality through a set 
1464 of tests. I would then run the tests to check that they were run and that they 
1465 did not pass.  Then I would do any code changes necessary to make the tests 
1466 pass.  The definition of how the program is supposed to operate is then captured 
1467 by the tests.  However, this does not prove the correctness of the analysis 
1468 leading to the test definitions.
1469
1470 \subsection{Case studies}
1471 The case study methodology is used to show how the \ExtractAndMoveMethod 
1472 refactoring performs on real code, not just toy examples. The case studies are 
1473 used to analyze our project so we can conclude on its completeness and 
1474 usefulness.
1475
1476 \subsection{Dogfooding}
1477 Dogfooding is a methodology where you use your own tools to do your job, also 
1478 referred to as ``eating your own dog food''\citing{harrisonDogfooding2006}. It 
1479 is used in this project to see if we can refactor our own refactoring code and 
1480 still use it to refactor other code.
1481
1482 \section{Related work}\label{sec:relatedWork}
1483 Here we present some work related to automated composition of refactorings.
1484
1485 \subsection{Refactoring safety}
1486 This section presents a couple of approaches to improving the safety of 
1487 performing refactorings. In these approaches, the problems that are addressed 
1488 are not compilation problems, but behavior-altering problems that are not easily 
1489 discovered during static analysis of source code. An example of such a problem 
1490 is presented in \myref{sec:correctness}.
1491
1492 \subsubsection{Project ``Safer Refactorings''}
1493 \tit{Safer Refactorings}\citing{stolzSaferRefactorings} is a proposal for a 
1494 master's thesis. The proposer is my supervisor, Volker Stolz from the University 
1495 of Oslo.
1496
1497 The proposed solution for making refactorings safer, is to insert assertions 
1498 into source code when refactoring it. For the example in 
1499 \myref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}, which is the result of a 
1500 refactoring, it is suggested that we insert an assert statement between lines 9 
1501 and 10. In this example, the assert statement
1502 would be \mint{java}|assert c.x == this;| which would discover the aliasing 
1503 problems of this example.
1504
1505 \subsubsection{``Making Program Refactoring Safer''}
1506 This is the name of an article\citing{soaresSafer2010} about providing a way to 
1507 improve safety during refactoring. Soares et al. approaches the problem of 
1508 preserving behavior during refactoring by analyzing a transformation and then 
1509 generate a test suite for it, using static analysis. These tests are then run 
1510 for both the before- and after-code, and is compared to assure that they are 
1511 consistent.
1512
1513 \subsection{Search-based refactoring}
1514 \tit{Search-Based Refactoring: an
1515 empirical study}\citing{okeeffeSearchBased2008} is a paper by Mark O'Keeffe and 
1516 Mel Ó Cinnéide published in 2008. The authors present an empirical study of 
1517 different algorithmic approaches to search-based refactoring.
1518
1519 The common approach for all these algorithms is to generate a set of changes to 
1520 a program for then to use a ``fitness function'' to evaluate if they improve its
1521 design or not.  The fitness function consists of a weighted sum of different 
1522 object-oriented metrics.
1523
1524 Among other things, the authors conclude that even with small input programs, 
1525 their solution representation is memory-intensive, at least for some algorithms.  
1526 The programs they refactor on have in average 4,000 lines of code, spread over 
1527 57 classes. I.e. considerably smaller than one of the programs that will be 
1528    subject to refactoring in this project.
1529
1530
1531 \subsection{The compositional paradigm of refactoring}
1532 This paradigm builds upon the observation of Vakilian et 
1533 al.\citing{vakilian2012}, that of the many automated refactorings existing in 
1534 modern IDEs, the simplest ones are dominating the usage statistics. The report 
1535 mainly focuses on \name{Eclipse} as the tool under investigation.
1536
1537 The paradigm is described almost as the opposite of automated composition of 
1538 refactorings \see{compositeRefactorings}. It works by providing the programmer 
1539 with easily accessible primitive refactorings. These refactorings shall be 
1540 accessed via keyboard shortcuts or quick-assist menus\footnote{Think 
1541 quick-assist with Ctrl+1 in \name{Eclipse}} and be promptly executed, opposed to in the 
1542 currently dominating wizard-based refactoring paradigm. They are meant to 
1543 stimulate composing smaller refactorings into more complex changes, rather than 
1544 doing a large upfront configuration of a wizard-based refactoring, before 
1545 previewing and executing it. The compositional paradigm of refactoring is 
1546 supposed to give control back to the programmer, by supporting \himher with an 
1547 option of performing small rapid changes instead of large changes with a lesser 
1548 degree of control. The report authors hope this will lead to fewer unsuccessful 
1549 refactorings. It also could lower the bar for understanding the steps of a 
1550 larger composite refactoring and thus also help in figuring out what goes wrong 
1551 if one should choose to op in on a wizard-based refactoring.
1552
1553 Vakilian and his associates have performed a survey of the effectiveness of the 
1554 compositional paradigm versus the wizard-based one. They claim to have found 
1555 evidence of that the \emph{compositional paradigm} outperforms the 
1556 \emph{wizard-based}. It does so by reducing automation, which seems 
1557 counterintuitive. Therefore they ask the question ``What is an appropriate level 
1558 of automation?'', and thus questions what they feel is a rush toward more 
1559 automation in the software engineering community.
1560
1561
1562
1563 \chapter{The search-based Extract and Move Method 
1564 refactoring}\label{ch:extractAndMoveMethod}
1565 In this chapter I will delve into the workings of the search-based 
1566 \ExtractAndMoveMethod refactoring. We will see the choices it must make along 
1567 the way and why it chooses a text selection as a candidate for refactoring or 
1568 not.
1569
1570 After defining some concepts, I will introduce an example that will be used 
1571 throughout the chapter to illustrate how the refactoring works in some simple 
1572 situations.
1573
1574 \section{The inputs to the refactoring}
1575 For executing an \ExtractAndMoveMethod refactoring, there are two simple 
1576 requirements. The first thing the refactoring needs is a text selection, telling 
1577 it what to extract. Its second requirement is a target for the subsequent move 
1578 operation. 
1579
1580 The extracted method must be called instead of the selection that makes up its 
1581 body. Also, the method call has to be performed via a variable, since the method 
1582 is not static. Therefore, the move target must be a variable in the scope of the 
1583 extracted selection. The actual new location for the extracted method will be 
1584 the class representing the type of the move target variable. But, since the 
1585 method also must be called through a variable, it makes sense to define the move 
1586 target to be either a local variable or a field in the scope of the text 
1587 selection.
1588
1589 \section{Defining a text selection}
1590 A text selection, in our context, is very similar to what you think of when 
1591 selecting a bit of text in your editor or other text processing tool with your 
1592 mouse or keyboard. It is an abstract construct that is meant to capture which 
1593 specific portion of text we are about to deal with.
1594
1595 To be able to clearly reason about a text selection done to a portion of text in 
1596 a computer file, which consists of pure text, we put up the following 
1597 definition:
1598
1599 \definition{A \emph{text selection} in a text file is defined by two 
1600 non-negative integers, in addition to a reference to the file itself. The first 
1601 integer is an offset into the file, while the second reference is the length of 
1602 the text selection.}
1603
1604 This means that the selected text consist of a number of characters equal to the 
1605 length of the selection, where the first character is found at the specified 
1606 offset.
1607
1608 \section{Where we look for text selections}
1609
1610 \subsection{Text selections are found in methods}
1611 The text selections we are interested in are those that surround program 
1612 statements. Therefore, the place we look for selections that can form candidates 
1613 for an execution of the \ExtractAndMoveMethod refactoring, is within the body of 
1614 a single method.
1615
1616 \paragraph{On ignoring static methods}
1617 In this project we are not analyzing static methods for candidates to the 
1618 \ExtractAndMoveMethod refactoring. The reason for this is that in the cases 
1619 where we want to perform the refactoring for a selection within a static method, 
1620 the first step is to extract the selection into a new method. Hence this method
1621 also becomes static, since it must be possible to call it from a static context.  
1622 It would then be difficult to move the method to another class, make it 
1623 non-static and calling it through a variable. To avoid these obstacles, we 
1624 simply ignore static methods.
1625
1626 \begin{listing}[htb]
1627 \def\charwidth{5.8pt}
1628 \def\indent{2*\charwidth}
1629 \def\lineheight{\baselineskip}
1630 \def\mintedtop{2*\lineheight+5.8pt}
1631
1632 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1, xshift=3.8pt+\charwidth*31]
1633   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
1634   % Level 1
1635   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop+\lineheight*4) rectangle 
1636   +(23*\charwidth,17*\lineheight);
1637
1638   % Level 2
1639   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+5*\lineheight) rectangle 
1640   +(15*\charwidth,3*\lineheight);
1641   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+15*\lineheight) rectangle 
1642   +(15*\charwidth,3*\lineheight);
1643   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+19*\lineheight) rectangle 
1644   +(15*\charwidth,\lineheight);
1645 \end{tikzpicture}
1646   \begin{multicols}{2}
1647   \begin{minted}[linenos,frame=topline,label=Clean,framesep=\mintedframesep]{java}
1648 class C {
1649   A a; B b; boolean bool;
1650
1651   void method(int val) {
1652     if (bool) {
1653       a.foo();
1654       a = new A();
1655       a.bar();
1656     }
1657
1658     a.foo();
1659     a.bar();
1660
1661     switch (val) {
1662     case 1:
1663       b.a.foo();
1664       b.a.bar();
1665       break;
1666     default:
1667       a.foo();
1668     }
1669   }
1670 }
1671 \end{minted}
1672
1673 \columnbreak
1674
1675 \begin{minted}[frame=topline,label={With statement 
1676   sequences},framesep=\mintedframesep]{java}
1677 class C {
1678   A a; B b; boolean bool;
1679
1680   void method(int val) {
1681     if (bool) {
1682       a.foo();
1683       a = new A();
1684       a.bar();
1685     }
1686
1687     a.foo();
1688     a.bar();
1689
1690     switch (val) {
1691     case 1:
1692       b.a.foo();
1693       b.a.bar();
1694       break;
1695     default:
1696       a.foo();
1697     }
1698   }
1699 }
1700 \end{minted}
1701
1702   \end{multicols}
1703 \caption{Classes \type{A} and \type{B} are both public.  The methods 
1704 \method{foo} and \method{bar} are public members of class \type{A}.}
1705 \label{lst:grandExample}
1706 \end{listing}
1707
1708 \subsection{The possible text selections of a method body}
1709 The number of possible text selections that can be made from the text in a 
1710 method body, are equal to all the sub-sequences of characters within it. For our 
1711 purposes, analyzing program source code, we must define what it means for a text 
1712 selection to be valid.
1713
1714 \definition{A \emph{valid text selection} is a text selection that contains all 
1715 of one or more consecutive program statements.}
1716
1717 For a sequence of statements, the text selections that can be made from it, are 
1718 equal to all its sub-sequences. \Myref{lst:textSelectionsExample} show an 
1719 example of all the text selections that can be made from the code in 
1720 \myref{lst:grandExample}, lines 16-18. For convenience and the clarity of this 
1721 example, the text selections are represented as tuples with the start and end 
1722 line of all selections: $\{(16), (17), (18), (16,17), (16,18), (17,18)\}$.
1723
1724 \begin{listing}[htb]
1725 \def\charwidth{5.7pt}
1726 \def\indent{4*\charwidth}
1727 \def\lineheight{\baselineskip}
1728 \def\mintedtop{\lineheight-1pt}
1729
1730 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1]
1731   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
1732
1733   % First statement
1734   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
1735   +(16*\charwidth,\lineheight);
1736
1737   % Second statement
1738   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
1739   +(16*\charwidth,\lineheight);
1740
1741   % Third statement
1742   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+2*\lineheight) rectangle 
1743   +(16*\charwidth,\lineheight);
1744
1745   \draw[overlaybox] (\indent-3*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
1746   +(18*\charwidth,2*\lineheight);
1747
1748   \draw[overlaybox] (3*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
1749   +(14*\charwidth,2*\lineheight);
1750
1751   % All
1752   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop) rectangle 
1753   +(12*\charwidth,3*\lineheight);
1754 \end{tikzpicture}
1755 % indent should be 5 spaces
1756 \begin{minted}[linenos,firstnumber=16]{java}
1757      b.a.foo();
1758      b.a.bar();
1759      break;
1760 \end{minted}
1761 \caption{Example of how the text selections generator would generate text 
1762   selections based on a lists of statements. Each highlighted rectangle 
1763 represents a text selection.}
1764 \label{lst:textSelectionsExample}
1765 \end{listing}
1766
1767 Each nesting level of a method body can have many such sequences of statements.  
1768 The outermost nesting level has one such sequence, and each branch contains
1769 its own sequence of statements. \Myref{lst:grandExample} has a version of some 
1770 code where all such sequences of statements are highlighted for a method body.
1771
1772 To complete our example of possible text selections, I will now list all 
1773 possible text selections for the method in \myref{lst:grandExample}, by nesting 
1774 level. There are 23 of them in total.
1775
1776 \begin{description}
1777   \item[Level 1 (10 selections)] \hfill \\
1778   $\{(5,9), (11), (12), (14,21), (5,11), (5,12), (5,21), (11,12),
1779   (11,21), \\(12,21)\}$
1780
1781   \item[Level 2 (13 selections)] \hfill \\
1782   $\{(6), (7), (8), (6,7), (6,8), (7,8), (16), (17), (18), (16,17), (16,18), \\
1783   (17,18), (20)\}$
1784 \end{description}
1785
1786 \subsubsection{The complexity}\label{sec:complexity} 
1787 The complexity of how many text selections that need to be analyzed for a body 
1788 of in total $n$ statements, is bounded by $O(n^2)$. A body of statements is here 
1789 all the statements in all nesting levels of a sequence of statements. A method 
1790 body (or a block) is a body of statements. To prove that the complexity is 
1791 bounded by $O(n^2)$, I present a couple of theorems and prove them.
1792
1793 \begin{theorem}
1794 The number of text selections that need to be analyzed for each list of 
1795 statements of length $n$, is exactly
1796
1797 \begin{equation*}
1798   \sum_{i=1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2}
1799   \label{eq:complexityStatementList}
1800 \end{equation*}
1801 \label{thm:numberOfTextSelection}
1802 \end{theorem}
1803
1804 \begin{proof}
1805   For $n=1$ this is trivial: $\frac{1(1+1)}{2} = \frac{2}{2} = 1$. One statement 
1806   equals one selection.
1807
1808   For $n=2$, you get one text selection for the first statement, one selection 
1809   for the second statement, and one selection for the two of them combined.  
1810   This equals three selections. $\frac{2(2+1)}{2} = \frac{6}{2} = 3$.
1811
1812   For $n=3$, you get 3 selections for the two first statements, as in the case 
1813   where $n=2$. In addition you get one selection for the third statement itself, 
1814   and two more statements for the combinations of it with the two previous 
1815   statements. This equals six selections. $\frac{3(3+1)}{2} = \frac{12}{2} = 6$.
1816
1817   Assume that for $n=k$ there exists $\frac{k(k+1)}{2}$ text selections. Then we 
1818   want to add selections for another statement, following the previous $k$ 
1819   statements. So, for $n=k+1$, we get one additional selection for the statement 
1820   itself. Then we get one selection for each pair of the new selection and the 
1821   previous $k$ statements. So the total number of selections will be the number 
1822   of already generated selections, plus $k$ for every pair, plus one for the 
1823   statement itself: $\frac{k(k+1)}{2} + k + 
1824   1 = \frac{k(k+1)+2k+2}{2} = \frac{k(k+1)+2(k+1)}{2} = \frac{(k+1)(k+2)}{2} = 
1825     \frac{(k+1)((k+1)+1)}{2} = \sum_{i=1}^{k+1} i$
1826 \end{proof}
1827
1828 %\definition{A \emph{body of statements} is a sequence of statements where every 
1829 %statement may have sub-statements.}
1830
1831 \begin{theorem}
1832   The number of text selections for a body of statements is maximized if all the 
1833   statements are at the same level.
1834   \label{thm:textSelectionsMaximized}
1835 \end{theorem}
1836
1837 \begin{proof}
1838  Assume we have a body of, in total, $k$ statements. Then, the sum of the 
1839  lengths of all the lists of statements in the body, is also $k$. Let 
1840  $\{l,\ldots,m,(k-l-\ldots-m)\}$ be the lengths of the lists of statements in 
1841  the body, with $l+\ldots+m<k \Rightarrow \forall i \in \{l,\ldots,m\} : i < k$.
1842
1843  Then, the number of text selections that are generated for the $k$ statements 
1844  is 
1845
1846  {
1847  \small
1848  \begin{align*}
1849    \frac{l(l+1)}{2} + \ldots + \frac{m(m+1)}{2} + 
1850    \frac{(k-l-\ldots-m)((k-l-\ldots-m)+ 1)}{2} = \\
1851    \frac{l^2+l}{2} + \ldots + \frac{m^2+m}{2} + \frac{k^2 - 2kl - \ldots - 2km + 
1852    l^2 + \ldots + m^2 + k - l - \ldots - m}{2} = \\
1853    \frac{2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km + k^2 + k}{2}
1854  \end{align*}
1855  }
1856
1857  \noindent It then remains to show that this inequality holds:
1858
1859  \begin{align*}
1860    \frac{2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km + k^2 + k}{2} < \frac{k(k+1)}{2} = 
1861    \frac{k^2 + k}{2}
1862  \end{align*}
1863
1864  \noindent By multiplication by $2$ on both sides, and by removing the equal 
1865  parts, we get
1866
1867  \begin{align*}
1868    2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km < 0
1869  \end{align*}
1870
1871  Since $\forall i \in \{l,\ldots,m\} : i < k$, we have that $\forall i \in 
1872  \{l,\ldots,m\} : 2ki > 2i^2$, so all the pairs of parts on the form $2i^2-2ki$ 
1873  are negative. In sum, the inequality holds.
1874
1875 \end{proof}
1876
1877 Therefore, the complexity for the number of selections that need to be analyzed 
1878 for a body of $n$ statements is $O\bigl(\frac{n(n+1)}{2}\bigr) = O(n^2)$.
1879
1880 \section{Disqualifying a selection}
1881 Certain text selections would lead to broken code if used as input to the 
1882 \ExtractAndMoveMethod refactoring. To avoid this, we have to check all text 
1883 selections for such conditions before they are further analyzed. This section
1884 is therefore going to present some properties that make a selection unsuitable 
1885 for our refactoring. When analyzing all these properties, it is assumed that the 
1886 source code does not contain any compilation errors.
1887
1888 \subsection{A call to a protected or package-private method}
1889 If a text selection contains a call to a protected or package-private method, it 
1890 would not be safe to move it to another class. The reason for this, is that we 
1891 cannot know if the called method is being overridden by some subclass of the 
1892 \gloss{enclosingClass}, or not.
1893
1894 Imagine that the protected method \method{foo} is declared in class \m{A}, 
1895 and overridden in class \m{B}. The method \method{foo} is called from within a 
1896 selection done to a method in \m{A}. We want to extract and move this selection 
1897 to another class. The method \method{foo} is not public, so the \MoveMethod 
1898 refactoring must make it public, making the extracted method able to call it 
1899 from the extracted method's new location. The problem is, that the now public
1900 method \method{foo} is overridden in a subclass, where it has a protected 
1901 status.  This makes the compiler complain that the subclass \m{B} is trying to 
1902 reduce the visibility of a method declared in its superclass \m{A}. This is not 
1903 allowed in Java, and for good reasons. It would make it possible to make a 
1904 subclass that could not be a substitute for its superclass.
1905
1906 The problem this check helps to avoid, is a little subtle. The problem does not 
1907 arise in the class where the change is done, but in a class derived from it.  
1908 This shows that classes acting as superclasses are especially fragile to 
1909 introducing errors in the context of automated refactoring.  
1910 \begin{comment}
1911 This is also shown in bug\ldots \todoin{File Eclipse bug report}
1912 \end{comment}
1913
1914 \subsection{A double class instance creation}
1915 The following is a problem caused solely by the underlying \MoveMethod 
1916 refactoring.  The problem occurs if two classes are instantiated such that the 
1917 first constructor invocation is an argument to a second, and that the first 
1918 constructor invocation takes an argument that is built up using a field. As an 
1919 example, say that \var{name} is a field of the enclosing class, and we have the 
1920 expression \code{new A(new B(name))}. If this expression is located in a 
1921 selection that is moved to another class, \var{name} will be left untouched, 
1922 instead of being prefixed with a variable of the same type as it is declared in.  
1923 If \var{name} is the destination for the move, it is not replaced by 
1924 \code{this}, or removed if it is a prefix to a member access 
1925 (\code{name.member}), but it is still left by itself.
1926
1927 Situations like this would lead to code that will not compile. Therefore, we 
1928 have to avoid them by not allowing selections to contain such double class 
1929 instance creations that also contain references to fields.
1930 \begin{comment}
1931 \todoin{File Eclipse bug report}
1932 \end{comment}
1933
1934 \subsection{Instantiation of non-static inner class}
1935 When a non-static inner class is instantiated, this must happen in the scope of 
1936 its declaring class. This is because it must have access to the members of the 
1937 declaring class. If the inner class is public, it is possible to instantiate it 
1938 through an instance of its declaring class, but this is not handled by the 
1939 underlying \MoveMethod refactoring.
1940
1941 Performing a move on a method that instantiates a non-static inner class, will 
1942 break the code if the instantiation is not handled properly. For this reason, 
1943 selections that contain instantiations of non-static inner classes are deemed 
1944 unsuitable for the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
1945
1946 \subsection{References to enclosing instances of the enclosing class}
1947 To ``reference an enclosing instance of the enclosing class'' is to reference 
1948 another instance than the one for the immediately enclosing class. Imagine there 
1949 is a (non-static) class \m{C} that is declared in the inner scope of another 
1950 class. That class can again be nested inside a third class, and so on. Hence, 
1951 the nested class \m{C} can have access to many enclosing instances of its 
1952 innermost enclosing class. A selection in a method declared in class \m{C} is 
1953 disqualified if it contains a statement that contains a reference to one or more 
1954 instances of these enclosing classes of \m{C}.
1955
1956 The problem with this, is that these references may not be valid if they are 
1957 moved to another class. Theoretically, some situations could easily be solved by 
1958 passing, to the moved method, a reference to the instance where the problematic 
1959 referenced member is declared. This should work in the case where this member is 
1960 publicly accessible. This is not done in the underlying \MoveMethod refactoring, 
1961 so it cannot be allowed in the \ExtractAndMoveMethod refactoring either.
1962
1963 \subsection{Inconsistent return statements}
1964 To verify that a text selection is consistent with respect to return statements, 
1965 we must check that if a selection contains a return statement, then every 
1966 possible execution path within the selection ends in either a return or a throw 
1967 statement. This property is important regarding the \ExtractMethod refactoring.  
1968 If it holds, it means that a method could be extracted from the selection, and a 
1969 call to it could be substituted for the selection. If the method has a non-void 
1970 return type, then a call to it would also be a valid return point for the 
1971 calling method. If its return value is of the void type, then the \ExtractMethod 
1972 refactoring will append an empty return statement to the back of the method 
1973 call. Therefore, the analysis does not discriminate on either kind of return 
1974 statements, with or without a return value.
1975
1976 A \emph{throw} statement is accepted anywhere a return statement is required.  
1977 This is because a throw statement causes an immediate exit from the current 
1978 block, together with all outer blocks in its control flow that does not catch 
1979 the thrown exception.
1980
1981 We separate between explicit and implicit return statements. An \emph{explicit} 
1982 return statement is formed by using the \code{return} keyword, while an 
1983 \emph{implicit} return statement is a statement that is not formed using 
1984 \code{return}, but must be the last statement of a method that can have any side 
1985 effects. This can happen in methods with a void return type. An example is a 
1986 statement that is inside one or more blocks. The last statement of a method 
1987 could for instance be a synchronized statement, but the last statement that is 
1988 executed in the method, and that can have any side effects, may be located 
1989 inside the body of the synchronized statement.
1990
1991 We can start the check for this property by looking at the last statement of a 
1992 selection to see if it is a return statement (explicit or implicit) or a throw 
1993 statement.  If this is the case, then the property holds, assuming the selected 
1994 code do not contain any compilation errors. All execution paths within the 
1995 selection should end in either this, or another, return or throw statement.
1996
1997 If the last statement of the selection is not a \emph{return} or \emph{throw}, 
1998 the execution of it must eventually end in one of these types of statements for 
1999 the selection to be legal. This means that all branches of the last statement of 
2000 every branch must end in a return or throw.  Given this recursive definition, 
2001 there are only five types of statements that are guaranteed to end in a return 
2002 or throw if their child branches do. All other statements would have to be 
2003 considered illegal. The first three: Block-statements, labeled statements and 
2004 do-statements are all kinds of fall-through statements that always get their 
2005 body executed. Do-statements would not make much sense if written such that they 
2006 always end after the first round of execution of their body, but that is not our 
2007 concern. The remaining two statements that can end in a return or throw are 
2008 if-statements and try-statements.
2009
2010 For an if-statement, the rule is that if its then-part does not contain any 
2011 return or throw statements, this is considered illegal. If the then-part does 
2012 contain a return or throw, the else-part is checked. If its else-part is 
2013 non-existent, or it does not contain any return or throw statements, the 
2014 statement is considered illegal. If an if-statement is not considered illegal, 
2015 the bodies of its two parts must be checked. 
2016
2017 Try-statements are handled much the same way as if-statements. The body of a 
2018 try-statement must contain a return or throw. The same applies to its catch 
2019 clauses and finally body.  \todoin{finally body?}
2020
2021 \subsection{Ambiguous return values}
2022 The problem with ambiguous return values arises when a selection is chosen to be 
2023 extracted into a new method, but if refactored it needs to return more than one 
2024 value from that method.
2025
2026 This problem occurs in two situations. The first situation arises when there is 
2027 more than one local variable that is both assigned to within a selection and 
2028 also referenced after the selection. The other situation occurs when there is 
2029 only one such assignment, but the selection also contain return statements.
2030
2031 Therefore we must examine the selection for assignments to local variables that 
2032 are referenced after the text selection. Then we must verify that not more than 
2033 one such reference is done, or zero if any return statements are found.
2034
2035 \subsection{Illegal statements}
2036 An illegal statement may be a statement that is of a type that is never allowed, 
2037 or it may be a statement of a type that is only allowed if certain conditions 
2038 are true.
2039
2040 Any use of the \var{super} keyword is prohibited, since its meaning is altered 
2041 when moving a method to another class.
2042
2043 For a \emph{break} statement, there are two situations to consider: A break 
2044 statement with or without a label. If the break statement has a label, it is 
2045 checked that whole of the labeled statement is inside the selection. If the 
2046 break statement does not have a label attached to it, it is checked that its 
2047 innermost enclosing loop or switch statement also is inside the selection.
2048
2049 The situation for a \emph{continue} statement is the same as for a break 
2050 statement, except that it is not allowed inside switch statements.
2051
2052 Regarding \emph{assignments}, two types of assignments are allowed: Assignments 
2053 to non-final variables and assignments to array access. All other assignments 
2054 are regarded illegal.
2055
2056 \paragraph{Incompleteness.} The list of illegal statements is not complete, and 
2057 a lot of situations that can lead to compilation errors or behavior changes are 
2058 not considered. It is not feasible to consider all such situations within the 
2059 limits of this master's project, and maybe not outside of them either. The 
2060 feasibility of this problem could be explored further by others.
2061
2062 \section{Disqualifying selections from the 
2063 example}\label{sec:disqualifyingExample}
2064 Among the selections we found for the code in \myref{lst:grandExample}, not many 
2065 of them must be disqualified on the basis of containing something illegal. The 
2066 only statement causing trouble is the break statement in line 18. None of the 
2067 selections on nesting level 2 can contain this break statement, since the 
2068 innermost switch statement is not inside any of these selections.
2069
2070 This means that the text selections $(18)$, $(16,18)$ and $(17,18)$ can be 
2071 excluded from further consideration, and we are left with the following 
2072 selections.
2073
2074 \begin{description}
2075   \item[Level 1 (10 selections)] \hfill \\
2076   $\{(5,9), (11), (12), (14,21), (5,11), (5,12), (5,21), (11,12),
2077   (11,21), \\(12,21)\}$
2078
2079   \item[Level 2 (10 selections)] \hfill \\
2080   $\{(6), (7), (8), (6,7), (6,8), (7,8), (16), (17), (16,17), (20)\}$
2081 \end{description}
2082
2083 \section{Finding a move target}
2084 In the analysis needed to perform the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
2085 automatically, the selection we choose is found among all the selections that 
2086 have a possible move target. Therefore, the best possible move target must be 
2087 found for all the candidate selections, so that we are able to sort out the 
2088 selection that is best suited for the refactoring.
2089
2090 To find the best move target for a specific text selection, we first need to 
2091 find all the possible targets. Since the target must be a local variable or a 
2092 field, we are basically looking for names within the selection; names that 
2093 represents references to variables.
2094
2095 The names we are looking for, we call prefixes. This is because we are not 
2096 interested in names that occur in the middle of a dot-separated sequence of 
2097 names. We are only interested in names constituting prefixes of other names, and 
2098 possibly themselves. The reason for this, is that two lexically equal names need 
2099 not be referencing the same variable, if they themselves are not referenced via 
2100 the same prefix. Consider the two method calls \code{a.x.foo()} and 
2101 \code{b.x.foo()}.  Here, the two references to \code{x}, in the middle of the 
2102 qualified names both preceding \code{foo()}, are not referencing the same 
2103 variable.  Even though the variables may share the type, and the method 
2104 \method{foo} thus is the same for both, we would not know through which of the 
2105 variables \var{a} or \var{b} we should call the extracted method.
2106
2107 The possible move targets are then the prefixes that are not among a subset of 
2108 the prefixes that are not valid move targets \see{s:unfixes}. Also, prefixes 
2109 that are just simple names, and have only one occurrence, are left out. This is 
2110 because they are not going to have any positive effect on coupling between 
2111 classes, and are only going to increase the complexity of the code.
2112
2113 For finding the best move target among these safe prefixes, a simple heuristic 
2114 is used. It is as simple as choosing the prefix that is most frequently 
2115 referenced within the selection. 
2116
2117 \section{Unfixes}\label{s:unfixes}
2118 We will call the prefixes that are not valid as move targets for unfixes.
2119
2120 A name that is assigned to within a selection can be an unfix. The reason for 
2121 this is that the result would be an assignment to the \type{this} keyword, which 
2122 is not valid in Java \see{eclipse_bug_420726}.
2123
2124 Prefixes that originate from variable declarations within the same selection are 
2125 also considered unfixes. The reason for this is that when a method is moved, it 
2126 needs to be called through a variable. If this variable is also declared within 
2127 the method that is to be moved, this obviously cannot be done.
2128
2129 Also considered as unfixes are variable references that are of types that are 
2130 not suitable for moving methods to. This can either be because it is not 
2131 physically possible to move a method to the desired class or that it will cause 
2132 compilation errors by doing so.
2133
2134 If the type binding for a name is not resolved it is considered an unfix. The 
2135 same applies to types that are only found in compiled code, so they have no 
2136 underlying source that is accessible to us. (E.g. the \type{java.lang.String} 
2137 class.)
2138
2139 Interface types are not suitable as targets. This is simply because interfaces 
2140 in Java cannot contain methods with bodies. (This thesis does not deal with 
2141 features of Java versions later than Java 7. Java 8 has interfaces with default 
2142 implementations of methods.)
2143
2144 Neither are local types allowed. This accounts for both local and anonymous 
2145 classes. Anonymous classes are effectively the same as interface types with 
2146 respect to unfixes. Local classes could in theory be used as targets, but this 
2147 is not possible due to limitations of the way the \refa{Extract and Move Method} 
2148 refactoring has to be implemented. The problem is that the refactoring is done 
2149 in two steps, so the intermediate state between the two refactorings would not 
2150 be legal Java code. In the intermediate step for the case where a local class is 
2151 the move target, the extracted method would need to take the local class as a 
2152 parameter. This new method would need to live in the scope of the declaring 
2153 class of the originating method. The local class would then not be in the scope 
2154 of the extracted method, thus bringing the source code into an illegal state.  
2155 This scenario is shown in \myref{lst:extractMethodLocalClass}. One could imagine 
2156 that the method was extracted and moved in one operation, without an 
2157 intermediate state.  Then it would make sense to include variables with types of 
2158 local classes in the set of legal targets, since the local classes would then be 
2159 in the scopes of the method calls. If this makes any difference for software 
2160 metrics that measure coupling would be a different discussion.
2161
2162 \todoin{highlight code!}
2163
2164 \begin{listing}[htb]
2165 \begin{multicols}{2}
2166 \begin{minted}[frame=topline,label=Before,framesep=\mintedframesep]{java}
2167 void declaresLocalClass() {
2168   class LocalClass {
2169     void foo() {}
2170     void bar() {}
2171   }
2172
2173   LocalClass inst =
2174     new LocalClass();
2175   inst.foo();
2176   inst.bar();
2177 }
2178 \end{minted}
2179
2180 \columnbreak
2181
2182 \begin{minted}[frame=topline,label={After Extract 
2183   Method},framesep=\mintedframesep]{java}
2184 void declaresLocalClass() {
2185   class LocalClass {
2186     void foo() {}
2187     void bar() {}
2188   }
2189
2190   LocalClass inst =
2191     new LocalClass();
2192   fooBar(inst);
2193 }
2194
2195 // Illegal intermediate step
2196 void fooBar(LocalClass inst) {
2197   inst.foo();
2198   inst.bar();
2199 }
2200 \end{minted}
2201 \end{multicols}
2202 \caption{The \refa{Extract and Move Method} refactoring bringing the code into 
2203 an illegal state with an intermediate step.}
2204 \label{lst:extractMethodLocalClass}
2205 \end{listing}
2206
2207 The last class of names that are considered unfixes are names used in null 
2208 tests. These are tests that read like this: if \code{<name>} equals \var{null} 
2209 then do something. If allowing variables used in those kinds of expressions as 
2210 targets for moving methods, we would end up with code containing boolean 
2211 expressions like \code{this == null}, which would always evaluate to 
2212 \code{false}, since \var{this} would never be \var{null}. The existence of a 
2213 null test indicates that a variable is expected to sometimes hold the value 
2214 \var{null}.  By using a variable used in a null test as a move target, we could 
2215 potentially end up with a
2216 null pointer exception if the method is called on a variable with a null value.
2217
2218 \section{Finding the example selections that have possible targets}
2219 We now pick up the thread from \myref{sec:disqualifyingExample} where we have a 
2220 set of text selections that need to be analyzed to find out if some of them are 
2221 suitable targets for the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2222
2223 We start by analyzing the text selections for nesting level 2, because these 
2224 results can be used to reason about the selections for nesting level 1. First we 
2225 have all the single-statement selections.
2226
2227 \begin{description}
2228   \item[Selections $(6)$, $(8)$ and $(20)$.] \hfill \\
2229     All these selections have a prefix that contains a possible target, namely 
2230     the variable \var{a}. The problem is that the prefixes are only one segment 
2231     long, and their frequency counts are only 1 as well. None of these 
2232     selections are therefore considered as suitable candidates for the 
2233     refactoring.
2234
2235   \item[Selection $(7)$.] \hfill \\
2236     This selection contains the unfix \var{a}, and no other possible targets.  
2237     The reason for \var{a} being an unfix is that it is assigned to within the 
2238     selection. Selection $(7)$ is therefore unsuited as a refactoring candidate.
2239
2240   \item[Selections $(16)$ and $(17)$.] \hfill \\
2241     These selections both have a possible target. The target for both selections 
2242     is the variable \var{b}. Both the prefixes have frequency 1. We denote this 
2243     with the new tuples $((16), \texttt{b.a}, f(1))$ and $((17), \texttt{b.a}, 
2244     f(1))$. They contain the selection, the prefix with the target and the 
2245     frequency for this prefix.
2246
2247 \end{description}
2248
2249 Then we have all the text selections from level 2 that are composed of multiple 
2250 statements:
2251
2252 \begin{description}
2253   \item[Selections $(6,7)$, $(6,8)$ and $(7,8)$.] \hfill \\
2254     All these selections are disqualified for the reason that they contain the 
2255     unfix \var{a}, due to the assignment, and no other possible move targets.
2256
2257   \item[Selection $(16,17)$.] \hfill \\
2258     This selection is the last selection that is not analyzed on nesting level 
2259     2. It contains only one possible move target, and that is the variable   
2260        \var{b}. It also contains only one prefix \var{b.a}, with frequency count 
2261     2. Therefore we have a new candidate $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$.
2262
2263 \end{description}
2264
2265 Moving on to the text selections for nesting level 1, starting with the 
2266 single-statement selections:
2267
2268 \begin{description}
2269   \item[Selection $(5,9)$.] \hfill \\
2270     This selection contains two variable references that must be analyzed to see 
2271     if they are possible move candidates. The first one is the variable 
2272     \var{bool}. This variable is of type \type{boolean}, which is a primary type 
2273     and therefore not possible to make any changes to. The second variable is 
2274     \var{a}. The variable \var{a} is an unfix in $(5,9)$, for the same reason as 
2275     in the selections $(6,7)$, $(7,8)$ and $(6,8)$. So selection $(5,9)$ 
2276     contains no possible move targets.
2277
2278   \item[Selections $(11)$ and $(12)$.] \hfill \\
2279     These selections are disqualified for the same reasons as selections $(6)$ 
2280     and $(8)$. Their prefixes are one segment long and are referenced only one 
2281     time.
2282
2283   \item[Selection $(14,21)$] \hfill \\
2284     This is the switch statement from \myref{lst:grandExample}. It contains the 
2285     relevant variable references \var{val}, \var{a} and \var{b}. The variable 
2286     \var{val} is a primary type, just as \var{bool}. The variable \var{a} is 
2287     only found in one statement, and in a prefix with only one segment, so it is 
2288     not considered to be a possible move target. The only variable left is 
2289     \var{b}.  Just as in the selection $(16,17)$, \var{b} is part of the prefix 
2290     \code{b.a}, which has 2 appearances. We have found a new candidate 
2291     $((14,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2292     
2293 \end{description}
2294
2295 It remains to see if we get any new candidates by analyzing the multi-statement 
2296 text selections for nesting level 1:
2297
2298 \begin{description}
2299   \item[Selections $(5,11)$ and $(5,12)$.] \hfill \\
2300     These selections are disqualified for the same reason as $(5,9)$. The only 
2301     possible move target \var{a} is an unfix.
2302
2303   \item[Selection $(5,21)$.] \hfill \\
2304     This is whole of the method body in \myref{lst:grandExample}. The variables 
2305     \var{a}, \var{bool} and \var{val} are either an unfix or primary types. The 
2306     variable \var{b} is the only possible move target, and we have, again, the 
2307     prefix \code{b.a} as the center of attention. The refactoring candidate is 
2308     $((5,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2309
2310   \item[Selection $(11,12)$.] \hfill \\
2311     This small selection contains the prefix \code{a} with frequency 2, and no 
2312     unfixes. The candidate is $((11,12), \texttt{a}, f(2))$.
2313
2314   \item[Selection $(11,21)$] \hfill \\
2315       This selection contains the selection $(11,12)$ in addition to the switch 
2316       statement. The selection has two possible move targets. The first one is 
2317       \var{b}, in a prefix with frequency 2. The second is \var{a}, although it 
2318       is in a simple prefix, it is referenced 3 times, and is therefore chosen
2319       as the target for the selection. The new candidate is $((11,21), 
2320       \texttt{a}, f(3))$.
2321
2322     \item[Selection $(12,21)$.] \hfill \\
2323       This selection is similar to the previous $(11,21)$, only that \var{a} now 
2324       has frequency count 2. This means that the prefixes \code{a} and 
2325       \code{b.a} both have the count 2. Of the two, \code{b.a} is preferred, 
2326       since it has more segments than \code{a}. Thus the candidate for this 
2327       selection is $((12,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2328
2329 \end{description}
2330
2331 For the method in \myref{lst:grandExample} we therefore have the following 8 
2332 candidates for the \ExtractAndMoveMethod refactoring: $\{((16), \texttt{b.a}, 
2333 f(1)), ((17), \texttt{b.a}, f(1)), ((16,17), \texttt{b.a}, f(2)), ((14,21), 
2334 \texttt{b.a}, f(2)), \\ ((5,21), \texttt{b.a}, f(2)), ((11,12), \texttt{a}, 
2335 f(2)), ((11,21), \texttt{a}, f(3)), ((12,21), \texttt{b.a}, f(2))\}$.
2336
2337 It now only remains to specify an order for these candidates, so we can choose 
2338 the most suitable one to refactor.
2339
2340
2341 \section{Choosing the selection}\label{sec:choosingSelection}
2342 When choosing a selection between the text selections that have possible move 
2343 targets, the selections need to be ordered. The criteria below are presented in 
2344 the order they are prioritized. If not one selection is favored over the other 
2345 for a concrete criterion, the selections are evaluated by the next criterion.
2346
2347 \begin{enumerate}
2348   \item The first criterion that is evaluated is whether a selection contains 
2349     any unfixes or not. If selection \m{A} contains no unfixes, while selection 
2350     \m{B} does, selection \m{A} is favored over selection \m{B}. This is 
2351     because, if we can, we want to avoid moving such as assignments and variable 
2352     declarations. This is done under the assumption that, if possible, avoiding 
2353     selections containing unfixes will make the code moved a little cleaner.
2354
2355   \item The second criterion that is evaluated is whether a selection contains 
2356     multiple possible targets or not. If selection \m{A} has only one possible 
2357     target, and selection \m{B} has multiple, selection \m{A} is favored. If 
2358     both selections have multiple possible targets, they are considered equal 
2359     with respect to this criterion. The rationale for this heuristic is that we 
2360     would prefer not to introduce new couplings between classes when performing 
2361     the \ExtractAndMoveMethod refactoring. 
2362
2363   \item When evaluating this criterion, this is with the knowledge that
2364     selection \m{A} and \m{B} both have one possible target, or multiple 
2365     possible targets. Then, if the move target candidate of selection \m{A} has 
2366     a higher reference count than the target candidate of selection \m{B}, 
2367     selection \m{A} is favored.  The reason for this is that we would like to 
2368     move the selection that gets rid of the most references to another class. 
2369
2370   \item The last criterion is that if the frequencies of the targets chosen for 
2371     both selections are equal, the selection with the target that is part of the 
2372     prefix with highest number of segments is favored. This is done to favor 
2373     indirection.
2374
2375 \end{enumerate}
2376
2377 If none of the above mentioned criteria favors one selection over another, the 
2378 selections are considered to be equally good candidates for the 
2379 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2380
2381 \section{Performing changes}
2382 When a text selection and a move target is found for the \ExtractAndMoveMethod 
2383 refactoring, the actual changes are executed by two existing primitive 
2384 refactorings.  First the \ExtractMethod refactoring is used to extract the 
2385 selection into a new method. Then the \MoveMethod refactoring is used to move 
2386 that new method to the class determined by the move target.
2387
2388 If, at any point, an exception is thrown or the preconditions for one of the 
2389 primitive refactorings are not satisfied, the composite refactoring is aborted, 
2390 and the source code is left in its current state. This has the implication that 
2391 the \ExtractAndMoveMethod refactoring could end up being partially executed.  
2392 This happens if the \ExtractMethod refactoring is executed, but the \MoveMethod 
2393 refactoring is being canceled. A partial execution is not considered a problem, 
2394 since the code should still compile.
2395
2396 \todoin{Pointing to implementation chapter}
2397
2398 \section{Concluding the example}
2399 For choosing one of the remaining selections, we need to order our candidates 
2400 after the criteria in the previous section. Below we have the candidates ordered 
2401 in descending order, with the ``best'' candidate first:
2402
2403 \begin{multicols}{2}
2404 \begin{enumerate}
2405   \item $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$
2406   \item $((11,12), \texttt{a}, f(2))$
2407   \item $((16), \texttt{b.a}, f(1))$
2408   \item $((17), \texttt{b.a}, f(1))$
2409
2410   % With unfixes:
2411   % Many possible targets
2412   \item $((11,21), \texttt{a}, f(3))$
2413   \item $((5,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2414   \item $((12,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2415   \item $((14,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2416
2417 \end{enumerate}
2418 \end{multicols}
2419
2420 \begin{comment}
2421 5       if (bool) {
2422 6           a.foo();
2423 7           a = new A();
2424 8           a.bar();
2425 9       }
2426 10
2427 11      a.foo();
2428 12      a.bar();
2429 13
2430 14      switch (val) {
2431 15      case 1:
2432 16          b.a.foo();
2433 17          b.a.bar();
2434 18          break;
2435 19      default:
2436 20          a.foo();
2437 21      }
2438 \end{comment}
2439
2440 The candidates ordered 5-8 all have unfixes in them, therefore they are ordered 
2441 last. None of the candidates ordered 1-4 have multiple possible targets. The 
2442 only interesting discussion is now why $(16,17)$ was favored over $(11,12)$.  
2443 This is because the prefix \code{b.a} enclosing the move target of selection 
2444 $(16,17)$ has one more segment than the prefix \code{a} of $(11,12)$.
2445
2446 The selection is now extracted into a new method \method{gen\_123} and then 
2447 moved to class \type{B}, since that is the type of the variable \var{b} that is 
2448 the target from the chosen refactoring candidate. The name of the method has a 
2449 randomly generated suffix. In the refactoring implementation, the extracted 
2450 methods follow the pattern \code{generated\_<long>}, where \code{<long>} is a 
2451 pseudo-random long value. This is shortened here to make the example readable. 
2452 The result after the refactoring is shown in \myref{lst:grandExampleResult}.
2453
2454 \begin{listing}[htb]
2455   \begin{multicols}{2}
2456     \begin{minted}[linenos]{java}
2457 class C {
2458   A a; B b; boolean bool;
2459
2460   void method(int val) {
2461     if (bool) {
2462       a.foo();
2463       a = new A();
2464       a.bar();
2465     }
2466
2467     a.foo();
2468     a.bar();
2469
2470     switch (val) {
2471     case 1:
2472       b.gen_123(this);
2473       break;
2474     default:
2475       a.foo();
2476     }
2477   }
2478 }
2479 \end{minted}
2480
2481 \columnbreak
2482
2483   \begin{minted}[]{java}
2484 public class B {
2485   A a;
2486
2487   public void gen_123(C c) {
2488     a.foo();
2489     a.bar();
2490   }
2491 }
2492 \end{minted}
2493
2494   \end{multicols}
2495   \caption{The result after refactoring the class \type{C} of 
2496   \myref{lst:grandExample} with the \ExtractAndMoveMethod refactoring with 
2497   $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$ as input.}
2498 \label{lst:grandExampleResult}
2499 \end{listing}
2500
2501
2502 \chapter{Refactorings in Eclipse JDT: Design and 
2503 shortcomings}\label{ch:jdt_refactorings}
2504
2505 This chapter will deal with some of the design behind refactoring support in 
2506 \name{Eclipse}, and the JDT in specific. After which it will follow a section 
2507 about shortcomings of the refactoring API in terms of composition of 
2508 refactorings.
2509
2510 \section{Design}
2511 The refactoring world of \name{Eclipse} can in general be separated into two parts: The 
2512 language independent part and the part written for a specific programming 
2513 language -- the language that is the target of the supported refactorings.  
2514 \todo{What about the language specific part?}
2515
2516 \subsection{The Language Toolkit}
2517 The Language Toolkit\footnote{The content of this section is a mixture of 
2518   written material from 
2519   \url{https://www.eclipse.org/articles/Article-LTK/ltk.html} and 
2520   \url{http://www.eclipse.org/articles/article.php?file=Article-Unleashing-the-Power-of-Refactoring/index.html}, 
2521 the LTK source code and my own memory.}, or LTK for short, is the framework that 
2522 is used to implement refactorings in \name{Eclipse}.  It is language independent and 
2523 provides the abstractions of a refactoring and the change it generates, in the 
2524 form of the classes \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Refactoring} 
2525 and \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Change}.
2526
2527 There are also parts of the LTK that is concerned with user interaction, but 
2528 they will not be discussed here, since they are of little value to us and our 
2529 use of the framework. We are primarily interested in the parts that can be 
2530 automated.
2531
2532 \subsubsection{The Refactoring Class}
2533 The abstract class \type{Refactoring} is the core of the LTK framework. Every 
2534 refactoring that is going to be supported by the LTK has to end up creating an 
2535 instance of one of its subclasses. The main responsibilities of subclasses of 
2536 \type{Refactoring} are to implement template methods for condition checking 
2537 (\methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkInitialConditions} 
2538 and 
2539 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkFinalConditions}), 
2540 in addition to the 
2541 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{createChange} 
2542 method that creates and returns an instance of the \type{Change} class.
2543
2544 If the refactoring shall support that others participate in it when it is 
2545 executed, the refactoring has to be a processor-based 
2546 refactoring\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants.ProcessorBasedRefactoring}.  
2547 It then delegates to its given 
2548 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{RefactoringProcessor} 
2549 for condition checking and change creation. Participating in a refactoring can 
2550 be useful in cases where the changes done to programming source code affect
2551 other related resources in the workspace. This can be names or paths in 
2552 configuration files, or maybe one would like to perform additional logging of 
2553 changes done in the workspace.
2554
2555 \subsubsection{The Change Class}
2556 This class is the base class for objects that is responsible for performing the 
2557 actual workspace transformations in a refactoring. The main responsibilities for 
2558 its subclasses are to implement the 
2559 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{perform} and 
2560 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{isValid} methods. The 
2561 \method{isValid} method verifies that the change object is valid and thus can be 
2562 executed by calling its \method{perform} method. The \method{perform} method 
2563 performs the desired change and returns an undo change that can be executed to 
2564 reverse the effect of the transformation done by its originating change object. 
2565
2566 \subsubsection{Executing a Refactoring}\label{executing_refactoring}
2567 The life cycle of a refactoring generally follows two steps after creation: 
2568 condition checking and change creation. By letting the refactoring object be 
2569 handled by a 
2570 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CheckConditionsOperation} that
2571 in turn is handled by a 
2572 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CreateChangeOperation}, it is 
2573 assured that the change creation process is managed in a proper manner.
2574
2575 The actual execution of a change object has to follow a detailed life cycle.  
2576 This life cycle is honored if the \type{CreateChangeOperation} is handled by a 
2577 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{PerformChangeOperation}. If also 
2578 an undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} is set 
2579 for the \type{PerformChangeOperation}, the undo change is added into the undo 
2580 history.
2581
2582 \section{Shortcomings}
2583 This section is introduced naturally with a conclusion: The JDT refactoring 
2584 implementation does not facilitate composition of refactorings. 
2585 \todo{refine}This section will try to explain why, and also identify other 
2586 shortcomings of both the usability and the readability of the JDT refactoring 
2587 source code.
2588
2589 I will begin at the end and work my way toward the composition part of this 
2590 section.
2591
2592 \subsection{Absence of generics in Eclipse source code}
2593 This section is not only concerning the JDT refactoring API, but also large 
2594 quantities of the \name{Eclipse} source code. The code shows a striking absence of the 
2595 Java language feature of generics. It is hard to read a class' interface when 
2596 methods return objects or takes parameters of raw types such as \type{List} or 
2597 \type{Map}. This sometimes results in having to read a lot of source code to 
2598 understand what is going on, instead of relying on the available interfaces. In 
2599 addition, it results in a lot of ugly code, making the use of typecasting more 
2600 of a rule than an exception.
2601
2602 \subsection{Composite refactorings will not appear as atomic actions}
2603 When composing primitive refactorings from the JDT, it is not possible to make 
2604 them appear as being executed as one change, but only as multiple small changes.
2605
2606 \subsubsection{Missing Flexibility from JDT Refactorings}
2607 The JDT refactorings are not made with composition of refactorings in mind. When 
2608 a JDT refactoring is executed, it assumes that all conditions for it to be 
2609 applied successfully can be found by reading source files that have been 
2610 persisted to disk. They can only operate on the actual source material, and not 
2611 (in-memory) copies thereof. This constitutes a major disadvantage when trying to 
2612 compose refactorings, since if an exception occurs in the middle of a sequence 
2613 of refactorings, it can leave the project in a state where the composite 
2614 refactoring was only partially executed. It makes it hard to discard the changes 
2615 done without monitoring and consulting the undo manager, an approach that is not 
2616 bullet proof.
2617
2618 \subsubsection{Broken Undo History}
2619 When designing a composed refactoring that is to be performed as a sequence of 
2620 refactorings, you would like it to appear as a single change to the workspace.  
2621 This implies that you would also like to be able to undo all the changes done by 
2622 the refactoring in a single step. This is not the way it appears when a sequence 
2623 of JDT refactorings is executed. It leaves the undo history filled up with 
2624 individual undo actions corresponding to every single JDT refactoring in the 
2625 sequence. This problem is not trivial to handle in \name{Eclipse} 
2626 \see{hacking_undo_history}.
2627
2628
2629
2630 \chapter{Composite refactorings in Eclipse}
2631
2632 \section{A simple ad hoc model}
2633 As pointed out in \myref{ch:jdt_refactorings}, the \name{Eclipse} JDT refactoring model 
2634 is not very well suited for making composite refactorings. Therefore a simple 
2635 model using changer objects (of type \type{RefaktorChanger}) is used as an 
2636 abstraction layer on top of the existing \name{Eclipse} refactorings, instead of 
2637 extending the \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Refactoring} class.  
2638
2639 The use of an additional abstraction layer is a deliberate choice. It is due to 
2640 the problem of creating a composite 
2641 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Change} that can handle text 
2642 changes that interfere with each other. Thus, a \type{RefaktorChanger} may, or 
2643 may not, take advantage of one or more existing refactorings, but it is always 
2644 intended to make a change to the workspace.
2645
2646 \subsection{A typical \type{RefaktorChanger}}
2647 The typical refaktor changer class has two responsibilities, checking 
2648 preconditions and executing the requested changes. This is not too different 
2649 from the responsibilities of an LTK refactoring, with the distinction that a 
2650 refaktor changer also executes the change, while an LTK refactoring is only 
2651 responsible for creating the object that can later be used to do the job.
2652
2653 Checking of preconditions is typically done by an 
2654 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{Analyzer}. If the 
2655 preconditions validate, the upcoming changes are executed by an 
2656 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{Executor}.
2657
2658 \section{The Extract and Move Method refactoring}
2659 %The Extract and Move Method Refactoring is implemented mainly using these 
2660 %classes:
2661 %\begin{itemize}
2662 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodChanger}
2663 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}
2664 %  \item \type{Prefix}
2665 %  \item \type{PrefixSet}
2666 %\end{itemize}
2667
2668 \subsection{The building blocks}
2669 This is a composite refactoring, and hence is built up using several primitive 
2670 refactorings. These basic building blocks are, as its name implies, the 
2671 \ExtractMethod refactoring\citing{refactoring} and the \MoveMethod 
2672 refactoring\citing{refactoring}. In \name{Eclipse}, the implementations of these 
2673 refactorings are found in the classes 
2674 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.code}{ExtractMethodRefactoring} 
2675 and 
2676 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure}{MoveInstanceMethodProcessor}, 
2677 where the last class is designed to be used together with the processor-based 
2678 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{MoveRefactoring}.
2679
2680 \subsubsection{The ExtractMethodRefactoring class}
2681 This class is quite simple in its use. The only parameters it requires for 
2682 construction is a compilation 
2683 unit\typeref{org.eclipse.jdt.core.ICompilationUnit}, the offset into the source 
2684 code where the extraction shall start, and the length of the source to be 
2685 extracted. Then you have to set the method name for the new method together with 
2686 its visibility and some not so interesting parameters.
2687
2688 \subsubsection{The MoveInstanceMethodProcessor class}
2689 For the \refa{Move Method}, the processor requires a little more advanced input than  
2690 the class for the \refa{Extract Method}. For construction it requires a method 
2691 handle\typeref{org.eclipse.jdt.core.IMethod} for the method that is to be moved.  
2692 Then the target for the move has to be supplied as the variable binding from a 
2693 chosen variable declaration. In addition to this, some parameters have to be set 
2694 regarding setters/getters, as well as delegation.
2695
2696 To make the processor a working refactoring, a \type{MoveRefactoring} must be 
2697 created with it as a parameter.
2698
2699 \subsection{The ExtractAndMoveMethodChanger class}
2700
2701 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{ExtractAndMoveMethodChanger} 
2702 class is a subclass of the class 
2703 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{RefaktorChanger}. It is responsible 
2704 for analyzing and finding the best target for, and also executing, a composition 
2705 of the \refa{Extract Method} and \refa{Move Method} refactorings. This particular changer is 
2706 the one of my changers that is closest to being a true LTK refactoring. It can 
2707 be reworked to be one if the problems with overlapping changes are resolved. The 
2708 changer requires a text selection and the name of the new method, or else a 
2709 method name will be generated. The selection has to be of the type
2710 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.utils}{CompilationUnitTextSelection}. This 
2711 class is a custom extension to 
2712 \typewithref{org.eclipse.jface.text}{TextSelection}, that in addition to the 
2713 basic offset, length and similar methods, also carry an instance of the 
2714 underlying compilation unit handle for the selection.
2715
2716 \subsubsection{The 
2717   \type{ExtractAndMoveMethodAnalyzer}}\label{extractAndMoveMethodAnalyzer}
2718 The analysis and precondition checking is done by the 
2719 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{ExtractAnd\-MoveMethodAnalyzer}.  
2720 First is check whether the selection is a valid selection or not, with respect 
2721 to statement boundaries and that it actually contains any selections. Then it 
2722 checks the legality of both extracting the selection and also moving it to 
2723 another class. This checking of is performed by a range of checkers 
2724 \see{checkers}.  If the selection is approved as legal, it is analyzed to find 
2725 the presumably best target to move the extracted method to.
2726
2727 For finding the best suitable target the analyzer is using a 
2728 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors}{PrefixesCollector} that 
2729 collects all the possible candidate targets for the refactoring. All the 
2730 non-candidates are found by an 
2731 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors}{UnfixesCollector} that 
2732 collects all the targets that will give some kind of error if used.  (For 
2733 details about the property collectors, see \myref{propertyCollectors}.) All 
2734 prefixes (and unfixes) are represented by a 
2735 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors}{Prefix}, and they are collected 
2736 into sets of prefixes. The safe prefixes are found by subtracting from the set 
2737 of candidate prefixes the prefixes that is enclosing any of the unfixes.  A 
2738 prefix is enclosing an unfix if the unfix is in the set of its sub-prefixes.  As 
2739 an example, \code{``a.b''} is enclosing \code{``a''}, as is \code{``a''}. The 
2740 safe prefixes is unified in a \type{PrefixSet}. If a prefix has only one 
2741 occurrence, and is a simple expression, it is considered unsuitable as a move 
2742 target. This occurs in statements such as \code{``a.foo()''}. For such 
2743 statements it bares no meaning to extract and move them. It only generates an 
2744 extra method and the calling of it. 
2745
2746 The most suitable target for the refactoring is found by finding the prefix with 
2747 the most occurrences. If two prefixes have the same occurrence count, but they 
2748 differ in the number of segments, the one with most segments is chosen.
2749
2750 \subsubsection{The 
2751   \type{ExtractAndMoveMethodExecutor}}\label{extractAndMoveMethodExecutor}
2752 If the analysis finds a possible target for the composite refactoring, it is 
2753 executed by an 
2754 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{ExtractAndMoveMethodExecutor}.  
2755 It is composed of the two executors known as 
2756 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{ExtractMethodRefactoringExecutor} 
2757 and 
2758 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{MoveMethodRefactoringExecutor}.  
2759 The \type{ExtractAndMoveMethodExecutor} is responsible for gluing the two 
2760 together by feeding the \type{MoveMethod\-RefactoringExecutor} with the 
2761 resources needed after executing the extract method refactoring.
2762
2763 \subsubsection{The \type{ExtractMethodRefactoringExecutor}}
2764 This executor is responsible for creating and executing an instance of the 
2765 \type{ExtractMethodRefactoring} class. It is also responsible for collecting 
2766 some post execution resources that can be used to find the method handle for the 
2767 extracted method, as well as information about its parameters, including the 
2768 variable they originated from.
2769
2770 \subsubsection{The \type{MoveMethodRefactoringExecutor}}
2771 This executor is responsible for creating and executing an instance of the 
2772 \type{MoveRefactoring}. The move refactoring is a processor-based refactoring, 
2773 and for the \refa{Move Method} refactoring it is the \type{MoveInstanceMethodProcessor} 
2774 that is used.
2775
2776 The handle for the method to be moved is found on the basis of the information 
2777 gathered after the execution of the \refa{Extract Method} refactoring. The only 
2778 information the \type{ExtractMethodRefactoring} is sharing after its execution, 
2779 regarding finding the method handle, is the textual representation of the new 
2780 method signature. Therefore it must be parsed, the strings for types of the 
2781 parameters must be found and translated to a form that can be used to look up 
2782 the method handle from its type handle. They have to be on the unresolved form. 
2783 The name for the type is found from the original selection, since an extracted 
2784 method must end up in the same type as the originating method.
2785
2786 When analyzing a selection prior to performing the \refa{Extract Method} refactoring, a 
2787 target is chosen. It has to be a variable binding, so it is either a field or a 
2788 local variable/parameter. If the target is a field, it can be used with the 
2789 \type{MoveInstanceMethodProcessor} as it is, since the extracted method still is 
2790 in its scope. But if the target is local to the originating method, the target 
2791 that is to be used for the processor must be among its parameters. Thus the 
2792 target must be found among the extracted method's parameters. This is done by 
2793 finding the parameter information object that corresponds to the parameter that 
2794 was declared on basis of the original target's variable when the method was 
2795 extracted. (The extracted method must take one such parameter for each local 
2796 variable that is declared outside the selection that is extracted.) To match the 
2797 original target with the correct parameter information object, the key for the 
2798 information object is compared to the key from the original target's binding.  
2799 The source code must then be parsed to find the method declaration for the 
2800 extracted method. The new target must be found by searching through the 
2801 parameters of the declaration and choose the one that has the same type as the 
2802 old binding from the parameter information object, as well as the same name that 
2803 is provided by the parameter information object.
2804
2805
2806 \subsection{The 
2807 SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger}\label{searchBasedExtractAndMoveMethodChanger}
2808 The 
2809 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.changers}{SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger} 
2810 is a changer whose purpose is to automatically analyze a method, and execute the 
2811 \ExtractAndMoveMethod refactoring on it if it is a suitable candidate for the 
2812 refactoring.
2813
2814 First, the \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer} is used 
2815 to analyze the method. If the method is found to be a candidate, the result from 
2816 the analysis is fed to the \type{ExtractAndMoveMethodExecutor}, whose job is to 
2817 execute the refactoring \see{extractAndMoveMethodExecutor}.
2818
2819 \subsubsection{The SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer}
2820 This analyzer is responsible for analyzing all the possible text selections of a 
2821 method and then to choose the best result out of the analysis results that are, 
2822 by the analyzer, considered to be the potential candidates for the 
2823 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2824
2825 Before the analyzer is able to work with the text selections of a method, it 
2826 needs to generate them. To do this, it parses the method to obtain a 
2827 \type{MethodDeclaration} for it \see{astEclipse}. Then there is a statement 
2828 lists creator that creates statements lists of the different groups of 
2829 statements in the body of the method declaration. A text selections generator 
2830 generates text selections of all the statement lists for the analyzer to work 
2831 with.
2832
2833 \paragraph{The statement lists creator}
2834 is responsible for generating lists of statements for all the possible nesting 
2835 levels of statements in the method. The statement lists creator is implemented 
2836 as an AST visitor \see{astVisitor}. It generates lists of statements by visiting 
2837 all the blocks in the method declaration and stores their statements in a 
2838 collection of statement lists. In addition, it visits all of the other 
2839 statements that can have a statement as a child, such as the different control 
2840 structures and the labeled statement.
2841
2842 The switch statement is the only kind of statement that is not straight forward 
2843 to obtain the child statements from. It stores all of its children in a flat 
2844 list. Its switch case statements are included in this list. This means that 
2845 there are potential statement lists between all of these case statements. The 
2846 list of statements from a switch statement is therefore traversed, and the 
2847 statements between the case statements are grouped as separate lists.
2848
2849 The highlighted part of \myref{lst:grandExample} shows an example of how the 
2850 statement lists creator would separate a method body into lists of statements.
2851
2852 \paragraph{The text selections generator} generates text selections for each 
2853 list of statements from the statement lists creator. The generator generates a 
2854 text selection for every sub-sequence of statements in a list. For a sequence of 
2855 statements, the first statement and the last statement span out a text 
2856 selection. 
2857
2858 In practice, the text selections are calculated by only one traversal of the 
2859 statement list. There is a set of generated text selections. For each statement, 
2860 there is created a temporary set of selections, in addition to a text selection 
2861 based on the offset and length of the statement. This text selection is added to 
2862 the temporary set. Then the new selection is added with every selection from the 
2863 set of generated text selections. These new selections are added to the 
2864 temporary set. Then the temporary set of selections is added to the set of 
2865 generated text selections. The result of adding two text selections is a new 
2866 text selection spanned out by the two addends. 
2867
2868 \begin{comment}
2869 \begin{listing}[h]
2870 \def\charwidth{5.7pt}
2871 \def\indent{4*\charwidth}
2872 \def\lineheight{\baselineskip}
2873 \def\mintedtop{\lineheight}
2874
2875 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1]
2876   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
2877
2878   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
2879   +(18*\charwidth,\lineheight);
2880
2881   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
2882   +(18*\charwidth,\lineheight);
2883
2884   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+3*\lineheight) rectangle 
2885   +(18*\charwidth,\lineheight);
2886
2887   \draw[overlaybox] (\indent-3*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
2888   +(20*\charwidth,2*\lineheight);
2889
2890   \draw[overlaybox] (3*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
2891   +(16*\charwidth,3*\lineheight);
2892
2893   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop) rectangle 
2894   +(14*\charwidth,4*\lineheight);
2895 \end{tikzpicture}
2896 \begin{minted}{java}
2897     statement one;
2898     statement two;
2899     ...
2900     statement k;
2901 \end{minted}
2902 \caption{Example of how the text selections generator would generate text 
2903   selections based on a lists of statements. Each highlighted rectangle 
2904 represents a text selection.}
2905 \label{lst:textSelectionsExample}
2906 \end{listing}
2907 \todoin{fix \myref{lst:textSelectionsExample}? Text only? All 
2908 sub-sequences\ldots}
2909 \end{comment}
2910
2911 \paragraph{Finding the candidate} for the refactoring is done by analyzing all 
2912 the generated text selection with the \type{ExtractAndMoveMethodAnalyzer} 
2913 \see{extractAndMoveMethodAnalyzer}. If the analyzer generates a useful result, 
2914 an \type{ExtractAndMoveMethodCandidate} is created from it, which is kept in a 
2915 list of potential candidates. If no candidates are found, the 
2916 \type{NoTargetFoundException} is thrown.
2917
2918 Since only one of the candidates can be chosen, the analyzer must sort out which 
2919 candidate to choose. The sorting is done by the static \method{sort} method of 
2920 \type{Collections}. The comparison in this sorting is done by an 
2921 \type{ExtractAndMoveMethodCandidateComparator}.
2922 \todoin{Write about the 
2923 ExtractAndMoveMethodCandidateComparator/FavorNoUnfixesCandidateComparator}
2924
2925
2926 \subsection{The Prefix class}
2927 This class exists mainly for holding data about a prefix, such as the expression 
2928 that the prefix represents and the occurrence count of the prefix within a 
2929 selection. In addition to this, it has some functionality such as calculating 
2930 its sub-prefixes and intersecting it with another prefix. The definition of the 
2931 intersection between two prefixes is a prefix representing the longest common 
2932 expression between the two.
2933
2934 \subsection{The PrefixSet class}
2935 A prefix set holds elements of type \type{Prefix}. It is implemented with the 
2936 help of a \typewithref{java.util}{HashMap} and contains some typical set 
2937 operations, but it does not implement the \typewithref{java.util}{Set} 
2938 interface, since the prefix set does not need all of the functionality a 
2939 \type{Set} requires to be implemented. In addition It needs some other 
2940 functionality not found in the \type{Set} interface. So due to the relatively 
2941 limited use of prefix sets, and that it almost always needs to be referenced as 
2942 such, and not a \type{Set<Prefix>}, it remains as an ad hoc solution to a 
2943 concrete problem.
2944
2945 There are two ways adding prefixes to a \type{PrefixSet}. The first is through 
2946 its \method{add} method. This works like one would expect from a set. It adds 
2947 the prefix to the set if it does not already contain the prefix. The other way 
2948 is to \emph{register} the prefix with the set. When registering a prefix, if the 
2949 set does not contain the prefix, it is just added. If the set contains the 
2950 prefix, its count gets incremented. This is how the occurrence count is handled.
2951
2952 The prefix set also computes the set of prefixes that is not enclosing any 
2953 prefixes of another set. This is kind of a set difference operation only for 
2954 enclosing prefixes.
2955
2956 \subsection{Hacking the refactoring undo 
2957 history}\label{hacking_undo_history}
2958 \todoin{Where to put this section?}
2959
2960 As an attempt to make multiple subsequent changes to the workspace appear as a 
2961 single action (i.e. make the undo changes appear as such), I tried to alter 
2962 the undo changes\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change} in the history 
2963 of the refactorings.  
2964
2965 My first impulse was to remove the, in this case, last two undo changes from the 
2966 undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} for the 
2967 \name{Eclipse} refactorings, and then add them to a composite 
2968 change\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.CompositeChange} that could be 
2969 added back to the manager. The interface of the undo manager does not offer a 
2970 way to remove/pop the last added undo change, so a possible solution could be to 
2971 decorate\citing{designPatterns} the undo manager, to intercept and collect the 
2972 undo changes before delegating to the \method{addUndo} 
2973 method\methodref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager}{addUndo} of the 
2974 manager. Instead of giving it the intended undo change, a null change could be 
2975 given to prevent it from making any changes if run. Then one could let the 
2976 collected undo changes form a composite change to be added to the manager.
2977
2978 There is a technical challenge with this approach, and it relates to the undo 
2979 manager, and the concrete implementation 
2980 \typewithref{org.eclipse.ltk.internal.core.refactoring}{UndoManager2}.  This 
2981 implementation is designed in a way that it is not possible to just add an undo 
2982 change, you have to do it in the context of an active 
2983 operation\typeref{org.eclipse.core.commands.operations.TriggeredOperations}.  
2984 One could imagine that it might be possible to trick the undo manager into 
2985 believing that you are doing a real change, by executing a refactoring that is 
2986 returning a kind of null change that is returning our composite change of undo 
2987 refactorings when it is performed. But this is not the way to go.
2988
2989 Apart from the technical problems with this solution, there is a functional 
2990 problem: If it all had worked out as planned, this would leave the undo history 
2991 in a dirty state, with multiple empty undo operations corresponding to each of 
2992 the sequentially executed refactoring operations, followed by a composite undo 
2993 change corresponding to an empty change of the workspace for rounding of our 
2994 composite refactoring. The solution to this particular problem could be to 
2995 intercept the registration of the intermediate changes in the undo manager, and 
2996 only register the last empty change.
2997
2998 Unfortunately, not everything works as desired with this solution. The grouping 
2999 of the undo changes into the composite change does not make the undo operation 
3000 appear as an atomic operation. The undo operation is still split up into 
3001 separate undo actions, corresponding to the changes done by their originating
3002 refactorings. And in addition, the undo actions have to be performed separate in 
3003 all the editors involved. This makes it no solution at all, but a step toward 
3004 something worse.
3005
3006 There might be a solution to this problem, but it remains to be found. The 
3007 design of the refactoring undo management is partly to be blamed for this, as
3008 it is too complex to be easily manipulated.
3009
3010
3011 \chapter{Analyzing source code in Eclipse}
3012
3013 \section{The Java model}\label{javaModel}
3014 The Java model of \name{Eclipse} is its internal representation of a Java project. It 
3015 is light-weight, and has only limited possibilities for manipulating source 
3016 code. It is typically used as a basis for the Package Explorer in \name{Eclipse}.
3017
3018 The elements of the Java model are only handles to the underlying elements. This 
3019 means that the underlying element of a handle does not need to actually exist.  
3020 Hence the user of a handle must always check that it exist by calling the 
3021 \method{exists} method of the handle.
3022
3023 The handles with descriptions are listed in \myref{tab:javaModel}, while the 
3024 hierarchy of the Java Model is shown in \myref{fig:javaModel}.
3025
3026 \begin{table}[htb]
3027   \caption{The elements of the Java Model\citing{vogelEclipseJDT2012}.}
3028   \label{tab:javaModel}
3029   \centering
3030   % sum must equal number of columns (3)
3031   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{} L{0.7}  L{1.1}  L{1.2} @{}}
3032     \toprule
3033     \textbf{Project Element} & \textbf{Java Model element} & 
3034     \textbf{Description} \\
3035     \midrule
3036     Java project & \type{IJavaProject} & The Java project which contains all other objects. \\
3037     \midrule
3038     Source folder /\linebreak[2] binary folder /\linebreak[3] external library & 
3039     \type{IPackageFragmentRoot} & Hold source or binary files, can be a folder 
3040     or a library (zip / jar file). \\
3041     \midrule
3042     Each package & \type{IPackageFragment} & Each package is below the 
3043     \type{IPackageFragmentRoot}, sub-packages are not leaves of the package, 
3044     they are listed directed under \type{IPackageFragmentRoot}. \\
3045     \midrule
3046     Java Source file & \type{ICompilationUnit} & The Source file is always below 
3047     the package node. \\
3048     \midrule
3049     Types / Fields /\linebreak[3] Methods & \type{IType} / \type{IField} 
3050     /\linebreak[3] \type{IMethod} & Types, fields and methods. \\
3051     \bottomrule
3052   \end{tabularx}
3053 \end{table}
3054
3055
3056 \begin{figure}[h]
3057   \centering
3058   \begin{tikzpicture}[%
3059   grow via three points={one child at (0,-0.7) and
3060   two children at (0,-0.7) and (0,-1.4)},
3061   edge from parent path={(\tikzparentnode.south west)+(0.5,0) |- 
3062   (\tikzchildnode.west)}]
3063   \tikzstyle{every node}=[draw=black,thick,anchor=west]
3064   \tikzstyle{selected}=[draw=red,fill=red!30]
3065   \tikzstyle{optional}=[dashed,fill=gray!50]
3066   \node {\type{IJavaProject}}
3067     child { node {\type{IPackageFragmentRoot}}
3068       child { node {\type{IPackageFragment}}
3069         child { node {\type{ICompilationUnit}}
3070           child { node {\type{IType}}
3071             child { node {\type{\{ IType \}*}}
3072               child { node {\type{\ldots}}}
3073             }
3074             child [missing] {}
3075             child { node {\type{\{ IField \}*}}}
3076             child { node {\type{IMethod}}
3077               child { node {\type{\{ IType \}*}}
3078                 child { node {\type{\ldots}}}
3079               }
3080             }
3081             child [missing] {}
3082             child [missing] {}
3083             child { node {\type{\{ IMethod \}*}}}
3084           }
3085           child [missing] {}
3086           child [missing] {}
3087           child [missing] {}
3088           child [missing] {}
3089           child [missing] {}
3090           child [missing] {}
3091           child [missing] {}
3092           child { node {\type{\{ IType \}*}}}
3093         }
3094         child [missing] {}
3095         child [missing] {}
3096         child [missing] {}
3097         child [missing] {}
3098         child [missing] {}
3099         child [missing] {}
3100         child [missing] {}
3101         child [missing] {}
3102         child [missing] {}
3103         child { node {\type{\{ ICompilationUnit \}*}}}
3104       }
3105       child [missing] {}
3106       child [missing] {}
3107       child [missing] {}
3108       child [missing] {}
3109       child [missing] {}
3110       child [missing] {}
3111       child [missing] {}
3112       child [missing] {}
3113       child [missing] {}
3114       child [missing] {}
3115       child [missing] {}
3116       child { node {\type{\{ IPackageFragment \}*}}}
3117     }
3118     child [missing] {}
3119     child [missing] {}
3120     child [missing] {}
3121     child [missing] {}
3122     child [missing] {}
3123     child [missing] {}
3124     child [missing] {}
3125     child [missing] {}
3126     child [missing] {}
3127     child [missing] {}
3128     child [missing] {}
3129     child [missing] {}
3130     child [missing] {}
3131     child { node {\type{\{ IPackageFragmentRoot \}*}}}
3132     ;
3133   \end{tikzpicture}
3134   \caption{The Java model of \name{Eclipse}. ``\type{\{ SomeElement \}*}'' means 
3135   ``\type{SomeElement} zero or more times``. For recursive structures, 
3136   ``\type{\ldots}'' is used.}
3137   \label{fig:javaModel}
3138 \end{figure}
3139
3140 \section{The abstract syntax tree}
3141 \name{Eclipse} is following the common paradigm of using an abstract syntax tree for 
3142 source code analysis and manipulation.
3143
3144 When parsing program source code into something that can be used as a foundation 
3145 for analysis, the start of the process follows the same steps as in a compiler.  
3146 This is all natural, because the way a compiler analyzes code is no different 
3147 from how source manipulation programs would do it, except for some properties of 
3148 code that is analyzed in the parser, and that they may be differing in what 
3149 kinds of properties they analyze.  Thus the process of translation source code 
3150 into a structure that is suitable for analyzing, can be seen as a kind of 
3151 interrupted compilation process \see{fig:interruptedCompilationProcess}.
3152
3153 \begin{figure}[h]
3154   \centering
3155   \tikzset{
3156     base/.style={anchor=north, align=center, rectangle, minimum height=1.4cm},
3157     basewithshadow/.style={base, drop shadow, fill=white},
3158     outlined/.style={basewithshadow, draw, rounded corners, minimum 
3159     width=0.4cm},
3160     primary/.style={outlined, font=\bfseries},
3161     dashedbox/.style={outlined, dashed},
3162     arrowpath/.style={black, align=center, font=\small},
3163     processarrow/.style={arrowpath, ->, >=angle 90, shorten >=1pt},
3164   }
3165   \begin{tikzpicture}[node distance=1.3cm and 3cm, scale=1, every 
3166     node/.style={transform shape}]
3167     \node[base](AuxNode1){\small source code};
3168     \node[primary, right=of AuxNode1, xshift=-2.5cm](Scanner){Scanner};
3169     \node[primary, right=of Scanner, xshift=0.5cm](Parser){Parser};
3170     \node[dashedbox, below=of Parser](SemanticAnalyzer){Semantic\\Analyzer};
3171     \node[dashedbox, left=of SemanticAnalyzer](SourceCodeOptimizer){Source 
3172     Code\\Optimizer};
3173     \node[dashedbox, below=of SourceCodeOptimizer
3174     ](CodeGenerator){Code\\Generator};
3175     \node[dashedbox, right=of CodeGenerator](TargetCodeOptimizer){Target 
3176     Code\\Optimizer};
3177     \node[base, right=of TargetCodeOptimizer](AuxNode2){};
3178
3179     \draw[processarrow](AuxNode1) -- (Scanner);
3180
3181     \path[arrowpath] (Scanner) -- node [sloped](tokens){tokens}(Parser);
3182     \draw[processarrow](Scanner) -- (tokens) -- (Parser);
3183
3184     \path[arrowpath] (Parser) -- node (syntax){syntax 
3185     tree}(SemanticAnalyzer);
3186     \draw[processarrow](Parser) -- (syntax) -- (SemanticAnalyzer);
3187
3188     \path[arrowpath] (SemanticAnalyzer) -- node 
3189     [sloped](annotated){annotated\\tree}(SourceCodeOptimizer);
3190     \draw[processarrow, dashed](SemanticAnalyzer) -- (annotated) -- 
3191     (SourceCodeOptimizer);
3192
3193     \path[arrowpath] (SourceCodeOptimizer) -- node 
3194     (intermediate){intermediate code}(CodeGenerator);
3195     \draw[processarrow, dashed](SourceCodeOptimizer) -- (intermediate) --
3196     (CodeGenerator);
3197
3198     \path[arrowpath] (CodeGenerator) -- node [sloped](target1){target 
3199     code}(TargetCodeOptimizer);
3200     \draw[processarrow, dashed](CodeGenerator) -- (target1) --
3201     (TargetCodeOptimizer);
3202
3203     \path[arrowpath](TargetCodeOptimizer) -- node [sloped](target2){target 
3204     code}(AuxNode2);
3205     \draw[processarrow, dashed](TargetCodeOptimizer) -- (target2) (AuxNode2);
3206   \end{tikzpicture}
3207   \caption{Interrupted compilation process. {\footnotesize (Full compilation 
3208     process borrowed from \emph{Compiler construction: principles and practice} 
3209     by Kenneth C.  Louden\citing{louden1997}.)}}
3210   \label{fig:interruptedCompilationProcess}
3211 \end{figure}
3212
3213 The process starts with a \emph{scanner}, or lexer. The job of the scanner is to 
3214 read the source code and divide it into tokens for the parser. Therefore, it is 
3215 also sometimes called a tokenizer. A token is a logical unit, defined in the 
3216 language specification, consisting of one or more consecutive characters.  In 
3217 the Java language the tokens can for instance be the \var{this} keyword, a curly 
3218 bracket \var{\{} or a \var{nameToken}. It is recognized by the scanner on the 
3219 basis of something equivalent of a regular expression. This part of the process 
3220 is often implemented with the use of a finite automata. In fact, it is common to 
3221 specify the tokens in regular expressions, which in turn are translated into a 
3222 finite automata lexer. This process can be automated.
3223
3224 The program component used to translate a stream of tokens into something 
3225 meaningful, is called a parser. A parser is fed tokens from the scanner and 
3226 performs an analysis of the structure of a program. It verifies that the syntax 
3227 is correct according to the grammar rules of a language, that are usually 
3228 specified in a context-free grammar, and often in a variant of the 
3229 \name{Backus--Naur 
3230 Form}\footnote{\url{https://en.wikipedia.org/wiki/Backus-Naur\_Form}}.  The 
3231 result coming from the parser is in the form of an \emph{Abstract Syntax Tree}, 
3232 AST for short. It is called \emph{abstract}, because the structure does not 
3233 contain all of the tokens produced by the scanner. It only contains logical 
3234 constructs, and because it forms a tree, all kinds of parentheses and brackets 
3235 are implicit in the structure. It is this AST that is used when performing the 
3236 semantic analysis of the code.
3237
3238 As an example we can think of the expression \code{(5 + 7) * 2}. The root of 
3239 this tree would in \name{Eclipse} be an \type{InfixExpression} with the operator
3240 \var{TIMES}, and a left operand, which is also an \type{InfixExpression} with 
3241 the operator \var{PLUS}. The left operand \type{InfixExpression}, has in turn a 
3242 left operand of type \type{NumberLiteral} with the value \var{``5''} and a right 
3243 operand \type{NumberLiteral} with the value \var{``7''}.  The root will have a 
3244 right operand of type \type{NumberLiteral} and value \var{``2''}. The AST for 
3245 this expression is illustrated in \myref{fig:astInfixExpression}.
3246
3247 Contrary to the Java Model, an abstract syntax tree is a heavy-weight 
3248 representation of source code. It contains information about properties like 
3249 type bindings for variables and variable bindings for names. 
3250
3251
3252 \begin{figure}[h]
3253   \centering
3254   \begin{tikzpicture}[scale=0.8]
3255   \tikzset{level distance=40pt}
3256   \tikzset{sibling distance=5pt}
3257   \tikzstyle{thescale}=[scale=0.8]
3258   \tikzset{every tree node/.style={align=center}}
3259   \tikzset{edge from parent/.append style={thick}}
3260   \tikzstyle{inode}=[rectangle,rounded corners,draw,fill=lightgray,drop 
3261   shadow,align=center]
3262   \tikzset{every internal node/.style={inode}}
3263   \tikzset{every leaf node/.style={draw=none,fill=none}}
3264
3265   \Tree [.\type{InfixExpression} [.\type{InfixExpression}
3266     [.\type{NumberLiteral} \var{``5''} ]  [.\type{Operator} \var{PLUS} ] 
3267     [.\type{NumberLiteral} \var{``7''} ] ]
3268   [.\type{Operator} \var{TIMES} ]
3269     [.\type{NumberLiteral} \var{``2''} ] 
3270   ]
3271   \end{tikzpicture}
3272   \caption{The abstract syntax tree for the expression \code{(5 + 7) * 2}.}
3273   \label{fig:astInfixExpression}
3274 \end{figure}
3275
3276 \subsection{The AST in Eclipse}\label{astEclipse}
3277 In \name{Eclipse}, every node in the AST is a child of the abstract superclass 
3278 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{ASTNode}. Every \type{ASTNode}, among a 
3279 lot of other things, provides information about its position and length in the 
3280 source code, as well as a reference to its parent and to the root of the tree.
3281
3282 The root of the AST is always of type \type{CompilationUnit}. It is not the same 
3283 as an instance of an \type{ICompilationUnit}, which is the compilation unit 
3284 handle of the Java model. The children of a \type{CompilationUnit} is an 
3285 optional \type{PackageDeclaration}, zero or more nodes of type 
3286 \type{ImportDecaration} and all its top-level type declarations that has node 
3287 types \type{AbstractTypeDeclaration}.
3288
3289 An \type{AbstractType\-Declaration} can be one of the types 
3290 \type{AnnotationType\-Declaration}, \type{Enum\-Declaration} or 
3291 \type{Type\-Declaration}. The children of an \type{AbstractType\-Declaration} 
3292 must be a subtype of a \type{BodyDeclaration}. These subtypes are: 
3293 \type{AnnotationTypeMember\-Declaration}, \type{EnumConstant\-Declaration}, 
3294 \type{Field\-Declaration}, \type{Initializer} and \type{Method\-Declaration}.
3295
3296 Of the body declarations, the \type{Method\-Declaration} is the most interesting 
3297 one. Its children include lists of modifiers, type parameters, parameters and 
3298 exceptions. It has a return type node and a body node. The body, if present, is 
3299 of type \type{Block}. A \type{Block} is itself a \type{Statement}, and its 
3300 children is a list of \type{Statement} nodes.
3301
3302 There are too many types of the abstract type \type{Statement} to list up, but 
3303 there exists a subtype of \type{Statement} for every statement type of Java, as 
3304 one would expect. This also applies to the abstract type \type{Expression}.  
3305 However, the expression \type{Name} is a little special, since it is both used 
3306 as an operand in compound expressions, as well as for names in type declarations 
3307 and such.
3308
3309 There is an overview of some of the structure of an \name{Eclipse} AST in 
3310 \myref{fig:astEclipse}.
3311
3312 \begin{figure}[h]
3313   \centering
3314   \begin{tikzpicture}[scale=0.8]
3315   \tikzset{level distance=50pt}
3316   \tikzset{sibling distance=5pt}
3317   \tikzstyle{thescale}=[scale=0.8]
3318   \tikzset{every tree node/.style={align=center}}
3319   \tikzset{edge from parent/.append style={thick}}
3320   \tikzstyle{inode}=[rectangle,rounded corners,draw,fill=lightgray,drop 
3321   shadow,align=center]
3322   \tikzset{every internal node/.style={inode}}
3323   \tikzset{every leaf node/.style={draw=none,fill=none}}
3324
3325   \Tree [.\type{CompilationUnit} [.\type{[ PackageDeclaration ]} [.\type{Name} ] 
3326   [.\type{\{ Annotation \}*} ] ]
3327   [.\type{\{ ImportDeclaration \}*} [.\type{Name} ] ]
3328     [.\type{\{ AbstractTypeDeclaration \}+} [.\node(site){\type{\{ 
3329     BodyDeclaration \}*}}; ] [.\type{SimpleName} ] ]
3330   ]
3331   \begin{scope}[shift={(0.5,-6)}]
3332     \node[inode,thescale](root){\type{MethodDeclaration}};
3333     \node[inode,thescale](modifiers) at (4.5,-5){\type{\{ IExtendedModifier \}*} 
3334     \\ {\footnotesize (Of type \type{Modifier} or \type{Annotation})}};
3335     \node[inode,thescale](typeParameters) at (-6,-3.5){\type{\{ TypeParameter 
3336     \}*}};
3337     \node[inode,thescale](parameters) at (-5,-5){\type{\{ 
3338     SingleVariableDeclaration \}*} \\ {\footnotesize (Parameters)}};
3339     \node[inode,thescale](exceptions) at (5,-3){\type{\{ Name \}*} \\ 
3340     {\footnotesize (Exceptions)}};
3341     \node[inode,thescale](return) at (-6.5,-2){\type{Type} \\ {\footnotesize 
3342     (Return type)}};
3343     \begin{scope}[shift={(0,-5)}]
3344       \Tree [.\node(body){\type{[ Block ]} \\ {\footnotesize (Body)}};
3345       [.\type{\{ Statement \}*} [.\type{\{ Expression \}*} ]
3346         [.\type{\{ Statement \}*} [.\type{\ldots} ]]
3347       ]
3348       ]
3349     \end{scope}
3350   \end{scope}
3351   \draw[->,>=triangle 90,shorten >=1pt](root.east)..controls +(east:2) and 
3352   +(south:1)..(site.south);
3353
3354   \draw (root.south) -- (modifiers);
3355   \draw (root.south) -- (typeParameters);
3356   \draw (root.south) -- ($ (parameters.north) + (2,0) $);
3357   \draw (root.south) -- (exceptions);
3358   \draw (root.south) -- (return);
3359   \draw (root.south) -- (body);
3360
3361   \end{tikzpicture}
3362   \caption{The format of the abstract syntax tree in \name{Eclipse}.}
3363   \label{fig:astEclipse}
3364 \end{figure}
3365
3366 \section{The ASTVisitor}\label{astVisitor}
3367 So far, the only thing that has been addressed is how the data that is going to 
3368 be the basis for our analysis is structured. Another aspect of it is how we are 
3369 going to traverse the AST to gather the information we need, so we can conclude 
3370 about the properties we are analyzing. It is of course possible to start at the 
3371 top of the tree, and manually search through its nodes for the ones we are 
3372 looking for, but that is a bit inconvenient. To be able to efficiently utilize 
3373 such an approach, we would need to make our own framework for traversing the 
3374 tree and visiting only the types of nodes we are after. Luckily, this 
3375 functionality is already provided in \name{Eclipse}, by its 
3376 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{ASTVisitor}.
3377
3378 The \name{Eclipse} AST, together with its \type{ASTVisitor}, follows the 
3379 \pattern{Visitor} pattern\citing{designPatterns}. The intent of this design 
3380 pattern is to facilitate extending the functionality of classes without touching 
3381 the classes themselves.
3382
3383 Let us say that there is a class hierarchy of elements. These elements all have 
3384 a method \method{accept(Visitor visitor)}. In its simplest form, the 
3385 \method{accept} method just calls the \method{visit} method of the visitor with 
3386 itself as an argument, like this: \code{visitor.visit(this)}.  For the visitors 
3387 to be able to extend the functionality of all the classes in the elements 
3388 hierarchy, each \type{Visitor} must have one visit method for each concrete 
3389 class in the hierarchy. Say the hierarchy consists of the concrete classes 
3390 \type{ConcreteElementA} and \type{ConcreteElementB}. Then each visitor must have 
3391 the (possibly empty) methods \method{visit(ConcreteElementA element)} and 
3392 \method{visit(ConcreteElementB element)}. This scenario is depicted in 
3393 \myref{fig:visitorPattern}.
3394
3395 \begin{figure}[h]
3396   \centering
3397   \tikzstyle{abstract}=[rectangle, draw=black, fill=white, drop shadow, text 
3398   centered, anchor=north, text=black, text width=6cm, every one node 
3399 part/.style={align=center, font=\bfseries\itshape}]
3400   \tikzstyle{concrete}=[rectangle, draw=black, fill=white, drop shadow, text 
3401   centered, anchor=north, text=black, text width=6cm]
3402   \tikzstyle{inheritarrow}=[->, >=open triangle 90, thick]
3403   \tikzstyle{commentarrow}=[->, >=angle 90, dashed]
3404   \tikzstyle{line}=[-, thick]
3405   \tikzset{every one node part/.style={align=center, font=\bfseries}}
3406   \tikzset{every second node part/.style={align=center, font=\ttfamily}}
3407         
3408   \begin{tikzpicture}[node distance=1cm, scale=0.8, every node/.style={transform 
3409     shape}]
3410     \node (Element) [abstract, rectangle split, rectangle split parts=2]
3411         {
3412           \nodepart{one}{Element}
3413           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3414         };
3415     \node (AuxNode01) [text width=0, minimum height=2cm, below=of Element] {};
3416     \node (ConcreteElementA) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3417     parts=2, left=of AuxNode01]
3418         {
3419           \nodepart{one}{ConcreteElementA}
3420           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3421         };
3422     \node (ConcreteElementB) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3423     parts=2, right=of AuxNode01]
3424         {
3425           \nodepart{one}{ConcreteElementB}
3426           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3427         };
3428
3429     \node[comment, below=of ConcreteElementA] (CommentA) {visitor.visit(this)};
3430
3431     \node[comment, below=of ConcreteElementB] (CommentB) {visitor.visit(this)};
3432
3433     \node (AuxNodeX) [text width=0, minimum height=1cm, below=of AuxNode01] {};
3434
3435     \node (Visitor) [abstract, rectangle split, rectangle split parts=2, 
3436     below=of AuxNodeX]
3437         {
3438           \nodepart{one}{Visitor}
3439           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3440         };
3441     \node (AuxNode02) [text width=0, minimum height=2cm, below=of Visitor] {};
3442     \node (ConcreteVisitor1) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3443     parts=2, left=of AuxNode02]
3444         {
3445           \nodepart{one}{ConcreteVisitor1}
3446           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3447         };
3448     \node (ConcreteVisitor2) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3449     parts=2, right=of AuxNode02]
3450         {
3451           \nodepart{one}{ConcreteVisitor2}
3452           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3453         };
3454
3455     
3456     \draw[inheritarrow] (ConcreteElementA.north) -- ++(0,0.7) -| 
3457     (Element.south);
3458     \draw[line] (ConcreteElementA.north) -- ++(0,0.7) -| 
3459     (ConcreteElementB.north);
3460
3461     \draw[inheritarrow] (ConcreteVisitor1.north) -- ++(0,0.7) -| 
3462     (Visitor.south);
3463     \draw[line] (ConcreteVisitor1.north) -- ++(0,0.7) -| 
3464     (ConcreteVisitor2.north);
3465
3466     \draw[commentarrow] (CommentA.north) -- (ConcreteElementA.south);
3467     \draw[commentarrow] (CommentB.north) -- (ConcreteElementB.south);
3468
3469     
3470   \end{tikzpicture}
3471   \caption{The Visitor Pattern.}
3472   \label{fig:visitorPattern}
3473 \end{figure}
3474
3475 The use of the visitor pattern can be appropriate when the hierarchy of elements 
3476 is mostly stable, but the family of operations over its elements is constantly 
3477 growing. This is clearly the case for the \name{Eclipse} AST, since the 
3478 hierarchy for the type \type{ASTNode} is very stable, but the functionality of 
3479 its elements is extended every time someone need to operate on the AST. Another 
3480 aspect of the \name{Eclipse} implementation is that it is a public API, and the 
3481 visitor pattern is an easy way to provide access to the nodes in the tree.
3482
3483 The version of the visitor pattern implemented for the AST nodes in \name{Eclipse} also 
3484 provides an elegant way to traverse the tree. It does so by following the 
3485 convention that every node in the tree first let the visitor visit itself, 
3486 before it also makes all its children accept the visitor. The children are only 
3487 visited if the visit method of their parent returns \var{true}. This pattern 
3488 then makes for a prefix traversal of the AST. If postfix traversal is desired, 
3489 the visitors also have \method{endVisit} methods for each node type, which is 
3490 called after the \method{visit} method for a node. In addition to these visit 
3491 methods, there are also the methods \method{preVisit(ASTNode)}, 
3492 \method{postVisit(ASTNode)} and \method{preVisit2(ASTNode)}. The 
3493 \method{preVisit} method is called before the type-specific \method{visit} 
3494 method. The \method{postVisit} method is called after the type-specific 
3495 \method{endVisit}. The type specific \method{visit} is only called if 
3496 \method{preVisit2} returns \var{true}. Overriding the \method{preVisit2} is also 
3497 altering the behavior of \method{preVisit}, since the default implementation is 
3498 responsible for calling it.
3499
3500 An example of a trivial \type{ASTVisitor} is shown in 
3501 \myref{lst:astVisitorExample}.
3502
3503 \begin{listing}
3504 \begin{minted}{java}
3505 public class CollectNamesVisitor extends ASTVisitor {
3506     Collection<Name> names = new LinkedList<Name>();
3507
3508     @Override
3509     public boolean visit(QualifiedName node) {
3510       names.add(node);
3511       return false;
3512     }
3513
3514     @Override
3515     public boolean visit(SimpleName node) {
3516         names.add(node);
3517         return true;
3518     }
3519
3520 \end{minted}
3521 \caption{An \type{ASTVisitor} that visits all the names in a subtree and adds 
3522 them to a collection, except those names that are children of any 
3523 \type{QualifiedName}.}
3524 \label{lst:astVisitorExample}
3525 \end{listing}
3526
3527 \section{Property collectors}\label{propertyCollectors}
3528 The prefixes and unfixes are found by property 
3529 collectors\typeref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors.PropertyCollector}.  
3530 A property collector is of the \type{ASTVisitor} type, and thus visits nodes of 
3531 type \type{ASTNode} of the abstract syntax tree \see{astVisitor}.
3532
3533 \subsection{The PrefixesCollector}
3534 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{PrefixesCollector} 
3535 finds prefixes that makes up the basis for calculating move targets for the 
3536 \refa{Extract and Move Method} refactoring. It visits expression 
3537 statements\typeref{org.eclipse.jdt.core.dom.ExpressionStatement} and creates 
3538 prefixes from its expressions in the case of method invocations. The prefixes 
3539 found are registered with a prefix set, together with all its sub-prefixes.
3540
3541 \subsection{The UnfixesCollector}\label{unfixes}
3542 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{UnfixesCollector} 
3543 finds unfixes within a selection.
3544 \todoin{Give more technical detail?}
3545
3546 \section{Checkers}\label{checkers}
3547 The checkers are a range of classes that checks that text selections comply
3548 with certain criteria. All checkers operates under the assumption that the code 
3549 they check is free from compilation errors. If a 
3550 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{Checker} fails, it throws a 
3551 \type{CheckerException}. The checkers are managed by the 
3552 \type{LegalStatementsChecker}, which does not, in fact, implement the 
3553 \type{Checker} interface. It does, however, run all the checkers registered with 
3554 it, and reports that all statements are considered legal if no 
3555 \type{CheckerException} is thrown. Many of the checkers either extends the 
3556 \type{PropertyCollector} or utilizes one or more property collectors to verify 
3557 some criteria. The checkers registered with the \type{LegalStatementsChecker} 
3558 are described next. They are run in the order presented below.
3559
3560 \subsection{The CallToProtectedOrPackagePrivateMethodChecker}
3561 This checker is used to check that at selection does not contain a call to a 
3562 method that is protected or package-private. Such a method either has the access 
3563 modifier \code{protected} or it has no access modifier.
3564
3565 The workings of the \type{CallToProtectedOrPackagePrivateMethod\-Checker} is
3566 very simple. It looks for calls to methods that are either protected or 
3567 package-private within the selection, and throws an 
3568 \type{IllegalExpressionFoundException} if one is found.
3569
3570 \subsection{The DoubleClassInstanceCreationChecker}
3571 The \type{DoubleClassInstanceCreationChecker} checks that there are no double 
3572 class instance creations where the inner constructor call takes an argument that 
3573 is built up using field references.
3574
3575 The checker visits all nodes of type \type{ClassInstanceCreation} within a 
3576 selection. For all of these nodes, if its parent also is a class instance 
3577 creation, it accepts a visitor that throws a 
3578 \type{IllegalExpressionFoundException} if it encounters a name that is a field 
3579 reference.
3580
3581 \subsection{The InstantiationOfNonStaticInnerClassChecker}
3582 The \type{InstantiationOfNonStaticInnerClassChecker} checks that selections
3583 do not contain instantiations of non-static inner classes. The 
3584 \type{MoveInstanceMethodProcessor} in \name{Eclipse} does not handle such 
3585 instantiations gracefully when moving a method. This problem is also related to 
3586 bug\ldots \todoin{File Eclipse bug report}
3587
3588 \subsection{The EnclosingInstanceReferenceChecker}
3589 The purpose of this checker is to verify that the names in a text selection are 
3590 not referencing any enclosing instances. In theory, the underlying problem could 
3591 be solved in some situations, but our dependency on the 
3592 \type{MoveInstanceMethodProcessor} prevents this.
3593
3594 The 
3595 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{EnclosingInstanceReferenceChecker} 
3596 is a modified version of the 
3597 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure.MoveInstanceMethod\-Processor}{EnclosingInstanceReferenceFinder} 
3598 from the \type{MoveInstanceMethodProcessor}. Wherever the 
3599 \type{EnclosingInstanceReferenceFinder} would create a fatal error status, the
3600 checker will throw a \type{CheckerException}.
3601
3602 The checker works by first finding all of the enclosing types of a selection.  
3603 Thereafter, it visits all the simple names of the selection to check that they 
3604 are not references to variables or methods declared in any of the enclosing 
3605 types. In addition, the checker visits \var{this}-expressions to verify that no 
3606 such expressions are qualified with any name.
3607
3608 \subsection{The ReturnStatementsChecker}\label{returnStatementsChecker}
3609 The checker for return statements is meant to verify that a text selection is 
3610 consistent regarding return statements.
3611
3612 If the selection is free from return statements, then the checker validates.  So 
3613 this is the first thing the checker investigates.
3614
3615 If the checker proceeds any further, it is because the selection contains one 
3616 or more return statements. The next test is therefore to check if the last 
3617 statement of the selection ends in either a return or a throw statement. The 
3618 responsibility for checking that the last statement of the selection eventually 
3619 ends in a return or throw statement, is put on the 
3620 \type{LastStatementOfSelectionEndsInReturnOrThrowChecker}. For every node 
3621 visited, if the node is a statement, it does a test to see if the statement is a 
3622 return, a throw or if it is an implicit return statement. If this is the case, 
3623 no further checking is done. This checking is done in the \code{preVisit2} 
3624 method \see{astVisitor}. If the node is not of a type that is being handled by 
3625 its type-specific visit method, the checker performs a simple test. If the node 
3626 being visited is not the last statement of its parent that is also enclosed by 
3627 the selection, an \type{IllegalStatementFoundException} is thrown. This ensures 
3628 that all statements are taken care of, one way or the other. It also ensures 
3629 that the checker is conservative in the way it checks for legality of the 
3630 selection.
3631
3632 To examine if a statement is an implicit return statement, the checker first 
3633 finds the last statement declared in its enclosing method. If this statement is 
3634 the same as the one under investigation, it is considered an implicit return 
3635 statement. If the statements are not the same, the checker does a search to see 
3636 if the statement examined is also the last statement of the method that can be 
3637 reached. This includes the last statement of a block statement, a labeled 
3638 statement, a synchronized statement or a try statement, that in turn is the last 
3639 statement enclosed by one of the statement types listed. This search goes 
3640 through all the parents of a statement until a statement is found that is not 
3641 one of the mentioned acceptable parent statements. If the search ends in a 
3642 method declaration, then the statement is considered to be the last reachable 
3643 statement of the method, and thus it is an implicit return statement.
3644
3645 There are two kinds of statements that are handled explicitly: If-statements and 
3646 try-statements. Block, labeled and do-statements are handled by fall-through to 
3647 the other two.
3648
3649 If-statements are handled explicitly by overriding their type-specific visit 
3650 method. If the then-part does not contain any return or throw statements an 
3651 \type{IllegalStatementFoundException} is thrown. If it does contain a return or 
3652 throw, its else-part is checked. If the else-part is non-existent, or it does 
3653 not contain any return or throw statements an exception is thrown. If no 
3654 exception is thrown while visiting the if-statement, its children are visited.
3655
3656 A try-statement is checked very similar to an if-statement. Its body must 
3657 contain a return or throw. The same applies to its catch clauses and finally 
3658 body. Failure to validate produces an \type{IllegalStatementFoundException}.
3659
3660 If the checker does not complain at any point, the selection is considered valid 
3661 with respect to return statements.
3662
3663 \subsection{The AmbiguousReturnValueChecker}
3664 This checker verifies that there are no ambiguous return values in a selection.
3665
3666 First, the checker needs to collect some data. Those data are the binding keys 
3667 for all simple names that are assigned to within the selection, including 
3668 variable declarations, but excluding fields. The checker also finds out whether 
3669 a return statement is found in the selection or not. No further checks of return 
3670 statements are needed, since, at this point, the selection is already checked 
3671 for illegal return statements \see{returnStatementsChecker}.
3672
3673 After the binding keys of the assignees are collected, the checker searches the 
3674 part of the enclosing method that is after the selection for references whose 
3675 binding keys are among the collected keys. If more than one unique referral is 
3676 found, or only one referral is found, but the selection also contains a return 
3677 statement, we have a situation with an ambiguous return value, and an exception 
3678 is thrown.
3679
3680 %\todoin{Explain why we do not need to consider variables assigned inside 
3681 %local/anonymous classes. (The referenced variables need to be final and so 
3682 %on\ldots)}
3683
3684 \subsection{The IllegalStatementsChecker}
3685 This checker is designed to check for illegal statements.
3686
3687 Notice that labels in break and continue statements need some special treatment. 
3688 Since a label does not have any binding information, we have to search upwards 
3689 in the AST to find the \type{LabeledStatement} that corresponds to the label 
3690 from the break or continue statement, and check that it is contained in the 
3691 selection. If the break or continue statement does not have a label attached to 
3692 it, it is checked that its innermost enclosing loop or switch statement (break 
3693 statements only) also is contained in the selection.
3694
3695 \chapter{Technicalities}
3696
3697 \section{Source code organization}
3698 All the parts of this master's project are under version control with 
3699 \name{Git}\footnote{\url{http://git-scm.com/}}.
3700
3701 The software written is organized as some \name{Eclipse} plugins. Writing a plugin is 
3702 the natural way to utilize the API of \name{Eclipse}. This also makes it possible to 
3703 provide a user interface to manually run operations on selections in program 
3704 source code or whole projects/packages.
3705
3706 When writing a plugin in \name{Eclipse}, one has access to resources such as the 
3707 current workspace, the open editor and the current selection.
3708
3709 The thesis work is contained in the following Eclipse projects:
3710
3711 \begin{description}
3712   \item[no.uio.ifi.refaktor] \hfill \\ This is the main Eclipse plugin 
3713     project, and contains all of the business logic for the plugin.
3714
3715   \item[no.uio.ifi.refaktor.tests] \hfill \\
3716     This project contains the tests for the main plugin.
3717
3718   \item[no.uio.ifi.refaktor.examples] \hfill \\
3719     Contains example code used in testing. It also contains code for managing 
3720     this example code, such as creating an Eclipse project from it before a test 
3721     run.
3722
3723   \item[no.uio.ifi.refaktor.benchmark] \hfill \\
3724     This project contains code for running search based versions of the 
3725     composite refactoring over selected Eclipse projects.
3726
3727   \item[no.uio.ifi.refaktor.releng] \hfill \\
3728     Contains the rmap, queries and target definitions needed by Buckminster on 
3729     the Jenkins continuous integration server.
3730
3731 \end{description}
3732
3733 \subsection{The no.uio.ifi.refaktor project}
3734
3735 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.analyze}
3736 This package, and its sub-packages, contains code that is used for analyzing 
3737 Java source code. The most important sub-packages are presented below.
3738
3739 \begin{description}
3740   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers] \hfill \\
3741     This package contains source code analyzers. These are usually responsible 
3742     for analyzing text selections or running specialized analyzers for different 
3743     kinds of entities.  Their structures are often hierarchical. This means that 
3744     you have an analyzer for text selections, that in turn is utilized by an 
3745     analyzer that analyzes all the selections of a method. Then there are 
3746     analyzers for analyzing all the methods of a type, all the types of a 
3747     compilation unit, all the compilation units of a package, and, at last, all 
3748     of the packages in a project.
3749
3750   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.checkers] \hfill \\
3751     A package containing checkers.  The checkers are classes used to validate 
3752     that a selection can be further analyzed and chosen as a candidate for a 
3753     refactoring. Invalidating properties can be such as usage of inner classes 
3754     or the need for multiple return values.  
3755
3756   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors] \hfill \\
3757     This package contains the property collectors. Collectors are used to gather 
3758     properties from a text selection.  This is mostly properties regarding 
3759     referenced names and their occurrences. It is these properties that make up 
3760     the basis for finding the best candidates for a refactoring.
3761 \end{description}
3762
3763 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.change}
3764 This package, and its sub-packages, contains functionality for manipulate source 
3765 code.
3766
3767 \begin{description}
3768   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.changers] \hfill \\
3769     This package contains source code changers. They are used to glue together 
3770     the analysis of source code and the actual execution of the changes.
3771
3772   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.executors] \hfill \\
3773     The executors that are responsible for making concrete changes are found in 
3774     this package. They are mostly used to create and execute one or more Eclipse 
3775     refactorings.
3776
3777   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.processors] \hfill \\
3778     Contains a refactoring processor for the \MoveMethod refactoring. The code 
3779     is stolen and modified to fix a bug. The related bug is described in
3780     \myref{eclipse_bug_429416}.
3781
3782 \end{description}
3783
3784 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.handlers}
3785 This package contains handlers for the commands defined in the plugin manifest. 
3786
3787 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.prefix}
3788 This package contains the \type{Prefix} type that is the data representation of 
3789 the prefixes found by the \type{PrefixesCollector}. It also contains the prefix 
3790 set for storing and working with prefixes.
3791
3792 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.statistics}
3793 The package contains statistics functionality. Its heart is the statistics 
3794 aspect that is responsible for gathering statistics during the execution of the 
3795 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
3796
3797 \begin{description}
3798   \item[no.uio.ifi.refaktor.statistics.reports] \hfill \\
3799     This package contains a simple framework for generating reports from the 
3800     statistics data generated by the aspect. Currently, the only available 
3801     report type is a simple text report.
3802
3803 \end{description}
3804
3805
3806 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.textselection}
3807 This package contains the two custom text selections that are used extensively 
3808 throughout the project. One of them is just a subclass of the other, to support 
3809 the use of the memento pattern to optimize the memory usage during benchmarking.
3810
3811 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.debugging}
3812 The package contains a debug utility class. I addition to this, the package 
3813 \code{no.uio.ifi.refaktor.utils.aspects} contains a couple of aspects used for 
3814 debugging purposes. 
3815
3816 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.utils}
3817 Utility package that contains all the functionality that has to do with parsing 
3818 of source code. It also has utility classes for looking up handles to methods 
3819 and types et cetera.
3820
3821 \begin{description}
3822   \item[no.uio.ifi.refaktor.utils.caching] \hfill \\
3823     This package contains the caching manager for compilation units, along with 
3824     classes for different caching strategies.
3825
3826   \item[no.uio.ifi.refaktor.utils.nullobjects] \hfill \\
3827     Contains classes for creating different null objects. Most of the classes 
3828     are used to represent null objects of different handle types. These null 
3829     objects are returned from various utility classes instead of returning a 
3830     \var{null} value when other values are not available.
3831
3832 \end{description}
3833
3834 \section{Continuous integration}
3835 The continuous integration server 
3836 \name{Jenkins}\footnote{\url{http://jenkins-ci.org/}} has been set up for the 
3837 project\footnote{A work mostly done by the supervisor.}. It is used as a way to 
3838 run tests and perform code coverage analysis. 
3839
3840 To be able to build the \name{Eclipse} plugins and run tests for them with Jenkins, the 
3841 component assembly project 
3842 \name{Buckminster}\footnote{\url{http://www.eclipse.org/buckminster/}} is used, 
3843 through its plugin for Jenkins. Buckminster provides for a way to specify the 
3844 resources needed for building a project and where and how to find them.  
3845 Buckminster also handles the setup of a target environment to run the tests in.  
3846 All this is needed because the code to build depends on an \name{Eclipse} 
3847 installation with various plugins.
3848
3849 \subsection{Problems with AspectJ}
3850 The Buckminster build worked fine until introducing AspectJ into the project.  
3851 When building projects using AspectJ, there are some additional steps that need
3852 to be performed. First of all, the aspects themselves must be compiled. Then the 
3853 aspects need to be woven with the classes they affect. This demands a process 
3854 that does multiple passes over the source code.
3855
3856 When using AspectJ with \name{Eclipse}, the specialized compilation and the 
3857 weaving can be handled by the \name{AspectJ Development 
3858 Tools}\footnote{\url{https://www.eclipse.org/ajdt/}}. This works all fine, but 
3859 it complicates things when trying to build a project depending on \name{Eclipse} 
3860 plugins outside of \name{Eclipse}. There is supposed to be a way to specify a 
3861 compiler adapter for javac, together with the file extensions for the file types 
3862 it shall operate. The AspectJ compiler adapter is called 
3863 \typewithref{org.aspectj.tools.ant.taskdefs}{Ajc11CompilerAdapter}, and it works 
3864 with files that has the extensions \code{*.java} and \code{*.aj}. I tried to 
3865 setup this in the build properties file for the project containing the aspects, 
3866 but to no avail. The project containing the aspects does not seem to be built at 
3867 all, and the projects that depend on it complain that they cannot find certain 
3868 classes.
3869
3870 I then managed to write an \name{Ant}\footnote{\url{https://ant.apache.org/}} 
3871 build file that utilizes the AspectJ compiler adapter, for the 
3872 \code{no.uio.ifi.refaktor} plugin. The problem was then that it could no longer 
3873 take advantage of the environment set up by Buckminster. The solution to this 
3874 particular problem was of a ``hacky'' nature. It involves exporting the plugin 
3875 dependencies for the project to an Ant build file, and copy the exported path 
3876 into the existing build script. But then the Ant script needs to know where the 
3877 local \name{Eclipse} installation is located. This is no problem when building 
3878 on a local machine, but to utilize the setup done by Buckminster is a problem 
3879 still unsolved. To get the classpath for the build setup correctly, and here 
3880 comes the most ``hacky'' part of the solution, the Ant script has a target for 
3881 copying the classpath elements into a directory relative to the project 
3882 directory and checking it into Git. When no \code{ECLIPSE\_HOME} property is set 
3883 while running Ant, the script uses the copied plugins instead of the ones 
3884 provided by the \name{Eclipse} installation when building the project. This 
3885 obviously creates some problems with maintaining the list of dependencies in the 
3886 Ant file, as well as remembering to copy the plugins every time the list of 
3887 dependencies changes.
3888
3889 The Ant script described above is run by Jenkins before the Buckminster setup 
3890 and build. When setup like this, the Buckminster build succeeds for the projects 
3891 not using AspectJ, and the tests are run as normal. This is all good, but it 
3892 feels a little scary, since the reason for Buckminster not working with AspectJ 
3893 is still unknown.
3894
3895 The problems with building with AspectJ on the Jenkins server lasted for a 
3896 while, before they were solved. This is reflected in the ``Test Result Trend'' 
3897 and ``Code Coverage Trend'' reported by Jenkins.
3898
3899 \chapter{Benchmarking}\label{sec:benchmarking}
3900 This part of the master's project is located in the \name{Eclipse} project 
3901 \code{no.uio.ifi.refaktor.benchmark}. The purpose of it is to run the equivalent 
3902 of the \type{SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger} 
3903 \see{searchBasedExtractAndMoveMethodChanger} over a larger software project, 
3904 both to test its robustness but also its effect on different software metrics.
3905
3906 \section{The benchmark setup}
3907 The benchmark itself is set up as a \name{JUnit} test case. This is a convenient 
3908 setup, and utilizes the \name{JUnit Plugin Test Launcher}. This provides us with 
3909 a fully functional \name{Eclipse} workbench. Most importantly, this gives us 
3910 access to the Java Model of \name{Eclipse} \see{javaModel}.
3911
3912 \subsection{The ProjectImporter}
3913 The Java project that is going to be used as the data for the benchmark, must be 
3914 imported into the JUnit workspace. This is done by the 
3915 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.benchmark}{ProjectImporter}. The importer 
3916 requires the absolute path to the project description file. This file is named 
3917 \code{.project} and is located at the root of the project directory.
3918
3919 The project description is loaded to find the name of the project to be 
3920 imported. The project that shall be the destination for the import is created in 
3921 the workspace, on the base of the name from the description. Then an import 
3922 operation is created, based on both the source and destination information. The 
3923 import operation is run to perform the import.
3924
3925 I have found no simple API call to accomplish what the importer does, which 
3926 tells me that it may not be too many people performing this particular action.  
3927 The solution to the problem was found on \name{Stack 
3928 Overflow}\footnote{\url{https://stackoverflow.com/questions/12401297}}. It 
3929 contains enough dirty details to be considered inconvenient to use, if not 
3930 wrapping it in a class like my \type{ProjectImporter}. One would probably have 
3931 to delve into the source code for the import wizard to find out how the import 
3932 operation works, if no one had already done it.
3933
3934 \section{Statistics}
3935 Statistics for the analysis and changes is captured by the 
3936 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.aspects}{StatisticsAspect}. This an 
3937 \emph{aspect} written in \name{AspectJ}.
3938
3939 \subsection{AspectJ}
3940 \name{AspectJ}\footnote{\url{http://eclipse.org/aspectj/}} is an extension to 
3941 the Java language, and facilitates combining aspect-oriented programming with 
3942 the object-oriented programming in Java.
3943
3944 Aspect-oriented programming is a programming paradigm that is meant to isolate 
3945 so-called \emph{cross-cutting concerns} into their own modules. These 
3946 cross-cutting concerns are functionalities that span over multiple classes, but 
3947 may not belong naturally in any of them. It can be functionality that does not 
3948 concern the business logic of an application, and thus may be a burden when 
3949 entangled with parts of the source code it does not really belong. Examples 
3950 include logging, debugging, optimization and security.
3951
3952 Aspects are interacting with other modules by defining advices. The concept of 
3953 an \emph{advice} is known from both aspect-oriented and functional 
3954 programming\citing{wikiAdvice2014}. It is a function that modifies another 
3955 function when the latter is run. An advice in AspectJ is somewhat similar to a 
3956 method in Java. It is meant to alter the behavior of other methods, and contains 
3957 a body that is executed when it is applied.
3958
3959 An advice can be applied at a defined \emph{pointcut}. A pointcut picks out one 
3960 or more \emph{join points}. A join point is a well-defined point in the 
3961 execution of a program. It can occur when calling a method defined for a 
3962 particular class, when calling all methods with the same name, 
3963 accessing/assigning to a particular field of a given class and so on. An advice 
3964 can be declared to run both before, after returning from a pointcut, when there 
3965 is thrown an exception in the pointcut or after the pointcut either returns or 
3966 throws an exception.  In addition to picking out join points, a pointcut can 
3967 also bind variables from its context, so they can be accessed in the body of an 
3968 advice. An example of a pointcut and an advice is found in 
3969 \myref{lst:aspectjExample}.
3970
3971 \begin{listing}[h]
3972 \begin{minted}{aspectj}
3973 pointcut methodAnalyze(
3974   SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer analyzer) :
3975     call(* SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer.analyze()) 
3976       && target(analyzer);
3977
3978 after(SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer analyzer) : 
3979     methodAnalyze(analyzer) {
3980   statistics.methodCount++;
3981   debugPrintMethodAnalysisProgress(analyzer.method);
3982 }
3983 \end{minted}
3984 \caption{An example of a pointcut named \method{methodAnalyze}, 
3985 and an advice defined to be applied after it has occurred.}
3986 \label{lst:aspectjExample}
3987 \end{listing}
3988
3989 \subsection{The Statistics class}
3990 The statistics aspect stores statistical information in an object of type 
3991 \type{Statistics}. As of now, the aspect needs to be initialized at the point in 
3992 time where it is desired that it starts its data gathering. At any point in time 
3993 the statistics aspect can be queried for a snapshot of the current statistics.
3994
3995 The \type{Statistics} class also includes functionality for generating a report 
3996 of its gathered statistics. The report can be given either as a string or it can 
3997 be written to a file.
3998
3999 \subsection{Advices}
4000 The statistics aspect contains advices for gathering statistical data from 
4001 different parts of the benchmarking process. It captures statistics from both 
4002 the analysis part and the execution part of the composite \ExtractAndMoveMethod 
4003 refactoring.
4004
4005 For the analysis part, there are advices to count the number of text selections 
4006 analyzed and the number of methods, types, compilation units and packages 
4007 analyzed. There are also advices that counts for how many of the methods there 
4008 are found a selection that is a candidate for the refactoring, and for how many 
4009 methods there are not.
4010
4011 There exist advices for counting both the successful and unsuccessful executions 
4012 of all the refactorings. Both for the \ExtractMethod and \MoveMethod 
4013 refactorings in isolation, as well as for the combination of them.
4014
4015 \section{Optimizations}
4016 When looking for possible optimizations for the benchmarking process, I used the 
4017 \name{VisualVM}\footnote{\url{http://visualvm.java.net/}} \gloss{profiler} for 
4018 the Java Virtual Machine to both profile the application and also to make memory 
4019 dumps of its heap.
4020
4021 \subsection{Caching}
4022 When \gloss{profiling} the benchmark process before making any optimizations, it 
4023 early became apparent that the parsing of source code was a place to direct 
4024 attention towards. This discovery was done when only \emph{analyzing} source 
4025 code, before trying to do any \emph{manipulation} of it. Caching of the parsed 
4026 ASTs seemed like the best way to save some time, as expected. With only a simple 
4027 cache of the most recently used AST, the analysis time was speeded up by a 
4028 factor of around 20. This number depends a little upon which type of system the 
4029 analysis is run.
4030
4031 The caching is managed by a cache manager, that now, by default, utilizes the 
4032 not so well known feature of Java called a \emph{soft reference}. Soft 
4033 references are best explained in the context of weak references. A \emph{weak 
4034 reference} is a reference to an object instance that is only guaranteed to 
4035 persist as long as there is a \emph{strong reference} or a soft reference 
4036 referring the same object. If no such reference is found, its referred object is 
4037 garbage collected. A strong reference is basically the same as a regular Java 
4038 reference. A soft reference has the same guarantees as a week reference when it 
4039 comes to its relation to strong references, but it is not necessarily garbage 
4040 collected if there are no strong references to it. A soft reference \emph{may} 
4041 reside in memory as long as the JVM has enough free memory in the heap. A soft 
4042 reference will therefore usually perform better than a weak reference when used 
4043 for simple caching and similar tasks. The way to use a soft/weak reference is to 
4044 as it for its referent. The return value then has to be tested to check that it 
4045 is not \var{null}. For the basic usage of soft references, see 
4046 \myref{lst:softReferenceExample}. For a more thorough explanation of weak 
4047 references in general, see\citing{weakRef2006}.
4048
4049 \begin{listing}[h]
4050 \begin{minted}{java}
4051 // Strong reference
4052 Object strongRef = new Object();
4053
4054 // Soft reference
4055 SoftReference<Object> softRef =
4056     new SoftReference<Object>(new Object());
4057
4058 // Using the soft reference
4059 Object obj = softRef.get();
4060 if (obj != null) {
4061     // Use object here
4062 }
4063 \end{minted}
4064 \caption{Showing the basic usage of soft references. Weak references is used the 
4065   same way. {\footnotesize (The references are part of the \code{java.lang.ref} 
4066 package.)}}
4067 \label{lst:softReferenceExample}
4068 \end{listing}
4069
4070 The cache based on soft references has no limit for how many ASTs it caches. It 
4071 is generally not advisable to keep references to ASTs for prolonged periods of
4072 time, since they are expensive structures to hold on to. For regular plugin
4073 development, \name{Eclipse} recommends not creating more than one AST at a time to 
4074 limit memory consumption. Since the benchmarking has nothing to do with user 
4075 experience, and throughput is everything, these advices are intentionally 
4076 ignored. This means that during the benchmarking process, the target \name{Eclipse} 
4077 application may very well work close to its memory limit for the heap space for 
4078 long periods during the benchmark.
4079
4080 \subsection{Candidates stored as mementos}
4081 When performing large scale analysis of source code for finding candidates to 
4082 the \ExtractAndMoveMethod refactoring, memory is an issue. One of the inputs to 
4083 the refactoring is a variable binding. This variable binding indirectly retains 
4084 a whole AST. Since ASTs are large structures, this quickly leads to an 
4085 \type{OutOfMemoryError} if trying to analyze a large project without optimizing 
4086 how we store the candidates' data. This means that the JVM cannot allocate more 
4087 memory for our benchmark, and it exits disgracefully.
4088
4089 A possible solution could be to just allow the JVM to allocate even more memory, 
4090 but this is not a dependable solution. The allocated memory could easily 
4091 supersede the physical memory of a machine, which would make the benchmark go 
4092 really slow.
4093
4094 Thus, the candidates' data must be stored in another format. Therefore, we use 
4095 the \gloss{mementoPattern} to store variable binding information. This is done 
4096 in a way that makes it possible to retrieve a variable binding at a later point.  
4097 The data that is stored to achieve this, is the key to the original variable 
4098 binding. In addition to the key, we know which method and text selection the 
4099 variable is referenced in, so that we can find it by parsing the source code and 
4100 search for it when it is needed.
4101
4102 \section{Handling failures}
4103 \todoin{write}
4104
4105
4106 \chapter{Case studies}
4107
4108 In this chapter I am going to present a few case studies. This is done to give 
4109 an impression of how the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4110 performs when giving it a larger project to take on. I will try to answer where 
4111 it lacks, in terms of completeness, as well as showing its effect on refactored 
4112 source code.
4113
4114 The first and primary case, is refactoring source code from the \name{Eclipse 
4115 JDT UI} project. The project is chosen because it is a well-known open-source 
4116 project, still in development, with a large code base that is written by many 
4117 different people over several years. The code is installed in a large number of 
4118 \name{Eclipse} applications worldwide, and many other projects build on the 
4119 Eclipse platform. For a long time, it was even the official IDE for Android 
4120 development. All this means that Eclipse must be seen as a good representative 
4121 for professionally written Java source code. It is also the home for most of the 
4122 JDT refactoring code.
4123
4124 For the second case, the \ExtractAndMoveMethod refactoring is fed the 
4125 \code{no.uio.ifi.refaktor} project. This is done as a variation of the 
4126 ``dogfooding'' methodology.
4127
4128 \section{The tools}
4129 For conducting these experiments, three software tools are used. Two of the 
4130 tools both use Eclipse as their platform. The first is our own tool, described 
4131 in \myref{sec:benchmarking}, written to be able to run the \ExtractAndMoveMethod 
4132 refactoring as a batch process. It analyzes and refactors all the methods of a 
4133 project in sequence. The second is JUnit, which is used for running the 
4134 project's own unit tests on the target code both before and after it is 
4135 refactored. The last tool that is used is a code quality management tool, called 
4136 \name{SonarQube}. It can be used to perform different tasks for assuring code 
4137 quality, but we are only going to take advantage of one of its main features, 
4138 namely quality profiles.
4139
4140 A quality profile is used to define a set of coding rules that a project is 
4141 supposed to comply with. Failure to following these rules will be recorded as 
4142 so-called ``issues'', marked as having one of several degrees of severities, 
4143 ranging from ``info'' to ``blocker'', where the latter one is the most severe.  
4144 The measurements done for these case studies are therefore not presented as 
4145 fine-grained software metrics results, but rather as the number of issues for 
4146 each defined rule.  
4147
4148 In its analysis, \name{SonarQube} discriminates between functions and accessors.  
4149 Accessors are methods that are recognized as setters or getters. 
4150
4151 In addition to the coding rules defined through quality profiles, 
4152 \name{SonarQube} calculates the complexity of source code. The metric that is 
4153 used is cyclomatic complexity, developed by Thomas J. McCabe in 
4154 1976\citing{mccabeComplexity1976}. In this metric, functions have an initial 
4155 complexity of 1, and whenever the control flow of a function splits, the 
4156 complexity increases by
4157 one\footnote{\url{http://docs.codehaus.org/display/SONAR/Metric+definitions}}. 
4158 Accessors are not counted in the complexity analysis. 
4159
4160 Specifications for the computer used during the experiments are shown in 
4161 \myref{tab:experimentComputerSpecs}.
4162
4163 \begin{table}[htb]
4164   \caption{Specifications for experiment computer.}
4165   \label{tab:experimentComputerSpecs}
4166   \centering
4167   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.35}R{1.65}@{}}
4168     \toprule
4169     \spancols{2}{Hardware} \\
4170     \midrule
4171     Model & Lenovo ThinkPad Edge S430 \\
4172     Processor & Intel\textregistered{} Core\texttrademark{} 
4173     i5-3210M\linebreak[4] (2.5 GHz/3.1 GHz (turbo), 
4174     2 cores, 4 threads, 3 MB Cache) \\
4175     Memory & 8 GB DDR3 1600 MHz \\
4176     Storage & 500 GB HDD (7200 RPM) + 16 GB SSD Cache for Lenovo Hard Disk Drive 
4177     Performance Booster \\
4178     \midrule
4179     \spancols{2}{Operating system} \\
4180     \midrule
4181     Distribution & Ubuntu 12.10 \\
4182     Kernel & Linux 3.5.0-49-generic (x86\_64) \\
4183     
4184     \bottomrule
4185   \end{tabularx}
4186 \end{table}
4187
4188
4189 \section{The \name{SonarQube} quality profile}
4190 The quality profile that is used with \name{SonarQube} in these case studies has got 
4191 the name \name{IFI Refaktor Case Study} (version 6). The rules defined in the 
4192 profile are chosen because they are the available rules found in \name{SonarQube} that 
4193 measures complexity and coupling. Now follows a description of the rules in the 
4194 quality profile. The values that are set for these rules are listed in 
4195 \myref{tab:qualityProfile1}.
4196
4197 \begin{description}
4198   \item[Avoid too complex class] is a rule that measures cyclomatic complexity 
4199     for every statement in the body of a class, except for setters and getter.  
4200     The threshold value set is its default value of 200.
4201
4202   \item[Classes should not be coupled to too many other classes ] is a rule that 
4203     measures how many other classes a class depends upon. It does not count the 
4204     dependencies of nested classes. It is meant to promote the Single 
4205     Responsibility Principle. The metric for the rule resembles the CBO metric 
4206     that is described in \myref{sec:CBO}, but is only considering outgoing 
4207     dependencies. The max value for the rule is chosen on the basis of an 
4208     empirical study by Raed Shatnawi, which concludes that the number 9 is the 
4209     most useful threshold for the CBO metric\citing{shatnawiQuantitative2010}.  
4210     This study is also performed on Eclipse source code, so this threshold value 
4211     should be particularly well suited for the Eclipse JDT UI case in this 
4212     chapter.
4213
4214   \item[Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply] is 
4215     a rule that is meant to counter ``Spaghetti code''. It measures the nesting 
4216     level of \emph{if}, \emph{for}, \emph{while}, \emph{switch} and \emph{try} 
4217     statements.  The nesting levels start at 1. The max value set is its default 
4218     value of 3.
4219
4220   \item[Methods should not be too complex] is a rule that measures cyclomatic 
4221     complexity the same way as the ``Avoid too complex class'' rule. The max 
4222     value used is 10, which ``seems like a reasonable, but not magical, upper 
4223     limit``\citing{mccabeComplexity1976}.
4224
4225   \item[Methods should not have too many lines] is a rule that simply measures 
4226     the number of lines in methods. A threshold value of 20 is used for this 
4227     metric. This is based on my own subjective opinions, as the default value of 
4228     100 describes method bodies that do not even fit on most screens.
4229
4230   \item[NPath Complexity] is a rule that measures the number of possible 
4231     execution paths through a function. The value used is the default value of 
4232     200, which seems like a recognized threshold for this metric.
4233
4234   \item[Too many methods] is a rule that measures the number of methods in a 
4235     class. The threshold value used is the default value of 10. 
4236
4237 \end{description}
4238
4239
4240 \begin{table}[htb]
4241   \caption{The \name{IFI Refaktor Case Study} quality profile (version 6).}
4242   \label{tab:qualityProfile1}
4243   \centering
4244   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4245     \toprule
4246     \textbf{Rule} & \textbf{Max value} \\
4247     \midrule
4248     Avoid too complex class & 200 \\
4249     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4250     Responsibility Principle) & 9 \\
4251     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 
4252     3 \\
4253     Methods should not be too complex & 10 \\
4254     Methods should not have too many lines & 20 \\
4255     NPath Complexity & 200 \\
4256     Too many methods & 10 \\
4257     
4258     \bottomrule
4259   \end{tabularx}
4260 \end{table}
4261
4262 \section{The input}
4263 A precondition for the source code that is going to be the target for a series 
4264 of \ExtractAndMoveMethod refactorings, is that it is organized as an Eclipse 
4265 project. It is also assumed that the code is free from compilation errors.
4266
4267 \section{The experiment}
4268 For a given project, the first job that is done, is to refactor its source code. 
4269 The refactoring batch job produces three things: The refactored project, 
4270 statistics gathered during the execution of the series of refactorings, and an 
4271 error log describing any errors happening during this execution. See 
4272 \myref{sec:benchmarking} for more information about how the refactorings are 
4273 performed. 
4274
4275 After the refactoring process is done, the before- and after-code is analyzed 
4276 with \name{SonarQube}. The analysis results are then stored in a database and 
4277 displayed through a \name{SonarQube} server with a web interface.
4278
4279 The before- and after-code is also tested with their own unit tests. This is 
4280 done to discover any changes in the semantic behavior of the refactored code, 
4281 within the limits of these tests.
4282
4283 \section{Case 1: The Eclipse JDT UI project}
4284 This case is the ultimate test for our \ExtractAndMoveMethod refactoring. The 
4285 target source code is massive. With its over 300,000 lines of code\footnote{For 
4286   all uses of ``lines of code'' we follow the definition from \name{SonarQube}.
4287 LOC = the number of physical lines containing a character which is neither 
4288 whitespace or part of a comment.} and over 25,000 methods, it is a formidable 
4289 task to perform automated changes on it.  There should be plenty of situations 
4290 where things can go wrong, and, as we shall see later, they do. 
4291
4292 I will start by presenting some statistics from the refactoring execution, 
4293 before I pick apart the \name{SonarQube} analysis and conclude by commenting on 
4294 the results from the unit tests. The configuration for the experiment is 
4295 specified in \myref{tab:configurationCase1}.
4296
4297 \begin{table}[htb]
4298   \caption{Configuration for Case 1.}
4299   \label{tab:configurationCase1}
4300   \centering
4301   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.67}L{1.33}@{}}
4302     \toprule
4303     \spancols{2}{Benchmark data} \\
4304     \midrule
4305     Launch configuration & CaseStudy.launch \\
4306     Project & no.uio.ifi.refaktor.benchmark \\
4307     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4308     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4309     \midrule
4310     \spancols{2}{Input data} \\
4311     \midrule
4312     Project & org.eclipse.jdt.ui \\
4313     Repository & git://git.eclipse.org/gitroot/jdt/eclipse.jdt.ui.git \\
4314     Commit & f218388fea6d4ec1da7ce22432726c244888bb6b \\
4315     Branch & R3\_8\_maintenance \\
4316     Tests suites & org.eclipse.jdt.ui.tests.AutomatedSuite, 
4317     org.eclipse.jdt.ui.tests.refactoring.all.\-AllAllRefactoringTests \\
4318     
4319     \bottomrule
4320   \end{tabularx}
4321 \end{table}
4322 \subsection{Statistics}
4323 The statistics gathered during the refactoring execution is presented in 
4324 \myref{tab:case1Statistics}.
4325
4326 \begin{table}[htb]
4327   \caption{Statistics after batch refactoring the Eclipse JDT UI project with 
4328   the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
4329   \label{tab:case1Statistics}
4330   \centering
4331   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4332     \toprule
4333     \spancols{2}{Time used} \\
4334     \midrule
4335     Total time & 98m38s \\
4336     Analysis time & 14m41s (15\%) \\
4337     Change time & 74m20s (75\%) \\
4338     Miscellaneous tasks & 9m37s (10\%) \\
4339     \midrule
4340     \spancols{2}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4341     \midrule
4342     Packages & 110 \\
4343     Compilation units & 2,097 \\
4344     Types & 3,152 \\
4345     Methods & 27,667 \\
4346     Text selections & 591,500 \\
4347     \midrule
4348     \spancols{2}{Numbers for \ExtractAndMoveMethod refactoring candidates} \\
4349     \midrule
4350     Methods chosen as candidates & 2,552 \\
4351     Methods NOT chosen as candidates & 25,115 \\
4352     Candidate selections (multiple per method) & 36,843 \\
4353     \midrule
4354     \spancols{2}{\ExtractAndMoveMethod refactorings executed} \\
4355     \midrule
4356     Fully executed & 2,469 \\
4357     Not fully executed & 83 \\
4358     Total attempts & 2,552 \\
4359     \midrule
4360     \spancols{2}{Primitive refactorings executed} \\
4361     \spancols{2}{\small \ExtractMethod refactorings} \\
4362     \midrule
4363     Performed & 2,483 \\
4364     Not performed & 69 \\
4365     Total attempts & 2,552 \\
4366     \midrule
4367     \spancols{2}{\small \MoveMethod refactorings} \\
4368     \midrule
4369     Performed & 2469 \\
4370     Not performed & 14 \\
4371     Total attempts & 2,483 \\
4372
4373     \bottomrule
4374   \end{tabularx}
4375 \end{table}
4376
4377 \subsubsection{Execution time}
4378 I consider the total execution time of approximately 1.5 hours, on a regular 
4379 laptop computer, as being acceptable. It clearly makes the batch process 
4380 unsuitable for doing any on-demand analysis or changes, but it is good enough 
4381 for running periodic jobs, like over-night analysis.
4382
4383 As the statistics show, 75\% of the total time goes into making the actual code 
4384 changes.  The time consumers are here the primitive \ExtractMethod and 
4385 \MoveMethod refactorings. Included in the change time is the parsing and 
4386 precondition checking done by the refactorings, as well as textual changes done 
4387 to files on disk. All this parsing and disk access is time-consuming, and 
4388 constitutes a large part of the change time.
4389
4390 In comparison, the pure analysis time, used to find suitable candidates, only 
4391 makes up for 15\% of the total time consumed. This includes analyzing almost 
4392 600,000 text selections, while the number of attempted executions of the 
4393 \ExtractAndMoveMethod refactoring is only about 2,500. So the number of executed 
4394 primitive refactorings is approximately 5,000. Assuming the time used on 
4395 miscellaneous tasks are used mostly for parsing source code for the analysis, we 
4396 can say that the time used for analyzing code is at most 25\% of the total time.  
4397 This means that for every primitive refactoring executed, we can analyze around 
4398 360 text selections. So, with an average of about 21 text selections per method, 
4399     it is reasonable to say that we can analyze over 15 methods in the time it 
4400     takes to perform a primitive refactoring.
4401
4402 \subsubsection{Refactoring candidates}
4403 Out of the 27,667 methods that were analyzed, 2,552 methods contained selections 
4404 that were considered candidates for the \ExtractAndMoveMethod refactoring. This 
4405 is roughly 9\% off the methods in the project. These 9\% of the methods had on 
4406 average 14.4 text selections that were considered possible refactoring 
4407 candidates.
4408
4409 \subsubsection{Executed refactorings}
4410 2,469 out of 2,552 attempts on executing the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4411 were successful, giving a success rate of 96.7\%. The failure rate of 3.3\% 
4412 stems from situations where the analysis finds a candidate selection, but the 
4413 change execution fails. This failure could be an exception that was thrown, and 
4414 the refactoring aborts. It could also be the precondition checking for one of 
4415 the primitive refactorings that gives us an error status, meaning that if the 
4416 refactoring proceeds, the code will contain compilation errors afterwards, 
4417 forcing the composite refactoring to abort. This means that if the 
4418 \ExtractMethod refactoring fails, no attempt is done for the \MoveMethod 
4419 refactoring. \todo{Redundant information? Put in benchmark chapter?}
4420
4421 Out of the 2,552 \ExtractMethod refactorings that were attempted executed, 69 of 
4422 them failed. This gives a failure rate of 2.7\% for the primitive refactoring.  
4423 In comparison, the \MoveMethod refactoring had a failure rate of 0.6 \% of the 
4424 2,483 attempts on the refactoring.
4425
4426 The failure rates for the refactorings are not that bad, if we also take into 
4427 account that the pre-refactoring analysis is incomplete.\todo{see \ldots}
4428
4429 \subsection{\name{SonarQube} analysis}
4430 Results from the \name{SonarQube} analysis are shown in 
4431 \myref{tab:case1ResultsProfile1}.
4432
4433 \begin{table}[htb]
4434   \caption{Results for analyzing the Eclipse JDT UI project, before and after 
4435     the refactoring, with \name{SonarQube} and the \name{IFI Refaktor Case Study} 
4436   quality profile.  (Bold numbers are better.)}
4437   \label{tab:case1ResultsProfile1}
4438   \centering
4439   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.25}R{0.25}@{}}
4440     \toprule
4441     \textnormal{Number of issues for each rule} & Before & After \\
4442     \midrule
4443     Avoid too complex class & 81 & \textbf{79} \\
4444     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4445     Responsibility Principle) & \textbf{1,098} & 1,199 \\
4446     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 1,375 & 
4447     \textbf{1,285} \\
4448     Methods should not be too complex & 1,518 & \textbf{1,452} \\
4449     Methods should not have too many lines & 3,396 & \textbf{3,291} \\
4450     NPath Complexity & 348 & \textbf{329} \\
4451     Too many methods & \textbf{454} & 520 \\
4452     \midrule
4453     Total number of issues & 8,270 & \textbf{8,155} \\
4454     \midrule
4455     \midrule
4456     \spancols{3}{Complexity} \\
4457     \midrule
4458     Per function & 3.6 & \textbf{3.3} \\
4459     Per class & \textbf{29.5} & 30.4 \\
4460     Per file & \textbf{44.0} & 45.3 \\
4461     \midrule
4462     Total complexity & \textbf{84,765} & 87,257 \\
4463     \midrule
4464     \midrule
4465     \spancols{3}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4466     \midrule
4467     Files & 1,926 & 1,926 \\
4468     Classes & 2,875 & 2,875 \\
4469     Functions & 23,744 & 26,332 \\
4470     Accessors & 1,296 & 1,019 \\
4471     Statements & 162,768 & 165,145 \\
4472     Lines of code & 320,941 & 329,112 \\
4473     \midrule
4474     Technical debt (in days) & \textbf{1,003.4} & 1,032.7 \\
4475     \bottomrule
4476   \end{tabularx}
4477 \end{table}
4478
4479 \subsubsection{Diversity in the number of entities analyzed}
4480 The analysis performed by \name{SonarQube} is reporting fewer methods than found 
4481 by the pre-refactoring analysis. \name{SonarQube} discriminates between 
4482 functions (methods) and accessors, so the 1,296 accessors play a part in this 
4483 calculation.  \name{SonarQube} also has the same definition as our plugin when 
4484 it comes to how a class is defined. Therefore it seems like \name{SonarQube} 
4485 misses 277 classes that our plugin handles. This can explain why the {SonarQube} 
4486 report differs from our numbers by approximately 2,500 methods, 
4487
4488 \subsubsection{Complexity}
4489 On all complexity rules that works on the method level, the number of issues 
4490 decreases with between 3.1\% and 6.5\% from before to after the refactoring. The 
4491 average complexity of a method decreases from 3.6 to 3.3, which is an 
4492 improvement of about 8.3\%. So, on the method level, the refactoring must be 
4493 said to have a slightly positive impact. This is due to the extraction of a lot 
4494 of methods, making the average method size smaller.
4495
4496 The improvement in complexity on the method level is somewhat traded for 
4497 complexity on the class level. The complexity per class metric is worsened by 
4498 3\% from before to after. The issues for the ``Too many methods'' rule also 
4499 increases by 14.5\%. These numbers indicate that the refactoring makes quite a 
4500 lot of the classes a little more complex overall. This is the expected outcome, 
4501 since the \ExtractAndMoveMethod refactoring introduces almost 2,500 new methods 
4502 into the project.
4503
4504 The only number that can save the refactoring's impact on complexity on the 
4505 class level, is the ``Avoid too complex class'' rule. It improves with 2.5\%, 
4506 thus indicating that the complexity is moderately better distributed between the 
4507 classes after the refactoring than before.
4508
4509 \subsubsection{Coupling}
4510 One of the hopes when starting this project, was to be able to make a 
4511 refactoring that could lower the coupling between classes. Better complexity at 
4512 the method level is a not very unexpected byproduct of dividing methods into 
4513 smaller parts. Lowering the coupling on the other hand, is a far greater task.  
4514 This is also reflected in the results for the only coupling rule defined in the 
4515 \name{SonarQube} quality profile, namely the ``Classes should not be coupled to 
4516 too many
4517 other classes (Single Responsibility Principle)'' rule. 
4518
4519 The number of issues for the coupling rule is 1,098 before the refactoring, and 
4520 1,199 afterwards. This is an increase in issues of 9.2\%. These numbers can be 
4521 interpreted two ways. The first possibility is that our assumptions are wrong, 
4522 and that increasing indirection does not decrease coupling between classes. The 
4523 other possibility is that our analysis and choices of candidate text selections 
4524 are not good enough. I vote for the second possibility. (Voting against the 
4525 public opinion may also be a little bold.)
4526
4527 \subsubsection{An example of what makes the number of dependency issues grow}
4528 \Myref{lst:sonarJDTExampleBefore} shows a portion of the class 
4529 \typewithref{org.eclipse.jdt.ui.actions}{ShowActionGroup} from the JDT UI 
4530 project before it is refactored with the search-based \ExtractAndMoveMethod 
4531 refactoring. Before the refactoring, the \type{ShowActionGroup} class has 12 
4532 outgoing dependencies (reported by \name{SonarQube}).
4533
4534 \begin{listing}[htb]
4535 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4536 public class ShowActionGroup extends ActionGroup {
4537   /* ... */
4538   private void initialize(IWorkbenchSite site,
4539                           boolean isJavaEditor) {
4540     fSite= site;
4541     ISelectionProvider provider= fSite.getSelectionProvider();
4542     ISelection selection= provider.getSelection();
4543     fShowInPackagesViewAction.update(selection);
4544     if (!isJavaEditor) {
4545       provider.addSelectionChangedListener(
4546                                    fShowInPackagesViewAction);
4547     }
4548   }
4549 }
4550 \end{minted}
4551 \caption{Portion of the \type{ShowActionGroup} class before refactoring.}
4552 \label{lst:sonarJDTExampleBefore}
4553 \end{listing}
4554
4555 During the benchmark process, the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4556 extracts the lines 6 to 12 of the code in \myref{lst:sonarJDTExampleBefore}, and 
4557 moves the new method to the move target, which is the field 
4558 \var{fShowInPackagesViewAction} with type 
4559 \typewithref{org.eclipse.jdt.ui.actions}{ShowInPackageViewAction}. The result is 
4560 shown in \myref{lst:sonarJDTExampleAfter}.
4561
4562 \begin{listing}[htb]
4563 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4564 public class ShowActionGroup extends ActionGroup {
4565   /* ... */
4566   private void initialize(IWorkbenchSite site,
4567                           boolean isJavaEditor) {
4568     fSite= site;
4569     fShowInPackagesViewAction.generated_8019497110545412081(
4570                                            this, isJavaEditor);
4571   }
4572 }
4573 \end{minted}
4574
4575 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4576 public class ShowInPackageViewAction
4577         extends SelectionDispatchAction {
4578   /* ... */
4579   public void generated_8019497110545412081(
4580       ShowActionGroup showactiongroup, boolean isJavaEditor) {
4581     ISelectionProvider provider=
4582                  showactiongroup.fSite.getSelectionProvider();
4583     ISelection selection= provider.getSelection();
4584     update(selection);
4585     if (!isJavaEditor) {
4586       provider.addSelectionChangedListener(this);
4587     }
4588   }
4589 }
4590 \end{minted}
4591 \caption{Portions of the classes \type{ShowActionGroup} and 
4592 \type{ShowInPackageViewAction} after refactoring.}
4593 \label{lst:sonarJDTExampleAfter}
4594 \end{listing}
4595
4596 After the refactoring, the \type{ShowActionGroup} has only 11 outgoing 
4597 dependencies. It no longer depends on the 
4598 \typewithref{org.eclipse.jface.viewers}{ISelection} type. So our refactoring 
4599 managed to get rid of one dependency, which is exactly what we wanted. The only 
4600 problem is, that now the \type{ShowInPackageViewAction} class has got two new 
4601 dependencies, in the \type{ISelectionProvider} and the \type{ISelection} types.  
4602 The bottom line is that we eliminated one dependency, but introduced two more, 
4603 ending up with a program that has more dependencies now than when we started.
4604
4605 What can happen in many situations where the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4606 is performed, is that the \MoveMethod refactoring ``drags'' with it references 
4607 to classes that are unknown to the method destination. If the refactoring 
4608 happens to be so lucky that it removes a dependency from one class, it might as 
4609 well introduce a couple of new dependencies to another class, as shown in the 
4610 previous example. In those situations where a destination class does not know 
4611 about the originating class of a moved method, the \MoveMethod refactoring most 
4612 certainly will introduce a dependency.  This is because there is a 
4613 bug\footnote{\href{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=228635}{Eclipse 
4614 Bug 228635 - [move method] unnecessary reference to source}} in the refactoring, 
4615 making it pass an instance of the originating class as a reference to the moved 
4616 method, regardless of whether the reference is used in the method body or not.
4617
4618 There is also the possibility that the heuristics used to find candidate text 
4619 selections are not good enough. There is work to be done with fine-tuning the 
4620 heuristics and to complete the analysis part of this project.  
4621
4622 \subsubsection{Totals}
4623 On the bright side, the total number of issues is lower after the refactoring 
4624 than it was before. Before the refactoring, the total number of issues was
4625 8,270, and after it is 8,155. This is an improvement of 1.4\%.
4626
4627 The down side is that \name{SonarQube} shows that the total cyclomatic 
4628 complexity has increased by 2.9\%, and that the (more questionable) ``technical 
4629 debt'' has increased from 1,003.4 to 1,032.7 days, also a deterioration of 
4630 2.9\%.  Although these numbers are similar, no correlation has been found 
4631 between them.
4632
4633 \subsection{Unit tests}
4634 The tests that have been run for the \name{Eclipse JDT UI} project, are the
4635 test suites specified as the main test suites on the JDT UI wiki page on how to 
4636 contribute to the 
4637 project\footnote{\url{https://wiki.eclipse.org/JDT\_UI/How\_to\_Contribute\#Unit\_Testing}}.  
4638 The results from these tests are shown in \myref{tab:case1UnitTests}.
4639
4640 \begin{table}[htb]
4641   \caption{Results from the unit tests run for the Eclipse JDT UI project, 
4642   before and after the refactoring.}
4643   \label{tab:case1UnitTests}
4644   \centering
4645   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1}R{0.5}R{0.5}@{}}
4646     \toprule
4647     \textnormal{AutomatedSuite} & Before & After \\
4648     \midrule
4649     Runs & 2007/2007 & 2007/2007 \\
4650     Errors & 4 & 565 \\
4651     Failures & 3 & 5 \\
4652     \midrule
4653     \spancols{2}{AllAllRefactoringTests} \\
4654     \midrule
4655     Runs & 3815/3816 & 3815/3816 \\
4656     Errors & 2 & 2257 \\
4657     Failures & 3 & 0 \\
4658     \bottomrule
4659   \end{tabularx}
4660 \end{table}
4661
4662 \subsubsection{Before the refactoring}
4663 Running the tests for the before-code of Eclipse JDT UI yielded 4 errors and 3 
4664 failures for the \type{AutomatedSuite} test suite (2,007 test cases), and 2 
4665 errors and 3 failures for the \type{AllAllRefactoringTests} test suite (3,816 
4666 test cases).  
4667
4668 \subsubsection{After the refactoring}
4669 For the after-code of the Eclipse JDT UI project, Eclipse reports that the 
4670 project contains 322 compilation errors, and a lot of other errors that
4671 follow from these. All of the errors are caused by the \ExtractAndMoveMethod 
4672 refactoring. Had these errors originated from only one bug, it would not have 
4673 been much of a problem, but this is not the case. By only looking at some random 
4674 compilation problems in the refactored code, I came up with at least four 
4675 different bugs \todo{write bug reports?} that caused those problems. I then 
4676 stopped looking for more, since some of the bugs would take more time to fix 
4677 than I could justify using on them at this point. 
4678
4679 One thing that can be said in my defense, is that all the compilation errors 
4680 could have been avoided if the types of situations that cause them were properly 
4681 handled by the primitive refactorings, which again are supplied by the Eclipse 
4682 JDT UI project. All four bugs that I mentioned before are weaknesses of the 
4683 \MoveMethod refactoring. If the primitive refactorings had detected the 
4684 up-coming errors in their precondition checking phase, the refactorings would 
4685 have been aborted, since this is how the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4686 handles such situations. This shows that it is not safe to completely rely upon 
4687 the primitive refactorings to save us if our own pre-refactoring analysis fails 
4688 to detect that a compilation error will be introduced. A problem is that the 
4689 source code analysis done by both the JDT refactorings and our own tool is
4690 incomplete.
4691
4692 Of course, taking into account all possible situations that could lead to 
4693 compilation errors is an immense task. A complete analysis of these situations 
4694 is too big of a problem for this master's project to solve. Looking at it now, 
4695 this comes as no surprise, since the task is obviously also too big for the 
4696 creators of the primitive \MoveMethod refactoring. 
4697
4698 Considering all these problems, it is difficult to know how to interpret the 
4699 unit test results from after refactoring the Eclipse JDT UI. The 
4700 \type{AutomatedSuite} reported 565 errors and 5 failures, which means that 1437, 
4701 or 71.6\%, of the tests still passed. Three of the failures were the same as 
4702 reported before the refactoring took place, so two of them are new. For these 
4703 two cases it is not immediately apparent what makes them behave differently. The 
4704 program is so complex that to analyze it to find this out, we might need more 
4705 powerful methods than just manually analyzing its source code.  This is somewhat 
4706 characteristic for imperative programming: The programs are often hard to 
4707 analyze and understand. 
4708
4709 For the \type{AllAllRefactoringTests} test suite, the three failures are gone, 
4710 but the two errors have grown to 2,257 errors. I will not try to analyze those 
4711 errors.
4712
4713 What I can say at this point, is that it is likely that the 
4714 \ExtractAndMoveMethod refactoring has introduced some unintentional behavioral 
4715 changes. Let us say that the refactoring introduces at least two 
4716 behavior-altering changes for every 2,500 executions. More than that is 
4717 difficult to say about the behavior-preserving properties of the 
4718 \ExtractAndMoveMethod refactoring, at this point.
4719
4720 \subsection{Conclusions}
4721 After automatically analyzing and executing the \ExtractAndMoveMethod 
4722 refactoring for all the methods in the Eclipse JDT UI project, the results do
4723 not look that promising. For this case, the refactoring seems almost unusable as 
4724 it is now. The error rate and measurements tell us this.
4725
4726 The refactoring makes the code a little less complex at the method level. But 
4727 this is merely a side effect of extracting methods. When it comes to the overall 
4728 complexity, it is increased, although it is slightly better spread among the 
4729 classes.
4730
4731 The analysis done before the \ExtractAndMoveMethod refactoring, is currently not 
4732 complete enough to make the refactoring useful. It introduces too many errors in 
4733 the code, and the code may change its behavior. It also remains to prove that 
4734 large scale refactoring with it can decrease coupling between classes.  A better 
4735 analysis may prove this, but in its present state, the opposite is the fact. The 
4736 coupling measurements done by \name{SonarQube} show this.
4737
4738 On the bright side, the performance of the refactoring process is not that bad.  
4739 It shows that it is possible to make a tool the way we do, if we can make the 
4740 tool do anything useful. As long as the analysis phase is not going to involve 
4741 anything that uses too much disk access, a lot of analysis can be done in a 
4742 reasonable amount of time.
4743
4744 The time used on performing the actual changes excludes a trial and error 
4745 approach with the tools used in this master's project. In a trial and error 
4746 approach, you could for instance be using the primitive refactorings used in 
4747 this project to refactor code, and only then make decisions based on the effect, 
4748 possibly shown by traditional software metrics. The problem with the approach 
4749 taken in this project, compared to a trial and error approach, is that using 
4750 heuristics beforehand is much more complicated. But on the other hand, a trial 
4751 and error approach would still need to face the challenges of producing code 
4752 that does compile without errors. If using refactorings that could produce 
4753 in-memory changes, a trial and error approach could be made more efficient.
4754
4755 \section{Case 2: The \type{no.uio.ifi.refaktor} project}
4756 In this case we will see a form of the ``dogfooding'' methodology used, when 
4757 refactoring our own \type{no.uio.ifi.refaktor} project with the 
4758 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
4759
4760 In this case I will try to point out some differences from the first case, and 
4761 how they impact the execution of the benchmark. The refaktor project is 39 times 
4762 smaller than the Eclipse JDT UI project, measured in lines of code. This will 
4763 make things a bit more transparent. It will therefore be interesting to see if 
4764 this case can shed light on any aspect of our project that were lost in the 
4765 larger case 1.
4766
4767 The configuration for the experiment is specified in 
4768 \myref{tab:configurationCase2}.
4769
4770 \begin{table}[htb]
4771   \caption{Configuration for Case 2.}
4772   \label{tab:configurationCase2}
4773   \centering
4774   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.67}L{1.33}@{}}
4775     \toprule
4776     \spancols{2}{Benchmark data} \\
4777     \midrule
4778     Launch configuration & CaseStudyDogfooding.launch \\
4779     Project & no.uio.ifi.refaktor.benchmark \\
4780     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4781     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4782     \midrule
4783     \spancols{2}{Input data} \\
4784     \midrule
4785     Project & no.uio.ifi.refaktor \\
4786     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4787     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4788     Branch & master \\
4789     Test configuration & no.uio.ifi.refaktor.tests/ExtractTest.launch \\
4790     \bottomrule
4791   \end{tabularx}
4792 \end{table}
4793
4794 \subsection{Statistics}
4795 The statistics gathered during the refactoring execution is presented in 
4796 \myref{tab:case2Statistics}.
4797
4798 \begin{table}[htb]
4799   \caption{Statistics after batch refactoring the \type{no.uio.ifi.refaktor} 
4800 project with the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
4801   \label{tab:case2Statistics}
4802   \centering
4803   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4804     \toprule
4805     \spancols{2}{Time used} \\
4806     \midrule
4807     Total time & 1m15s \\
4808     Analysis time & 0m18s (24\%) \\
4809     Change time & 0m47s (63\%) \\
4810     Miscellaneous tasks & 0m10s (14\%) \\
4811     \midrule
4812     \spancols{2}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4813     \midrule
4814     Packages & 33 \\
4815     Compilation units & 154 \\
4816     Types & 168 \\
4817     Methods & 1,070 \\
4818     Text selections & 8,609 \\
4819     \midrule
4820     \spancols{2}{Numbers for \ExtractAndMoveMethod refactoring candidates} \\
4821     \midrule
4822     Methods chosen as candidates & 58 \\
4823     Methods NOT chosen as candidates & 1,012 \\
4824     Candidate selections (multiple per method) & 227 \\
4825     \midrule
4826     \spancols{2}{\ExtractAndMoveMethod refactorings executed} \\
4827     \midrule
4828     Fully executed & 53 \\
4829     Not fully executed & 5 \\
4830     Total attempts & 58 \\
4831     \midrule
4832     \spancols{2}{Primitive refactorings executed} \\
4833     \spancols{2}{\small \ExtractMethod refactorings} \\
4834     \midrule
4835     Performed & 56 \\
4836     Not performed & 2 \\
4837     Total attempts & 58 \\
4838     \midrule
4839     \spancols{2}{\small \MoveMethod refactorings} \\
4840     \midrule
4841     Performed & 53 \\
4842     Not performed & 3 \\
4843     Total attempts & 56 \\
4844
4845     \bottomrule
4846   \end{tabularx}
4847 \end{table}
4848
4849 \subsubsection{Differences}
4850 There are some differences between the two projects that make them a little 
4851 difficult to compare by performance.
4852
4853 \paragraph{Different complexity.} 
4854 Although the JDT UI project is 39 times greater than the refaktor project in 
4855 terms of lines of code, it is only about 26 times its size measured in numbers 
4856 of methods. This means that the methods in the refaktor project are smaller in 
4857 average than in the JDT project. This is also reflected in the \name{SonarQube} 
4858 report, where the complexity per method for the JDT project is 3.6, while the 
4859 refaktor project has a complexity per method of 2.1.
4860
4861 \paragraph{Number of selections per method.}
4862 The analysis for the JDT project processed 21 text selections per method in 
4863 average. This number for the refaktor project is only 8 selections per method 
4864 analyzed. This is a direct consequence of smaller methods.
4865
4866 \paragraph{Different candidates to methods ratio.} 
4867 The differences in how the projects are factored are also reflected in the 
4868 ratios for how many methods that are chosen as candidates compared to the total 
4869 number of methods analyzed. For the JDT project, 9\% of the methods were 
4870 considered to be candidates, while for the refaktor project, only 5\% of the 
4871 methods were chosen.
4872
4873 \paragraph{The average number of possible candidate selection.} 
4874 For the methods that are chosen as candidates, the average number of possible 
4875 candidate selections for these methods differ quite much. For the JDT project, 
4876 the number of possible candidate selections for these methods was 14.44 
4877 selections per method, while the candidate methods in the refaktor project had 
4878 only 3.91 candidate selections to choose from, in average.
4879
4880 \subsubsection{Execution time}
4881 The differences in complexity, and the different candidate methods to total 
4882 number of methods ratios, is shown in the distributions of the execution times.  
4883 For the JDT project, 75\% of the total time was used on the actual changes, 
4884 while for the refaktor project, this number was only 63\%.
4885
4886 For the JDT project, the benchmark used on average 0.21 seconds per method in 
4887 the project, while for the refaktor project it used only 0.07 seconds per 
4888 method. So the process used 3 times as much time per method for the JDT project 
4889 than for the refaktor project.
4890
4891 While the JDT project is 39 times larger than the refaktor project measured in 
4892 lines of code, the benchmark used about 79 times as long time on it than for the 
4893 refaktor project. Relatively, this is about twice as long.
4894
4895 Since the details of these execution times are not that relevant to this 
4896 master's project, only their magnitude, I will leave them here.
4897
4898 \subsubsection{Executed refactorings}
4899 For the composite \ExtractAndMoveMethod refactoring performed in case 2, 53 
4900 successful attempts out of 58 gives a success rate of 91.4\%. This is 5.3 
4901 percentage points worse than for the first case.
4902
4903 \subsection{\name{SonarQube} analysis}
4904 Results from the \name{SonarQube} analysis are shown in 
4905 \myref{tab:case2ResultsProfile1}.
4906
4907 Not much is to be said about these results. The trends in complexity and 
4908 coupling are the same. We end up a little worse after the refactoring process 
4909 than before.
4910
4911 \begin{table}[htb]
4912   \caption{Results for analyzing the \var{no.uio.ifi.refaktor} project, before 
4913   and after the refactoring, with \name{SonarQube} and the \name{IFI Refaktor 
4914   Case Study} quality profile.  (Bold numbers are better.)}
4915   \label{tab:case2ResultsProfile1}
4916   \centering
4917   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.25}R{0.25}@{}}
4918     \toprule
4919     \textnormal{Number of issues for each rule} & Before & After \\
4920     \midrule
4921     Avoid too complex class & 1 & 1 \\
4922     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4923     Responsibility Principle) & \textbf{29} & 34 \\
4924     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 24 & 
4925     \textbf{21} \\
4926     Methods should not be too complex & 17 & \textbf{15} \\
4927     Methods should not have too many lines & 41 & \textbf{40} \\
4928     NPath Complexity & 3 & 3 \\
4929     Too many methods & \textbf{13} & 15 \\
4930     \midrule
4931     Total number of issues & \textbf{128} & 129 \\
4932     \midrule
4933     \midrule
4934     \spancols{3}{Complexity} \\
4935     \midrule
4936     Per function & 2.1 & 2.1 \\
4937     Per class & \textbf{12.5} & 12.9 \\
4938     Per file & \textbf{13.8} & 14.2 \\
4939     \midrule
4940     Total complexity & \textbf{2,089} & 2,148 \\
4941     \midrule
4942     \midrule
4943     \spancols{3}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4944     \midrule
4945     Files & 151 & 151 \\
4946     Classes & 167 & 167 \\
4947     Functions & 987 & 1,045 \\
4948     Accessors & 35 & 30 \\
4949     Statements & 3,355 & 3,416 \\
4950     Lines of code & 8,238 & 8,460 \\
4951     \midrule
4952     Technical debt (in days) & \textbf{19.0} & 20.7 \\
4953     \bottomrule
4954   \end{tabularx}
4955 \end{table}
4956
4957 \subsection{Unit tests}
4958 The tests used for this case are the same that has been developed throughout 
4959 this master's project.
4960
4961 The code that was refactored for this case suffered from some of the problems 
4962 discovered in the first case. This means that the after-code for this case also 
4963 contained compilation errors, but they were not as many. The code contained only 
4964 6 errors that made the code not compile.
4965
4966 All of the six errors originated from the same bug. The bug arises in a
4967 situation where a class instance creation is moved between packages, and the 
4968 class for the instance is package-private.  The \MoveMethod refactoring does not 
4969 detect that there will be a visibility problem, and neither does it promote the 
4970 package-private class to be public.
4971
4972 Since the errors in the refactored refaktor code were easy to fix manually, I 
4973 corrected them and ran the unit tests as planned. The unit test results are 
4974 shown in \myref{tab:case2UnitTests}. Before the refactoring, all tests passed.  
4975 All tests also passed after the refactoring, with the six error corrections.  
4976 Since the corrections done are not of a kind that could make the behavior of the 
4977 program change, it is likely that the refactorings done to the 
4978 \type{no.uio.ifi.refaktor} project did not change its behavior. This is also 
4979 supported by the informal experiment presented next.
4980
4981 \begin{table}[htb]
4982   \caption{Results from the unit tests run for the \type{no.uio.ifi.refaktor} 
4983 project, before and after the refactoring (with 6 corrections done to the 
4984 refactored code).}
4985   \label{tab:case2UnitTests}
4986   \centering
4987   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1}R{0.5}R{0.5}@{}}
4988     \toprule
4989     & Before & After \\
4990     \midrule
4991     Runs & 148/148 & 148/148 \\
4992     Errors & 0 & 0 \\
4993     Failures & 0 & 0 \\
4994     \bottomrule
4995   \end{tabularx}
4996 \end{table}
4997
4998 \subsection{An additional experiment}
4999 To complete the task of ``eating my own dog food'', I conducted an experiment 
5000 where I used the refactored version of the \type{no.uio.ifi.refaktor} project, 
5001 with the corrections, to again refaktor ``itself''.  
5002
5003 The experiment produced code containing the same six errors as after the 
5004 previous experiment.  I also compared the after-code from the two experiments 
5005 with a diff-tool. The only differences found were different method names. This 
5006 is expected, since the method names are randomly generated by the 
5007 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
5008
5009 The outcome of this simple experiment makes me more confident that the 
5010 \ExtractAndMoveMethod refactoring made only behavior-preserving changes to the 
5011 \type{no.uio.ifi.refaktor} project, apart from the compilation errors.
5012
5013 \subsection{Conclusions}
5014 The differences in complexity between the Eclipse JDT UI project and the 
5015 \type{no.uio.ifi.refaktor} project, clearly influenced the differences in their 
5016 execution times. This is mostly because fewer of the methods were chosen to be 
5017 refactored for the refaktor project than for the JDT project. This makes it 
5018 difficult to know if there are any severe performance penalties associated with 
5019 refactoring on a large project compared to a small one.
5020
5021 The trends in the \name{SonarQube} analysis are the same for this case as for 
5022 the previous one. This gives more confidence in the these results.
5023
5024 By refactoring our own code and using it again to refactor our code, we showed 
5025 that it is possible to write an automated composite refactoring that works for 
5026 many cases. That it probably did not alter the behavior of a smaller project 
5027 shows us nothing more than that though, and might just be a coincidence. 
5028
5029 \section{Summary}
5030 \todoin{Write? Or wrap up in final conclusions?}
5031 \todoin{``Threats to validity''}
5032
5033
5034 \chapter{Conclusions and future work}
5035 This chapter will conclude this master's thesis. It will try to give justified 
5036 answers to the research questions posed \see{sec:researchQuestions} and present 
5037 some future work that could be done to take this project to the next level.
5038
5039 \section{Conclusions}
5040 One of the motivations for this thesis was to create a fully automated composite 
5041 refactoring that could be used to make program source code better in terms of 
5042 coupling between classes. Earlier, in \mysimpleref{sec:CBO}, it was shown that a 
5043 composition of the \ExtractMethod and the \MoveMethod refactorings reduces the 
5044 coupling between two classes in an ideal situation. The Eclipse IDE implements 
5045 both these refactorings, as well as providing a framework for analyzing source 
5046 code, so it was considered a suitable tool to build upon for our project.
5047
5048 The search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring was created by utilizing the 
5049 analysis and refactoring support of Eclipse, and a small framework was built
5050 for executing large scale refactoring with it. The refactoring was set up to 
5051 analyze and execute changes on the Eclipse JDT UI project. Statistics was 
5052 gathered during this process and the resulting code was analyzed through 
5053 SonarQube. The project's own unit tests were also performed to find out if our 
5054 refactoring introduces any behavior-altering changes in the code it refactor.
5055
5056 \paragraph{Answering the main research question.}
5057 The first and greatest challenge was to find out if the \ExtractAndMoveMethod 
5058 refactoring could be automated, in all tasks ranging from analysis to executing 
5059 changes. It is now confirmed that this can be done, since it has been 
5060 implemented as a part of the work done for this project. It has also been shown 
5061 that the refactoring can be used to refactor large code bases, through the case 
5062 study done on the Eclipse JDT UI project.
5063
5064 If we ask if using the existing Eclipse refactorings for this task is 
5065 \emph{easy}, this is another question. The refactorings provided by the JDT UI 
5066 project are clearly not meant to be combined in any way. The preconditions for 
5067 one refactoring are not always easily retrievable after the execution of 
5068 another.  Also, the refactorings are all assuming that the code they shall 
5069 refactor is textualized. This means that the source code must be parsed between 
5070 the executions of each refactoring. Another problem with this dependency on 
5071 textual changes is that you cannot make a composition of two refactorings appear 
5072 as one change if their changes overlap. This will make the undo-history of the 
5073 refactoring show two changes instead of one, and is not nice for usability it 
5074 the refactoring would be used as an on-demand refactoring in an IDE.
5075
5076 Apart from the problems with implementing the actual refactoring, the analysis 
5077 framework is quite nicely solved in Eclipse. The AST generated when parsing 
5078 source code supports using visitors to traverse it, and this works without 
5079 problems.
5080
5081 \paragraph{Is the refactoring efficient enough?}
5082 Since we have concluded that the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring 
5083 is not suitable for on-demand large scale refactoring, but may be put to better 
5084 use as a kind of analysis tool, superb performance is not crucial. By being able 
5085 to process over 300,000 pure lines of code in about 1.5 hours on a mid-level 
5086 laptop computer, the refactoring must be said to perform well enough for this 
5087 purpose. In comparison, the \name{SonarQube} analysis consumes about the same 
5088 amount of time. If performed on demand for a single method, the performance of 
5089 the \ExtractAndMoveMethod refactoring is no issue.
5090
5091 \paragraph{What about breaking the source code?}
5092 The case studies showed that our safety measures that rely on the precondition 
5093 checking of the existing primitive refactorings are not good enough in practice.  
5094 If we were going to assure that code we change compiles, we would need to 
5095 consider all possible situations where the refactoring could fail and search for 
5096 them in our analysis. It is an open question if this is even feasible. Our 
5097 analysis is incomplete, and so is the analysis for the \ExtractMethod and the 
5098 \MoveMethod refactorings.
5099
5100 Our refactoring does not take any precautions to preserve behavior. A few 
5101 running and failing unit test for the JDT UI project after the refactoring 
5102 indicate that our refactoring probably causes some changes to the way a program 
5103 behaves.
5104
5105 \paragraph{Is the quality of the code improved?}
5106 For coupling, there is no evidence that the refactoring improves the quality of 
5107 source code. Shall we believe the SonarQube analysis from the case studies, our 
5108 refactoring makes classes more coupled after the refactoring than before, in the 
5109 general case. This is probably because our analysis and heuristics for finding 
5110 the best candidates for the refactoring are not adequate.
5111
5112 \paragraph{Is the refactoring useful?}
5113 In its present state, the refactoring cannot be said to be very useful. It 
5114 generates too many compilation errors for it to fall into that category. On the 
5115 other hand, if the problems with the search-based \ExtractAndMoveMethod 
5116 refactoring were to be solved it could be useful in some situations.
5117
5118 If the refactoring was perfected, it could of course be used as a regular 
5119 on-demand automated refactoring on a per method base (or per class, package or 
5120 project).
5121
5122 As it is now, the refactoring is not very well suited to be set to perform 
5123 unattended refactoring. But if we could find a way to filter out the changes 
5124 that create compilation errors, we could use the refactoring to look for 
5125 improvement points in a software project. This process could for instance be 
5126 scheduled to run at regular times, possibly after a nightly build or the like.  
5127 Then the results could be made available, and an administrator could be set to 
5128 review them and choose whether or not they should be performed.
5129
5130 \section{Future work}
5131 \todoin{Find out if a complete analysis is feasible}
5132 \todoin{Complete the analysis}
5133 \todoin{Make refactorings safer (behavior)}
5134 \todoin{Improve heuristics/introduce metrics}
5135
5136
5137 \appendix
5138
5139
5140 \chapter{Eclipse bugs submitted}
5141 \newcommand{\submittedBugReport}[1]{The submitted bug report can be found on 
5142   \url{#1}.}
5143
5144 \section{Eclipse bug 420726: Code is broken when moving a method that is 
5145 assigning to the parameter that is also the move 
5146 destination}\label{eclipse_bug_420726}
5147 This bug
5148 was found when analyzing what kinds of names that were to be considered as 
5149 \emph{unfixes} \see{unfixes}.
5150
5151 \paragraph{The bug}
5152 The bug emerges when trying to move a method from one class to another, and when 
5153 the target for the move (must be a variable, local or field) is both a parameter 
5154 variable and also is assigned to within the method body. \name{Eclipse} allows this to 
5155 happen, although it is the sure path to a compilation error. This is because we 
5156 would then have an assignment to a \var{this} expression, which is not allowed 
5157 in Java. 
5158 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=420726}  
5159
5160 \paragraph{The solution}
5161 The solution to this problem is to add all simple names that are assigned to in 
5162 a method body to the set of unfixes.
5163
5164 \section{Eclipse bug 429416: IAE when moving method from anonymous 
5165 class}\label{eclipse_bug_429416}
5166 I discovered
5167 this bug during a batch change on the \type{org.eclipse.jdt.ui} project.
5168
5169 \paragraph{The bug}
5170 This bug surfaces when trying to use the \refa{Move Method} refactoring to move a 
5171 method from an anonymous class to another class. This happens both for my 
5172 simulation as well as in \name{Eclipse}, through the user interface. It only occurs 
5173 when \name{Eclipse} analyzes the program and finds it necessary to pass an 
5174 instance of the originating class as a parameter to the moved method. I.e. it 
5175 wants to pass a \var{this} expression. The execution ends in an 
5176 \typewithref{java.lang}{IllegalArgumentException} in 
5177 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{SimpleName} and its 
5178 \method{setIdentifier(String)} method. The simple name is attempted created in 
5179 the method
5180 \methodwithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure.\\MoveInstanceMethodProcessor}{createInlinedMethodInvocation} 
5181 so the \type{MoveInstanceMethodProcessor} was early a clear suspect.
5182
5183 The \method{createInlinedMethodInvocation} is the method that creates a method 
5184 invocation where the previous invocation to the method that was moved was 
5185 located. From its code it can be read that when a \var{this} expression is going 
5186 to be passed in to the invocation, it shall be qualified with the name of the 
5187 original method's declaring class, if the declaring class is either an anonymous 
5188 class or a member class. The problem with this, is that an anonymous class does 
5189 not have a name, hence the term \emph{anonymous} class! Therefore, when its 
5190 name, an empty string, is passed into 
5191 \methodwithref{org.eclipse.jdt.core.dom.AST}{newSimpleName} it all ends in an 
5192 \type{IllegalArgumentException}.  
5193 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=429416} 
5194
5195 \paragraph{How I solved the problem}
5196 Since the \type{MoveInstanceMethodProcessor} is instantiated in the 
5197 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{MoveMethod\-RefactoringExecutor}, 
5198 and only need to be a 
5199 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{MoveProcessor}, I 
5200 was able to copy the code for the original move processor and modify it so that 
5201 it works better for me. It is now called 
5202 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.processors}{ModifiedMoveInstanceMethodProcessor}.  
5203 The only modification done (in addition to some imports and suppression of 
5204 warnings), is in the \method{createInlinedMethodInvocation}. When the declaring 
5205 class of the method to move is anonymous, the \var{this} expression in the 
5206 parameter list is not qualified with the declaring class' (empty) name.
5207
5208 \section{Eclipse bug 429954: Extracting statement with reference to local type 
5209 breaks code}\label{eclipse_bug_429954}
5210 The bug was discovered when doing some changes to the way unfixes is computed.
5211
5212 \paragraph{The bug}
5213 The problem is that \name{Eclipse} is allowing selections that references variables of 
5214 local types to be extracted. When this happens the code is broken, since the 
5215 extracted method must take a parameter of a local type that is not in the 
5216 methods scope. The problem is illustrated in 
5217 \myref{lst:extractMethodLocalClass}, but there in another setting.  
5218 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=429954}
5219
5220 \paragraph{Actions taken}
5221 There are no actions directly springing out of this bug, since the Extract 
5222 Method refactoring cannot be meant to be this way. This is handled on the 
5223 analysis stage of our \refa{Extract and Move Method} refactoring. So names 
5224 representing variables of local types are considered unfixes \see{unfixes}.
5225
5226
5227
5228 \backmatter{}
5229 \printglossaries
5230 \printbibliography
5231 \listoftodos
5232 \end{document}