]> git.uio.no Git - ifi-stolz-refaktor.git/blob - thesis/master-thesis-erlenkr.tex
Thesis: future work
[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 \setcounter{tocdepth}{1}
235
236 \begin{document}
237 %\pagenumbering{arabic}
238 \mainmatter
239 \ififorside
240 %\frontmatter{}
241
242 %\setcounter{page}{3}
243
244 \chapter*{Abstract}
245 \todoin{\textbf{Remove all todos (including list) before delivery/printing!!!  
246 Can be done by removing ``draft'' from documentclass.}}
247 \todoin{Write abstract}
248
249 \tableofcontents{}
250 \listoffigures{}
251 \listoftables{}
252 \listoflistings{}
253
254 %\mainmatter
255 %\setcounter{page}{13}
256
257 \chapter{Introduction}
258
259 \section{Motivation and structure}
260
261 For large software projects, complex program source code is an issue. It impacts 
262 the cost of maintenance in a negative way. It often stalls the implementation of 
263 new functionality and other program changes. The code may be difficult to 
264 understand, the changes may introduce new bugs that are hard to find and its 
265 complexity can simply keep people from doing code changes in fear of breaking 
266 some dependent piece of code.  All these problems are related, and often lead to 
267 a vicious circle that slowly degrades the overall quality of a project.
268
269 More specifically, and in an object-oriented context, a class may depend on a 
270 number of other classes. Sometimes these intimate relationships are appropriate, 
271 and sometimes they are not. Inappropriate \emph{coupling} between classes can 
272 make it difficult to know whether or not a change that is aimed at fixing a 
273 specific problem also alters the behavior of another part of a program.
274
275 One of the tools that are used to fight complexity and coupling in program 
276 source code is \emph{refactoring}. The intention for this master's thesis is 
277 therefore to create an automated composite refactoring that reduces coupling 
278 between classes. The refactoring shall be able to operate automatically in all 
279 phases of a refactoring, from performing analysis to executing changes. It is 
280 also a requirement that it should be able to process large quantities of source 
281 code in a reasonable amount of time.
282
283 The current chapter proceeds in \mysimpleref{sec:refactoring} by describing what 
284 refactoring is. Then the project is presented in \mysimpleref{sec:project}, 
285 before the chapter is concluded with a brief discussion of related work in 
286 \mysimpleref{sec:relatedWork}.
287
288 \Mysimpleref{ch:extractAndMoveMethod} shows the workings of our refactoring 
289 together with a simple example illustrating this.
290
291 \todoin{Structure. Write later\ldots}
292
293
294 \section{What is refactoring?}\label{sec:refactoring}
295
296 This question is best answered by first defining the concept of a 
297 \emph{refactoring}, what it is to \emph{refactor}, and then discuss what aspects 
298 of programming make people want to refactor their code.
299
300 \subsection{Defining refactoring}
301 Martin Fowler, in his classic book on refactoring\citing{refactoring}, defines a 
302 refactoring like this:
303
304 \begin{quote}
305   \emph{Refactoring} (noun): a change made to the internal 
306   structure\footnote{The structure observable by the programmer.} of software to 
307   make it easier to understand and cheaper to modify without changing its 
308   observable behavior.~\cite[p.~53]{refactoring}
309 \end{quote}
310
311 \noindent This definition assigns additional meaning to the word 
312 \emph{refactoring}, beyond the composition of the prefix \emph{re-}, usually 
313 meaning something like ``again'' or ``anew'', and the word \emph{factoring}, 
314 which can mean to isolate the \emph{factors} of something. Here a \emph{factor} 
315 would be close to the mathematical definition of something that divides a 
316 quantity, without leaving a remainder. Fowler is mixing the \emph{motivation} 
317 behind refactoring into his definition. Instead it could be more refined, formed 
318 to only consider the \emph{mechanical} and \emph{behavioral} aspects of 
319 refactoring. That is to factor the program again, putting it together in a 
320 different way than before, while preserving the behavior of the program. An 
321 alternative definition could then be: 
322
323 \definition{A \emph{refactoring} is a transformation
324 done to a program without altering its external behavior.}
325
326 From this we can conclude that a refactoring primarily changes how the 
327 \emph{code} of a program is perceived by the \emph{programmer}, and not the 
328 \emph{behavior} experienced by any user of the program. Although the logical 
329 meaning is preserved, such changes could potentially alter the program's 
330 behavior when it comes to performance gain or -penalties. So any logic depending 
331 on the performance of a program could make the program behave differently after 
332 a refactoring.
333
334 In the extreme case one could argue that \gloss{softwareObfuscation} is 
335 refactoring. It is often used to protect proprietary software. It restrains 
336 uninvited viewers, so they have a hard time analyzing code that they are not 
337 supposed to know how works. This could be a problem when using a language that 
338 is possible to decompile, such as Java. 
339
340 Obfuscation could be done composing many, more or less randomly chosen, 
341 refactorings. Then the question arises whether it can be called a 
342 \emph{composite refactoring} or not \see{compositeRefactorings}?  The answer is 
343 not obvious.  First, there is no way to describe the mechanics of software 
344 obfuscation, because there are infinitely many ways to do that. Second, 
345 obfuscation can be thought of as \emph{one operation}: Either the code is 
346 obfuscated, or it is not. Third, it makes no sense to call software obfuscation 
347 \emph{a refactoring}, since it holds different meaning to different people.
348
349 This last point is important, since one of the motivations behind defining 
350 different refactorings, is to establish a \emph{vocabulary} for software 
351 professionals to use when reasoning about and discussing programs, similar to 
352 the motivation behind \glosspl{designPattern}\citing{designPatterns}.  
353 \begin{comment}
354 So for describing \emph{software obfuscation}, it might be more appropriate to 
355 define what you do when performing it rather than precisely defining its 
356 mechanics in terms of other refactorings.
357 \end{comment}
358
359 \subsection{The etymology of 'refactoring'}
360 It is a little difficult to pinpoint the exact origin of the word 
361 ``refactoring'', as it seems to have evolved as part of a colloquial 
362 terminology, more than a scientific term. There is no authoritative source for a 
363 formal definition of it. 
364
365 According to Martin Fowler\citing{etymology-refactoring}, there may also be more 
366 than one origin of the word. The most well-known source, when it comes to the 
367 origin of \emph{refactoring}, is the 
368 Smalltalk\footnote{\label{footNote}Programming language} community and their 
369 infamous \name{Refactoring 
370 Browser}\footnote{\url{http://st-www.cs.illinois.edu/users/brant/Refactory/RefactoringBrowser.html}} 
371 described in the article \tit{A Refactoring Tool for 
372 Smalltalk}\citing{refactoringBrowser1997}, published in 1997.  
373 Allegedly\citing{etymology-refactoring}, the metaphor of factoring programs was 
374 also present in the Forth\textsuperscript{\ref{footNote}} community, and the 
375 word ``refactoring'' is mentioned in a book by Leo Brodie, called \tit{Thinking 
376 Forth}\citing{brodie2004}, first published in 1984\footnote{\tit{Thinking Forth} 
377 was first published in 1984 by the \name{Forth Interest Group}.  Then it was 
378 reprinted in 1994 with minor typographical corrections, before it was 
379 transcribed into an electronic edition typeset in \LaTeX\ and published under a 
380 Creative Commons license in 
381 2004. The edition cited here is the 2004 edition, but the content should 
382 essentially be as in 1984.}. The exact word is only printed one 
383 place~\cite[p.~232]{brodie2004}, but the term \emph{factoring} is prominent in 
384 the book, which also contains a whole chapter dedicated to (re)factoring, and 
385 how to keep the (Forth) code clean and maintainable.
386
387 \begin{quote}
388   \ldots good factoring technique is perhaps the most important skill for a 
389   Forth programmer.~\cite[p.~172]{brodie2004}
390 \end{quote}
391
392 \noindent Brodie also express what \emph{factoring} means to him:
393
394 \begin{quote}
395   Factoring means organizing code into useful fragments. To make a fragment 
396   useful, you often must separate reusable parts from non-reusable parts. The  
397   reusable parts become new definitions. The non-reusable parts become arguments 
398   or parameters to the definitions.~\cite[p.~172]{brodie2004}
399 \end{quote}
400
401 Fowler claims that the usage of the word \emph{refactoring} did not pass between 
402 the \name{Forth} and \name{Smalltalk} communities, but that it emerged 
403 independently in each of the communities.
404
405 \subsection{Reasons for refactoring}
406 There are many reasons why people want to refactor their programs. They can for 
407 instance do it to remove duplication, break up long methods or to introduce 
408 design patterns into their software systems. The shared trait for all these is 
409 that peoples' intentions are to make their programs \emph{better}, in some 
410 sense.  But what aspects of their programs are becoming improved?
411
412 As just mentioned, people often refactor to get rid of duplication. They are 
413 moving identical or similar code into methods, and are pushing methods up or 
414 down in their class hierarchies. They are making template methods for 
415 overlapping algorithms/functionality, and so on. It is all about gathering what 
416 belongs together and putting it all in one place. The resulting code is then 
417 easier to maintain. When removing the implicit coupling\footnote{When 
418   duplicating code, the duplicate pieces of code might not be coupled, apart 
419 from representing the same functionality. So if this functionality is going to 
420 change, it might need to change in more than one place, thus creating an 
421 implicit coupling between multiple pieces of code.} between code snippets, the 
422 location of a bug is limited to only one place, and new functionality need only 
423 to be added to this one place, instead of a number of places people might not 
424 even remember.
425
426 A problem you often encounter when programming, is that a program contains a lot 
427 of long and hard-to-grasp methods. It can then help to break the methods into 
428 smaller ones, using the \ExtractMethod refactoring\citing{refactoring}.  Then 
429 you may discover something about a program that you were not aware of before; 
430 revealing bugs you did not know about or could not find due to the complex 
431 structure of your program. Making the methods smaller and giving good names to 
432 the new ones clarifies the algorithms and enhances the \emph{understandability} 
433 of the program \see{magic_number_seven}. This makes refactoring an excellent 
434 method for exploring unknown program code, or code that you had forgotten that 
435 you wrote.
436
437 Most primitive refactorings are simple, and usually involves moving code 
438 around\citing{kerievsky2005}. The motivation behind them may first be revealed 
439 when they are combined into larger --- higher level --- refactorings, called 
440 \emph{composite refactorings} \see{compositeRefactorings}. Often the goal of 
441 such a series of refactorings is a design pattern. Thus the design can 
442 \emph{evolve} throughout the lifetime of a program, as opposed to designing 
443 up-front.  It is all about being structured and taking small steps to improve a 
444 program's design.
445
446 Many software design pattern are aimed at lowering the coupling between 
447 different classes and different layers of logic. One of the most famous is 
448 perhaps the \pattern{Model-View-Controller}\citing{designPatterns} pattern. It 
449 is aimed at lowering the coupling between the user interface, the business logic 
450 and the data representation of a program. This also has the added benefit that 
451 the business logic could much easier be the target of automated tests, thus 
452 increasing the productivity in the software development process.
453
454 Another effect of refactoring is that with the increased separation of concerns 
455 coming out of many refactorings, the \emph{performance} can be improved. When 
456 profiling programs, the problematic parts are narrowed down to smaller parts of 
457 the code, which are easier to tune, and optimization can be performed only where 
458 needed and in a more effective way\citing{refactoring}.
459
460 Last, but not least, and this should probably be the best reason to refactor, is 
461 to refactor to \emph{facilitate a program change}. If one has managed to keep 
462 one's code clean and tidy, and the code is not bloated with design patterns that 
463 are not ever going to be needed, then some refactoring might be needed to 
464 introduce a design pattern that is appropriate for the change that is going to 
465 happen.
466
467 Refactoring program code --- with a goal in mind --- can give the code itself 
468 more value. That is in the form of robustness to bugs, understandability and 
469 maintainability. Having robust code is an obvious advantage, but 
470 understandability and maintainability are both very important aspects of 
471 software development. By incorporating refactoring in the development process, 
472 bugs are found faster, new functionality is added more easily and code is easier 
473 to understand by the next person exposed to it, which might as well be the 
474 person who wrote it. The consequence of this, is that refactoring can increase 
475 the average productivity of the development process, and thus also add to the 
476 monetary value of a business in the long run. The perspective on productivity 
477 and money should also be able to open the eyes of the many nearsighted managers 
478 that seldom see beyond the next milestone.
479
480 \subsection{The magical number seven}\label{magic_number_seven}
481 The article \tit{The magical number seven, plus or minus two: some limits on our 
482 capacity for processing information}\citing{miller1956} by George A.  Miller, 
483 was published in the journal \name{Psychological Review} in 1956.  It presents 
484 evidence that support that the capacity of the number of objects a human being 
485 can hold in its working memory is roughly seven, plus or minus two objects. This 
486 number varies a bit depending on the nature and complexity of the objects, but 
487 is according to Miller ``\ldots never changing so much as to be 
488 unrecognizable.''
489
490 Miller's article culminates in the section called \emph{Recoding}, a term he 
491 borrows from communication theory. The central result in this section is that by 
492 recoding information, the capacity of the amount of information that a human can 
493 process at a time is increased. By \emph{recoding}, Miller means to group 
494 objects together in chunks, and give each chunk a new name that it can be 
495 remembered by. 
496
497 \begin{quote}
498   \ldots recoding is an extremely powerful weapon for increasing the amount of 
499   information that we can deal with.~\cite[p.~95]{miller1956}
500 \end{quote}
501
502 By organizing objects into patterns of ever growing depth, one can memorize and 
503 process a much larger amount of data than if it were to be represented as its 
504 basic pieces. This grouping and renaming is analogous to how many refactorings 
505 work, by grouping pieces of code and give them a new name.  Examples are the 
506 fundamental \ExtractMethod and \refa{Extract Class} 
507 refactorings\citing{refactoring}.
508
509 An example from the article addresses the problem of memorizing a sequence of 
510 binary digits. The example presented here is a slightly modified version of the 
511 one presented in the original article\citing{miller1956}, but it preserves the 
512 essence of it. Let us say we have the following sequence of 
513 16 binary digits: ``1010001001110011''. Most of us will have a hard time 
514 memorizing this sequence by only reading it once or twice. Imagine if we instead 
515 translate it to this sequence: ``A273''. If you have a background from computer 
516 science, it will be obvious that the latter sequence is the first sequence 
517 recoded to be represented by digits in base 16. Most people should be able to 
518 memorize this last sequence by only looking at it once.
519
520 Another result from the Miller article is that when the amount of information a 
521 human must interpret increases, it is crucial that the translation from one code 
522 to another must be almost automatic for the subject to be able to remember the 
523 translation, before \heshe is presented with new information to recode.  Thus 
524 learning and understanding how to best organize certain kinds of data is 
525 essential to efficiently handle that kind of data in the future. This is much 
526 like when humans learn to read. First they must learn how to recognize letters.  
527 Then they can learn distinct words, and later read sequences of words that form 
528 whole sentences. Eventually, most of them will be able to read whole books and 
529 briefly retell the important parts of its content. This suggests that the use of 
530 design patterns is a good idea when reasoning about computer programs. With 
531 extensive use of design patterns when creating complex program structures, one 
532 does not always have to read whole classes of code to comprehend how they 
533 function, it may be sufficient to only see the name of a class to almost fully 
534 understand its responsibilities.
535
536 \begin{quote}
537   Our language is tremendously useful for repackaging material into a few chunks 
538   rich in information.~\cite[p.~95]{miller1956}
539 \end{quote}
540
541 Without further evidence, these results at least indicate that refactoring 
542 source code into smaller units with higher cohesion and, when needed, 
543 introducing appropriate design patterns, should aid in the cause of creating 
544 computer programs that are easier to maintain and have code that is easier (and 
545 better) understood.
546
547 \subsection{Notable contributions to the refactoring literature}
548
549 \begin{description}
550   \item[1992] William F. Opdyke submits his doctoral dissertation called 
551     \tit{Refactoring Object-Oriented Frameworks}\citing{opdyke1992}. This work 
552     defines a set of refactorings that are behavior-preserving given that their 
553     preconditions are met. The dissertation is focused on the automation of 
554     refactorings.
555   \item[1999] Martin Fowler et al.: \tit{Refactoring: Improving the Design of 
556     Existing Code}\citing{refactoring}. This is maybe the most influential text 
557     on refactoring. It bares similarities with Opdykes thesis\citing{opdyke1992} 
558     in the way that it provides a catalog of refactorings. But Fowler's book is 
559     more about the craft of refactoring, as he focuses on establishing a 
560     vocabulary for refactoring, together with the mechanics of different 
561     refactorings and when to perform them. His methodology is also founded on 
562     the principles of test-driven development.
563   \item[2005] Joshua Kerievsky: \tit{Refactoring to 
564     Patterns}\citing{kerievsky2005}. This book is heavily influenced by Fowler's 
565     \tit{Refactoring}\citing{refactoring} and the ``Gang of Four'' \tit{Design 
566     Patterns}\citing{designPatterns}. It is building on the refactoring 
567     catalogue from Fowler's book, but is trying to bridge the gap between 
568     \emph{refactoring} and \emph{design patterns} by providing a series of 
569     higher-level composite refactorings, that makes code evolve toward or away 
570     from certain design patterns. The book is trying to build up the reader's 
571     intuition around \emph{why} one would want to use a particular design 
572     pattern, and not just \emph{how}. The book is encouraging evolutionary 
573     design \see{relationToDesignPatterns}.
574 \end{description}
575
576 \subsection{Tool support (for Java)}\label{toolSupport}
577 This section will briefly compare the refactoring support of the three IDEs 
578 \name{Eclipse}\footnote{\url{http://www.eclipse.org/}}, \name{IntelliJ 
579 IDEA}\footnote{The IDE under comparison is the \name{Community Edition}, 
580 \url{http://www.jetbrains.com/idea/}} and 
581 \name{NetBeans}\footnote{\url{https://netbeans.org/}}. These are the most 
582 popular Java IDEs\citing{javaReport2011}.
583
584 All three IDEs provide support for the most useful refactorings, like the 
585 different extract, move and rename refactorings. In fact, Java-targeted IDEs are 
586 known for their good refactoring support, so this did not appear as a big 
587 surprise.
588
589 The IDEs seem to have excellent support for the \ExtractMethod refactoring, so 
590 at least they have all passed the first ``refactoring 
591 rubicon''\citing{fowlerRubicon2001,secondRubicon2012}.
592
593 Regarding the \MoveMethod refactoring, the \name{Eclipse} and \name{IntelliJ} 
594 IDEs do the job in very similar manners. In most situations they both do a 
595 satisfying job by producing the expected outcome. But they do nothing to check 
596 that the result does not break the semantics of the program 
597 \see{sec:correctness}.
598 The \name{NetBeans} IDE implements this refactoring in a somewhat 
599 unsophisticated way. For starters, the refactoring's default destination for the 
600 move, is the same class as the method already resides in, although it refuses to 
601 perform the refactoring if chosen.  But the worst part is, that if moving the 
602 method \method{f} of the class \type{C} to the class \type{X}, it will break the 
603 code.  The result is shown in \myref{lst:moveMethod_NetBeans}.
604
605 \begin{listing}
606 \begin{multicols}{2}
607 \begin{minted}[samepage]{java}
608 public class C {
609     private X x;
610     ...
611     public void f() {
612         x.m();
613         x.n();
614     }
615 }
616 \end{minted}
617
618 \columnbreak
619
620 \begin{minted}[samepage]{java}
621 public class X {
622     ...
623     public void f(C c) {
624         c.x.m();
625         c.x.n();
626     }
627 }
628 \end{minted}
629 \end{multicols}
630 \caption{Moving method \method{f} from \type{C} to \type{X}.}
631 \label{lst:moveMethod_NetBeans}
632 \end{listing}
633
634 \name{NetBeans} will try to create code that call the methods \method{m} and \method{n} 
635 of \type{X} by accessing them through \var{c.x}, where \var{c} is a parameter of 
636 type \type{C} that is added the method \method{f} when it is moved. (This is 
637 seldom the desired outcome of this refactoring, but ironically, this ``feature'' 
638 keeps \name{NetBeans} from breaking the code in the example from 
639 \myref{sec:correctness}.) If \var{c.x} for some reason is inaccessible to 
640 \type{X}, as in this case, the refactoring breaks the code, and it will not 
641 compile. \name{NetBeans} presents a preview of the refactoring outcome, but the 
642 preview does not catch it if the IDE is about break the program. 
643
644 The IDEs under investigation seem to have fairly good support for primitive 
645 refactorings, but what about more complex ones, such as 
646 \gloss{extractClass}\citing{refactoring}? \name{IntelliJ} handles this in a 
647 fairly good manner, although, in the case of private methods, it leaves unused 
648 methods behind. These are methods that delegate to a field with the type of the 
649 new class, but are not used anywhere. \name{Eclipse} has added its own quirk to 
650 the \refa{Extract Class} refactoring, and only allows for \emph{fields} to be 
651 moved to a new class, \emph{not methods}. This makes it effectively only 
652 extracting a data structure, and calling it \refa{Extract Class} is a little 
653 misleading.  One would often be better off with textual extract and paste than 
654 using the \refa{Extract Class} refactoring in \name{Eclipse}. When it comes to 
655 \name{NetBeans}, it does not even show an attempt on providing this refactoring.  
656
657 \subsection{The relation to design patterns}\label{relationToDesignPatterns}
658
659 Refactoring and design patterns have at least one thing in common, they are both 
660 promoted by advocates of \emph{clean code}\citing{cleanCode} as fundamental 
661 tools on the road to more maintainable and extendable source code.
662
663 \begin{quote}
664   Design patterns help you determine how to reorganize a design, and they can 
665   reduce the amount of refactoring you need to do 
666   later.~\cite[p.~353]{designPatterns}
667 \end{quote}
668
669 Although sometimes associated with 
670 over-engineering\citing{kerievsky2005,refactoring}, design patterns are in 
671 general assumed to be good for maintainability of source code.  That may be 
672 because many of them are designed to support the \emph{open/closed principle} of 
673 object-oriented programming. The principle was first formulated by Bertrand 
674 Meyer, the creator of the Eiffel programming language, like this: ``Modules 
675 should be both open and closed.''\citing{meyer1988} It has been popularized, 
676 with this as a common version: 
677
678 \begin{quote}
679   Software entities (classes, modules, functions, etc.) should be open for 
680   extension, but closed for modification.
681 \end{quote} 
682
683 Maintainability is often thought of as the ability to be able to introduce new 
684 functionality without having to change too much of the old code. When 
685 refactoring, the motivation is often to facilitate adding new functionality. It 
686 is about factoring the old code in a way that makes the new functionality being 
687 able to benefit from the functionality already residing in a software system, 
688 without having to copy old code into new. Then, next time someone shall add new 
689 functionality, it is less likely that the old code has to change. Assuming that 
690 a design pattern is the best way to get rid of duplication and assist in 
691 implementing new functionality, it is reasonable to conclude that a design 
692 pattern often is the target of a series of refactorings. Having a repertoire of 
693 design patterns can also help in knowing when and how to refactor a program to 
694 make it reflect certain desired characteristics.
695
696 \begin{quote}
697   There is a natural relation between patterns and refactorings. Patterns are 
698   where you want to be; refactorings are ways to get there from somewhere 
699   else.~\cite[p.~107]{refactoring}
700 \end{quote}
701
702 This quote is wise in many contexts, but it is not always appropriate to say 
703 ``Patterns are where you want to be\ldots''. \emph{Sometimes}, patterns are 
704 where you want to be, but only because it will benefit your design. It is not 
705 true that one should always try to incorporate as many design patterns as 
706 possible into a program. It is not like they have intrinsic value. They only add 
707 value to a system when they support its design. Otherwise, the use of design 
708 patterns may only lead to a program that is more complex than necessary.
709
710 \begin{quote}
711   The overuse of patterns tends to result from being patterns happy. We are 
712   \emph{patterns happy} when we become so enamored of patterns that we simply 
713   must use them in our code.~\cite[p.~24]{kerievsky2005}
714 \end{quote}
715
716 This can easily happen when relying largely on up-front design. Then it is 
717 natural, in the very beginning, to try to build in all the flexibility that one 
718 believes will be necessary throughout the lifetime of a software system.  
719 According to Joshua Kerievsky ``That sounds reasonable --- if you happen to be 
720 psychic.''~\cite[p.~1]{kerievsky2005} He is advocating what he believes is a 
721 better approach: To let software continually evolve. To start with a simple 
722 design that meets today's needs, and tackle future needs by refactoring to 
723 satisfy them. He believes that this is a more economic approach than investing 
724 time and money into a design that inevitably is going to change. By relying on 
725 continuously refactoring a system, its design can be made simpler without 
726 sacrificing flexibility. To be able to fully rely on this approach, it is of 
727 utter importance to have a reliable suit of tests to lean on \see{testing}. This 
728 makes the design process more natural and less characterized by difficult 
729 decisions that has to be made before proceeding in the process, and that is 
730 going to define a project for all of its unforeseeable future.
731
732 \subsection{The impact on software quality}
733
734 \subsubsection{What is software quality?}
735 The term \emph{software quality} has many meanings. It all depends on the 
736 context we put it in. If we look at it with the eyes of a software developer, it 
737 usually means that the software is easily maintainable and testable, or in other 
738 words, that it is \emph{well designed}. This often correlates with the 
739 management scale, where \emph{keeping the schedule} and \emph{customer 
740 satisfaction} is at the center. From the customers point of view, in addition to 
741 good usability, \emph{performance} and \emph{lack of bugs} is always 
742 appreciated, measurements that are also shared by the software developer. (In 
743 addition, such things as good documentation could be measured, but this is out 
744 of the scope of this document.)
745
746 \subsubsection{The impact on performance}
747 \begin{quote}
748   Refactoring certainly will make software go more slowly\footnote{With today's 
749   compiler optimization techniques and performance tuning of e.g. the Java 
750 virtual machine, the penalties of object creation and method calls are 
751 debatable.}, but it also makes the software more amenable to performance 
752 tuning.~\cite[p.~69]{refactoring}
753 \end{quote}
754
755 \noindent There is a common belief that refactoring compromises performance, due 
756 to increased degree of indirection and that polymorphism is slower than 
757 conditionals.
758
759 In a survey, Demeyer\citing{demeyer2002} disproves this view in the case of 
760 polymorphism. He did an experiment on, what he calls, ``Transform Self Type 
761 Checks'' where you introduce a new polymorphic method and a new class hierarchy 
762 to get rid of a class' type checking of a ``type attribute``. He uses this kind 
763 of transformation to represent other ways of replacing conditionals with 
764 polymorphism as well. The experiment is performed on the C++ programming 
765 language and with three different compilers and platforms. Demeyer concludes 
766 that, with compiler optimization turned on, polymorphism beats middle to large 
767 sized if-statements and does as well as case-statements.  (In accordance with 
768 his hypothesis, due to similarities between the way C++ handles polymorphism and 
769 case-statements.)
770
771 \begin{quote}
772   The interesting thing about performance is that if you analyze most programs, 
773   you find that they waste most of their time in a small fraction of the 
774   code.~\cite[p.~70]{refactoring}
775 \end{quote}
776
777 \noindent So, although an increased amount of method calls could potentially 
778 slow down programs, one should avoid premature optimization and sacrificing good 
779 design, leaving the performance tuning until after \gloss{profiling} the 
780 software and having isolated the actual problem areas.
781
782 \subsection{Composite refactorings}\label{compositeRefactorings}
783 Generally, when thinking about refactoring, at the mechanical level, there are 
784 essentially two kinds of refactorings. There are the \emph{primitive} 
785 refactorings, and the \emph{composite} refactorings. 
786
787 \definition{A \emph{primitive refactoring} is a refactoring that cannot be 
788 expressed in terms of other refactorings.}
789
790 \noindent Examples are the \refa{Pull Up Field} and \refa{Pull Up 
791 Method} refactorings\citing{refactoring}, that move members up in their class 
792 hierarchies.
793
794 \definition{A \emph{composite refactoring} is a refactoring that can be 
795 expressed in terms of two or more other refactorings.}
796
797 \noindent An example of a composite refactoring is the \refa{Extract 
798 Superclass} refactoring\citing{refactoring}. In its simplest form, it is composed 
799 of the previously described primitive refactorings, in addition to the 
800 \refa{Pull Up Constructor Body} refactoring\citing{refactoring}. It works 
801 by creating an abstract superclass that the target class(es) inherits from, then 
802 by applying \refa{Pull Up Field}, \refa{Pull Up Method} and 
803 \refa{Pull Up Constructor Body} on the members that are to be members of 
804 the new superclass. If there are multiple classes in play, their interfaces may 
805 need to be united with the help of some rename refactorings, before extracting 
806 the superclass. For an overview of the \refa{Extract Superclass} 
807 refactoring, see \myref{fig:extractSuperclass}.
808
809 \begin{figure}[h]
810   \centering
811   \includegraphics[angle=270,width=\linewidth]{extractSuperclassItalic.pdf}
812   \caption{The Extract Superclass refactoring, with united interfaces.}
813   \label{fig:extractSuperclass}
814 \end{figure}
815
816 \subsection{Manual vs. automated refactorings}
817 Refactoring is something every programmer does, even if \heshe does not known 
818 the term \emph{refactoring}. Every refinement of source code that does not alter 
819 the program's behavior is a refactoring. For small refactorings, such as 
820 \ExtractMethod, executing it manually is a manageable task, but is still prone 
821 to errors. Getting it right the first time is not easy, considering the method 
822 signature and all the other aspects of the refactoring that has to be in place.  
823
824 Consider the renaming of classes, methods and fields. For complex programs these 
825 refactorings are almost impossible to get right.  Attacking them with textual 
826 search and replace, or even regular expressions, will fall short on these tasks.  
827 Then it is crucial to have proper tool support that can perform them 
828 automatically. Tools that can parse source code and thus have semantic knowledge 
829 about which occurrences of which names belong to what construct in the program.  
830 For even trying to perform one of these complex tasks manually, one would have 
831 to be very confident on the existing test suite \see{testing}.
832
833 \subsection{Correctness of refactorings}\label{sec:correctness}
834 For automated refactorings to be truly useful, they must show a high degree of 
835 behavior preservation.  This last sentence might seem obvious, but there are 
836 examples of refactorings in existing tools that break programs. In an ideal 
837 world, every automated refactoring would be ``complete'', in the sense that it 
838 would never break a program. In an ideal world, every program would also be free 
839 from bugs. In modern IDEs the implemented automated refactorings are working for 
840 \emph{most} cases, which is enough for making them useful.
841
842 I will now present an example of a \emph{corner case} where a program breaks 
843 when a refactoring is applied. The example shows an \ExtractMethod refactoring 
844 followed by a \MoveMethod refactoring that breaks a program in both the 
845 \name{Eclipse} and \name{IntelliJ} IDEs\footnote{The \name{NetBeans} IDE handles this 
846   particular situation without altering the program's behavior, mainly because 
847   its \refa{Move Method} refactoring implementation is a bit flawed in other ways 
848   \see{toolSupport}.}.  The target and the destination for the composed 
849   refactoring are shown in \myref{lst:correctnessExtractAndMove}.  Note that the 
850   method \method{m(C c)} of class \type{X} assigns to the field \var{x} of the 
851   argument \var{c} that has type \type{C}.
852
853 \begin{listing}[h]
854 \begin{multicols}{2}
855 \begin{minted}[linenos,frame=topline,label={Refactoring 
856   target},framesep=\mintedframesep]{java}
857 public class C {
858   public X x = new X();
859
860   public void f() {
861     x.m(this);
862     // Not the same x
863     x.n();
864   }
865 }
866 \end{minted}
867
868 \columnbreak
869
870 \begin{minted}[frame=topline,label={Method 
871   destination},framesep=\mintedframesep]{java}
872 public class X {
873   public void m(C c) {
874     c.x = new X();
875     // If m is called from
876     // c, then c.x no longer
877     // equals 'this'
878   }
879   public void n() {}
880 }
881 \end{minted}
882 \end{multicols}
883 \caption{The target and the destination for the composition of the Extract 
884 Method and \refa{Move Method} refactorings.}
885 \label{lst:correctnessExtractAndMove}
886 \end{listing}
887
888
889 The refactoring sequence works by extracting line 6 through 8 from the original 
890 class \type{C} into a method \method{f} with the statements from those lines as 
891 its method body (but with the comment left out, since it will no longer hold any 
892 meaning). The method is then moved to the class \type{X}.  The result is shown 
893 in \myref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}.
894
895 Before the refactoring, the methods \method{m} and \method{n} of class \type{X} 
896 are called on different object instances (see line 6 and 8 of the original class 
897 \type{C} in \cref{lst:correctnessExtractAndMove}). After the refactoring, they 
898 are called on the same object, and the statement on line 
899 3 of class \type{X} (in \cref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}) no longer 
900   has the desired effect in our example. The method \method{f} of class \type{C} 
901   is now calling the method \method{f} of class \type{X} (see line 5 of class 
902   \type{C} in \cref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}), and the program now 
903   behaves different than before.
904
905 \begin{listing}[h]
906 \begin{multicols}{2}
907 \begin{minted}[linenos]{java}
908 public class C {
909     public X x = new X();
910
911     public void f() {
912         x.f(this);
913     }
914 }
915 \end{minted}
916
917 \columnbreak
918
919 \begin{minted}[linenos]{java}
920 public class X {
921     public void m(C c) {
922         c.x = new X();
923     }
924     public void n() {}
925     // Extracted and 
926     // moved method
927     public void f(C c) {
928         m(c);
929         n();
930     }
931 }
932 \end{minted}
933 \end{multicols}
934 \caption{The result of the composed refactoring.}
935 \label{lst:correctnessExtractAndMoveResult}
936 \end{listing}
937
938 The bug introduced in the previous example is of such a nature\footnote{Caused 
939 by aliasing.} that it is very difficult to spot if the refactored code is not 
940 covered by tests.  It does not generate compilation errors, and will thus only 
941 result in a runtime error or corrupted data, which might be hard to detect.
942
943 \subsection{Refactoring and the importance of testing}\label{testing}
944 \begin{quote}
945   If you want to refactor, the essential precondition is having solid 
946   tests.\citing{refactoring}
947 \end{quote}
948
949 When refactoring, there are roughly three classes of errors that can be made.  
950 The first class of errors is the one that makes the code unable to compile.  
951 These \emph{compile-time} errors are of the nicer kind. They flash up at the 
952 moment they are made (at least when using an IDE), and are usually easy to fix.  
953 The second class is the \emph{runtime} errors. Although these errors take a bit 
954 longer to surface, they usually manifest after some time in an illegal argument 
955 exception, null pointer exception or similar during the program execution.  
956 These kinds of errors are a bit harder to handle, but at least they will show, 
957 eventually. Then there are the \emph{behavior-changing} errors. These errors are 
958 of the worst kind. They do not show up during compilation and they do not turn 
959 on a blinking red light during runtime either. The program can seem to work 
960 perfectly fine with them in play, but the business logic can be damaged in ways 
961 that will only show up over time.
962
963 For discovering runtime errors and behavior changes when refactoring, it is 
964 essential to have good test coverage. Testing in this context means writing 
965 automated tests. Manual testing may have its uses, but when refactoring, it is 
966 automated unit testing that dominate. For discovering behavior changes it is 
967 especially important to have tests that cover potential problems, since these 
968 kinds of errors do not reveal themselves.
969
970 Unit testing is not a way to \emph{prove} that a program is correct, but it is a 
971 way to make you confident that it \emph{probably} works as desired.  In the 
972 context of test-driven development (commonly known as TDD), the tests are even a 
973 way to define how the program is \emph{supposed} to work.  It is then, by 
974 definition, working if the tests are passing.  
975
976 If the test coverage for a code base is perfect, then it should, theoretically, 
977 be risk-free to perform refactorings on it. This is why automated tests and 
978 refactoring is such a great match.
979
980 \subsubsection{Testing the code from correctness section}
981 The worst thing that can happen when refactoring is to introduce changes to the 
982 behavior of a program, as in the example on \myref{sec:correctness}. This 
983 example may be trivial, but the essence is clear. The only problem with the 
984 example is that it is not clear how to create automated tests for it, without 
985 changing it in intrusive ways.
986
987 Unit tests, as they are known from the different \glosspl{xUnit} around, are 
988 only suitable to test the \emph{result} of isolated operations. They can not 
989 easily (if at all) observe the \emph{history} of a program.
990
991 This problem is still open.
992
993 \begin{comment}
994
995 Assuming a sequential (non-concurrent) program:
996
997 \begin{minted}{java}
998 tracematch (C c, X x) {
999   sym m before:
1000     call(* X.m(C)) && args(c) && cflow(within(C));
1001   sym n before:
1002     call(* X.n()) && target(x) && cflow(within(C));
1003   sym setCx after:
1004     set(C.x) && target(c) && !cflow(m);
1005
1006   m n
1007
1008   { assert x == c.x; }
1009 }
1010 \end{minted}
1011
1012 %\begin{minted}{java}
1013 %tracematch (X x1, X x2) {
1014 %  sym m before:
1015 %    call(* X.m(C)) && target(x1);
1016 %  sym n before:
1017 %    call(* X.n()) && target(x2);
1018 %  sym setX after:
1019 %    set(C.x) && !cflow(m) && !cflow(n);
1020 %
1021 %  m n
1022 %
1023 %  { assert x1 != x2; }
1024 %}
1025 %\end{minted}
1026 \end{comment}
1027
1028
1029 \section{The project}\label{sec:project}
1030 In this section we look at the work that shall be done for this project, its 
1031 building stones and some of the methodologies used.
1032
1033 \subsection{Project description}
1034 The aim of this master's project will be to explore the relationship between the 
1035 \ExtractMethod and the \MoveMethod refactorings. This will be done by composing 
1036 the two into a composite refactoring. The refactoring will be called the 
1037 \ExtractAndMoveMethod refactoring. 
1038
1039 The two primitive \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings must already be 
1040 implemented in a tool, so the \ExtractAndMoveMethod refactoring is going to be 
1041 built on top of those.
1042
1043 The composition of the \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings springs 
1044 naturally out of the need to move procedures closer to the data they manipulate.  
1045 This composed refactoring is not well described in the literature, but it is 
1046 implemented in at least one tool called 
1047 \name{CodeRush}\footnote{\url{https://help.devexpress.com/\#CodeRush/CustomDocument3519}}, 
1048 which is an extension for \name{MS Visual 
1049 Studio}\footnote{\url{http://www.visualstudio.com/}}. In CodeRush it is called 
1050 \refa{Extract Method to 
1051 Type}\footnote{\url{https://help.devexpress.com/\#CodeRush/CustomDocument6710}}, 
1052 but I choose to call it \ExtractAndMoveMethod, since I feel this better 
1053 communicates which primitive refactorings it is composed of. 
1054
1055 The project will consist of implementing the \ExtractAndMoveMethod refactoring, 
1056 as well as executing it over a larger code base, as a case study. To be able to 
1057 execute the refactoring automatically, I have to make it analyze code to 
1058 determine the best selections to extract into new methods.
1059
1060 \subsection{The premises}
1061 Before we can start manipulating source code and write a tool for doing so, we 
1062 need to decide on a programming language for the code we are going to 
1063 manipulate. Also, since we do not want to start from scratch by implementing 
1064 primitive refactorings ourselves, we need to choose an existing tool that 
1065 provides the needed refactorings. In addition to be able to perform changes, we 
1066 need a framework for analyzing source code for the language we select.
1067
1068 \subsubsection{Choosing the target language}
1069 Choosing which programming language the code that shall be manipulated shall be 
1070 written in, is not a very difficult task. We choose to limit the possible 
1071 languages to the object-oriented programming languages, since most of the 
1072 terminology and literature regarding refactoring comes from the world of 
1073 object-oriented programming. In addition, the language must have existing tool 
1074 support for refactoring.
1075
1076 The \name{Java} programming language\footnote{\url{https://www.java.com/}} is 
1077 the dominating language when it comes to example code in the literature of 
1078 refactoring, and is thus a natural choice. Java is perhaps, currently the most 
1079 influential programming language in the world, with its \name{Java Virtual 
1080 Machine} that runs on all of the most popular architectures and also supports 
1081 dozens of other programming languages\footnote{They compile to Java bytecode.}, 
1082 with \name{Scala}, \name{Clojure} and \name{Groovy} as the most prominent ones.  
1083 Java is currently the language that every other programming language is compared 
1084 against. It is also the primary programming language for the author of this 
1085 thesis.
1086
1087 \subsubsection{Choosing the tools}
1088 When choosing a tool for manipulating Java, there are certain criteria that 
1089 have to be met. First of all, the tool should have some existing refactoring 
1090 support that this thesis can build upon. Secondly it should provide some kind of 
1091 framework for parsing and analyzing Java source code. Third, it should itself be 
1092 open source. This is both because of the need to be able to browse the code for 
1093 the existing refactorings that is contained in the tool, and also because open 
1094 source projects hold value in them selves. Another important aspect to consider 
1095 is that open source projects of a certain size, usually has large communities of 
1096 people connected to them, that are committed to answering questions regarding the 
1097 use and misuse of the products, that to a large degree is made by the community 
1098 itself.
1099
1100 There is a certain class of tools that meet these criteria, namely the class of 
1101 \emph{IDEs}\footnote{\emph{Integrated Development Environment}}. These are 
1102 programs that are meant to support the whole production cycle of a computer 
1103 program, and the most popular IDEs that support Java, generally have quite good 
1104 refactoring support.
1105
1106 The main contenders for this thesis is the \name{Eclipse IDE}, with the 
1107 \name{Java development tools} (JDT), the \name{IntelliJ IDEA Community Edition} 
1108 and the \name{NetBeans IDE} \see{toolSupport}. \name{Eclipse} and 
1109 \name{NetBeans} are both free, open source and community driven, while the 
1110 \name{IntelliJ IDEA} has an open sourced community edition that is free of 
1111 charge, but also offer an \name{Ultimate Edition} with an extended set of 
1112 features, at additional cost.  All three IDEs supports adding plugins to extend 
1113 their functionality and tools that can be used to parse and analyze Java source 
1114 code. But one of the IDEs stand out as a favorite, and that is the \name{Eclipse 
1115 IDE}. This is the most popular\citing{javaReport2011} among them and seems to be 
1116 de facto standard IDE for Java development regardless of platform.
1117
1118
1119 \subsection{The primitive refactorings}
1120 The refactorings presented here are the primitive refactorings used in this 
1121 project. They are the abstract building blocks used by the \ExtractAndMoveMethod 
1122 refactoring. 
1123
1124 \paragraph{The Extract Method refactoring}
1125 The \refa{Extract Method} refactoring is used to extract a fragment of code 
1126 from its context and into a new method. A call to the new method is inlined 
1127 where the fragment was before. It is used to break code into logical units, with 
1128 names that explain their purpose.
1129
1130 An example of an \ExtractMethod refactoring is shown in 
1131 \myref{lst:extractMethodRefactoring}. It shows a method containing calls to the 
1132 methods \method{foo} and \method{bar} of a type \type{X}. These statements are 
1133 then extracted into the new method \method{fooBar}.
1134
1135 \begin{listing}[h]
1136   \begin{multicols}{2}
1137     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1138   class C {
1139     void method() {
1140       X x = new X();
1141       x.foo(); x.bar();
1142     }
1143   }
1144     \end{minted}
1145
1146     \columnbreak
1147
1148     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1149   class C {
1150     void method() {
1151       X x = new X();
1152       fooBar(x);
1153     }
1154     void fooBar(X x) {
1155       x.foo(); x.bar();
1156     }
1157   }
1158     \end{minted}
1159   \end{multicols}
1160   \caption{An example of an \ExtractMethod refactoring.}
1161   \label{lst:extractMethodRefactoring}
1162 \end{listing}
1163
1164 \paragraph{The Move Method refactoring}
1165 The \refa{Move Method} refactoring is used to move a method from one class to 
1166 another. This can be appropriate if the method is using more features of another 
1167 class than of the class which it is currently defined.  
1168
1169 \Myref{lst:moveMethodRefactoring} shows an example of this refactoring. Here a 
1170 method \method{fooBar} is moved from the class \type{C} to the class \type{X}.
1171
1172 \begin{listing}[h]
1173   \begin{multicols}{2}
1174     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1175   class C {
1176     void method() {
1177       X x = new X();
1178       fooBar(x);
1179     }
1180     void fooBar(X x) {
1181       x.foo(); x.bar();
1182     }
1183   }
1184   
1185   class X {
1186     void foo(){/*...*/}
1187     void bar(){/*...*/}
1188   }
1189     \end{minted}
1190
1191     \columnbreak
1192
1193     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1194   class C {
1195     void method() {
1196       X x = new X();
1197       x.fooBar();
1198     }
1199   }
1200
1201   class X {
1202     void fooBar() {
1203       foo(); bar();
1204     }
1205     void foo(){/*...*/}
1206     void bar(){/*...*/}
1207   }
1208     \end{minted}
1209   \end{multicols}
1210   \caption{An example of a \MoveMethod refactoring.}
1211   \label{lst:moveMethodRefactoring}
1212 \end{listing}
1213
1214 \subsection{The Extract and Move Method refactoring}
1215 The \ExtractAndMoveMethod refactoring is a composite refactoring composed of the 
1216 primitive \ExtractMethod and \MoveMethod refactorings. The effect of this 
1217 refactoring on source code is the same as when extracting a method and moving it 
1218 to another class. Conceptually, this is done without an intermediate step. In 
1219 practice, as we shall see later, an intermediate step may be necessary.
1220
1221 An example of this composite refactoring is shown in 
1222 \myref{lst:extractAndMoveMethodRefactoring}. The example joins the examples from 
1223 \cref{lst:extractMethodRefactoring} and \cref{lst:moveMethodRefactoring}. This 
1224 means that the selection consisting of the consecutive calls to the methods 
1225 \method{foo} and \method{bar}, is extracted into a new method \method{fooBar} 
1226 located in the class \type{X}.
1227
1228 \begin{listing}[h]
1229   \begin{multicols}{2}
1230     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1231   class C {
1232     void method() {
1233       X x = new X();
1234       x.foo(); x.bar();
1235     }
1236   }
1237   
1238   class X {
1239     void foo(){/*...*/}
1240     void bar(){/*...*/}
1241   }
1242     \end{minted}
1243
1244     \columnbreak
1245
1246     \begin{minted}[samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1247   class C {
1248     void method() {
1249       X x = new X();
1250       x.fooBar();
1251     }
1252   }
1253
1254   class X {
1255     void fooBar() {
1256       foo(); bar();
1257     }
1258     void foo(){/*...*/}
1259     void bar(){/*...*/}
1260   }
1261     \end{minted}
1262   \end{multicols}
1263   \caption{An example of the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
1264   \label{lst:extractAndMoveMethodRefactoring}
1265 \end{listing}
1266
1267 \subsection{The Coupling Between Object Classes metric}\label{sec:CBO}
1268 The best known metric for measuring coupling between classes in object-oriented 
1269 software is called \metr{Coupling Between Object Classes}, usually abbreviated 
1270 as CBO. The metric is defined in the article \tit{A Metrics Suite for Object 
1271 Oriented Design}\citing{metricsSuite1994} by Chidamber and Kemerer, published in
1272 1994.
1273
1274 \definition{\emph{CBO} for a class is a count of the number of other classes to 
1275 which it is coupled.}
1276
1277 An object is coupled to another object if one of them acts on the other by using 
1278 methods or instance variables of the other object. This relation goes both ways, 
1279 so both outgoing and incoming uses are counted. Each coupling relationship is 
1280 only considered once when measuring CBO for a class.
1281
1282 \paragraph{How can the Extract and Move Method refactoring improve CBO?}
1283 \Myref{lst:CBOExample} shows how CBO changes for a class when it is refactored 
1284 with the \ExtractAndMoveMethod refactoring. In the example we consider only the 
1285 CBO value of class \type{C}.
1286
1287 \begin{listing}[h]
1288 \begin{multicols}{2}
1289 \begin{minted}[linenos,samepage,frame=topline,label={Before},framesep=\mintedframesep]{java}
1290 class C {
1291   A a; B b;
1292   X x;
1293   void method() {
1294     x.y.foo();
1295     x.y.bar();
1296   }
1297   /* Uses of A and B.
1298      No uses of other 
1299      classes. */
1300 }
1301
1302 class X {
1303   Y y;
1304   /* No uses of C.
1305      Uses of Y. */
1306 }
1307
1308 class Y {
1309   void foo(){
1310     /* No uses of C. */
1311   }
1312   void bar(){
1313     /* No uses of C. */
1314   }
1315 }
1316 \end{minted}
1317
1318 \columnbreak
1319
1320 \begin{minted}[linenos,samepage,frame=topline,label={After},framesep=\mintedframesep]{java}
1321 class C {
1322   A a; B b;
1323   X x;
1324   void method() {
1325     x.fooBar();
1326   }
1327   /* Uses of A and B.
1328      No uses of other 
1329      classes. */
1330 }
1331
1332 class X {
1333   Y y;
1334   /* No uses of C.
1335      Uses of Y. */
1336   void fooBar() {
1337     y.foo();
1338     y.bar();
1339   }
1340 }
1341
1342 class Y {
1343   void foo(){
1344     /* No uses of C. */
1345   }
1346   void bar(){
1347     /* No uses of C. */
1348   }
1349 }
1350   \end{minted}
1351 \end{multicols}
1352 \caption{An example of improving CBO. Class \type{C} has a CBO value of 4 
1353 before refactoring it, and 3 after.}
1354 \label{lst:CBOExample}
1355 \end{listing}
1356
1357 Before refactoring the class \type{C} with the \ExtractAndMoveMethod 
1358 refactoring, it has a CBO value of 4. The class uses members of the classes 
1359 \type{A} and \type{B}, which accounts for 2 of the coupling relationships of 
1360 class \type{C}. In addition to this, it uses its variable \var{x} with type 
1361 \type{X} and also the methods \method{foo} and \method{bar} declared in class 
1362 \type{Y}, giving it a total CBO value of 4.
1363
1364 The after-part of the example code in \mysimpleref{lst:CBOExample} shows the 
1365 result of extracting the lines 
1366 5 and 6 of class \type{C} into a new method \method{fooBar}, with a subsequent 
1367   move of it to class \type{X}.
1368
1369 With respect to the CBO metric, the refactoring action accomplishes something 
1370 important: It eliminates the uses of class \type{Y} from class \type{C}. This 
1371 means that the class \type{C} is no longer coupled to \type{Y}, only the classes 
1372 \type{A}, \type{B} and \type{X}. The CBO value of class \type{C} is therefore 3 
1373 after refactoring, while no other class have received any increase in CBO.
1374
1375 The example shown here is an ideal situation. Coupling is reduced for one class 
1376 without any increase of coupling for another class. There is also another point 
1377 that is important. It is the fact that to reduce the CBO value for a class, we 
1378 need to remove \emph{all} its uses of another class. This is done for the class 
1379 \type{C} in \myref{lst:CBOExample}, where all uses of class \type{Y} is removed 
1380 by the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
1381 \todoin{Highlight code}
1382
1383
1384 \subsection{Research questions}\label{sec:researchQuestions}
1385 The main question that I seek an answer to in this thesis is:
1386
1387 \begin{quote}
1388   Is it possible to automate the analysis and execution of the 
1389   \ExtractAndMoveMethod refactoring, and do so for all of the code of a larger 
1390   project?
1391 \end{quote}
1392
1393 \noindent The secondary questions will then be:
1394
1395 \paragraph{Can we do this efficiently?} Can we automate the analysis and 
1396 execution of the refactoring so it can be run in a reasonable amount of time?  
1397
1398 \paragraph{Can we perform changes safely?} Can we take actions to prevent the 
1399 refactoring from breaking the code? By breaking the code we mean to either do 
1400 changes that do not compile, or make changes that alter the behavior of the 
1401 program.
1402
1403 \paragraph{Can we improve the quality of source code?} Assuming that the 
1404 refactoring is safe: Is it feasible to assure that the code we refactor actually 
1405 gets better in terms of coupling?
1406
1407 \paragraph{How can the automation of the refactoring be helpful?} Assuming the 
1408 refactoring does in fact improve the quality of source code and is safe to use: 
1409 What is the usefulness of the refactoring in a software development setting?  In 
1410 what parts of the development process can the refactoring play a role?
1411
1412 \subsection{Methodology}
1413 This section will present some of the methods used during the work of this 
1414 thesis.
1415
1416 \subsubsection{Evolutionary design}
1417 In the programming work for this project, I have tried using a design strategy 
1418 called evolutionary design, also known as continuous or incremental 
1419 design\citing{wiki_continuous_2014}. It is a software design strategy advocated 
1420 by the Extreme Programming community. The essence of the strategy is that you 
1421 should let the design of your program evolve naturally as your requirements 
1422 change.  This is seen in contrast with up-front design, where design decisions 
1423 are made early in the process. 
1424
1425 The motivation behind evolutionary design is to keep the design of software as 
1426 simple as possible. This means not introducing unneeded functionality into a 
1427 program. You should defer introducing flexibility into your software, until it 
1428 is needed to be able to add functionality in a clean way.
1429
1430 Holding up design decisions, implies that the time will eventually come when 
1431 decisions have to be made. The flexibility of the design then relies on the 
1432 programmer's abilities to perform the necessary refactoring, and \his confidence 
1433 in those abilities. From my experience working on this project, I can say that 
1434 this confidence is greatly enhanced by having automated tests to rely on 
1435 \see{tdd}.
1436
1437 The choice of going for evolutionary design developed naturally. As Fowler 
1438 points out in his article \tit{Is Design Dead?}, evolutionary design much 
1439 resembles the ``code and fix'' development strategy\citing{fowler_design_2004}.
1440 A strategy that most of us have practiced in school. This was also the case when 
1441 I first started this work. I had to learn the inner workings of Eclipse and its 
1442 refactoring-related plugins. That meant a lot of fumbling around with code I did 
1443 not know, in a trial and error fashion. Eventually I started writing tests for 
1444 my code, and my design began to evolve.
1445
1446 \subsubsection{Test-driven development}\label{tdd}
1447 As mentioned before, the project started out as a classic code and fix 
1448 development process. My focus was aimed at getting something to work, rather 
1449 than doing so according to best practice. This resulted in a project that got 
1450 out of its starting blocks, but it was not accompanied by any tests. Hence it 
1451 was soon difficult to make any code changes with the confidence that the program 
1452 was still correct afterwards (assuming it was so before changing it). I always 
1453 knew that I had to introduce some tests at one point, but this experience 
1454 accelerated the process of leading me onto the path of testing.
1455
1456 I then wrote tests for the core functionality of the plugin, and thus gained 
1457 more confidence in the correctness of my code. I could now perform quite drastic 
1458 changes without ``wetting my pants``. After this, nearly all of the semantic 
1459 changes done to the business logic of the project, or the addition of new 
1460 functionality, were made in a test-driven manner. This means that before 
1461 performing any changes, I would define the desired functionality through a set 
1462 of tests. I would then run the tests to check that they were run and that they 
1463 did not pass.  Then I would do any code changes necessary to make the tests 
1464 pass.  The definition of how the program is supposed to operate is then captured 
1465 by the tests.  However, this does not prove the correctness of the analysis 
1466 leading to the test definitions.
1467
1468 \subsection{Case studies}
1469 The case study methodology is used to show how the \ExtractAndMoveMethod 
1470 refactoring performs on real code, not just toy examples. The case studies are 
1471 used to analyze our project so we can conclude on its completeness and 
1472 usefulness.
1473
1474 \subsection{Dogfooding}
1475 Dogfooding is a methodology where you use your own tools to do your job, also 
1476 referred to as ``eating your own dog food''\citing{harrisonDogfooding2006}. It 
1477 is used in this project to see if we can refactor our own refactoring code and 
1478 still use it to refactor other code.
1479
1480 \section{Related work}\label{sec:relatedWork}
1481 Here we present some work related to automated composition of refactorings.
1482
1483 \subsection{``Making Program Refactoring 
1484 Safer''}\label{sec:saferRefactoringTests}
1485 This is the name of an article\citing{soaresSafer2010} about providing a way to 
1486 improve safety during refactoring. Soares et al. approaches the problem of 
1487 preserving behavior during refactoring by analyzing a transformation and then 
1488 generate a test suite for it, using static analysis. These tests are then run 
1489 for both the before- and after-code, and is compared to assure that they are 
1490 consistent.
1491
1492 \subsection{Search-based refactoring}
1493 \tit{Search-Based Refactoring: an
1494 empirical study}\citing{okeeffeSearchBased2008} is a paper by Mark O'Keeffe and 
1495 Mel Ó Cinnéide published in 2008. The authors present an empirical study of 
1496 different algorithmic approaches to search-based refactoring.
1497
1498 The common approach for all these algorithms is to generate a set of changes to 
1499 a program for then to use a ``fitness function'' to evaluate if they improve its
1500 design or not.  The fitness function consists of a weighted sum of different 
1501 object-oriented metrics.
1502
1503 Among other things, the authors conclude that even with small input programs, 
1504 their solution representation is memory-intensive, at least for some algorithms.  
1505 The programs they refactor on have in average 4,000 lines of code, spread over 
1506 57 classes. I.e. considerably smaller than one of the programs that will be 
1507    subject to refactoring in this project.
1508
1509
1510 \subsection{The compositional paradigm of refactoring}
1511 This paradigm builds upon the observation of Vakilian et 
1512 al.\citing{vakilian2012}, that of the many automated refactorings existing in 
1513 modern IDEs, the simplest ones are dominating the usage statistics. The report 
1514 mainly focuses on \name{Eclipse} as the tool under investigation.
1515
1516 The paradigm is described almost as the opposite of automated composition of 
1517 refactorings \see{compositeRefactorings}. It works by providing the programmer 
1518 with easily accessible primitive refactorings. These refactorings shall be 
1519 accessed via keyboard shortcuts or quick-assist menus\footnote{Think 
1520 quick-assist with Ctrl+1 in \name{Eclipse}} and be promptly executed, opposed to in the 
1521 currently dominating wizard-based refactoring paradigm. They are meant to 
1522 stimulate composing smaller refactorings into more complex changes, rather than 
1523 doing a large upfront configuration of a wizard-based refactoring, before 
1524 previewing and executing it. The compositional paradigm of refactoring is 
1525 supposed to give control back to the programmer, by supporting \himher with an 
1526 option of performing small rapid changes instead of large changes with a lesser 
1527 degree of control. The report authors hope this will lead to fewer unsuccessful 
1528 refactorings. It also could lower the bar for understanding the steps of a 
1529 larger composite refactoring and thus also help in figuring out what goes wrong 
1530 if one should choose to op in on a wizard-based refactoring.
1531
1532 Vakilian and his associates have performed a survey of the effectiveness of the 
1533 compositional paradigm versus the wizard-based one. They claim to have found 
1534 evidence of that the \emph{compositional paradigm} outperforms the 
1535 \emph{wizard-based}. It does so by reducing automation, which seems 
1536 counterintuitive. Therefore they ask the question ``What is an appropriate level 
1537 of automation?'', and thus questions what they feel is a rush toward more 
1538 automation in the software engineering community.
1539
1540
1541
1542 \chapter{The search-based Extract and Move Method 
1543 refactoring}\label{ch:extractAndMoveMethod}
1544 In this chapter I will delve into the workings of the search-based 
1545 \ExtractAndMoveMethod refactoring. We will see the choices it must make along 
1546 the way and why it chooses a text selection as a candidate for refactoring or 
1547 not.
1548
1549 After defining some concepts, I will introduce an example that will be used 
1550 throughout the chapter to illustrate how the refactoring works in some simple 
1551 situations.
1552
1553 \section{The inputs to the refactoring}
1554 For executing an \ExtractAndMoveMethod refactoring, there are two simple 
1555 requirements. The first thing the refactoring needs is a text selection, telling 
1556 it what to extract. Its second requirement is a target for the subsequent move 
1557 operation. 
1558
1559 The extracted method must be called instead of the selection that makes up its 
1560 body. Also, the method call has to be performed via a variable, since the method 
1561 is not static. Therefore, the move target must be a variable in the scope of the 
1562 extracted selection. The actual new location for the extracted method will be 
1563 the class representing the type of the move target variable. But, since the 
1564 method also must be called through a variable, it makes sense to define the move 
1565 target to be either a local variable or a field in the scope of the text 
1566 selection.
1567
1568 \section{Defining a text selection}
1569 A text selection, in our context, is very similar to what you think of when 
1570 selecting a bit of text in your editor or other text processing tool with your 
1571 mouse or keyboard. It is an abstract construct that is meant to capture which 
1572 specific portion of text we are about to deal with.
1573
1574 To be able to clearly reason about a text selection done to a portion of text in 
1575 a computer file, which consists of pure text, we put up the following 
1576 definition:
1577
1578 \definition{A \emph{text selection} in a text file is defined by two 
1579 non-negative integers, in addition to a reference to the file itself. The first 
1580 integer is an offset into the file, while the second reference is the length of 
1581 the text selection.}
1582
1583 This means that the selected text consist of a number of characters equal to the 
1584 length of the selection, where the first character is found at the specified 
1585 offset.
1586
1587 \section{Where we look for text selections}
1588
1589 \subsection{Text selections are found in methods}
1590 The text selections we are interested in are those that surround program 
1591 statements. Therefore, the place we look for selections that can form candidates 
1592 for an execution of the \ExtractAndMoveMethod refactoring, is within the body of 
1593 a single method.
1594
1595 \paragraph{On ignoring static methods}
1596 In this project we are not analyzing static methods for candidates to the 
1597 \ExtractAndMoveMethod refactoring. The reason for this is that in the cases 
1598 where we want to perform the refactoring for a selection within a static method, 
1599 the first step is to extract the selection into a new method. Hence this method
1600 also becomes static, since it must be possible to call it from a static context.  
1601 It would then be difficult to move the method to another class, make it 
1602 non-static and calling it through a variable. To avoid these obstacles, we 
1603 simply ignore static methods.
1604
1605 \begin{listing}[htb]
1606 \def\charwidth{5.8pt}
1607 \def\indent{2*\charwidth}
1608 \def\lineheight{\baselineskip}
1609 \def\mintedtop{2*\lineheight+5.8pt}
1610
1611 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1, xshift=3.8pt+\charwidth*31]
1612   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
1613   % Level 1
1614   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop+\lineheight*4) rectangle 
1615   +(23*\charwidth,17*\lineheight);
1616
1617   % Level 2
1618   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+5*\lineheight) rectangle 
1619   +(15*\charwidth,3*\lineheight);
1620   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+15*\lineheight) rectangle 
1621   +(15*\charwidth,3*\lineheight);
1622   \draw[overlaybox] (2*\indent,\mintedtop+19*\lineheight) rectangle 
1623   +(15*\charwidth,\lineheight);
1624 \end{tikzpicture}
1625   \begin{multicols}{2}
1626   \begin{minted}[linenos,frame=topline,label=Clean,framesep=\mintedframesep]{java}
1627 class C {
1628   A a; B b; boolean bool;
1629
1630   void method(int val) {
1631     if (bool) {
1632       a.foo();
1633       a = new A();
1634       a.bar();
1635     }
1636
1637     a.foo();
1638     a.bar();
1639
1640     switch (val) {
1641     case 1:
1642       b.a.foo();
1643       b.a.bar();
1644       break;
1645     default:
1646       a.foo();
1647     }
1648   }
1649 }
1650 \end{minted}
1651
1652 \columnbreak
1653
1654 \begin{minted}[frame=topline,label={With statement 
1655   sequences},framesep=\mintedframesep]{java}
1656 class C {
1657   A a; B b; boolean bool;
1658
1659   void method(int val) {
1660     if (bool) {
1661       a.foo();
1662       a = new A();
1663       a.bar();
1664     }
1665
1666     a.foo();
1667     a.bar();
1668
1669     switch (val) {
1670     case 1:
1671       b.a.foo();
1672       b.a.bar();
1673       break;
1674     default:
1675       a.foo();
1676     }
1677   }
1678 }
1679 \end{minted}
1680
1681   \end{multicols}
1682 \caption{Classes \type{A} and \type{B} are both public.  The methods 
1683 \method{foo} and \method{bar} are public members of class \type{A}.}
1684 \label{lst:grandExample}
1685 \end{listing}
1686
1687 \subsection{The possible text selections of a method body}
1688 The number of possible text selections that can be made from the text in a 
1689 method body, are equal to all the sub-sequences of characters within it. For our 
1690 purposes, analyzing program source code, we must define what it means for a text 
1691 selection to be valid.
1692
1693 \definition{A \emph{valid text selection} is a text selection that contains all 
1694 of one or more consecutive program statements.}
1695
1696 For a sequence of statements, the text selections that can be made from it, are 
1697 equal to all its sub-sequences. \Myref{lst:textSelectionsExample} show an 
1698 example of all the text selections that can be made from the code in 
1699 \myref{lst:grandExample}, lines 16-18. For convenience and the clarity of this 
1700 example, the text selections are represented as tuples with the start and end 
1701 line of all selections: $\{(16), (17), (18), (16,17), (16,18), (17,18)\}$.
1702
1703 \begin{listing}[htb]
1704 \def\charwidth{5.7pt}
1705 \def\indent{4*\charwidth}
1706 \def\lineheight{\baselineskip}
1707 \def\mintedtop{\lineheight-1pt}
1708
1709 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1]
1710   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
1711
1712   % First statement
1713   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
1714   +(16*\charwidth,\lineheight);
1715
1716   % Second statement
1717   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
1718   +(16*\charwidth,\lineheight);
1719
1720   % Third statement
1721   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+2*\lineheight) rectangle 
1722   +(16*\charwidth,\lineheight);
1723
1724   \draw[overlaybox] (\indent-3*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
1725   +(18*\charwidth,2*\lineheight);
1726
1727   \draw[overlaybox] (3*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
1728   +(14*\charwidth,2*\lineheight);
1729
1730   % All
1731   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop) rectangle 
1732   +(12*\charwidth,3*\lineheight);
1733 \end{tikzpicture}
1734 % indent should be 5 spaces
1735 \begin{minted}[linenos,firstnumber=16]{java}
1736      b.a.foo();
1737      b.a.bar();
1738      break;
1739 \end{minted}
1740 \caption{Example of how the text selections generator would generate text 
1741   selections based on a lists of statements. Each highlighted rectangle 
1742 represents a text selection.}
1743 \label{lst:textSelectionsExample}
1744 \end{listing}
1745
1746 Each nesting level of a method body can have many such sequences of statements.  
1747 The outermost nesting level has one such sequence, and each branch contains
1748 its own sequence of statements. \Myref{lst:grandExample} has a version of some 
1749 code where all such sequences of statements are highlighted for a method body.
1750
1751 To complete our example of possible text selections, I will now list all 
1752 possible text selections for the method in \myref{lst:grandExample}, by nesting 
1753 level. There are 23 of them in total.
1754
1755 \begin{description}
1756   \item[Level 1 (10 selections)] \hfill \\
1757   $\{(5,9), (11), (12), (14,21), (5,11), (5,12), (5,21), (11,12),
1758   (11,21), \\(12,21)\}$
1759
1760   \item[Level 2 (13 selections)] \hfill \\
1761   $\{(6), (7), (8), (6,7), (6,8), (7,8), (16), (17), (18), (16,17), (16,18), \\
1762   (17,18), (20)\}$
1763 \end{description}
1764
1765 \subsubsection{The complexity}\label{sec:complexity} 
1766 The complexity of how many text selections that need to be analyzed for a body 
1767 of in total $n$ statements, is bounded by $O(n^2)$. A body of statements is here 
1768 all the statements in all nesting levels of a sequence of statements. A method 
1769 body (or a block) is a body of statements. To prove that the complexity is 
1770 bounded by $O(n^2)$, I present a couple of theorems and prove them.
1771
1772 \begin{theorem}
1773 The number of text selections that need to be analyzed for each list of 
1774 statements of length $n$, is exactly
1775
1776 \begin{equation*}
1777   \sum_{i=1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2}
1778   \label{eq:complexityStatementList}
1779 \end{equation*}
1780 \label{thm:numberOfTextSelection}
1781 \end{theorem}
1782
1783 \begin{proof}
1784   For $n=1$ this is trivial: $\frac{1(1+1)}{2} = \frac{2}{2} = 1$. One statement 
1785   equals one selection.
1786
1787   For $n=2$, you get one text selection for the first statement, one selection 
1788   for the second statement, and one selection for the two of them combined.  
1789   This equals three selections. $\frac{2(2+1)}{2} = \frac{6}{2} = 3$.
1790
1791   For $n=3$, you get 3 selections for the two first statements, as in the case 
1792   where $n=2$. In addition you get one selection for the third statement itself, 
1793   and two more statements for the combinations of it with the two previous 
1794   statements. This equals six selections. $\frac{3(3+1)}{2} = \frac{12}{2} = 6$.
1795
1796   Assume that for $n=k$ there exists $\frac{k(k+1)}{2}$ text selections. Then we 
1797   want to add selections for another statement, following the previous $k$ 
1798   statements. So, for $n=k+1$, we get one additional selection for the statement 
1799   itself. Then we get one selection for each pair of the new selection and the 
1800   previous $k$ statements. So the total number of selections will be the number 
1801   of already generated selections, plus $k$ for every pair, plus one for the 
1802   statement itself: $\frac{k(k+1)}{2} + k + 
1803   1 = \frac{k(k+1)+2k+2}{2} = \frac{k(k+1)+2(k+1)}{2} = \frac{(k+1)(k+2)}{2} = 
1804     \frac{(k+1)((k+1)+1)}{2} = \sum_{i=1}^{k+1} i$
1805 \end{proof}
1806
1807 %\definition{A \emph{body of statements} is a sequence of statements where every 
1808 %statement may have sub-statements.}
1809
1810 \begin{theorem}
1811   The number of text selections for a body of statements is maximized if all the 
1812   statements are at the same level.
1813   \label{thm:textSelectionsMaximized}
1814 \end{theorem}
1815
1816 \begin{proof}
1817  Assume we have a body of, in total, $k$ statements. Then, the sum of the 
1818  lengths of all the lists of statements in the body, is also $k$. Let 
1819  $\{l,\ldots,m,(k-l-\ldots-m)\}$ be the lengths of the lists of statements in 
1820  the body, with $l+\ldots+m<k \Rightarrow \forall i \in \{l,\ldots,m\} : i < k$.
1821
1822  Then, the number of text selections that are generated for the $k$ statements 
1823  is 
1824
1825  {
1826  \small
1827  \begin{align*}
1828    \frac{l(l+1)}{2} + \ldots + \frac{m(m+1)}{2} + 
1829    \frac{(k-l-\ldots-m)((k-l-\ldots-m)+ 1)}{2} = \\
1830    \frac{l^2+l}{2} + \ldots + \frac{m^2+m}{2} + \frac{k^2 - 2kl - \ldots - 2km + 
1831    l^2 + \ldots + m^2 + k - l - \ldots - m}{2} = \\
1832    \frac{2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km + k^2 + k}{2}
1833  \end{align*}
1834  }
1835
1836  \noindent It then remains to show that this inequality holds:
1837
1838  \begin{align*}
1839    \frac{2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km + k^2 + k}{2} < \frac{k(k+1)}{2} = 
1840    \frac{k^2 + k}{2}
1841  \end{align*}
1842
1843  \noindent By multiplication by $2$ on both sides, and by removing the equal 
1844  parts, we get
1845
1846  \begin{align*}
1847    2l^2 - 2kl + \ldots + 2m^2 - 2km < 0
1848  \end{align*}
1849
1850  Since $\forall i \in \{l,\ldots,m\} : i < k$, we have that $\forall i \in 
1851  \{l,\ldots,m\} : 2ki > 2i^2$, so all the pairs of parts on the form $2i^2-2ki$ 
1852  are negative. In sum, the inequality holds.
1853
1854 \end{proof}
1855
1856 Therefore, the complexity for the number of selections that need to be analyzed 
1857 for a body of $n$ statements is $O\bigl(\frac{n(n+1)}{2}\bigr) = O(n^2)$.
1858
1859 \section{Disqualifying a selection}
1860 Certain text selections would lead to broken code if used as input to the 
1861 \ExtractAndMoveMethod refactoring. To avoid this, we have to check all text 
1862 selections for such conditions before they are further analyzed. This section
1863 is therefore going to present some properties that make a selection unsuitable 
1864 for our refactoring. When analyzing all these properties, it is assumed that the 
1865 source code does not contain any compilation errors.
1866
1867 \subsection{A call to a protected or package-private method}
1868 If a text selection contains a call to a protected or package-private method, it 
1869 would not be safe to move it to another class. The reason for this, is that we 
1870 cannot know if the called method is being overridden by some subclass of the 
1871 \gloss{enclosingClass}, or not.
1872
1873 Imagine that the protected method \method{foo} is declared in class \m{A}, 
1874 and overridden in class \m{B}. The method \method{foo} is called from within a 
1875 selection done to a method in \m{A}. We want to extract and move this selection 
1876 to another class. The method \method{foo} is not public, so the \MoveMethod 
1877 refactoring must make it public, making the extracted method able to call it 
1878 from the extracted method's new location. The problem is, that the now public
1879 method \method{foo} is overridden in a subclass, where it has a protected 
1880 status.  This makes the compiler complain that the subclass \m{B} is trying to 
1881 reduce the visibility of a method declared in its superclass \m{A}. This is not 
1882 allowed in Java, and for good reasons. It would make it possible to make a 
1883 subclass that could not be a substitute for its superclass.
1884
1885 The problem this check helps to avoid, is a little subtle. The problem does not 
1886 arise in the class where the change is done, but in a class derived from it.  
1887 This shows that classes acting as superclasses are especially fragile to 
1888 introducing errors in the context of automated refactoring.  
1889 \begin{comment}
1890 This is also shown in bug\ldots \todoin{File Eclipse bug report}
1891 \end{comment}
1892
1893 \subsection{A double class instance creation}
1894 The following is a problem caused solely by the underlying \MoveMethod 
1895 refactoring.  The problem occurs if two classes are instantiated such that the 
1896 first constructor invocation is an argument to a second, and that the first 
1897 constructor invocation takes an argument that is built up using a field. As an 
1898 example, say that \var{name} is a field of the enclosing class, and we have the 
1899 expression \code{new A(new B(name))}. If this expression is located in a 
1900 selection that is moved to another class, \var{name} will be left untouched, 
1901 instead of being prefixed with a variable of the same type as it is declared in.  
1902 If \var{name} is the destination for the move, it is not replaced by 
1903 \code{this}, or removed if it is a prefix to a member access 
1904 (\code{name.member}), but it is still left by itself.
1905
1906 Situations like this would lead to code that will not compile. Therefore, we 
1907 have to avoid them by not allowing selections to contain such double class 
1908 instance creations that also contain references to fields.
1909 \begin{comment}
1910 \todoin{File Eclipse bug report}
1911 \end{comment}
1912
1913 \subsection{Instantiation of non-static inner class}
1914 When a non-static inner class is instantiated, this must happen in the scope of 
1915 its declaring class. This is because it must have access to the members of the 
1916 declaring class. If the inner class is public, it is possible to instantiate it 
1917 through an instance of its declaring class, but this is not handled by the 
1918 underlying \MoveMethod refactoring.
1919
1920 Performing a move on a method that instantiates a non-static inner class, will 
1921 break the code if the instantiation is not handled properly. For this reason, 
1922 selections that contain instantiations of non-static inner classes are deemed 
1923 unsuitable for the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
1924
1925 \subsection{References to enclosing instances of the enclosing class}
1926 To ``reference an enclosing instance of the enclosing class'' is to reference 
1927 another instance than the one for the immediately enclosing class. Imagine there 
1928 is a (non-static) class \m{C} that is declared in the inner scope of another 
1929 class. That class can again be nested inside a third class, and so on. Hence, 
1930 the nested class \m{C} can have access to many enclosing instances of its 
1931 innermost enclosing class. A selection in a method declared in class \m{C} is 
1932 disqualified if it contains a statement that contains a reference to one or more 
1933 instances of these enclosing classes of \m{C}.
1934
1935 The problem with this, is that these references may not be valid if they are 
1936 moved to another class. Theoretically, some situations could easily be solved by 
1937 passing, to the moved method, a reference to the instance where the problematic 
1938 referenced member is declared. This should work in the case where this member is 
1939 publicly accessible. This is not done in the underlying \MoveMethod refactoring, 
1940 so it cannot be allowed in the \ExtractAndMoveMethod refactoring either.
1941
1942 \subsection{Inconsistent return statements}
1943 To verify that a text selection is consistent with respect to return statements, 
1944 we must check that if a selection contains a return statement, then every 
1945 possible execution path within the selection ends in either a return or a throw 
1946 statement. This property is important regarding the \ExtractMethod refactoring.  
1947 If it holds, it means that a method could be extracted from the selection, and a 
1948 call to it could be substituted for the selection. If the method has a non-void 
1949 return type, then a call to it would also be a valid return point for the 
1950 calling method. If its return value is of the void type, then the \ExtractMethod 
1951 refactoring will append an empty return statement to the back of the method 
1952 call. Therefore, the analysis does not discriminate on either kind of return 
1953 statements, with or without a return value.
1954
1955 A \emph{throw} statement is accepted anywhere a return statement is required.  
1956 This is because a throw statement causes an immediate exit from the current 
1957 block, together with all outer blocks in its control flow that does not catch 
1958 the thrown exception.
1959
1960 We separate between explicit and implicit return statements. An \emph{explicit} 
1961 return statement is formed by using the \code{return} keyword, while an 
1962 \emph{implicit} return statement is a statement that is not formed using 
1963 \code{return}, but must be the last statement of a method that can have any side 
1964 effects. This can happen in methods with a void return type. An example is a 
1965 statement that is inside one or more blocks. The last statement of a method 
1966 could for instance be a synchronized statement, but the last statement that is 
1967 executed in the method, and that can have any side effects, may be located 
1968 inside the body of the synchronized statement.
1969
1970 We can start the check for this property by looking at the last statement of a 
1971 selection to see if it is a return statement (explicit or implicit) or a throw 
1972 statement.  If this is the case, then the property holds, assuming the selected 
1973 code do not contain any compilation errors. All execution paths within the 
1974 selection should end in either this, or another, return or throw statement.
1975
1976 If the last statement of the selection is not a \emph{return} or \emph{throw}, 
1977 the execution of it must eventually end in one of these types of statements for 
1978 the selection to be legal. This means that all branches of the last statement of 
1979 every branch must end in a return or throw.  Given this recursive definition, 
1980 there are only five types of statements that are guaranteed to end in a return 
1981 or throw if their child branches do. All other statements would have to be 
1982 considered illegal. The first three: Block-statements, labeled statements and 
1983 do-statements are all kinds of fall-through statements that always get their 
1984 body executed. Do-statements would not make much sense if written such that they 
1985 always end after the first round of execution of their body, but that is not our 
1986 concern. The remaining two statements that can end in a return or throw are 
1987 if-statements and try-statements.
1988
1989 For an if-statement, the rule is that if its then-part does not contain any 
1990 return or throw statements, this is considered illegal. If the then-part does 
1991 contain a return or throw, the else-part is checked. If its else-part is 
1992 non-existent, or it does not contain any return or throw statements, the 
1993 statement is considered illegal. If an if-statement is not considered illegal, 
1994 the bodies of its two parts must be checked. 
1995
1996 Try-statements are handled much the same way as if-statements. The body of a 
1997 try-statement must contain a return or throw. The same applies to its catch 
1998 clauses and finally body.  \todoin{finally body?}
1999
2000 \subsection{Ambiguous return values}
2001 The problem with ambiguous return values arises when a selection is chosen to be 
2002 extracted into a new method, but if refactored it needs to return more than one 
2003 value from that method.
2004
2005 This problem occurs in two situations. The first situation arises when there is 
2006 more than one local variable that is both assigned to within a selection and 
2007 also referenced after the selection. The other situation occurs when there is 
2008 only one such assignment, but the selection also contain return statements.
2009
2010 Therefore we must examine the selection for assignments to local variables that 
2011 are referenced after the text selection. Then we must verify that not more than 
2012 one such reference is done, or zero if any return statements are found.
2013
2014 \subsection{Illegal statements}
2015 An illegal statement may be a statement that is of a type that is never allowed, 
2016 or it may be a statement of a type that is only allowed if certain conditions 
2017 are true.
2018
2019 Any use of the \var{super} keyword is prohibited, since its meaning is altered 
2020 when moving a method to another class.
2021
2022 For a \emph{break} statement, there are two situations to consider: A break 
2023 statement with or without a label. If the break statement has a label, it is 
2024 checked that whole of the labeled statement is inside the selection. If the 
2025 break statement does not have a label attached to it, it is checked that its 
2026 innermost enclosing loop or switch statement also is inside the selection.
2027
2028 The situation for a \emph{continue} statement is the same as for a break 
2029 statement, except that it is not allowed inside switch statements.
2030
2031 Regarding \emph{assignments}, two types of assignments are allowed: Assignments 
2032 to non-final variables and assignments to array access. All other assignments 
2033 are regarded illegal.
2034
2035 \paragraph{Incompleteness.} The list of illegal statements is not complete, and 
2036 a lot of situations that can lead to compilation errors or behavior changes are 
2037 not considered. It is not feasible to consider all such situations within the 
2038 limits of this master's project, and maybe not outside of them either. The 
2039 feasibility of this problem could be explored further by others.
2040
2041 \section{Disqualifying selections from the 
2042 example}\label{sec:disqualifyingExample}
2043 Among the selections we found for the code in \myref{lst:grandExample}, not many 
2044 of them must be disqualified on the basis of containing something illegal. The 
2045 only statement causing trouble is the break statement in line 18. None of the 
2046 selections on nesting level 2 can contain this break statement, since the 
2047 innermost switch statement is not inside any of these selections.
2048
2049 This means that the text selections $(18)$, $(16,18)$ and $(17,18)$ can be 
2050 excluded from further consideration, and we are left with the following 
2051 selections.
2052
2053 \begin{description}
2054   \item[Level 1 (10 selections)] \hfill \\
2055   $\{(5,9), (11), (12), (14,21), (5,11), (5,12), (5,21), (11,12),
2056   (11,21), \\(12,21)\}$
2057
2058   \item[Level 2 (10 selections)] \hfill \\
2059   $\{(6), (7), (8), (6,7), (6,8), (7,8), (16), (17), (16,17), (20)\}$
2060 \end{description}
2061
2062 \section{Finding a move target}
2063 In the analysis needed to perform the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
2064 automatically, the selection we choose is found among all the selections that 
2065 have a possible move target. Therefore, the best possible move target must be 
2066 found for all the candidate selections, so that we are able to sort out the 
2067 selection that is best suited for the refactoring.
2068
2069 To find the best move target for a specific text selection, we first need to 
2070 find all the possible targets. Since the target must be a local variable or a 
2071 field, we are basically looking for names within the selection; names that 
2072 represents references to variables.
2073
2074 The names we are looking for, we call prefixes. This is because we are not 
2075 interested in names that occur in the middle of a dot-separated sequence of 
2076 names. We are only interested in names constituting prefixes of other names, and 
2077 possibly themselves. The reason for this, is that two lexically equal names need 
2078 not be referencing the same variable, if they themselves are not referenced via 
2079 the same prefix. Consider the two method calls \code{a.x.foo()} and 
2080 \code{b.x.foo()}.  Here, the two references to \code{x}, in the middle of the 
2081 qualified names both preceding \code{foo()}, are not referencing the same 
2082 variable.  Even though the variables may share the type, and the method 
2083 \method{foo} thus is the same for both, we would not know through which of the 
2084 variables \var{a} or \var{b} we should call the extracted method.
2085
2086 The possible move targets are then the prefixes that are not among a subset of 
2087 the prefixes that are not valid move targets \see{s:unfixes}. Also, prefixes 
2088 that are just simple names, and have only one occurrence, are left out. This is 
2089 because they are not going to have any positive effect on coupling between 
2090 classes, and are only going to increase the complexity of the code.
2091
2092 For finding the best move target among these safe prefixes, a simple heuristic 
2093 is used. It is as simple as choosing the prefix that is most frequently 
2094 referenced within the selection. 
2095
2096 \section{Unfixes}\label{s:unfixes}
2097 We will call the prefixes that are not valid as move targets for unfixes.
2098
2099 A name that is assigned to within a selection can be an unfix. The reason for 
2100 this is that the result would be an assignment to the \type{this} keyword, which 
2101 is not valid in Java \see{eclipse_bug_420726}.
2102
2103 Prefixes that originate from variable declarations within the same selection are 
2104 also considered unfixes. The reason for this is that when a method is moved, it 
2105 needs to be called through a variable. If this variable is also declared within 
2106 the method that is to be moved, this obviously cannot be done.
2107
2108 Also considered as unfixes are variable references that are of types that are 
2109 not suitable for moving methods to. This can either be because it is not 
2110 physically possible to move a method to the desired class or that it will cause 
2111 compilation errors by doing so.
2112
2113 If the type binding for a name is not resolved it is considered an unfix. The 
2114 same applies to types that are only found in compiled code, so they have no 
2115 underlying source that is accessible to us. (E.g. the \type{java.lang.String} 
2116 class.)
2117
2118 Interface types are not suitable as targets. This is simply because interfaces 
2119 in Java cannot contain methods with bodies. (This thesis does not deal with 
2120 features of Java versions later than Java 7. Java 8 has interfaces with default 
2121 implementations of methods.)
2122
2123 Neither are local types allowed. This accounts for both local and anonymous 
2124 classes. Anonymous classes are effectively the same as interface types with 
2125 respect to unfixes. Local classes could in theory be used as targets, but this 
2126 is not possible due to limitations of the way the \refa{Extract and Move Method} 
2127 refactoring has to be implemented. The problem is that the refactoring is done 
2128 in two steps, so the intermediate state between the two refactorings would not 
2129 be legal Java code. In the intermediate step for the case where a local class is 
2130 the move target, the extracted method would need to take the local class as a 
2131 parameter. This new method would need to live in the scope of the declaring 
2132 class of the originating method. The local class would then not be in the scope 
2133 of the extracted method, thus bringing the source code into an illegal state.  
2134 This scenario is shown in \myref{lst:extractMethodLocalClass}. One could imagine 
2135 that the method was extracted and moved in one operation, without an 
2136 intermediate state.  Then it would make sense to include variables with types of 
2137 local classes in the set of legal targets, since the local classes would then be 
2138 in the scopes of the method calls. If this makes any difference for software 
2139 metrics that measure coupling would be a different discussion.
2140
2141 \todoin{highlight code!}
2142
2143 \begin{listing}[htb]
2144 \begin{multicols}{2}
2145 \begin{minted}[frame=topline,label=Before,framesep=\mintedframesep]{java}
2146 void declaresLocalClass() {
2147   class LocalClass {
2148     void foo() {}
2149     void bar() {}
2150   }
2151
2152   LocalClass inst =
2153     new LocalClass();
2154   inst.foo();
2155   inst.bar();
2156 }
2157 \end{minted}
2158
2159 \columnbreak
2160
2161 \begin{minted}[frame=topline,label={After Extract 
2162   Method},framesep=\mintedframesep]{java}
2163 void declaresLocalClass() {
2164   class LocalClass {
2165     void foo() {}
2166     void bar() {}
2167   }
2168
2169   LocalClass inst =
2170     new LocalClass();
2171   fooBar(inst);
2172 }
2173
2174 // Illegal intermediate step
2175 void fooBar(LocalClass inst) {
2176   inst.foo();
2177   inst.bar();
2178 }
2179 \end{minted}
2180 \end{multicols}
2181 \caption{The \refa{Extract and Move Method} refactoring bringing the code into 
2182 an illegal state with an intermediate step.}
2183 \label{lst:extractMethodLocalClass}
2184 \end{listing}
2185
2186 The last class of names that are considered unfixes are names used in null 
2187 tests. These are tests that read like this: if \code{<name>} equals \var{null} 
2188 then do something. If allowing variables used in those kinds of expressions as 
2189 targets for moving methods, we would end up with code containing boolean 
2190 expressions like \code{this == null}, which would always evaluate to 
2191 \code{false}, since \var{this} would never be \var{null}. The existence of a 
2192 null test indicates that a variable is expected to sometimes hold the value 
2193 \var{null}.  By using a variable used in a null test as a move target, we could 
2194 potentially end up with a
2195 null pointer exception if the method is called on a variable with a null value.
2196
2197 \section{Finding the example selections that have possible targets}
2198 We now pick up the thread from \myref{sec:disqualifyingExample} where we have a 
2199 set of text selections that need to be analyzed to find out if some of them are 
2200 suitable targets for the \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2201
2202 We start by analyzing the text selections for nesting level 2, because these 
2203 results can be used to reason about the selections for nesting level 1. First we 
2204 have all the single-statement selections.
2205
2206 \begin{description}
2207   \item[Selections $(6)$, $(8)$ and $(20)$.] \hfill \\
2208     All these selections have a prefix that contains a possible target, namely 
2209     the variable \var{a}. The problem is that the prefixes are only one segment 
2210     long, and their frequency counts are only 1 as well. None of these 
2211     selections are therefore considered as suitable candidates for the 
2212     refactoring.
2213
2214   \item[Selection $(7)$.] \hfill \\
2215     This selection contains the unfix \var{a}, and no other possible targets.  
2216     The reason for \var{a} being an unfix is that it is assigned to within the 
2217     selection. Selection $(7)$ is therefore unsuited as a refactoring candidate.
2218
2219   \item[Selections $(16)$ and $(17)$.] \hfill \\
2220     These selections both have a possible target. The target for both selections 
2221     is the variable \var{b}. Both the prefixes have frequency 1. We denote this 
2222     with the new tuples $((16), \texttt{b.a}, f(1))$ and $((17), \texttt{b.a}, 
2223     f(1))$. They contain the selection, the prefix with the target and the 
2224     frequency for this prefix.
2225
2226 \end{description}
2227
2228 Then we have all the text selections from level 2 that are composed of multiple 
2229 statements:
2230
2231 \begin{description}
2232   \item[Selections $(6,7)$, $(6,8)$ and $(7,8)$.] \hfill \\
2233     All these selections are disqualified for the reason that they contain the 
2234     unfix \var{a}, due to the assignment, and no other possible move targets.
2235
2236   \item[Selection $(16,17)$.] \hfill \\
2237     This selection is the last selection that is not analyzed on nesting level 
2238     2. It contains only one possible move target, and that is the variable   
2239        \var{b}. It also contains only one prefix \var{b.a}, with frequency count 
2240     2. Therefore we have a new candidate $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$.
2241
2242 \end{description}
2243
2244 Moving on to the text selections for nesting level 1, starting with the 
2245 single-statement selections:
2246
2247 \begin{description}
2248   \item[Selection $(5,9)$.] \hfill \\
2249     This selection contains two variable references that must be analyzed to see 
2250     if they are possible move candidates. The first one is the variable 
2251     \var{bool}. This variable is of type \type{boolean}, which is a primary type 
2252     and therefore not possible to make any changes to. The second variable is 
2253     \var{a}. The variable \var{a} is an unfix in $(5,9)$, for the same reason as 
2254     in the selections $(6,7)$, $(7,8)$ and $(6,8)$. So selection $(5,9)$ 
2255     contains no possible move targets.
2256
2257   \item[Selections $(11)$ and $(12)$.] \hfill \\
2258     These selections are disqualified for the same reasons as selections $(6)$ 
2259     and $(8)$. Their prefixes are one segment long and are referenced only one 
2260     time.
2261
2262   \item[Selection $(14,21)$] \hfill \\
2263     This is the switch statement from \myref{lst:grandExample}. It contains the 
2264     relevant variable references \var{val}, \var{a} and \var{b}. The variable 
2265     \var{val} is a primary type, just as \var{bool}. The variable \var{a} is 
2266     only found in one statement, and in a prefix with only one segment, so it is 
2267     not considered to be a possible move target. The only variable left is 
2268     \var{b}.  Just as in the selection $(16,17)$, \var{b} is part of the prefix 
2269     \code{b.a}, which has 2 appearances. We have found a new candidate 
2270     $((14,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2271     
2272 \end{description}
2273
2274 It remains to see if we get any new candidates by analyzing the multi-statement 
2275 text selections for nesting level 1:
2276
2277 \begin{description}
2278   \item[Selections $(5,11)$ and $(5,12)$.] \hfill \\
2279     These selections are disqualified for the same reason as $(5,9)$. The only 
2280     possible move target \var{a} is an unfix.
2281
2282   \item[Selection $(5,21)$.] \hfill \\
2283     This is whole of the method body in \myref{lst:grandExample}. The variables 
2284     \var{a}, \var{bool} and \var{val} are either an unfix or primary types. The 
2285     variable \var{b} is the only possible move target, and we have, again, the 
2286     prefix \code{b.a} as the center of attention. The refactoring candidate is 
2287     $((5,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2288
2289   \item[Selection $(11,12)$.] \hfill \\
2290     This small selection contains the prefix \code{a} with frequency 2, and no 
2291     unfixes. The candidate is $((11,12), \texttt{a}, f(2))$.
2292
2293   \item[Selection $(11,21)$] \hfill \\
2294       This selection contains the selection $(11,12)$ in addition to the switch 
2295       statement. The selection has two possible move targets. The first one is 
2296       \var{b}, in a prefix with frequency 2. The second is \var{a}, although it 
2297       is in a simple prefix, it is referenced 3 times, and is therefore chosen
2298       as the target for the selection. The new candidate is $((11,21), 
2299       \texttt{a}, f(3))$.
2300
2301     \item[Selection $(12,21)$.] \hfill \\
2302       This selection is similar to the previous $(11,21)$, only that \var{a} now 
2303       has frequency count 2. This means that the prefixes \code{a} and 
2304       \code{b.a} both have the count 2. Of the two, \code{b.a} is preferred, 
2305       since it has more segments than \code{a}. Thus the candidate for this 
2306       selection is $((12,21), \texttt{b.a}, f(2))$.
2307
2308 \end{description}
2309
2310 For the method in \myref{lst:grandExample} we therefore have the following 8 
2311 candidates for the \ExtractAndMoveMethod refactoring: $\{((16), \texttt{b.a}, 
2312 f(1)), ((17), \texttt{b.a}, f(1)), ((16,17), \texttt{b.a}, f(2)), ((14,21), 
2313 \texttt{b.a}, f(2)), \\ ((5,21), \texttt{b.a}, f(2)), ((11,12), \texttt{a}, 
2314 f(2)), ((11,21), \texttt{a}, f(3)), ((12,21), \texttt{b.a}, f(2))\}$.
2315
2316 It now only remains to specify an order for these candidates, so we can choose 
2317 the most suitable one to refactor.
2318
2319
2320 \section{Choosing the selection}\label{sec:choosingSelection}
2321 When choosing a selection between the text selections that have possible move 
2322 targets, the selections need to be ordered. The criteria below are presented in 
2323 the order they are prioritized. If not one selection is favored over the other 
2324 for a concrete criterion, the selections are evaluated by the next criterion.
2325
2326 \begin{enumerate}
2327   \item The first criterion that is evaluated is whether a selection contains 
2328     any unfixes or not. If selection \m{A} contains no unfixes, while selection 
2329     \m{B} does, selection \m{A} is favored over selection \m{B}. This is 
2330     because, if we can, we want to avoid moving such as assignments and variable 
2331     declarations. This is done under the assumption that, if possible, avoiding 
2332     selections containing unfixes will make the code moved a little cleaner.
2333
2334   \item The second criterion that is evaluated is whether a selection contains 
2335     multiple possible targets or not. If selection \m{A} has only one possible 
2336     target, and selection \m{B} has multiple, selection \m{A} is favored. If 
2337     both selections have multiple possible targets, they are considered equal 
2338     with respect to this criterion. The rationale for this heuristic is that we 
2339     would prefer not to introduce new couplings between classes when performing 
2340     the \ExtractAndMoveMethod refactoring. 
2341
2342   \item When evaluating this criterion, this is with the knowledge that
2343     selection \m{A} and \m{B} both have one possible target, or multiple 
2344     possible targets. Then, if the move target candidate of selection \m{A} has 
2345     a higher reference count than the target candidate of selection \m{B}, 
2346     selection \m{A} is favored.  The reason for this is that we would like to 
2347     move the selection that gets rid of the most references to another class. 
2348
2349   \item The last criterion is that if the frequencies of the targets chosen for 
2350     both selections are equal, the selection with the target that is part of the 
2351     prefix with highest number of segments is favored. This is done to favor 
2352     indirection.
2353
2354 \end{enumerate}
2355
2356 If none of the above mentioned criteria favors one selection over another, the 
2357 selections are considered to be equally good candidates for the 
2358 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2359
2360 \section{Performing changes}
2361 When a text selection and a move target is found for the \ExtractAndMoveMethod 
2362 refactoring, the actual changes are executed by two existing primitive 
2363 refactorings.  First the \ExtractMethod refactoring is used to extract the 
2364 selection into a new method. Then the \MoveMethod refactoring is used to move 
2365 that new method to the class determined by the move target.
2366
2367 If, at any point, an exception is thrown or the preconditions for one of the 
2368 primitive refactorings are not satisfied, the composite refactoring is aborted, 
2369 and the source code is left in its current state. This has the implication that 
2370 the \ExtractAndMoveMethod refactoring could end up being partially executed.  
2371 This happens if the \ExtractMethod refactoring is executed, but the \MoveMethod 
2372 refactoring is being canceled. A partial execution is not considered a problem, 
2373 since the code should still compile.
2374
2375 \todoin{Pointing to implementation chapter}
2376
2377 \section{Concluding the example}
2378 For choosing one of the remaining selections, we need to order our candidates 
2379 after the criteria in the previous section. Below we have the candidates ordered 
2380 in descending order, with the ``best'' candidate first:
2381
2382 \begin{multicols}{2}
2383 \begin{enumerate}
2384   \item $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$
2385   \item $((11,12), \texttt{a}, f(2))$
2386   \item $((16), \texttt{b.a}, f(1))$
2387   \item $((17), \texttt{b.a}, f(1))$
2388
2389   % With unfixes:
2390   % Many possible targets
2391   \item $((11,21), \texttt{a}, f(3))$
2392   \item $((5,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2393   \item $((12,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2394   \item $((14,21), \texttt{b.a}, f(2))$
2395
2396 \end{enumerate}
2397 \end{multicols}
2398
2399 \begin{comment}
2400 5       if (bool) {
2401 6           a.foo();
2402 7           a = new A();
2403 8           a.bar();
2404 9       }
2405 10
2406 11      a.foo();
2407 12      a.bar();
2408 13
2409 14      switch (val) {
2410 15      case 1:
2411 16          b.a.foo();
2412 17          b.a.bar();
2413 18          break;
2414 19      default:
2415 20          a.foo();
2416 21      }
2417 \end{comment}
2418
2419 The candidates ordered 5-8 all have unfixes in them, therefore they are ordered 
2420 last. None of the candidates ordered 1-4 have multiple possible targets. The 
2421 only interesting discussion is now why $(16,17)$ was favored over $(11,12)$.  
2422 This is because the prefix \code{b.a} enclosing the move target of selection 
2423 $(16,17)$ has one more segment than the prefix \code{a} of $(11,12)$.
2424
2425 The selection is now extracted into a new method \method{gen\_123} and then 
2426 moved to class \type{B}, since that is the type of the variable \var{b} that is 
2427 the target from the chosen refactoring candidate. The name of the method has a 
2428 randomly generated suffix. In the refactoring implementation, the extracted 
2429 methods follow the pattern \code{generated\_<long>}, where \code{<long>} is a 
2430 pseudo-random long value. This is shortened here to make the example readable. 
2431 The result after the refactoring is shown in \myref{lst:grandExampleResult}.
2432
2433 \begin{listing}[htb]
2434   \begin{multicols}{2}
2435     \begin{minted}[linenos]{java}
2436 class C {
2437   A a; B b; boolean bool;
2438
2439   void method(int val) {
2440     if (bool) {
2441       a.foo();
2442       a = new A();
2443       a.bar();
2444     }
2445
2446     a.foo();
2447     a.bar();
2448
2449     switch (val) {
2450     case 1:
2451       b.gen_123(this);
2452       break;
2453     default:
2454       a.foo();
2455     }
2456   }
2457 }
2458 \end{minted}
2459
2460 \columnbreak
2461
2462   \begin{minted}[]{java}
2463 public class B {
2464   A a;
2465
2466   public void gen_123(C c) {
2467     a.foo();
2468     a.bar();
2469   }
2470 }
2471 \end{minted}
2472
2473   \end{multicols}
2474   \caption{The result after refactoring the class \type{C} of 
2475   \myref{lst:grandExample} with the \ExtractAndMoveMethod refactoring with 
2476   $((16,17), \texttt{b.a}, f(2))$ as input.}
2477 \label{lst:grandExampleResult}
2478 \end{listing}
2479
2480
2481 \chapter{Refactorings in Eclipse JDT: Design and 
2482 shortcomings}\label{ch:jdt_refactorings}
2483
2484 This chapter will deal with some of the design behind refactoring support in 
2485 \name{Eclipse}, and the JDT in specific. After which it will follow a section 
2486 about shortcomings of the refactoring API in terms of composition of 
2487 refactorings.
2488
2489 \section{Design}
2490 The refactoring world of \name{Eclipse} can in general be separated into two parts: The 
2491 language independent part and the part written for a specific programming 
2492 language -- the language that is the target of the supported refactorings.  
2493 \todo{What about the language specific part?}
2494
2495 \subsection{The Language Toolkit}
2496 The Language Toolkit\footnote{The content of this section is a mixture of 
2497   written material from 
2498   \url{https://www.eclipse.org/articles/Article-LTK/ltk.html} and 
2499   \url{http://www.eclipse.org/articles/article.php?file=Article-Unleashing-the-Power-of-Refactoring/index.html}, 
2500 the LTK source code and my own memory.}, or LTK for short, is the framework that 
2501 is used to implement refactorings in \name{Eclipse}.  It is language independent and 
2502 provides the abstractions of a refactoring and the change it generates, in the 
2503 form of the classes \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Refactoring} 
2504 and \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Change}.
2505
2506 There are also parts of the LTK that is concerned with user interaction, but 
2507 they will not be discussed here, since they are of little value to us and our 
2508 use of the framework. We are primarily interested in the parts that can be 
2509 automated.
2510
2511 \subsubsection{The Refactoring Class}
2512 The abstract class \type{Refactoring} is the core of the LTK framework. Every 
2513 refactoring that is going to be supported by the LTK has to end up creating an 
2514 instance of one of its subclasses. The main responsibilities of subclasses of 
2515 \type{Refactoring} are to implement template methods for condition checking 
2516 (\methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkInitialConditions} 
2517 and 
2518 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{checkFinalConditions}), 
2519 in addition to the 
2520 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Refactoring}{createChange} 
2521 method that creates and returns an instance of the \type{Change} class.
2522
2523 If the refactoring shall support that others participate in it when it is 
2524 executed, the refactoring has to be a processor-based 
2525 refactoring\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants.ProcessorBasedRefactoring}.  
2526 It then delegates to its given 
2527 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{RefactoringProcessor} 
2528 for condition checking and change creation. Participating in a refactoring can 
2529 be useful in cases where the changes done to programming source code affect
2530 other related resources in the workspace. This can be names or paths in 
2531 configuration files, or maybe one would like to perform additional logging of 
2532 changes done in the workspace.
2533
2534 \subsubsection{The Change Class}
2535 This class is the base class for objects that is responsible for performing the 
2536 actual workspace transformations in a refactoring. The main responsibilities for 
2537 its subclasses are to implement the 
2538 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{perform} and 
2539 \methodwithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change}{isValid} methods. The 
2540 \method{isValid} method verifies that the change object is valid and thus can be 
2541 executed by calling its \method{perform} method. The \method{perform} method 
2542 performs the desired change and returns an undo change that can be executed to 
2543 reverse the effect of the transformation done by its originating change object. 
2544
2545 \subsubsection{Executing a Refactoring}\label{executing_refactoring}
2546 The life cycle of a refactoring generally follows two steps after creation: 
2547 condition checking and change creation. By letting the refactoring object be 
2548 handled by a 
2549 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CheckConditionsOperation} that
2550 in turn is handled by a 
2551 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{CreateChangeOperation}, it is 
2552 assured that the change creation process is managed in a proper manner.
2553
2554 The actual execution of a change object has to follow a detailed life cycle.  
2555 This life cycle is honored if the \type{CreateChangeOperation} is handled by a 
2556 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{PerformChangeOperation}. If also 
2557 an undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} is set 
2558 for the \type{PerformChangeOperation}, the undo change is added into the undo 
2559 history.
2560
2561 \section{Shortcomings}
2562 This section is introduced naturally with a conclusion: The JDT refactoring 
2563 implementation does not facilitate composition of refactorings. 
2564 \todo{refine}This section will try to explain why, and also identify other 
2565 shortcomings of both the usability and the readability of the JDT refactoring 
2566 source code.
2567
2568 I will begin at the end and work my way toward the composition part of this 
2569 section.
2570
2571 \subsection{Absence of generics in Eclipse source code}
2572 This section is not only concerning the JDT refactoring API, but also large 
2573 quantities of the \name{Eclipse} source code. The code shows a striking absence of the 
2574 Java language feature of generics. It is hard to read a class' interface when 
2575 methods return objects or takes parameters of raw types such as \type{List} or 
2576 \type{Map}. This sometimes results in having to read a lot of source code to 
2577 understand what is going on, instead of relying on the available interfaces. In 
2578 addition, it results in a lot of ugly code, making the use of typecasting more 
2579 of a rule than an exception.
2580
2581 \subsection{Composite refactorings will not appear as atomic actions}
2582 When composing primitive refactorings from the JDT, it is not possible to make 
2583 them appear as being executed as one change, but only as multiple small changes.
2584
2585 \subsubsection{Missing Flexibility from JDT Refactorings}
2586 The JDT refactorings are not made with composition of refactorings in mind. When 
2587 a JDT refactoring is executed, it assumes that all conditions for it to be 
2588 applied successfully can be found by reading source files that have been 
2589 persisted to disk. They can only operate on the actual source material, and not 
2590 (in-memory) copies thereof. This constitutes a major disadvantage when trying to 
2591 compose refactorings, since if an exception occurs in the middle of a sequence 
2592 of refactorings, it can leave the project in a state where the composite 
2593 refactoring was only partially executed. It makes it hard to discard the changes 
2594 done without monitoring and consulting the undo manager, an approach that is not 
2595 bullet proof.
2596
2597 \subsubsection{Broken Undo History}
2598 When designing a composed refactoring that is to be performed as a sequence of 
2599 refactorings, you would like it to appear as a single change to the workspace.  
2600 This implies that you would also like to be able to undo all the changes done by 
2601 the refactoring in a single step. This is not the way it appears when a sequence 
2602 of JDT refactorings is executed. It leaves the undo history filled up with 
2603 individual undo actions corresponding to every single JDT refactoring in the 
2604 sequence. This problem is not trivial to handle in \name{Eclipse} 
2605 \see{hacking_undo_history}.
2606
2607
2608
2609 \chapter{Composite refactorings in Eclipse}
2610
2611 \section{A simple ad hoc model}
2612 As pointed out in \myref{ch:jdt_refactorings}, the \name{Eclipse} JDT refactoring model 
2613 is not very well suited for making composite refactorings. Therefore a simple 
2614 model using changer objects (of type \type{RefaktorChanger}) is used as an 
2615 abstraction layer on top of the existing \name{Eclipse} refactorings, instead of 
2616 extending the \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Refactoring} class.  
2617
2618 The use of an additional abstraction layer is a deliberate choice. It is due to 
2619 the problem of creating a composite 
2620 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring}{Change} that can handle text 
2621 changes that interfere with each other. Thus, a \type{RefaktorChanger} may, or 
2622 may not, take advantage of one or more existing refactorings, but it is always 
2623 intended to make a change to the workspace.
2624
2625 \subsection{A typical \type{RefaktorChanger}}
2626 The typical refaktor changer class has two responsibilities, checking 
2627 preconditions and executing the requested changes. This is not too different 
2628 from the responsibilities of an LTK refactoring, with the distinction that a 
2629 refaktor changer also executes the change, while an LTK refactoring is only 
2630 responsible for creating the object that can later be used to do the job.
2631
2632 Checking of preconditions is typically done by an 
2633 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{Analyzer}. If the 
2634 preconditions validate, the upcoming changes are executed by an 
2635 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{Executor}.
2636
2637 \section{The Extract and Move Method refactoring}
2638 %The Extract and Move Method Refactoring is implemented mainly using these 
2639 %classes:
2640 %\begin{itemize}
2641 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodChanger}
2642 %  \item \type{ExtractAndMoveMethodPrefixesExtractor}
2643 %  \item \type{Prefix}
2644 %  \item \type{PrefixSet}
2645 %\end{itemize}
2646
2647 \subsection{The building blocks}
2648 This is a composite refactoring, and hence is built up using several primitive 
2649 refactorings. These basic building blocks are, as its name implies, the 
2650 \ExtractMethod refactoring\citing{refactoring} and the \MoveMethod 
2651 refactoring\citing{refactoring}. In \name{Eclipse}, the implementations of these 
2652 refactorings are found in the classes 
2653 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.code}{ExtractMethodRefactoring} 
2654 and 
2655 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure}{MoveInstanceMethodProcessor}, 
2656 where the last class is designed to be used together with the processor-based 
2657 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{MoveRefactoring}.
2658
2659 \subsubsection{The ExtractMethodRefactoring class}
2660 This class is quite simple in its use. The only parameters it requires for 
2661 construction is a compilation 
2662 unit\typeref{org.eclipse.jdt.core.ICompilationUnit}, the offset into the source 
2663 code where the extraction shall start, and the length of the source to be 
2664 extracted. Then you have to set the method name for the new method together with 
2665 its visibility and some not so interesting parameters.
2666
2667 \subsubsection{The MoveInstanceMethodProcessor class}
2668 For the \refa{Move Method}, the processor requires a little more advanced input than  
2669 the class for the \refa{Extract Method}. For construction it requires a method 
2670 handle\typeref{org.eclipse.jdt.core.IMethod} for the method that is to be moved.  
2671 Then the target for the move has to be supplied as the variable binding from a 
2672 chosen variable declaration. In addition to this, some parameters have to be set 
2673 regarding setters/getters, as well as delegation.
2674
2675 To make the processor a working refactoring, a \type{MoveRefactoring} must be 
2676 created with it as a parameter.
2677
2678 \subsection{The ExtractAndMoveMethodChanger class}
2679
2680 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{ExtractAndMoveMethodChanger} 
2681 class is a subclass of the class 
2682 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.changers}{RefaktorChanger}. It is responsible 
2683 for analyzing and finding the best target for, and also executing, a composition 
2684 of the \refa{Extract Method} and \refa{Move Method} refactorings. This particular changer is 
2685 the one of my changers that is closest to being a true LTK refactoring. It can 
2686 be reworked to be one if the problems with overlapping changes are resolved. The 
2687 changer requires a text selection and the name of the new method, or else a 
2688 method name will be generated. The selection has to be of the type
2689 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.utils}{CompilationUnitTextSelection}. This 
2690 class is a custom extension to 
2691 \typewithref{org.eclipse.jface.text}{TextSelection}, that in addition to the 
2692 basic offset, length and similar methods, also carry an instance of the 
2693 underlying compilation unit handle for the selection.
2694
2695 \subsubsection{The 
2696   \type{ExtractAndMoveMethodAnalyzer}}\label{extractAndMoveMethodAnalyzer}
2697 The analysis and precondition checking is done by the 
2698 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{ExtractAnd\-MoveMethodAnalyzer}.  
2699 First is check whether the selection is a valid selection or not, with respect 
2700 to statement boundaries and that it actually contains any selections. Then it 
2701 checks the legality of both extracting the selection and also moving it to 
2702 another class. This checking of is performed by a range of checkers 
2703 \see{checkers}.  If the selection is approved as legal, it is analyzed to find 
2704 the presumably best target to move the extracted method to.
2705
2706 For finding the best suitable target the analyzer is using a 
2707 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors}{PrefixesCollector} that 
2708 collects all the possible candidate targets for the refactoring. All the 
2709 non-candidates are found by an 
2710 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors}{UnfixesCollector} that 
2711 collects all the targets that will give some kind of error if used.  (For 
2712 details about the property collectors, see \myref{propertyCollectors}.) All 
2713 prefixes (and unfixes) are represented by a 
2714 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors}{Prefix}, and they are collected 
2715 into sets of prefixes. The safe prefixes are found by subtracting from the set 
2716 of candidate prefixes the prefixes that is enclosing any of the unfixes.  A 
2717 prefix is enclosing an unfix if the unfix is in the set of its sub-prefixes.  As 
2718 an example, \code{``a.b''} is enclosing \code{``a''}, as is \code{``a''}. The 
2719 safe prefixes is unified in a \type{PrefixSet}. If a prefix has only one 
2720 occurrence, and is a simple expression, it is considered unsuitable as a move 
2721 target. This occurs in statements such as \code{``a.foo()''}. For such 
2722 statements it bares no meaning to extract and move them. It only generates an 
2723 extra method and the calling of it. 
2724
2725 The most suitable target for the refactoring is found by finding the prefix with 
2726 the most occurrences. If two prefixes have the same occurrence count, but they 
2727 differ in the number of segments, the one with most segments is chosen.
2728
2729 \subsubsection{The 
2730   \type{ExtractAndMoveMethodExecutor}}\label{extractAndMoveMethodExecutor}
2731 If the analysis finds a possible target for the composite refactoring, it is 
2732 executed by an 
2733 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{ExtractAndMoveMethodExecutor}.  
2734 It is composed of the two executors known as 
2735 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{ExtractMethodRefactoringExecutor} 
2736 and 
2737 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{MoveMethodRefactoringExecutor}.  
2738 The \type{ExtractAndMoveMethodExecutor} is responsible for gluing the two 
2739 together by feeding the \type{MoveMethod\-RefactoringExecutor} with the 
2740 resources needed after executing the extract method refactoring.
2741
2742 \subsubsection{The \type{ExtractMethodRefactoringExecutor}}
2743 This executor is responsible for creating and executing an instance of the 
2744 \type{ExtractMethodRefactoring} class. It is also responsible for collecting 
2745 some post execution resources that can be used to find the method handle for the 
2746 extracted method, as well as information about its parameters, including the 
2747 variable they originated from.
2748
2749 \subsubsection{The \type{MoveMethodRefactoringExecutor}}
2750 This executor is responsible for creating and executing an instance of the 
2751 \type{MoveRefactoring}. The move refactoring is a processor-based refactoring, 
2752 and for the \refa{Move Method} refactoring it is the \type{MoveInstanceMethodProcessor} 
2753 that is used.
2754
2755 The handle for the method to be moved is found on the basis of the information 
2756 gathered after the execution of the \refa{Extract Method} refactoring. The only 
2757 information the \type{ExtractMethodRefactoring} is sharing after its execution, 
2758 regarding finding the method handle, is the textual representation of the new 
2759 method signature. Therefore it must be parsed, the strings for types of the 
2760 parameters must be found and translated to a form that can be used to look up 
2761 the method handle from its type handle. They have to be on the unresolved form. 
2762 The name for the type is found from the original selection, since an extracted 
2763 method must end up in the same type as the originating method.
2764
2765 When analyzing a selection prior to performing the \refa{Extract Method} refactoring, a 
2766 target is chosen. It has to be a variable binding, so it is either a field or a 
2767 local variable/parameter. If the target is a field, it can be used with the 
2768 \type{MoveInstanceMethodProcessor} as it is, since the extracted method still is 
2769 in its scope. But if the target is local to the originating method, the target 
2770 that is to be used for the processor must be among its parameters. Thus the 
2771 target must be found among the extracted method's parameters. This is done by 
2772 finding the parameter information object that corresponds to the parameter that 
2773 was declared on basis of the original target's variable when the method was 
2774 extracted. (The extracted method must take one such parameter for each local 
2775 variable that is declared outside the selection that is extracted.) To match the 
2776 original target with the correct parameter information object, the key for the 
2777 information object is compared to the key from the original target's binding.  
2778 The source code must then be parsed to find the method declaration for the 
2779 extracted method. The new target must be found by searching through the 
2780 parameters of the declaration and choose the one that has the same type as the 
2781 old binding from the parameter information object, as well as the same name that 
2782 is provided by the parameter information object.
2783
2784
2785 \subsection{The 
2786 SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger}\label{searchBasedExtractAndMoveMethodChanger}
2787 The 
2788 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.changers}{SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger} 
2789 is a changer whose purpose is to automatically analyze a method, and execute the 
2790 \ExtractAndMoveMethod refactoring on it if it is a suitable candidate for the 
2791 refactoring.
2792
2793 First, the \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer} is used 
2794 to analyze the method. If the method is found to be a candidate, the result from 
2795 the analysis is fed to the \type{ExtractAndMoveMethodExecutor}, whose job is to 
2796 execute the refactoring \see{extractAndMoveMethodExecutor}.
2797
2798 \subsubsection{The SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer}
2799 This analyzer is responsible for analyzing all the possible text selections of a 
2800 method and then to choose the best result out of the analysis results that are, 
2801 by the analyzer, considered to be the potential candidates for the 
2802 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
2803
2804 Before the analyzer is able to work with the text selections of a method, it 
2805 needs to generate them. To do this, it parses the method to obtain a 
2806 \type{MethodDeclaration} for it \see{astEclipse}. Then there is a statement 
2807 lists creator that creates statements lists of the different groups of 
2808 statements in the body of the method declaration. A text selections generator 
2809 generates text selections of all the statement lists for the analyzer to work 
2810 with.
2811
2812 \paragraph{The statement lists creator}
2813 is responsible for generating lists of statements for all the possible nesting 
2814 levels of statements in the method. The statement lists creator is implemented 
2815 as an AST visitor \see{astVisitor}. It generates lists of statements by visiting 
2816 all the blocks in the method declaration and stores their statements in a 
2817 collection of statement lists. In addition, it visits all of the other 
2818 statements that can have a statement as a child, such as the different control 
2819 structures and the labeled statement.
2820
2821 The switch statement is the only kind of statement that is not straight forward 
2822 to obtain the child statements from. It stores all of its children in a flat 
2823 list. Its switch case statements are included in this list. This means that 
2824 there are potential statement lists between all of these case statements. The 
2825 list of statements from a switch statement is therefore traversed, and the 
2826 statements between the case statements are grouped as separate lists.
2827
2828 The highlighted part of \myref{lst:grandExample} shows an example of how the 
2829 statement lists creator would separate a method body into lists of statements.
2830
2831 \paragraph{The text selections generator} generates text selections for each 
2832 list of statements from the statement lists creator. The generator generates a 
2833 text selection for every sub-sequence of statements in a list. For a sequence of 
2834 statements, the first statement and the last statement span out a text 
2835 selection. 
2836
2837 In practice, the text selections are calculated by only one traversal of the 
2838 statement list. There is a set of generated text selections. For each statement, 
2839 there is created a temporary set of selections, in addition to a text selection 
2840 based on the offset and length of the statement. This text selection is added to 
2841 the temporary set. Then the new selection is added with every selection from the 
2842 set of generated text selections. These new selections are added to the 
2843 temporary set. Then the temporary set of selections is added to the set of 
2844 generated text selections. The result of adding two text selections is a new 
2845 text selection spanned out by the two addends. 
2846
2847 \begin{comment}
2848 \begin{listing}[h]
2849 \def\charwidth{5.7pt}
2850 \def\indent{4*\charwidth}
2851 \def\lineheight{\baselineskip}
2852 \def\mintedtop{\lineheight}
2853
2854 \begin{tikzpicture}[overlay, yscale=-1]
2855   \tikzstyle{overlaybox}=[fill=lightgray,opacity=0.2]
2856
2857   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
2858   +(18*\charwidth,\lineheight);
2859
2860   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
2861   +(18*\charwidth,\lineheight);
2862
2863   \draw[overlaybox] (2*\charwidth,\mintedtop+3*\lineheight) rectangle 
2864   +(18*\charwidth,\lineheight);
2865
2866   \draw[overlaybox] (\indent-3*\charwidth,\mintedtop) rectangle 
2867   +(20*\charwidth,2*\lineheight);
2868
2869   \draw[overlaybox] (3*\charwidth,\mintedtop+\lineheight) rectangle 
2870   +(16*\charwidth,3*\lineheight);
2871
2872   \draw[overlaybox] (\indent,\mintedtop) rectangle 
2873   +(14*\charwidth,4*\lineheight);
2874 \end{tikzpicture}
2875 \begin{minted}{java}
2876     statement one;
2877     statement two;
2878     ...
2879     statement k;
2880 \end{minted}
2881 \caption{Example of how the text selections generator would generate text 
2882   selections based on a lists of statements. Each highlighted rectangle 
2883 represents a text selection.}
2884 \label{lst:textSelectionsExample}
2885 \end{listing}
2886 \todoin{fix \myref{lst:textSelectionsExample}? Text only? All 
2887 sub-sequences\ldots}
2888 \end{comment}
2889
2890 \paragraph{Finding the candidate} for the refactoring is done by analyzing all 
2891 the generated text selection with the \type{ExtractAndMoveMethodAnalyzer} 
2892 \see{extractAndMoveMethodAnalyzer}. If the analyzer generates a useful result, 
2893 an \type{ExtractAndMoveMethodCandidate} is created from it, which is kept in a 
2894 list of potential candidates. If no candidates are found, the 
2895 \type{NoTargetFoundException} is thrown.
2896
2897 Since only one of the candidates can be chosen, the analyzer must sort out which 
2898 candidate to choose. The sorting is done by the static \method{sort} method of 
2899 \type{Collections}. The comparison in this sorting is done by an 
2900 \type{ExtractAndMoveMethodCandidateComparator}.
2901 \todoin{Write about the 
2902 ExtractAndMoveMethodCandidateComparator/FavorNoUnfixesCandidateComparator}
2903
2904
2905 \subsection{The Prefix class}
2906 This class exists mainly for holding data about a prefix, such as the expression 
2907 that the prefix represents and the occurrence count of the prefix within a 
2908 selection. In addition to this, it has some functionality such as calculating 
2909 its sub-prefixes and intersecting it with another prefix. The definition of the 
2910 intersection between two prefixes is a prefix representing the longest common 
2911 expression between the two.
2912
2913 \subsection{The PrefixSet class}
2914 A prefix set holds elements of type \type{Prefix}. It is implemented with the 
2915 help of a \typewithref{java.util}{HashMap} and contains some typical set 
2916 operations, but it does not implement the \typewithref{java.util}{Set} 
2917 interface, since the prefix set does not need all of the functionality a 
2918 \type{Set} requires to be implemented. In addition It needs some other 
2919 functionality not found in the \type{Set} interface. So due to the relatively 
2920 limited use of prefix sets, and that it almost always needs to be referenced as 
2921 such, and not a \type{Set<Prefix>}, it remains as an ad hoc solution to a 
2922 concrete problem.
2923
2924 There are two ways adding prefixes to a \type{PrefixSet}. The first is through 
2925 its \method{add} method. This works like one would expect from a set. It adds 
2926 the prefix to the set if it does not already contain the prefix. The other way 
2927 is to \emph{register} the prefix with the set. When registering a prefix, if the 
2928 set does not contain the prefix, it is just added. If the set contains the 
2929 prefix, its count gets incremented. This is how the occurrence count is handled.
2930
2931 The prefix set also computes the set of prefixes that is not enclosing any 
2932 prefixes of another set. This is kind of a set difference operation only for 
2933 enclosing prefixes.
2934
2935 \subsection{Hacking the refactoring undo 
2936 history}\label{hacking_undo_history}
2937 \todoin{Where to put this section?}
2938
2939 As an attempt to make multiple subsequent changes to the workspace appear as a 
2940 single action (i.e. make the undo changes appear as such), I tried to alter 
2941 the undo changes\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.Change} in the history 
2942 of the refactorings.  
2943
2944 My first impulse was to remove the, in this case, last two undo changes from the 
2945 undo manager\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager} for the 
2946 \name{Eclipse} refactorings, and then add them to a composite 
2947 change\typeref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.CompositeChange} that could be 
2948 added back to the manager. The interface of the undo manager does not offer a 
2949 way to remove/pop the last added undo change, so a possible solution could be to 
2950 decorate\citing{designPatterns} the undo manager, to intercept and collect the 
2951 undo changes before delegating to the \method{addUndo} 
2952 method\methodref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.IUndoManager}{addUndo} of the 
2953 manager. Instead of giving it the intended undo change, a null change could be 
2954 given to prevent it from making any changes if run. Then one could let the 
2955 collected undo changes form a composite change to be added to the manager.
2956
2957 There is a technical challenge with this approach, and it relates to the undo 
2958 manager, and the concrete implementation 
2959 \typewithref{org.eclipse.ltk.internal.core.refactoring}{UndoManager2}.  This 
2960 implementation is designed in a way that it is not possible to just add an undo 
2961 change, you have to do it in the context of an active 
2962 operation\typeref{org.eclipse.core.commands.operations.TriggeredOperations}.  
2963 One could imagine that it might be possible to trick the undo manager into 
2964 believing that you are doing a real change, by executing a refactoring that is 
2965 returning a kind of null change that is returning our composite change of undo 
2966 refactorings when it is performed. But this is not the way to go.
2967
2968 Apart from the technical problems with this solution, there is a functional 
2969 problem: If it all had worked out as planned, this would leave the undo history 
2970 in a dirty state, with multiple empty undo operations corresponding to each of 
2971 the sequentially executed refactoring operations, followed by a composite undo 
2972 change corresponding to an empty change of the workspace for rounding of our 
2973 composite refactoring. The solution to this particular problem could be to 
2974 intercept the registration of the intermediate changes in the undo manager, and 
2975 only register the last empty change.
2976
2977 Unfortunately, not everything works as desired with this solution. The grouping 
2978 of the undo changes into the composite change does not make the undo operation 
2979 appear as an atomic operation. The undo operation is still split up into 
2980 separate undo actions, corresponding to the changes done by their originating
2981 refactorings. And in addition, the undo actions have to be performed separate in 
2982 all the editors involved. This makes it no solution at all, but a step toward 
2983 something worse.
2984
2985 There might be a solution to this problem, but it remains to be found. The 
2986 design of the refactoring undo management is partly to be blamed for this, as
2987 it is too complex to be easily manipulated.
2988
2989
2990 \chapter{Analyzing source code in Eclipse}
2991
2992 \section{The Java model}\label{javaModel}
2993 The Java model of \name{Eclipse} is its internal representation of a Java project. It 
2994 is light-weight, and has only limited possibilities for manipulating source 
2995 code. It is typically used as a basis for the Package Explorer in \name{Eclipse}.
2996
2997 The elements of the Java model are only handles to the underlying elements. This 
2998 means that the underlying element of a handle does not need to actually exist.  
2999 Hence the user of a handle must always check that it exist by calling the 
3000 \method{exists} method of the handle.
3001
3002 The handles with descriptions are listed in \myref{tab:javaModel}, while the 
3003 hierarchy of the Java Model is shown in \myref{fig:javaModel}.
3004
3005 \begin{table}[htb]
3006   \caption{The elements of the Java Model\citing{vogelEclipseJDT2012}.}
3007   \label{tab:javaModel}
3008   \centering
3009   % sum must equal number of columns (3)
3010   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{} L{0.7}  L{1.1}  L{1.2} @{}}
3011     \toprule
3012     \textbf{Project Element} & \textbf{Java Model element} & 
3013     \textbf{Description} \\
3014     \midrule
3015     Java project & \type{IJavaProject} & The Java project which contains all other objects. \\
3016     \midrule
3017     Source folder /\linebreak[2] binary folder /\linebreak[3] external library & 
3018     \type{IPackageFragmentRoot} & Hold source or binary files, can be a folder 
3019     or a library (zip / jar file). \\
3020     \midrule
3021     Each package & \type{IPackageFragment} & Each package is below the 
3022     \type{IPackageFragmentRoot}, sub-packages are not leaves of the package, 
3023     they are listed directed under \type{IPackageFragmentRoot}. \\
3024     \midrule
3025     Java Source file & \type{ICompilationUnit} & The Source file is always below 
3026     the package node. \\
3027     \midrule
3028     Types / Fields /\linebreak[3] Methods & \type{IType} / \type{IField} 
3029     /\linebreak[3] \type{IMethod} & Types, fields and methods. \\
3030     \bottomrule
3031   \end{tabularx}
3032 \end{table}
3033
3034
3035 \begin{figure}[h]
3036   \centering
3037   \begin{tikzpicture}[%
3038   grow via three points={one child at (0,-0.7) and
3039   two children at (0,-0.7) and (0,-1.4)},
3040   edge from parent path={(\tikzparentnode.south west)+(0.5,0) |- 
3041   (\tikzchildnode.west)}]
3042   \tikzstyle{every node}=[draw=black,thick,anchor=west]
3043   \tikzstyle{selected}=[draw=red,fill=red!30]
3044   \tikzstyle{optional}=[dashed,fill=gray!50]
3045   \node {\type{IJavaProject}}
3046     child { node {\type{IPackageFragmentRoot}}
3047       child { node {\type{IPackageFragment}}
3048         child { node {\type{ICompilationUnit}}
3049           child { node {\type{IType}}
3050             child { node {\type{\{ IType \}*}}
3051               child { node {\type{\ldots}}}
3052             }
3053             child [missing] {}
3054             child { node {\type{\{ IField \}*}}}
3055             child { node {\type{IMethod}}
3056               child { node {\type{\{ IType \}*}}
3057                 child { node {\type{\ldots}}}
3058               }
3059             }
3060             child [missing] {}
3061             child [missing] {}
3062             child { node {\type{\{ IMethod \}*}}}
3063           }
3064           child [missing] {}
3065           child [missing] {}
3066           child [missing] {}
3067           child [missing] {}
3068           child [missing] {}
3069           child [missing] {}
3070           child [missing] {}
3071           child { node {\type{\{ IType \}*}}}
3072         }
3073         child [missing] {}
3074         child [missing] {}
3075         child [missing] {}
3076         child [missing] {}
3077         child [missing] {}
3078         child [missing] {}
3079         child [missing] {}
3080         child [missing] {}
3081         child [missing] {}
3082         child { node {\type{\{ ICompilationUnit \}*}}}
3083       }
3084       child [missing] {}
3085       child [missing] {}
3086       child [missing] {}
3087       child [missing] {}
3088       child [missing] {}
3089       child [missing] {}
3090       child [missing] {}
3091       child [missing] {}
3092       child [missing] {}
3093       child [missing] {}
3094       child [missing] {}
3095       child { node {\type{\{ IPackageFragment \}*}}}
3096     }
3097     child [missing] {}
3098     child [missing] {}
3099     child [missing] {}
3100     child [missing] {}
3101     child [missing] {}
3102     child [missing] {}
3103     child [missing] {}
3104     child [missing] {}
3105     child [missing] {}
3106     child [missing] {}
3107     child [missing] {}
3108     child [missing] {}
3109     child [missing] {}
3110     child { node {\type{\{ IPackageFragmentRoot \}*}}}
3111     ;
3112   \end{tikzpicture}
3113   \caption{The Java model of \name{Eclipse}. ``\type{\{ SomeElement \}*}'' means 
3114   ``\type{SomeElement} zero or more times``. For recursive structures, 
3115   ``\type{\ldots}'' is used.}
3116   \label{fig:javaModel}
3117 \end{figure}
3118
3119 \section{The abstract syntax tree}
3120 \name{Eclipse} is following the common paradigm of using an abstract syntax tree for 
3121 source code analysis and manipulation.
3122
3123 When parsing program source code into something that can be used as a foundation 
3124 for analysis, the start of the process follows the same steps as in a compiler.  
3125 This is all natural, because the way a compiler analyzes code is no different 
3126 from how source manipulation programs would do it, except for some properties of 
3127 code that is analyzed in the parser, and that they may be differing in what 
3128 kinds of properties they analyze.  Thus the process of translation source code 
3129 into a structure that is suitable for analyzing, can be seen as a kind of 
3130 interrupted compilation process \see{fig:interruptedCompilationProcess}.
3131
3132 \begin{figure}[h]
3133   \centering
3134   \tikzset{
3135     base/.style={anchor=north, align=center, rectangle, minimum height=1.4cm},
3136     basewithshadow/.style={base, drop shadow, fill=white},
3137     outlined/.style={basewithshadow, draw, rounded corners, minimum 
3138     width=0.4cm},
3139     primary/.style={outlined, font=\bfseries},
3140     dashedbox/.style={outlined, dashed},
3141     arrowpath/.style={black, align=center, font=\small},
3142     processarrow/.style={arrowpath, ->, >=angle 90, shorten >=1pt},
3143   }
3144   \begin{tikzpicture}[node distance=1.3cm and 3cm, scale=1, every 
3145     node/.style={transform shape}]
3146     \node[base](AuxNode1){\small source code};
3147     \node[primary, right=of AuxNode1, xshift=-2.5cm](Scanner){Scanner};
3148     \node[primary, right=of Scanner, xshift=0.5cm](Parser){Parser};
3149     \node[dashedbox, below=of Parser](SemanticAnalyzer){Semantic\\Analyzer};
3150     \node[dashedbox, left=of SemanticAnalyzer](SourceCodeOptimizer){Source 
3151     Code\\Optimizer};
3152     \node[dashedbox, below=of SourceCodeOptimizer
3153     ](CodeGenerator){Code\\Generator};
3154     \node[dashedbox, right=of CodeGenerator](TargetCodeOptimizer){Target 
3155     Code\\Optimizer};
3156     \node[base, right=of TargetCodeOptimizer](AuxNode2){};
3157
3158     \draw[processarrow](AuxNode1) -- (Scanner);
3159
3160     \path[arrowpath] (Scanner) -- node [sloped](tokens){tokens}(Parser);
3161     \draw[processarrow](Scanner) -- (tokens) -- (Parser);
3162
3163     \path[arrowpath] (Parser) -- node (syntax){syntax 
3164     tree}(SemanticAnalyzer);
3165     \draw[processarrow](Parser) -- (syntax) -- (SemanticAnalyzer);
3166
3167     \path[arrowpath] (SemanticAnalyzer) -- node 
3168     [sloped](annotated){annotated\\tree}(SourceCodeOptimizer);
3169     \draw[processarrow, dashed](SemanticAnalyzer) -- (annotated) -- 
3170     (SourceCodeOptimizer);
3171
3172     \path[arrowpath] (SourceCodeOptimizer) -- node 
3173     (intermediate){intermediate code}(CodeGenerator);
3174     \draw[processarrow, dashed](SourceCodeOptimizer) -- (intermediate) --
3175     (CodeGenerator);
3176
3177     \path[arrowpath] (CodeGenerator) -- node [sloped](target1){target 
3178     code}(TargetCodeOptimizer);
3179     \draw[processarrow, dashed](CodeGenerator) -- (target1) --
3180     (TargetCodeOptimizer);
3181
3182     \path[arrowpath](TargetCodeOptimizer) -- node [sloped](target2){target 
3183     code}(AuxNode2);
3184     \draw[processarrow, dashed](TargetCodeOptimizer) -- (target2) (AuxNode2);
3185   \end{tikzpicture}
3186   \caption{Interrupted compilation process. {\footnotesize (Full compilation 
3187     process borrowed from \emph{Compiler construction: principles and practice} 
3188     by Kenneth C.  Louden\citing{louden1997}.)}}
3189   \label{fig:interruptedCompilationProcess}
3190 \end{figure}
3191
3192 The process starts with a \emph{scanner}, or lexer. The job of the scanner is to 
3193 read the source code and divide it into tokens for the parser. Therefore, it is 
3194 also sometimes called a tokenizer. A token is a logical unit, defined in the 
3195 language specification, consisting of one or more consecutive characters.  In 
3196 the Java language the tokens can for instance be the \var{this} keyword, a curly 
3197 bracket \var{\{} or a \var{nameToken}. It is recognized by the scanner on the 
3198 basis of something equivalent of a regular expression. This part of the process 
3199 is often implemented with the use of a finite automata. In fact, it is common to 
3200 specify the tokens in regular expressions, which in turn are translated into a 
3201 finite automata lexer. This process can be automated.
3202
3203 The program component used to translate a stream of tokens into something 
3204 meaningful, is called a parser. A parser is fed tokens from the scanner and 
3205 performs an analysis of the structure of a program. It verifies that the syntax 
3206 is correct according to the grammar rules of a language, that are usually 
3207 specified in a context-free grammar, and often in a variant of the 
3208 \name{Backus--Naur Form}. The result coming from the parser is in the form of an 
3209 \emph{Abstract Syntax Tree}, AST for short. It is called \emph{abstract}, 
3210 because the structure does not contain all of the tokens produced by the 
3211 scanner. It only contains logical constructs, and because it forms a tree, all 
3212 kinds of parentheses and brackets are implicit in the structure. It is this AST 
3213 that is used when performing the semantic analysis of the code.
3214
3215 As an example we can think of the expression \code{(5 + 7) * 2}. The root of 
3216 this tree would in \name{Eclipse} be an \type{InfixExpression} with the operator
3217 \var{TIMES}, and a left operand, which is also an \type{InfixExpression} with 
3218 the operator \var{PLUS}. The left operand \type{InfixExpression}, has in turn a 
3219 left operand of type \type{NumberLiteral} with the value \var{``5''} and a right 
3220 operand \type{NumberLiteral} with the value \var{``7''}.  The root will have a 
3221 right operand of type \type{NumberLiteral} and value \var{``2''}. The AST for 
3222 this expression is illustrated in \myref{fig:astInfixExpression}.
3223
3224 Contrary to the Java Model, an abstract syntax tree is a heavy-weight 
3225 representation of source code. It contains information about properties like 
3226 type bindings for variables and variable bindings for names. 
3227
3228
3229 \begin{figure}[h]
3230   \centering
3231   \begin{tikzpicture}[scale=0.8]
3232   \tikzset{level distance=40pt}
3233   \tikzset{sibling distance=5pt}
3234   \tikzstyle{thescale}=[scale=0.8]
3235   \tikzset{every tree node/.style={align=center}}
3236   \tikzset{edge from parent/.append style={thick}}
3237   \tikzstyle{inode}=[rectangle,rounded corners,draw,fill=lightgray,drop 
3238   shadow,align=center]
3239   \tikzset{every internal node/.style={inode}}
3240   \tikzset{every leaf node/.style={draw=none,fill=none}}
3241
3242   \Tree [.\type{InfixExpression} [.\type{InfixExpression}
3243     [.\type{NumberLiteral} \var{``5''} ]  [.\type{Operator} \var{PLUS} ] 
3244     [.\type{NumberLiteral} \var{``7''} ] ]
3245   [.\type{Operator} \var{TIMES} ]
3246     [.\type{NumberLiteral} \var{``2''} ] 
3247   ]
3248   \end{tikzpicture}
3249   \caption{The abstract syntax tree for the expression \code{(5 + 7) * 2}.}
3250   \label{fig:astInfixExpression}
3251 \end{figure}
3252
3253 \subsection{The AST in Eclipse}\label{astEclipse}
3254 In \name{Eclipse}, every node in the AST is a child of the abstract superclass 
3255 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{ASTNode}. Every \type{ASTNode}, among a 
3256 lot of other things, provides information about its position and length in the 
3257 source code, as well as a reference to its parent and to the root of the tree.
3258
3259 The root of the AST is always of type \type{CompilationUnit}. It is not the same 
3260 as an instance of an \type{ICompilationUnit}, which is the compilation unit 
3261 handle of the Java model. The children of a \type{CompilationUnit} is an 
3262 optional \type{PackageDeclaration}, zero or more nodes of type 
3263 \type{ImportDecaration} and all its top-level type declarations that has node 
3264 types \type{AbstractTypeDeclaration}.
3265
3266 An \type{AbstractType\-Declaration} can be one of the types 
3267 \type{AnnotationType\-Declaration}, \type{Enum\-Declaration} or 
3268 \type{Type\-Declaration}. The children of an \type{AbstractType\-Declaration} 
3269 must be a subtype of a \type{BodyDeclaration}. These subtypes are: 
3270 \type{AnnotationTypeMember\-Declaration}, \type{EnumConstant\-Declaration}, 
3271 \type{Field\-Declaration}, \type{Initializer} and \type{Method\-Declaration}.
3272
3273 Of the body declarations, the \type{Method\-Declaration} is the most interesting 
3274 one. Its children include lists of modifiers, type parameters, parameters and 
3275 exceptions. It has a return type node and a body node. The body, if present, is 
3276 of type \type{Block}. A \type{Block} is itself a \type{Statement}, and its 
3277 children is a list of \type{Statement} nodes.
3278
3279 There are too many types of the abstract type \type{Statement} to list up, but 
3280 there exists a subtype of \type{Statement} for every statement type of Java, as 
3281 one would expect. This also applies to the abstract type \type{Expression}.  
3282 However, the expression \type{Name} is a little special, since it is both used 
3283 as an operand in compound expressions, as well as for names in type declarations 
3284 and such.
3285
3286 There is an overview of some of the structure of an \name{Eclipse} AST in 
3287 \myref{fig:astEclipse}.
3288
3289 \begin{figure}[h]
3290   \centering
3291   \begin{tikzpicture}[scale=0.8]
3292   \tikzset{level distance=50pt}
3293   \tikzset{sibling distance=5pt}
3294   \tikzstyle{thescale}=[scale=0.8]
3295   \tikzset{every tree node/.style={align=center}}
3296   \tikzset{edge from parent/.append style={thick}}
3297   \tikzstyle{inode}=[rectangle,rounded corners,draw,fill=lightgray,drop 
3298   shadow,align=center]
3299   \tikzset{every internal node/.style={inode}}
3300   \tikzset{every leaf node/.style={draw=none,fill=none}}
3301
3302   \Tree [.\type{CompilationUnit} [.\type{[ PackageDeclaration ]} [.\type{Name} ] 
3303   [.\type{\{ Annotation \}*} ] ]
3304   [.\type{\{ ImportDeclaration \}*} [.\type{Name} ] ]
3305     [.\type{\{ AbstractTypeDeclaration \}+} [.\node(site){\type{\{ 
3306     BodyDeclaration \}*}}; ] [.\type{SimpleName} ] ]
3307   ]
3308   \begin{scope}[shift={(0.5,-6)}]
3309     \node[inode,thescale](root){\type{MethodDeclaration}};
3310     \node[inode,thescale](modifiers) at (4.5,-5){\type{\{ IExtendedModifier \}*} 
3311     \\ {\footnotesize (Of type \type{Modifier} or \type{Annotation})}};
3312     \node[inode,thescale](typeParameters) at (-6,-3.5){\type{\{ TypeParameter 
3313     \}*}};
3314     \node[inode,thescale](parameters) at (-5,-5){\type{\{ 
3315     SingleVariableDeclaration \}*} \\ {\footnotesize (Parameters)}};
3316     \node[inode,thescale](exceptions) at (5,-3){\type{\{ Name \}*} \\ 
3317     {\footnotesize (Exceptions)}};
3318     \node[inode,thescale](return) at (-6.5,-2){\type{Type} \\ {\footnotesize 
3319     (Return type)}};
3320     \begin{scope}[shift={(0,-5)}]
3321       \Tree [.\node(body){\type{[ Block ]} \\ {\footnotesize (Body)}};
3322       [.\type{\{ Statement \}*} [.\type{\{ Expression \}*} ]
3323         [.\type{\{ Statement \}*} [.\type{\ldots} ]]
3324       ]
3325       ]
3326     \end{scope}
3327   \end{scope}
3328   \draw[->,>=triangle 90,shorten >=1pt](root.east)..controls +(east:2) and 
3329   +(south:1)..(site.south);
3330
3331   \draw (root.south) -- (modifiers);
3332   \draw (root.south) -- (typeParameters);
3333   \draw (root.south) -- ($ (parameters.north) + (2,0) $);
3334   \draw (root.south) -- (exceptions);
3335   \draw (root.south) -- (return);
3336   \draw (root.south) -- (body);
3337
3338   \end{tikzpicture}
3339   \caption{The format of the abstract syntax tree in \name{Eclipse}.}
3340   \label{fig:astEclipse}
3341 \end{figure}
3342
3343 \section{The ASTVisitor}\label{astVisitor}
3344 So far, the only thing that has been addressed is how the data that is going to 
3345 be the basis for our analysis is structured. Another aspect of it is how we are 
3346 going to traverse the AST to gather the information we need, so we can conclude 
3347 about the properties we are analyzing. It is of course possible to start at the 
3348 top of the tree, and manually search through its nodes for the ones we are 
3349 looking for, but that is a bit inconvenient. To be able to efficiently utilize 
3350 such an approach, we would need to make our own framework for traversing the 
3351 tree and visiting only the types of nodes we are after. Luckily, this 
3352 functionality is already provided in \name{Eclipse}, by its 
3353 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{ASTVisitor}.
3354
3355 The \name{Eclipse} AST, together with its \type{ASTVisitor}, follows the 
3356 \pattern{Visitor} pattern\citing{designPatterns}. The intent of this design 
3357 pattern is to facilitate extending the functionality of classes without touching 
3358 the classes themselves.
3359
3360 Let us say that there is a class hierarchy of elements. These elements all have 
3361 a method \method{accept(Visitor visitor)}. In its simplest form, the 
3362 \method{accept} method just calls the \method{visit} method of the visitor with 
3363 itself as an argument, like this: \code{visitor.visit(this)}.  For the visitors 
3364 to be able to extend the functionality of all the classes in the elements 
3365 hierarchy, each \type{Visitor} must have one visit method for each concrete 
3366 class in the hierarchy. Say the hierarchy consists of the concrete classes 
3367 \type{ConcreteElementA} and \type{ConcreteElementB}. Then each visitor must have 
3368 the (possibly empty) methods \method{visit(ConcreteElementA element)} and 
3369 \method{visit(ConcreteElementB element)}. This scenario is depicted in 
3370 \myref{fig:visitorPattern}.
3371
3372 \begin{figure}[h]
3373   \centering
3374   \tikzstyle{abstract}=[rectangle, draw=black, fill=white, drop shadow, text 
3375   centered, anchor=north, text=black, text width=6cm, every one node 
3376 part/.style={align=center, font=\bfseries\itshape}]
3377   \tikzstyle{concrete}=[rectangle, draw=black, fill=white, drop shadow, text 
3378   centered, anchor=north, text=black, text width=6cm]
3379   \tikzstyle{inheritarrow}=[->, >=open triangle 90, thick]
3380   \tikzstyle{commentarrow}=[->, >=angle 90, dashed]
3381   \tikzstyle{line}=[-, thick]
3382   \tikzset{every one node part/.style={align=center, font=\bfseries}}
3383   \tikzset{every second node part/.style={align=center, font=\ttfamily}}
3384         
3385   \begin{tikzpicture}[node distance=1cm, scale=0.8, every node/.style={transform 
3386     shape}]
3387     \node (Element) [abstract, rectangle split, rectangle split parts=2]
3388         {
3389           \nodepart{one}{Element}
3390           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3391         };
3392     \node (AuxNode01) [text width=0, minimum height=2cm, below=of Element] {};
3393     \node (ConcreteElementA) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3394     parts=2, left=of AuxNode01]
3395         {
3396           \nodepart{one}{ConcreteElementA}
3397           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3398         };
3399     \node (ConcreteElementB) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3400     parts=2, right=of AuxNode01]
3401         {
3402           \nodepart{one}{ConcreteElementB}
3403           \nodepart{second}{+accept(visitor: Visitor)}
3404         };
3405
3406     \node[comment, below=of ConcreteElementA] (CommentA) {visitor.visit(this)};
3407
3408     \node[comment, below=of ConcreteElementB] (CommentB) {visitor.visit(this)};
3409
3410     \node (AuxNodeX) [text width=0, minimum height=1cm, below=of AuxNode01] {};
3411
3412     \node (Visitor) [abstract, rectangle split, rectangle split parts=2, 
3413     below=of AuxNodeX]
3414         {
3415           \nodepart{one}{Visitor}
3416           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3417         };
3418     \node (AuxNode02) [text width=0, minimum height=2cm, below=of Visitor] {};
3419     \node (ConcreteVisitor1) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3420     parts=2, left=of AuxNode02]
3421         {
3422           \nodepart{one}{ConcreteVisitor1}
3423           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3424         };
3425     \node (ConcreteVisitor2) [concrete, rectangle split, rectangle split 
3426     parts=2, right=of AuxNode02]
3427         {
3428           \nodepart{one}{ConcreteVisitor2}
3429           \nodepart{second}{+visit(ConcreteElementA)\\+visit(ConcreteElementB)}
3430         };
3431
3432     
3433     \draw[inheritarrow] (ConcreteElementA.north) -- ++(0,0.7) -| 
3434     (Element.south);
3435     \draw[line] (ConcreteElementA.north) -- ++(0,0.7) -| 
3436     (ConcreteElementB.north);
3437
3438     \draw[inheritarrow] (ConcreteVisitor1.north) -- ++(0,0.7) -| 
3439     (Visitor.south);
3440     \draw[line] (ConcreteVisitor1.north) -- ++(0,0.7) -| 
3441     (ConcreteVisitor2.north);
3442
3443     \draw[commentarrow] (CommentA.north) -- (ConcreteElementA.south);
3444     \draw[commentarrow] (CommentB.north) -- (ConcreteElementB.south);
3445
3446     
3447   \end{tikzpicture}
3448   \caption{The Visitor Pattern.}
3449   \label{fig:visitorPattern}
3450 \end{figure}
3451
3452 The use of the visitor pattern can be appropriate when the hierarchy of elements 
3453 is mostly stable, but the family of operations over its elements is constantly 
3454 growing. This is clearly the case for the \name{Eclipse} AST, since the 
3455 hierarchy for the type \type{ASTNode} is very stable, but the functionality of 
3456 its elements is extended every time someone need to operate on the AST. Another 
3457 aspect of the \name{Eclipse} implementation is that it is a public API, and the 
3458 visitor pattern is an easy way to provide access to the nodes in the tree.
3459
3460 The version of the visitor pattern implemented for the AST nodes in \name{Eclipse} also 
3461 provides an elegant way to traverse the tree. It does so by following the 
3462 convention that every node in the tree first let the visitor visit itself, 
3463 before it also makes all its children accept the visitor. The children are only 
3464 visited if the visit method of their parent returns \var{true}. This pattern 
3465 then makes for a prefix traversal of the AST. If postfix traversal is desired, 
3466 the visitors also have \method{endVisit} methods for each node type, which is 
3467 called after the \method{visit} method for a node. In addition to these visit 
3468 methods, there are also the methods \method{preVisit(ASTNode)}, 
3469 \method{postVisit(ASTNode)} and \method{preVisit2(ASTNode)}. The 
3470 \method{preVisit} method is called before the type-specific \method{visit} 
3471 method. The \method{postVisit} method is called after the type-specific 
3472 \method{endVisit}. The type specific \method{visit} is only called if 
3473 \method{preVisit2} returns \var{true}. Overriding the \method{preVisit2} is also 
3474 altering the behavior of \method{preVisit}, since the default implementation is 
3475 responsible for calling it.
3476
3477 An example of a trivial \type{ASTVisitor} is shown in 
3478 \myref{lst:astVisitorExample}.
3479
3480 \begin{listing}
3481 \begin{minted}{java}
3482 public class CollectNamesVisitor extends ASTVisitor {
3483     Collection<Name> names = new LinkedList<Name>();
3484
3485     @Override
3486     public boolean visit(QualifiedName node) {
3487       names.add(node);
3488       return false;
3489     }
3490
3491     @Override
3492     public boolean visit(SimpleName node) {
3493         names.add(node);
3494         return true;
3495     }
3496
3497 \end{minted}
3498 \caption{An \type{ASTVisitor} that visits all the names in a subtree and adds 
3499 them to a collection, except those names that are children of any 
3500 \type{QualifiedName}.}
3501 \label{lst:astVisitorExample}
3502 \end{listing}
3503
3504 \section{Property collectors}\label{propertyCollectors}
3505 The prefixes and unfixes are found by property 
3506 collectors\typeref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors.PropertyCollector}.  
3507 A property collector is of the \type{ASTVisitor} type, and thus visits nodes of 
3508 type \type{ASTNode} of the abstract syntax tree \see{astVisitor}.
3509
3510 \subsection{The PrefixesCollector}
3511 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{PrefixesCollector} 
3512 finds prefixes that makes up the basis for calculating move targets for the 
3513 \refa{Extract and Move Method} refactoring. It visits expression 
3514 statements\typeref{org.eclipse.jdt.core.dom.ExpressionStatement} and creates 
3515 prefixes from its expressions in the case of method invocations. The prefixes 
3516 found are registered with a prefix set, together with all its sub-prefixes.
3517
3518 \subsection{The UnfixesCollector}\label{unfixes}
3519 The \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.extractors.collectors}{UnfixesCollector} 
3520 finds unfixes within a selection.
3521 \todoin{Give more technical detail?}
3522
3523 \section{Checkers}\label{checkers}
3524 The checkers are a range of classes that checks that text selections comply
3525 with certain criteria. All checkers operates under the assumption that the code 
3526 they check is free from compilation errors. If a 
3527 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{Checker} fails, it throws a 
3528 \type{CheckerException}. The checkers are managed by the 
3529 \type{LegalStatementsChecker}, which does not, in fact, implement the 
3530 \type{Checker} interface. It does, however, run all the checkers registered with 
3531 it, and reports that all statements are considered legal if no 
3532 \type{CheckerException} is thrown. Many of the checkers either extends the 
3533 \type{PropertyCollector} or utilizes one or more property collectors to verify 
3534 some criteria. The checkers registered with the \type{LegalStatementsChecker} 
3535 are described next. They are run in the order presented below.
3536
3537 \subsection{The CallToProtectedOrPackagePrivateMethodChecker}
3538 This checker is used to check that at selection does not contain a call to a 
3539 method that is protected or package-private. Such a method either has the access 
3540 modifier \code{protected} or it has no access modifier.
3541
3542 The workings of the \type{CallToProtectedOrPackagePrivateMethod\-Checker} is
3543 very simple. It looks for calls to methods that are either protected or 
3544 package-private within the selection, and throws an 
3545 \type{IllegalExpressionFoundException} if one is found.
3546
3547 \subsection{The DoubleClassInstanceCreationChecker}
3548 The \type{DoubleClassInstanceCreationChecker} checks that there are no double 
3549 class instance creations where the inner constructor call takes an argument that 
3550 is built up using field references.
3551
3552 The checker visits all nodes of type \type{ClassInstanceCreation} within a 
3553 selection. For all of these nodes, if its parent also is a class instance 
3554 creation, it accepts a visitor that throws a 
3555 \type{IllegalExpressionFoundException} if it encounters a name that is a field 
3556 reference.
3557
3558 \subsection{The InstantiationOfNonStaticInnerClassChecker}
3559 The \type{InstantiationOfNonStaticInnerClassChecker} checks that selections
3560 do not contain instantiations of non-static inner classes. The 
3561 \type{MoveInstanceMethodProcessor} in \name{Eclipse} does not handle such 
3562 instantiations gracefully when moving a method. This problem is also related to 
3563 bug\ldots \todoin{File Eclipse bug report}
3564
3565 \subsection{The EnclosingInstanceReferenceChecker}
3566 The purpose of this checker is to verify that the names in a text selection are 
3567 not referencing any enclosing instances. In theory, the underlying problem could 
3568 be solved in some situations, but our dependency on the 
3569 \type{MoveInstanceMethodProcessor} prevents this.
3570
3571 The 
3572 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers}{EnclosingInstanceReferenceChecker} 
3573 is a modified version of the 
3574 \typewithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure.MoveInstanceMethod\-Processor}{EnclosingInstanceReferenceFinder} 
3575 from the \type{MoveInstanceMethodProcessor}. Wherever the 
3576 \type{EnclosingInstanceReferenceFinder} would create a fatal error status, the
3577 checker will throw a \type{CheckerException}.
3578
3579 The checker works by first finding all of the enclosing types of a selection.  
3580 Thereafter, it visits all the simple names of the selection to check that they 
3581 are not references to variables or methods declared in any of the enclosing 
3582 types. In addition, the checker visits \var{this}-expressions to verify that no 
3583 such expressions are qualified with any name.
3584
3585 \subsection{The ReturnStatementsChecker}\label{returnStatementsChecker}
3586 The checker for return statements is meant to verify that a text selection is 
3587 consistent regarding return statements.
3588
3589 If the selection is free from return statements, then the checker validates.  So 
3590 this is the first thing the checker investigates.
3591
3592 If the checker proceeds any further, it is because the selection contains one 
3593 or more return statements. The next test is therefore to check if the last 
3594 statement of the selection ends in either a return or a throw statement. The 
3595 responsibility for checking that the last statement of the selection eventually 
3596 ends in a return or throw statement, is put on the 
3597 \type{LastStatementOfSelectionEndsInReturnOrThrowChecker}. For every node 
3598 visited, if the node is a statement, it does a test to see if the statement is a 
3599 return, a throw or if it is an implicit return statement. If this is the case, 
3600 no further checking is done. This checking is done in the \code{preVisit2} 
3601 method \see{astVisitor}. If the node is not of a type that is being handled by 
3602 its type-specific visit method, the checker performs a simple test. If the node 
3603 being visited is not the last statement of its parent that is also enclosed by 
3604 the selection, an \type{IllegalStatementFoundException} is thrown. This ensures 
3605 that all statements are taken care of, one way or the other. It also ensures 
3606 that the checker is conservative in the way it checks for legality of the 
3607 selection.
3608
3609 To examine if a statement is an implicit return statement, the checker first 
3610 finds the last statement declared in its enclosing method. If this statement is 
3611 the same as the one under investigation, it is considered an implicit return 
3612 statement. If the statements are not the same, the checker does a search to see 
3613 if the statement examined is also the last statement of the method that can be 
3614 reached. This includes the last statement of a block statement, a labeled 
3615 statement, a synchronized statement or a try statement, that in turn is the last 
3616 statement enclosed by one of the statement types listed. This search goes 
3617 through all the parents of a statement until a statement is found that is not 
3618 one of the mentioned acceptable parent statements. If the search ends in a 
3619 method declaration, then the statement is considered to be the last reachable 
3620 statement of the method, and thus it is an implicit return statement.
3621
3622 There are two kinds of statements that are handled explicitly: If-statements and 
3623 try-statements. Block, labeled and do-statements are handled by fall-through to 
3624 the other two.
3625
3626 If-statements are handled explicitly by overriding their type-specific visit 
3627 method. If the then-part does not contain any return or throw statements an 
3628 \type{IllegalStatementFoundException} is thrown. If it does contain a return or 
3629 throw, its else-part is checked. If the else-part is non-existent, or it does 
3630 not contain any return or throw statements an exception is thrown. If no 
3631 exception is thrown while visiting the if-statement, its children are visited.
3632
3633 A try-statement is checked very similar to an if-statement. Its body must 
3634 contain a return or throw. The same applies to its catch clauses and finally 
3635 body. Failure to validate produces an \type{IllegalStatementFoundException}.
3636
3637 If the checker does not complain at any point, the selection is considered valid 
3638 with respect to return statements.
3639
3640 \subsection{The AmbiguousReturnValueChecker}
3641 This checker verifies that there are no ambiguous return values in a selection.
3642
3643 First, the checker needs to collect some data. Those data are the binding keys 
3644 for all simple names that are assigned to within the selection, including 
3645 variable declarations, but excluding fields. The checker also finds out whether 
3646 a return statement is found in the selection or not. No further checks of return 
3647 statements are needed, since, at this point, the selection is already checked 
3648 for illegal return statements \see{returnStatementsChecker}.
3649
3650 After the binding keys of the assignees are collected, the checker searches the 
3651 part of the enclosing method that is after the selection for references whose 
3652 binding keys are among the collected keys. If more than one unique referral is 
3653 found, or only one referral is found, but the selection also contains a return 
3654 statement, we have a situation with an ambiguous return value, and an exception 
3655 is thrown.
3656
3657 %\todoin{Explain why we do not need to consider variables assigned inside 
3658 %local/anonymous classes. (The referenced variables need to be final and so 
3659 %on\ldots)}
3660
3661 \subsection{The IllegalStatementsChecker}
3662 This checker is designed to check for illegal statements.
3663
3664 Notice that labels in break and continue statements need some special treatment. 
3665 Since a label does not have any binding information, we have to search upwards 
3666 in the AST to find the \type{LabeledStatement} that corresponds to the label 
3667 from the break or continue statement, and check that it is contained in the 
3668 selection. If the break or continue statement does not have a label attached to 
3669 it, it is checked that its innermost enclosing loop or switch statement (break 
3670 statements only) also is contained in the selection.
3671
3672 \chapter{Technicalities}
3673
3674 \section{Source code organization}
3675 All the parts of this master's project are under version control with 
3676 \name{Git}\footnote{\url{http://git-scm.com/}}.
3677
3678 The software written is organized as some \name{Eclipse} plugins. Writing a plugin is 
3679 the natural way to utilize the API of \name{Eclipse}. This also makes it possible to 
3680 provide a user interface to manually run operations on selections in program 
3681 source code or whole projects/packages.
3682
3683 When writing a plugin in \name{Eclipse}, one has access to resources such as the 
3684 current workspace, the open editor and the current selection.
3685
3686 The thesis work is contained in the following Eclipse projects:
3687
3688 \begin{description}
3689   \item[no.uio.ifi.refaktor] \hfill \\ This is the main Eclipse plugin 
3690     project, and contains all of the business logic for the plugin.
3691
3692   \item[no.uio.ifi.refaktor.tests] \hfill \\
3693     This project contains the tests for the main plugin.
3694
3695   \item[no.uio.ifi.refaktor.examples] \hfill \\
3696     Contains example code used in testing. It also contains code for managing 
3697     this example code, such as creating an Eclipse project from it before a test 
3698     run.
3699
3700   \item[no.uio.ifi.refaktor.benchmark] \hfill \\
3701     This project contains code for running search based versions of the 
3702     composite refactoring over selected Eclipse projects.
3703
3704   \item[no.uio.ifi.refaktor.releng] \hfill \\
3705     Contains the rmap, queries and target definitions needed by Buckminster on 
3706     the Jenkins continuous integration server.
3707
3708 \end{description}
3709
3710 \subsection{The no.uio.ifi.refaktor project}
3711
3712 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.analyze}
3713 This package, and its sub-packages, contains code that is used for analyzing 
3714 Java source code. The most important sub-packages are presented below.
3715
3716 \begin{description}
3717   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.analyzers] \hfill \\
3718     This package contains source code analyzers. These are usually responsible 
3719     for analyzing text selections or running specialized analyzers for different 
3720     kinds of entities.  Their structures are often hierarchical. This means that 
3721     you have an analyzer for text selections, that in turn is utilized by an 
3722     analyzer that analyzes all the selections of a method. Then there are 
3723     analyzers for analyzing all the methods of a type, all the types of a 
3724     compilation unit, all the compilation units of a package, and, at last, all 
3725     of the packages in a project.
3726
3727   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.checkers] \hfill \\
3728     A package containing checkers.  The checkers are classes used to validate 
3729     that a selection can be further analyzed and chosen as a candidate for a 
3730     refactoring. Invalidating properties can be such as usage of inner classes 
3731     or the need for multiple return values.  
3732
3733   \item[no.uio.ifi.refaktor.analyze.collectors] \hfill \\
3734     This package contains the property collectors. Collectors are used to gather 
3735     properties from a text selection.  This is mostly properties regarding 
3736     referenced names and their occurrences. It is these properties that make up 
3737     the basis for finding the best candidates for a refactoring.
3738 \end{description}
3739
3740 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.change}
3741 This package, and its sub-packages, contains functionality for manipulate source 
3742 code.
3743
3744 \begin{description}
3745   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.changers] \hfill \\
3746     This package contains source code changers. They are used to glue together 
3747     the analysis of source code and the actual execution of the changes.
3748
3749   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.executors] \hfill \\
3750     The executors that are responsible for making concrete changes are found in 
3751     this package. They are mostly used to create and execute one or more Eclipse 
3752     refactorings.
3753
3754   \item[no.uio.ifi.refaktor.change.processors] \hfill \\
3755     Contains a refactoring processor for the \MoveMethod refactoring. The code 
3756     is stolen and modified to fix a bug. The related bug is described in
3757     \myref{eclipse_bug_429416}.
3758
3759 \end{description}
3760
3761 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.handlers}
3762 This package contains handlers for the commands defined in the plugin manifest. 
3763
3764 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.prefix}
3765 This package contains the \type{Prefix} type that is the data representation of 
3766 the prefixes found by the \type{PrefixesCollector}. It also contains the prefix 
3767 set for storing and working with prefixes.
3768
3769 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.statistics}
3770 The package contains statistics functionality. Its heart is the statistics 
3771 aspect that is responsible for gathering statistics during the execution of the 
3772 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
3773
3774 \begin{description}
3775   \item[no.uio.ifi.refaktor.statistics.reports] \hfill \\
3776     This package contains a simple framework for generating reports from the 
3777     statistics data generated by the aspect. Currently, the only available 
3778     report type is a simple text report.
3779
3780 \end{description}
3781
3782
3783 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.textselection}
3784 This package contains the two custom text selections that are used extensively 
3785 throughout the project. One of them is just a subclass of the other, to support 
3786 the use of the memento pattern to optimize the memory usage during benchmarking.
3787
3788 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.debugging}
3789 The package contains a debug utility class. I addition to this, the package 
3790 \code{no.uio.ifi.refaktor.utils.aspects} contains a couple of aspects used for 
3791 debugging purposes. 
3792
3793 \subsubsection{no.uio.ifi.refaktor.utils}
3794 Utility package that contains all the functionality that has to do with parsing 
3795 of source code. It also has utility classes for looking up handles to methods 
3796 and types et cetera.
3797
3798 \begin{description}
3799   \item[no.uio.ifi.refaktor.utils.caching] \hfill \\
3800     This package contains the caching manager for compilation units, along with 
3801     classes for different caching strategies.
3802
3803   \item[no.uio.ifi.refaktor.utils.nullobjects] \hfill \\
3804     Contains classes for creating different null objects. Most of the classes 
3805     are used to represent null objects of different handle types. These null 
3806     objects are returned from various utility classes instead of returning a 
3807     \var{null} value when other values are not available.
3808
3809 \end{description}
3810
3811 \section{Continuous integration}
3812 The continuous integration server 
3813 \name{Jenkins}\footnote{\url{http://jenkins-ci.org/}} has been set up for the 
3814 project\footnote{A work mostly done by the supervisor.}. It is used as a way to 
3815 run tests and perform code coverage analysis. 
3816
3817 To be able to build the \name{Eclipse} plugins and run tests for them with Jenkins, the 
3818 component assembly project 
3819 \name{Buckminster}\footnote{\url{http://www.eclipse.org/buckminster/}} is used, 
3820 through its plugin for Jenkins. Buckminster provides for a way to specify the 
3821 resources needed for building a project and where and how to find them.  
3822 Buckminster also handles the setup of a target environment to run the tests in.  
3823 All this is needed because the code to build depends on an \name{Eclipse} 
3824 installation with various plugins.
3825
3826 \subsection{Problems with AspectJ}
3827 The Buckminster build worked fine until introducing AspectJ into the project.  
3828 When building projects using AspectJ, there are some additional steps that need
3829 to be performed. First of all, the aspects themselves must be compiled. Then the 
3830 aspects need to be woven with the classes they affect. This demands a process 
3831 that does multiple passes over the source code.
3832
3833 When using AspectJ with \name{Eclipse}, the specialized compilation and the 
3834 weaving can be handled by the \name{AspectJ Development 
3835 Tools}\footnote{\url{https://www.eclipse.org/ajdt/}}. This works all fine, but 
3836 it complicates things when trying to build a project depending on \name{Eclipse} 
3837 plugins outside of \name{Eclipse}. There is supposed to be a way to specify a 
3838 compiler adapter for javac, together with the file extensions for the file types 
3839 it shall operate. The AspectJ compiler adapter is called 
3840 \typewithref{org.aspectj.tools.ant.taskdefs}{Ajc11CompilerAdapter}, and it works 
3841 with files that has the extensions \code{*.java} and \code{*.aj}. I tried to 
3842 setup this in the build properties file for the project containing the aspects, 
3843 but to no avail. The project containing the aspects does not seem to be built at 
3844 all, and the projects that depend on it complain that they cannot find certain 
3845 classes.
3846
3847 I then managed to write an \name{Ant}\footnote{\url{https://ant.apache.org/}} 
3848 build file that utilizes the AspectJ compiler adapter, for the 
3849 \code{no.uio.ifi.refaktor} plugin. The problem was then that it could no longer 
3850 take advantage of the environment set up by Buckminster. The solution to this 
3851 particular problem was of a ``hacky'' nature. It involves exporting the plugin 
3852 dependencies for the project to an Ant build file, and copy the exported path 
3853 into the existing build script. But then the Ant script needs to know where the 
3854 local \name{Eclipse} installation is located. This is no problem when building 
3855 on a local machine, but to utilize the setup done by Buckminster is a problem 
3856 still unsolved. To get the classpath for the build setup correctly, and here 
3857 comes the most ``hacky'' part of the solution, the Ant script has a target for 
3858 copying the classpath elements into a directory relative to the project 
3859 directory and checking it into Git. When no \code{ECLIPSE\_HOME} property is set 
3860 while running Ant, the script uses the copied plugins instead of the ones 
3861 provided by the \name{Eclipse} installation when building the project. This 
3862 obviously creates some problems with maintaining the list of dependencies in the 
3863 Ant file, as well as remembering to copy the plugins every time the list of 
3864 dependencies changes.
3865
3866 The Ant script described above is run by Jenkins before the Buckminster setup 
3867 and build. When setup like this, the Buckminster build succeeds for the projects 
3868 not using AspectJ, and the tests are run as normal. This is all good, but it 
3869 feels a little scary, since the reason for Buckminster not working with AspectJ 
3870 is still unknown.
3871
3872 The problems with building with AspectJ on the Jenkins server lasted for a 
3873 while, before they were solved. This is reflected in the ``Test Result Trend'' 
3874 and ``Code Coverage Trend'' reported by Jenkins.
3875
3876 \chapter{Benchmarking}\label{sec:benchmarking}
3877 This part of the master's project is located in the \name{Eclipse} project 
3878 \code{no.uio.ifi.refaktor.benchmark}. The purpose of it is to run the equivalent 
3879 of the \type{SearchBasedExtractAndMoveMethodChanger} 
3880 \see{searchBasedExtractAndMoveMethodChanger} over a larger software project, 
3881 both to test its robustness but also its effect on different software metrics.
3882
3883 \section{The benchmark setup}
3884 The benchmark itself is set up as a \name{JUnit} test case. This is a convenient 
3885 setup, and utilizes the \name{JUnit Plugin Test Launcher}. This provides us with 
3886 a fully functional \name{Eclipse} workbench. Most importantly, this gives us 
3887 access to the Java Model of \name{Eclipse} \see{javaModel}.
3888
3889 \subsection{The ProjectImporter}
3890 The Java project that is going to be used as the data for the benchmark, must be 
3891 imported into the JUnit workspace. This is done by the 
3892 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.benchmark}{ProjectImporter}. The importer 
3893 requires the absolute path to the project description file. This file is named 
3894 \code{.project} and is located at the root of the project directory.
3895
3896 The project description is loaded to find the name of the project to be 
3897 imported. The project that shall be the destination for the import is created in 
3898 the workspace, on the base of the name from the description. Then an import 
3899 operation is created, based on both the source and destination information. The 
3900 import operation is run to perform the import.
3901
3902 I have found no simple API call to accomplish what the importer does, which 
3903 tells me that it may not be too many people performing this particular action.  
3904 The solution to the problem was found on \name{Stack 
3905 Overflow}\footnote{\url{https://stackoverflow.com/questions/12401297}}. It 
3906 contains enough dirty details to be considered inconvenient to use, if not 
3907 wrapping it in a class like my \type{ProjectImporter}. One would probably have 
3908 to delve into the source code for the import wizard to find out how the import 
3909 operation works, if no one had already done it.
3910
3911 \section{Statistics}
3912 Statistics for the analysis and changes is captured by the 
3913 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.aspects}{StatisticsAspect}. This an 
3914 \emph{aspect} written in \name{AspectJ}.
3915
3916 \subsection{AspectJ}
3917 \name{AspectJ}\footnote{\url{http://eclipse.org/aspectj/}} is an extension to 
3918 the Java language, and facilitates combining aspect-oriented programming with 
3919 the object-oriented programming in Java.
3920
3921 Aspect-oriented programming is a programming paradigm that is meant to isolate 
3922 so-called \emph{cross-cutting concerns} into their own modules. These 
3923 cross-cutting concerns are functionalities that span over multiple classes, but 
3924 may not belong naturally in any of them. It can be functionality that does not 
3925 concern the business logic of an application, and thus may be a burden when 
3926 entangled with parts of the source code it does not really belong. Examples 
3927 include logging, debugging, optimization and security.
3928
3929 Aspects are interacting with other modules by defining advices. The concept of 
3930 an \emph{advice} is known from both aspect-oriented and functional 
3931 programming\citing{wikiAdvice2014}. It is a function that modifies another 
3932 function when the latter is run. An advice in AspectJ is somewhat similar to a 
3933 method in Java. It is meant to alter the behavior of other methods, and contains 
3934 a body that is executed when it is applied.
3935
3936 An advice can be applied at a defined \emph{pointcut}. A pointcut picks out one 
3937 or more \emph{join points}. A join point is a well-defined point in the 
3938 execution of a program. It can occur when calling a method defined for a 
3939 particular class, when calling all methods with the same name, 
3940 accessing/assigning to a particular field of a given class and so on. An advice 
3941 can be declared to run both before, after returning from a pointcut, when there 
3942 is thrown an exception in the pointcut or after the pointcut either returns or 
3943 throws an exception.  In addition to picking out join points, a pointcut can 
3944 also bind variables from its context, so they can be accessed in the body of an 
3945 advice. An example of a pointcut and an advice is found in 
3946 \myref{lst:aspectjExample}.
3947
3948 \begin{listing}[h]
3949 \begin{minted}{aspectj}
3950 pointcut methodAnalyze(
3951   SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer analyzer) :
3952     call(* SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer.analyze()) 
3953       && target(analyzer);
3954
3955 after(SearchBasedExtractAndMoveMethodAnalyzer analyzer) : 
3956     methodAnalyze(analyzer) {
3957   statistics.methodCount++;
3958   debugPrintMethodAnalysisProgress(analyzer.method);
3959 }
3960 \end{minted}
3961 \caption{An example of a pointcut named \method{methodAnalyze}, 
3962 and an advice defined to be applied after it has occurred.}
3963 \label{lst:aspectjExample}
3964 \end{listing}
3965
3966 \subsection{The Statistics class}
3967 The statistics aspect stores statistical information in an object of type 
3968 \type{Statistics}. As of now, the aspect needs to be initialized at the point in 
3969 time where it is desired that it starts its data gathering. At any point in time 
3970 the statistics aspect can be queried for a snapshot of the current statistics.
3971
3972 The \type{Statistics} class also includes functionality for generating a report 
3973 of its gathered statistics. The report can be given either as a string or it can 
3974 be written to a file.
3975
3976 \subsection{Advices}
3977 The statistics aspect contains advices for gathering statistical data from 
3978 different parts of the benchmarking process. It captures statistics from both 
3979 the analysis part and the execution part of the composite \ExtractAndMoveMethod 
3980 refactoring.
3981
3982 For the analysis part, there are advices to count the number of text selections 
3983 analyzed and the number of methods, types, compilation units and packages 
3984 analyzed. There are also advices that counts for how many of the methods there 
3985 are found a selection that is a candidate for the refactoring, and for how many 
3986 methods there are not.
3987
3988 There exist advices for counting both the successful and unsuccessful executions 
3989 of all the refactorings. Both for the \ExtractMethod and \MoveMethod 
3990 refactorings in isolation, as well as for the combination of them.
3991
3992 \section{Optimizations}
3993 When looking for possible optimizations for the benchmarking process, I used the 
3994 \name{VisualVM}\footnote{\url{http://visualvm.java.net/}} \gloss{profiler} for 
3995 the Java Virtual Machine to both profile the application and also to make memory 
3996 dumps of its heap.
3997
3998 \subsection{Caching}
3999 When \gloss{profiling} the benchmark process before making any optimizations, it 
4000 early became apparent that the parsing of source code was a place to direct 
4001 attention towards. This discovery was done when only \emph{analyzing} source 
4002 code, before trying to do any \emph{manipulation} of it. Caching of the parsed 
4003 ASTs seemed like the best way to save some time, as expected. With only a simple 
4004 cache of the most recently used AST, the analysis time was speeded up by a 
4005 factor of around 20. This number depends a little upon which type of system the 
4006 analysis is run.
4007
4008 The caching is managed by a cache manager, that now, by default, utilizes the 
4009 not so well known feature of Java called a \emph{soft reference}. Soft 
4010 references are best explained in the context of weak references. A \emph{weak 
4011 reference} is a reference to an object instance that is only guaranteed to 
4012 persist as long as there is a \emph{strong reference} or a soft reference 
4013 referring the same object. If no such reference is found, its referred object is 
4014 garbage collected. A strong reference is basically the same as a regular Java 
4015 reference. A soft reference has the same guarantees as a week reference when it 
4016 comes to its relation to strong references, but it is not necessarily garbage 
4017 collected if there are no strong references to it. A soft reference \emph{may} 
4018 reside in memory as long as the JVM has enough free memory in the heap. A soft 
4019 reference will therefore usually perform better than a weak reference when used 
4020 for simple caching and similar tasks. The way to use a soft/weak reference is to 
4021 as it for its referent. The return value then has to be tested to check that it 
4022 is not \var{null}. For the basic usage of soft references, see 
4023 \myref{lst:softReferenceExample}. For a more thorough explanation of weak 
4024 references in general, see\citing{weakRef2006}.
4025
4026 \begin{listing}[h]
4027 \begin{minted}{java}
4028 // Strong reference
4029 Object strongRef = new Object();
4030
4031 // Soft reference
4032 SoftReference<Object> softRef =
4033     new SoftReference<Object>(new Object());
4034
4035 // Using the soft reference
4036 Object obj = softRef.get();
4037 if (obj != null) {
4038     // Use object here
4039 }
4040 \end{minted}
4041 \caption{Showing the basic usage of soft references. Weak references is used the 
4042   same way. {\footnotesize (The references are part of the \code{java.lang.ref} 
4043 package.)}}
4044 \label{lst:softReferenceExample}
4045 \end{listing}
4046
4047 The cache based on soft references has no limit for how many ASTs it caches. It 
4048 is generally not advisable to keep references to ASTs for prolonged periods of
4049 time, since they are expensive structures to hold on to. For regular plugin
4050 development, \name{Eclipse} recommends not creating more than one AST at a time to 
4051 limit memory consumption. Since the benchmarking has nothing to do with user 
4052 experience, and throughput is everything, these advices are intentionally 
4053 ignored. This means that during the benchmarking process, the target \name{Eclipse} 
4054 application may very well work close to its memory limit for the heap space for 
4055 long periods during the benchmark.
4056
4057 \subsection{Candidates stored as mementos}
4058 When performing large scale analysis of source code for finding candidates to 
4059 the \ExtractAndMoveMethod refactoring, memory is an issue. One of the inputs to 
4060 the refactoring is a variable binding. This variable binding indirectly retains 
4061 a whole AST. Since ASTs are large structures, this quickly leads to an 
4062 \type{OutOfMemoryError} if trying to analyze a large project without optimizing 
4063 how we store the candidates' data. This means that the JVM cannot allocate more 
4064 memory for our benchmark, and it exits disgracefully.
4065
4066 A possible solution could be to just allow the JVM to allocate even more memory, 
4067 but this is not a dependable solution. The allocated memory could easily 
4068 supersede the physical memory of a machine, which would make the benchmark go 
4069 really slow.
4070
4071 Thus, the candidates' data must be stored in another format. Therefore, we use 
4072 the \gloss{mementoPattern} to store variable binding information. This is done 
4073 in a way that makes it possible to retrieve a variable binding at a later point.  
4074 The data that is stored to achieve this, is the key to the original variable 
4075 binding. In addition to the key, we know which method and text selection the 
4076 variable is referenced in, so that we can find it by parsing the source code and 
4077 search for it when it is needed.
4078
4079 \section{Handling failures}
4080 \todoin{write}
4081
4082
4083 \chapter{Case studies}
4084
4085 In this chapter I will present a two case studies. This is done to give an 
4086 impression of how the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring performs 
4087 when giving it a larger project to take on. I will try to answer where it lacks, 
4088 in terms of completeness, as well as showing its effect on refactored source 
4089 code.
4090
4091 The first and primary case, is refactoring source code from the \name{Eclipse 
4092 JDT UI} project. The project is chosen because it is a well-known open-source 
4093 project, still in development, with a large code base that is written by many 
4094 different people over several years. The code is installed in a large number of 
4095 \name{Eclipse} applications worldwide, and many other projects build on the 
4096 Eclipse platform. For a long time, it was even the official IDE for Android 
4097 development. All this means that Eclipse must be seen as a good representative 
4098 for professionally written Java source code. It is also the home for most of the 
4099 JDT refactoring code.
4100
4101 For the second case, the \ExtractAndMoveMethod refactoring is fed the 
4102 \code{no.uio.ifi.refaktor} project. This is done as a variation of the 
4103 ``dogfooding'' methodology.
4104
4105 \section{The tools}
4106 For conducting these experiments, three software tools are used. Two of the 
4107 tools both use Eclipse as their platform. The first is our own tool, described 
4108 in \myref{sec:benchmarking}, written to be able to run the \ExtractAndMoveMethod 
4109 refactoring as a batch process. It analyzes and refactors all the methods of a 
4110 project in sequence. The second is JUnit, which is used for running the 
4111 project's own unit tests on the target code both before and after it is 
4112 refactored. The last tool that is used is a code quality management tool, called 
4113 \name{SonarQube}. It can be used to perform different tasks for assuring code 
4114 quality, but we are only going to take advantage of one of its main features, 
4115 namely quality profiles.
4116
4117 A quality profile is used to define a set of coding rules that a project is 
4118 supposed to comply with. Failure to following these rules will be recorded as 
4119 so-called ``issues'', marked as having one of several degrees of severities, 
4120 ranging from ``info'' to ``blocker'', where the latter one is the most severe.  
4121 The measurements done for these case studies are therefore not presented as 
4122 fine-grained software metrics results, but rather as the number of issues for 
4123 each defined rule.  
4124
4125 In its analysis, \name{SonarQube} discriminates between functions and accessors.  
4126 Accessors are methods that are recognized as setters or getters. 
4127
4128 In addition to the coding rules defined through quality profiles, 
4129 \name{SonarQube} calculates the complexity of source code. The metric that is 
4130 used is cyclomatic complexity, developed by Thomas J. McCabe in 
4131 1976\citing{mccabeComplexity1976}. In this metric, functions have an initial 
4132 complexity of 1, and whenever the control flow of a function splits, the 
4133 complexity increases by
4134 one\footnote{\url{http://docs.codehaus.org/display/SONAR/Metric+definitions}}. 
4135 Accessors are not counted in the complexity analysis. 
4136
4137 Specifications for the computer used during the experiments are shown in 
4138 \myref{tab:experimentComputerSpecs}.
4139
4140 \begin{table}[htb]
4141   \caption{Specifications for experiment computer.}
4142   \label{tab:experimentComputerSpecs}
4143   \centering
4144   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.35}R{1.65}@{}}
4145     \toprule
4146     \spancols{2}{Hardware} \\
4147     \midrule
4148     Model & Lenovo ThinkPad Edge S430 \\
4149     Processor & Intel\textregistered{} Core\texttrademark{} 
4150     i5-3210M\linebreak[4] (2.5 GHz/3.1 GHz (turbo), 
4151     2 cores, 4 threads, 3 MB Cache) \\
4152     Memory & 8 GB DDR3 1600 MHz \\
4153     Storage & 500 GB HDD (7200 RPM) + 16 GB SSD Cache for Lenovo Hard Disk Drive 
4154     Performance Booster \\
4155     \midrule
4156     \spancols{2}{Operating system} \\
4157     \midrule
4158     Distribution & Ubuntu 12.10 \\
4159     Kernel & Linux 3.5.0-49-generic (x86\_64) \\
4160     
4161     \bottomrule
4162   \end{tabularx}
4163 \end{table}
4164
4165
4166 \section{The \name{SonarQube} quality profile}
4167 The quality profile that is used with \name{SonarQube} in these case studies has got 
4168 the name \name{IFI Refaktor Case Study} (version 6). The rules defined in the 
4169 profile are chosen because they are the available rules found in \name{SonarQube} that 
4170 measures complexity and coupling. Now follows a description of the rules in the 
4171 quality profile. The values that are set for these rules are listed in 
4172 \myref{tab:qualityProfile1}.
4173
4174 \begin{description}
4175   \item[Avoid too complex class] is a rule that measures cyclomatic complexity 
4176     for every statement in the body of a class, except for setters and getter.  
4177     The threshold value set is its default value of 200.
4178
4179   \item[Classes should not be coupled to too many other classes ] is a rule that 
4180     measures how many other classes a class depends upon. It does not count the 
4181     dependencies of nested classes. It is meant to promote the Single 
4182     Responsibility Principle. The metric for the rule resembles the CBO metric 
4183     that is described in \myref{sec:CBO}, but is only considering outgoing 
4184     dependencies. The max value for the rule is chosen on the basis of an 
4185     empirical study by Raed Shatnawi, which concludes that the number 9 is the 
4186     most useful threshold for the CBO metric\citing{shatnawiQuantitative2010}.  
4187     This study is also performed on Eclipse source code, so this threshold value 
4188     should be particularly well suited for the Eclipse JDT UI case in this 
4189     chapter.
4190
4191   \item[Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply] is 
4192     a rule that is meant to counter ``Spaghetti code''. It measures the nesting 
4193     level of \emph{if}, \emph{for}, \emph{while}, \emph{switch} and \emph{try} 
4194     statements.  The nesting levels start at 1. The max value set is its default 
4195     value of 3.
4196
4197   \item[Methods should not be too complex] is a rule that measures cyclomatic 
4198     complexity the same way as the ``Avoid too complex class'' rule. The max 
4199     value used is 10, which ``seems like a reasonable, but not magical, upper 
4200     limit``\citing{mccabeComplexity1976}.
4201
4202   \item[Methods should not have too many lines] is a rule that simply measures 
4203     the number of lines in methods. A threshold value of 20 is used for this 
4204     metric. This is based on my own subjective opinions, as the default value of 
4205     100 describes method bodies that do not even fit on most screens.
4206
4207   \item[NPath Complexity] is a rule that measures the number of possible 
4208     execution paths through a function. The value used is the default value of 
4209     200, which seems like a recognized threshold for this metric.
4210
4211   \item[Too many methods] is a rule that measures the number of methods in a 
4212     class. The threshold value used is the default value of 10. 
4213
4214 \end{description}
4215
4216
4217 \begin{table}[htb]
4218   \caption{The \name{IFI Refaktor Case Study} quality profile (version 6).}
4219   \label{tab:qualityProfile1}
4220   \centering
4221   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4222     \toprule
4223     \textbf{Rule} & \textbf{Max value} \\
4224     \midrule
4225     Avoid too complex class & 200 \\
4226     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4227     Responsibility Principle) & 9 \\
4228     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 
4229     3 \\
4230     Methods should not be too complex & 10 \\
4231     Methods should not have too many lines & 20 \\
4232     NPath Complexity & 200 \\
4233     Too many methods & 10 \\
4234     
4235     \bottomrule
4236   \end{tabularx}
4237 \end{table}
4238
4239 \section{The input}
4240 A precondition for the source code that is going to be the target for a series 
4241 of \ExtractAndMoveMethod refactorings, is that it is organized as an Eclipse 
4242 project. It is also assumed that the code is free from compilation errors.
4243
4244 \section{The experiment}
4245 For a given project, the first job that is done, is to refactor its source code. 
4246 The refactoring batch job produces three things: The refactored project, 
4247 statistics gathered during the execution of the series of refactorings, and an 
4248 error log describing any errors happening during this execution. See 
4249 \myref{sec:benchmarking} for more information about how the refactorings are 
4250 performed. 
4251
4252 After the refactoring process is done, the before- and after-code is analyzed 
4253 with \name{SonarQube}. The analysis results are then stored in a database and 
4254 displayed through a \name{SonarQube} server with a web interface.
4255
4256 The before- and after-code is also tested with their own unit tests. This is 
4257 done to discover any changes in the semantic behavior of the refactored code, 
4258 within the limits of these tests.
4259
4260 \section{Case 1: The Eclipse JDT UI project}
4261 This case is the ultimate test for our \ExtractAndMoveMethod refactoring. The 
4262 target source code is massive. With its over 300,000 lines of code\footnote{For 
4263   all uses of ``lines of code'' we follow the definition from \name{SonarQube}.
4264 LOC = the number of physical lines containing a character which is neither 
4265 whitespace or part of a comment.} and over 25,000 methods, it is a formidable 
4266 task to perform automated changes on it.  There should be plenty of situations 
4267 where things can go wrong, and, as we shall see later, they do. 
4268
4269 I will start by presenting some statistics from the refactoring execution, 
4270 before I pick apart the \name{SonarQube} analysis and conclude by commenting on 
4271 the results from the unit tests. The configuration for the experiment is 
4272 specified in \myref{tab:configurationCase1}.
4273
4274 \begin{table}[htb]
4275   \caption{Configuration for Case 1.}
4276   \label{tab:configurationCase1}
4277   \centering
4278   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.67}L{1.33}@{}}
4279     \toprule
4280     \spancols{2}{Benchmark data} \\
4281     \midrule
4282     Launch configuration & CaseStudy.launch \\
4283     Project & no.uio.ifi.refaktor.benchmark \\
4284     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4285     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4286     \midrule
4287     \spancols{2}{Input data} \\
4288     \midrule
4289     Project & org.eclipse.jdt.ui \\
4290     Repository & git://git.eclipse.org/gitroot/jdt/eclipse.jdt.ui.git \\
4291     Commit & f218388fea6d4ec1da7ce22432726c244888bb6b \\
4292     Branch & R3\_8\_maintenance \\
4293     Tests suites & org.eclipse.jdt.ui.tests.AutomatedSuite, 
4294     org.eclipse.jdt.ui.tests.refactoring.all.\-AllAllRefactoringTests \\
4295     
4296     \bottomrule
4297   \end{tabularx}
4298 \end{table}
4299 \subsection{Statistics}
4300 The statistics gathered during the refactoring execution is presented in 
4301 \myref{tab:case1Statistics}.
4302
4303 \begin{table}[htb]
4304   \caption{Statistics after batch refactoring the Eclipse JDT UI project with 
4305   the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
4306   \label{tab:case1Statistics}
4307   \centering
4308   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4309     \toprule
4310     \spancols{2}{Time used} \\
4311     \midrule
4312     Total time & 98m38s \\
4313     Analysis time & 14m41s (15\%) \\
4314     Change time & 74m20s (75\%) \\
4315     Miscellaneous tasks & 9m37s (10\%) \\
4316     \midrule
4317     \spancols{2}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4318     \midrule
4319     Packages & 110 \\
4320     Compilation units & 2,097 \\
4321     Types & 3,152 \\
4322     Methods & 27,667 \\
4323     Text selections & 591,500 \\
4324     \midrule
4325     \spancols{2}{Numbers for \ExtractAndMoveMethod refactoring candidates} \\
4326     \midrule
4327     Methods chosen as candidates & 2,552 \\
4328     Methods NOT chosen as candidates & 25,115 \\
4329     Candidate selections (multiple per method) & 36,843 \\
4330     \midrule
4331     \spancols{2}{\ExtractAndMoveMethod refactorings executed} \\
4332     \midrule
4333     Fully executed & 2,469 \\
4334     Not fully executed & 83 \\
4335     Total attempts & 2,552 \\
4336     \midrule
4337     \spancols{2}{Primitive refactorings executed} \\
4338     \spancols{2}{\small \ExtractMethod refactorings} \\
4339     \midrule
4340     Performed & 2,483 \\
4341     Not performed & 69 \\
4342     Total attempts & 2,552 \\
4343     \midrule
4344     \spancols{2}{\small \MoveMethod refactorings} \\
4345     \midrule
4346     Performed & 2469 \\
4347     Not performed & 14 \\
4348     Total attempts & 2,483 \\
4349
4350     \bottomrule
4351   \end{tabularx}
4352 \end{table}
4353
4354 \subsubsection{Execution time}\label{sec:case1ExecutionTime}
4355 I consider the total execution time of approximately 1.5 hours, on a mid-level 
4356 laptop computer, as being acceptable. It clearly makes the batch process 
4357 unsuitable for doing any on-demand analysis or changes, but it is good enough 
4358 for running periodic jobs, like over-night analysis. In comparison, the 
4359 SonarQube analysis for the same project consumes about the same amount of time. 
4360
4361 As the statistics show, 75\% of the total time goes into making the actual code 
4362 changes.  The time consumers are here the primitive \ExtractMethod and 
4363 \MoveMethod refactorings. Included in the change time is the parsing and 
4364 precondition checking done by the refactorings, as well as textual changes done 
4365 to files on disk. All this parsing and disk access is time-consuming, and 
4366 constitutes a large part of the change time.
4367
4368 The pure analysis time, which is the time used on finding suitable refactoring 
4369 candidates, only makes up for 15\% of the total time consumed. This includes 
4370 analyzing almost 600,000 text selections, while the number of attempted 
4371 executions of the \ExtractAndMoveMethod refactoring is only about 2,500. So the 
4372 number of executed primitive refactorings is approximately 5,000. Assuming the 
4373 time used on miscellaneous tasks are used mostly for parsing source code for the 
4374 analysis, we can say that the time used for analyzing code is at most 25\% of 
4375 the total time.  This means that for every primitive refactoring executed, we 
4376 can analyze about 360 text selections. So, with an average of about 21 text 
4377 selections per method, it is reasonable to say that we can analyze over 15 
4378 methods in the time it takes to perform a primitive refactoring.
4379
4380 \subsubsection{Refactoring candidates}
4381 Out of the 27,667 methods that were analyzed, 2,552 methods contained selections 
4382 that were considered candidates for the \ExtractAndMoveMethod refactoring. This 
4383 is roughly 9\% off the methods in the project. These 9\% of the methods had on 
4384 average 14.4 text selections that were considered possible refactoring 
4385 candidates.
4386
4387 \subsubsection{Executed refactorings}
4388 2,469 out of 2,552 attempts on executing the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4389 were successful, giving a success rate of 96.7\%. The failure rate of 3.3\% 
4390 stems from situations where the analysis finds a candidate selection, but the 
4391 change execution fails. This failure could be an exception that was thrown, and 
4392 the refactoring aborts. It could also be the precondition checking for one of 
4393 the primitive refactorings that gives us an error status, meaning that if the 
4394 refactoring proceeds, the code will contain compilation errors afterwards, 
4395 forcing the composite refactoring to abort. This means that if the 
4396 \ExtractMethod refactoring fails, no attempt is done for the \MoveMethod 
4397 refactoring. \todo{Redundant information? Put in benchmark chapter?}
4398
4399 Out of the 2,552 \ExtractMethod refactorings that were attempted executed, 69 of 
4400 them failed. This gives a failure rate of 2.7\% for the primitive refactoring.  
4401 In comparison, the \MoveMethod refactoring had a failure rate of 0.6 \% of the 
4402 2,483 attempts on the refactoring.
4403
4404 The failure rates for the refactorings are not that bad, if we also take into 
4405 account that the pre-refactoring analysis is incomplete.\todo{see \ldots}
4406
4407 \subsection{\name{SonarQube} analysis}
4408 Results from the \name{SonarQube} analysis are shown in 
4409 \myref{tab:case1ResultsProfile1}.
4410
4411 \begin{table}[htb]
4412   \caption{Results for analyzing the Eclipse JDT UI project, before and after 
4413     the refactoring, with \name{SonarQube} and the \name{IFI Refaktor Case Study} 
4414   quality profile.  (Bold numbers are better.)}
4415   \label{tab:case1ResultsProfile1}
4416   \centering
4417   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.25}R{0.25}@{}}
4418     \toprule
4419     \textnormal{Number of issues for each rule} & Before & After \\
4420     \midrule
4421     Avoid too complex class & 81 & \textbf{79} \\
4422     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4423     Responsibility Principle) & \textbf{1,098} & 1,199 \\
4424     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 1,375 & 
4425     \textbf{1,285} \\
4426     Methods should not be too complex & 1,518 & \textbf{1,452} \\
4427     Methods should not have too many lines & 3,396 & \textbf{3,291} \\
4428     NPath Complexity & 348 & \textbf{329} \\
4429     Too many methods & \textbf{454} & 520 \\
4430     \midrule
4431     Total number of issues & 8,270 & \textbf{8,155} \\
4432     \midrule
4433     \midrule
4434     \spancols{3}{Complexity} \\
4435     \midrule
4436     Per function & 3.6 & \textbf{3.3} \\
4437     Per class & \textbf{29.5} & 30.4 \\
4438     Per file & \textbf{44.0} & 45.3 \\
4439     \midrule
4440     Total complexity & \textbf{84,765} & 87,257 \\
4441     \midrule
4442     \midrule
4443     \spancols{3}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4444     \midrule
4445     Files & 1,926 & 1,926 \\
4446     Classes & 2,875 & 2,875 \\
4447     Functions & 23,744 & 26,332 \\
4448     Accessors & 1,296 & 1,019 \\
4449     Statements & 162,768 & 165,145 \\
4450     Lines of code & 320,941 & 329,112 \\
4451     \midrule
4452     Technical debt (in days) & \textbf{1,003.4} & 1,032.7 \\
4453     \bottomrule
4454   \end{tabularx}
4455 \end{table}
4456
4457 \subsubsection{Diversity in the number of entities analyzed}
4458 The analysis performed by \name{SonarQube} is reporting fewer methods than found 
4459 by the pre-refactoring analysis. \name{SonarQube} discriminates between 
4460 functions (methods) and accessors, so the 1,296 accessors play a part in this 
4461 calculation.  \name{SonarQube} also has the same definition as our plugin when 
4462 it comes to how a class is defined. Therefore it seems like \name{SonarQube} 
4463 misses 277 classes that our plugin handles. This can explain why the {SonarQube} 
4464 report differs from our numbers by approximately 2,500 methods.
4465
4466 \subsubsection{Complexity}
4467 On all complexity rules that works on the method level, the number of issues 
4468 decreases with between 3.1\% and 6.5\% from before to after the refactoring. The 
4469 average complexity of a method decreases from 3.6 to 3.3, which is an 
4470 improvement of about 8.3\%. So, on the method level, the refactoring must be 
4471 said to have a slightly positive impact. This is due to the extraction of a lot 
4472 of methods, making the average method size smaller.
4473
4474 The improvement in complexity on the method level is somewhat traded for 
4475 complexity on the class level. The complexity per class metric is worsened by 
4476 3\% from before to after. The issues for the ``Too many methods'' rule also 
4477 increases by 14.5\%. These numbers indicate that the refactoring makes quite a 
4478 lot of the classes a little more complex overall. This is the expected outcome, 
4479 since the \ExtractAndMoveMethod refactoring introduces almost 2,500 new methods 
4480 into the project.
4481
4482 The only number that can save the refactoring's impact on complexity on the 
4483 class level, is the ``Avoid too complex class'' rule. It improves with 2.5\%, 
4484 thus indicating that the complexity is moderately better distributed between the 
4485 classes after the refactoring than before.
4486
4487 \subsubsection{Coupling}
4488 One of the hopes when starting this project, was to be able to make a 
4489 refactoring that could lower the coupling between classes. Better complexity at 
4490 the method level is a not very unexpected byproduct of dividing methods into 
4491 smaller parts. Lowering the coupling on the other hand, is a far greater task.  
4492 This is also reflected in the results for the only coupling rule defined in the 
4493 \name{SonarQube} quality profile, namely the ``Classes should not be coupled to 
4494 too many
4495 other classes (Single Responsibility Principle)'' rule. 
4496
4497 The number of issues for the coupling rule is 1,098 before the refactoring, and 
4498 1,199 afterwards. This is an increase in issues of 9.2\%. These numbers can be 
4499 interpreted two ways. The first possibility is that our assumptions are wrong, 
4500 and that increasing indirection does not decrease coupling between classes. The 
4501 other possibility is that our analysis and choices of candidate text selections 
4502 are not good enough. I vote for the second possibility. (Voting against the 
4503 public opinion may also be a little bold.)
4504
4505 \subsubsection{An example of what makes the number of dependency issues grow}
4506 \Myref{lst:sonarJDTExampleBefore} shows a portion of the class 
4507 \typewithref{org.eclipse.jdt.ui.actions}{ShowActionGroup} from the JDT UI 
4508 project before it is refactored with the search-based \ExtractAndMoveMethod 
4509 refactoring. Before the refactoring, the \type{ShowActionGroup} class has 12 
4510 outgoing dependencies (reported by \name{SonarQube}).
4511
4512 \begin{listing}[htb]
4513 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4514 public class ShowActionGroup extends ActionGroup {
4515   /* ... */
4516   private void initialize(IWorkbenchSite site,
4517                           boolean isJavaEditor) {
4518     fSite= site;
4519     ISelectionProvider provider= fSite.getSelectionProvider();
4520     ISelection selection= provider.getSelection();
4521     fShowInPackagesViewAction.update(selection);
4522     if (!isJavaEditor) {
4523       provider.addSelectionChangedListener(
4524                                    fShowInPackagesViewAction);
4525     }
4526   }
4527 }
4528 \end{minted}
4529 \caption{Portion of the \type{ShowActionGroup} class before refactoring.}
4530 \label{lst:sonarJDTExampleBefore}
4531 \end{listing}
4532
4533 During the benchmark process, the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4534 extracts the lines 6 to 12 of the code in \myref{lst:sonarJDTExampleBefore}, and 
4535 moves the new method to the move target, which is the field 
4536 \var{fShowInPackagesViewAction} with type 
4537 \typewithref{org.eclipse.jdt.ui.actions}{ShowInPackageViewAction}. The result is 
4538 shown in \myref{lst:sonarJDTExampleAfter}.
4539
4540 \begin{listing}[htb]
4541 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4542 public class ShowActionGroup extends ActionGroup {
4543   /* ... */
4544   private void initialize(IWorkbenchSite site,
4545                           boolean isJavaEditor) {
4546     fSite= site;
4547     fShowInPackagesViewAction.generated_8019497110545412081(
4548                                            this, isJavaEditor);
4549   }
4550 }
4551 \end{minted}
4552
4553 \begin{minted}[linenos,samepage]{java}
4554 public class ShowInPackageViewAction
4555         extends SelectionDispatchAction {
4556   /* ... */
4557   public void generated_8019497110545412081(
4558       ShowActionGroup showactiongroup, boolean isJavaEditor) {
4559     ISelectionProvider provider=
4560                  showactiongroup.fSite.getSelectionProvider();
4561     ISelection selection= provider.getSelection();
4562     update(selection);
4563     if (!isJavaEditor) {
4564       provider.addSelectionChangedListener(this);
4565     }
4566   }
4567 }
4568 \end{minted}
4569 \caption{Portions of the classes \type{ShowActionGroup} and 
4570 \type{ShowInPackageViewAction} after refactoring.}
4571 \label{lst:sonarJDTExampleAfter}
4572 \end{listing}
4573
4574 After the refactoring, the \type{ShowActionGroup} has only 11 outgoing 
4575 dependencies. It no longer depends on the 
4576 \typewithref{org.eclipse.jface.viewers}{ISelection} type. So our refactoring 
4577 managed to get rid of one dependency, which is exactly what we wanted. The only 
4578 problem is, that now the \type{ShowInPackageViewAction} class has got two new 
4579 dependencies, in the \type{ISelectionProvider} and the \type{ISelection} types.  
4580 The bottom line is that we eliminated one dependency, but introduced two more, 
4581 ending up with a program that has more dependencies now than when we started.
4582
4583 What can happen in many situations where the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4584 is performed, is that the \MoveMethod refactoring ``drags'' with it references 
4585 to classes that are unknown to the method destination. If the refactoring 
4586 happens to be so lucky that it removes a dependency from one class, it might as 
4587 well introduce a couple of new dependencies to another class, as shown in the 
4588 previous example. In those situations where a destination class does not know 
4589 about the originating class of a moved method, the \MoveMethod refactoring most 
4590 certainly will introduce a dependency.  This is because there is a 
4591 bug\footnote{\href{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=228635}{Eclipse 
4592 Bug 228635 - [move method] unnecessary reference to source}} in the refactoring, 
4593 making it pass an instance of the originating class as a reference to the moved 
4594 method, regardless of whether the reference is used in the method body or not.
4595
4596 There is also the possibility that the heuristics used to find candidate text 
4597 selections are not good enough. There is work to be done with fine-tuning the 
4598 heuristics and to complete the analysis part of this project.  
4599
4600 \subsubsection{Totals}
4601 On the bright side, the total number of issues is lower after the refactoring 
4602 than it was before. Before the refactoring, the total number of issues was
4603 8,270, and after it is 8,155. This is an improvement of 1.4\%.
4604
4605 The down side is that \name{SonarQube} shows that the total cyclomatic 
4606 complexity has increased by 2.9\%, and that the (more questionable) ``technical 
4607 debt'' has increased from 1,003.4 to 1,032.7 days, also a deterioration of 
4608 2.9\%.  Although these numbers are similar, no correlation has been found 
4609 between them.
4610
4611 \subsection{Unit tests}
4612 The tests that have been run for the \name{Eclipse JDT UI} project, are the
4613 test suites specified as the main test suites on the JDT UI wiki page on how to 
4614 contribute to the 
4615 project\footnote{\url{https://wiki.eclipse.org/JDT\_UI/How\_to\_Contribute\#Unit\_Testing}}.  
4616 The results from these tests are shown in \myref{tab:case1UnitTests}.
4617
4618 \begin{table}[htb]
4619   \caption{Results from the unit tests run for the Eclipse JDT UI project, 
4620   before and after the refactoring.}
4621   \label{tab:case1UnitTests}
4622   \centering
4623   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1}R{0.5}R{0.5}@{}}
4624     \toprule
4625     \textnormal{AutomatedSuite} & Before & After \\
4626     \midrule
4627     Runs & 2007/2007 & 2007/2007 \\
4628     Errors & 4 & 565 \\
4629     Failures & 3 & 5 \\
4630     \midrule
4631     \spancols{2}{AllAllRefactoringTests} \\
4632     \midrule
4633     Runs & 3815/3816 & 3815/3816 \\
4634     Errors & 2 & 2257 \\
4635     Failures & 3 & 0 \\
4636     \bottomrule
4637   \end{tabularx}
4638 \end{table}
4639
4640 \subsubsection{Before the refactoring}
4641 Running the tests for the before-code of Eclipse JDT UI yielded 4 errors and 3 
4642 failures for the \type{AutomatedSuite} test suite (2,007 test cases), and 2 
4643 errors and 3 failures for the \type{AllAllRefactoringTests} test suite (3,816 
4644 test cases).  
4645
4646 \subsubsection{After the refactoring}
4647 For the after-code of the Eclipse JDT UI project, Eclipse reports that the 
4648 project contains 322 compilation errors, and a lot of other errors that
4649 follow from these. All of the errors are caused by the \ExtractAndMoveMethod 
4650 refactoring. Had these errors originated from only one bug, it would not have 
4651 been much of a problem, but this is not the case. By only looking at some random 
4652 compilation problems in the refactored code, I came up with at least four 
4653 different bugs \todo{write bug reports?} that caused those problems. I then 
4654 stopped looking for more, since some of the bugs would take more time to fix 
4655 than I could justify using on them at this point. 
4656
4657 One thing that can be said in my defense, is that all the compilation errors 
4658 could have been avoided if the types of situations that cause them were properly 
4659 handled by the primitive refactorings, which again are supplied by the Eclipse 
4660 JDT UI project. All four bugs that I mentioned before are weaknesses of the 
4661 \MoveMethod refactoring. If the primitive refactorings had detected the 
4662 up-coming errors in their precondition checking phase, the refactorings would 
4663 have been aborted, since this is how the \ExtractAndMoveMethod refactoring 
4664 handles such situations. This shows that it is not safe to completely rely upon 
4665 the primitive refactorings to save us if our own pre-refactoring analysis fails 
4666 to detect that a compilation error will be introduced. A problem is that the 
4667 source code analysis done by both the JDT refactorings and our own tool is
4668 incomplete.
4669
4670 Of course, taking into account all possible situations that could lead to 
4671 compilation errors is an immense task. A complete analysis of these situations 
4672 is too big of a problem for this master's project to solve. Looking at it now, 
4673 this comes as no surprise, since the task is obviously also too big for the 
4674 creators of the primitive \MoveMethod refactoring. 
4675
4676 Considering all these problems, it is difficult to know how to interpret the 
4677 unit test results from after refactoring the Eclipse JDT UI. The 
4678 \type{AutomatedSuite} reported 565 errors and 5 failures, which means that 1437, 
4679 or 71.6\%, of the tests still passed. Three of the failures were the same as 
4680 reported before the refactoring took place, so two of them are new. For these 
4681 two cases it is not immediately apparent what makes them behave differently. The 
4682 program is so complex that to analyze it to find this out, we might need more 
4683 powerful methods than just manually analyzing its source code.  This is somewhat 
4684 characteristic for imperative programming: The programs are often hard to 
4685 analyze and understand. 
4686
4687 For the \type{AllAllRefactoringTests} test suite, the three failures are gone, 
4688 but the two errors have grown to 2,257 errors. I will not try to analyze those 
4689 errors.
4690
4691 What I can say at this point, is that it is likely that the 
4692 \ExtractAndMoveMethod refactoring has introduced some unintentional behavioral 
4693 changes. Let us say that the refactoring introduces at least two 
4694 behavior-altering changes for every 2,500 executions. More than that is 
4695 difficult to say about the behavior-preserving properties of the 
4696 \ExtractAndMoveMethod refactoring, at this point.
4697
4698 \subsection{Conclusions}
4699 After automatically analyzing and executing the \ExtractAndMoveMethod 
4700 refactoring for all the methods in the Eclipse JDT UI project, the results do
4701 not look that promising. For this case, the refactoring seems almost unusable as 
4702 it is now. The error rate and measurements tell us this.
4703
4704 The refactoring makes the code a little less complex at the method level. But 
4705 this is merely a side effect of extracting methods. When it comes to the overall 
4706 complexity, it is increased, although it is slightly better spread among the 
4707 classes.
4708
4709 The analysis done before the \ExtractAndMoveMethod refactoring, is currently not 
4710 complete enough to make the refactoring useful. It introduces too many errors in 
4711 the code, and the code may change its behavior. It also remains to prove that 
4712 large scale refactoring with it can decrease coupling between classes.  A better 
4713 analysis may prove this, but in its present state, the opposite is the fact. The 
4714 coupling measurements done by \name{SonarQube} show this.
4715
4716 On the bright side, the performance of the refactoring process is not that bad.  
4717 It shows that it is possible to make a tool the way we do, if we can make the 
4718 tool do anything useful. As long as the analysis phase is not going to involve 
4719 anything that uses too much disk access, a lot of analysis can be done in a 
4720 reasonable amount of time.
4721
4722 The time used on performing the actual changes excludes a trial and error 
4723 approach with the tools used in this master's project. In a trial and error 
4724 approach, you could for instance be using the primitive refactorings used in 
4725 this project to refactor code, and only then make decisions based on the effect, 
4726 possibly shown by traditional software metrics. The problem with the approach 
4727 taken in this project, compared to a trial and error approach, is that using 
4728 heuristics beforehand is much more complicated. But on the other hand, a trial 
4729 and error approach would still need to face the challenges of producing code 
4730 that does compile without errors. If using refactorings that could produce 
4731 in-memory changes, a trial and error approach could be made more efficient.
4732
4733 \section{Case 2: The \type{no.uio.ifi.refaktor} project}
4734 In this case we will see a form of the ``dogfooding'' methodology used, when 
4735 refactoring our own \type{no.uio.ifi.refaktor} project with the 
4736 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
4737
4738 In this case I will try to point out some differences from the first case, and 
4739 how they impact the execution of the benchmark. The refaktor project is 39 times 
4740 smaller than the Eclipse JDT UI project, measured in lines of code. This will 
4741 make things a bit more transparent. It will therefore be interesting to see if 
4742 this case can shed light on any aspect of our project that were lost in the 
4743 larger case 1.
4744
4745 The configuration for the experiment is specified in 
4746 \myref{tab:configurationCase2}.
4747
4748 \begin{table}[htb]
4749   \caption{Configuration for Case 2.}
4750   \label{tab:configurationCase2}
4751   \centering
4752   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{0.67}L{1.33}@{}}
4753     \toprule
4754     \spancols{2}{Benchmark data} \\
4755     \midrule
4756     Launch configuration & CaseStudyDogfooding.launch \\
4757     Project & no.uio.ifi.refaktor.benchmark \\
4758     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4759     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4760     \midrule
4761     \spancols{2}{Input data} \\
4762     \midrule
4763     Project & no.uio.ifi.refaktor \\
4764     Repository & gitolite@git.uio.no:ifi-stolz-refaktor \\
4765     Commit & 43c16c04520746edd75f8dc2a1935781d3d9de6c \\
4766     Branch & master \\
4767     Test configuration & no.uio.ifi.refaktor.tests/ExtractTest.launch \\
4768     \bottomrule
4769   \end{tabularx}
4770 \end{table}
4771
4772 \subsection{Statistics}
4773 The statistics gathered during the refactoring execution is presented in 
4774 \myref{tab:case2Statistics}.
4775
4776 \begin{table}[htb]
4777   \caption{Statistics after batch refactoring the \type{no.uio.ifi.refaktor} 
4778 project with the \ExtractAndMoveMethod refactoring.}
4779   \label{tab:case2Statistics}
4780   \centering
4781   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.5}@{}}
4782     \toprule
4783     \spancols{2}{Time used} \\
4784     \midrule
4785     Total time & 1m15s \\
4786     Analysis time & 0m18s (24\%) \\
4787     Change time & 0m47s (63\%) \\
4788     Miscellaneous tasks & 0m10s (14\%) \\
4789     \midrule
4790     \spancols{2}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4791     \midrule
4792     Packages & 33 \\
4793     Compilation units & 154 \\
4794     Types & 168 \\
4795     Methods & 1,070 \\
4796     Text selections & 8,609 \\
4797     \midrule
4798     \spancols{2}{Numbers for \ExtractAndMoveMethod refactoring candidates} \\
4799     \midrule
4800     Methods chosen as candidates & 58 \\
4801     Methods NOT chosen as candidates & 1,012 \\
4802     Candidate selections (multiple per method) & 227 \\
4803     \midrule
4804     \spancols{2}{\ExtractAndMoveMethod refactorings executed} \\
4805     \midrule
4806     Fully executed & 53 \\
4807     Not fully executed & 5 \\
4808     Total attempts & 58 \\
4809     \midrule
4810     \spancols{2}{Primitive refactorings executed} \\
4811     \spancols{2}{\small \ExtractMethod refactorings} \\
4812     \midrule
4813     Performed & 56 \\
4814     Not performed & 2 \\
4815     Total attempts & 58 \\
4816     \midrule
4817     \spancols{2}{\small \MoveMethod refactorings} \\
4818     \midrule
4819     Performed & 53 \\
4820     Not performed & 3 \\
4821     Total attempts & 56 \\
4822
4823     \bottomrule
4824   \end{tabularx}
4825 \end{table}
4826
4827 \subsubsection{Differences}
4828 There are some differences between the two projects that make them a little 
4829 difficult to compare by performance.
4830
4831 \paragraph{Different complexity.} 
4832 Although the JDT UI project is 39 times greater than the refaktor project in 
4833 terms of lines of code, it is only about 26 times its size measured in numbers 
4834 of methods. This means that the methods in the refaktor project are smaller in 
4835 average than in the JDT project. This is also reflected in the \name{SonarQube} 
4836 report, where the complexity per method for the JDT project is 3.6, while the 
4837 refaktor project has a complexity per method of 2.1.
4838
4839 \paragraph{Number of selections per method.}
4840 The analysis for the JDT project processed 21 text selections per method in 
4841 average. This number for the refaktor project is only 8 selections per method 
4842 analyzed. This is a direct consequence of smaller methods.
4843
4844 \paragraph{Different candidates to methods ratio.} 
4845 The differences in how the projects are factored are also reflected in the 
4846 ratios for how many methods that are chosen as candidates compared to the total 
4847 number of methods analyzed. For the JDT project, 9\% of the methods were 
4848 considered to be candidates, while for the refaktor project, only 5\% of the 
4849 methods were chosen.
4850
4851 \paragraph{The average number of possible candidate selection.} 
4852 For the methods that are chosen as candidates, the average number of possible 
4853 candidate selections for these methods differ quite much. For the JDT project, 
4854 the number of possible candidate selections for these methods was 14.44 
4855 selections per method, while the candidate methods in the refaktor project had 
4856 only 3.91 candidate selections to choose from, in average.
4857
4858 \subsubsection{Execution time}
4859 The differences in complexity, and the different candidate methods to total 
4860 number of methods ratios, is shown in the distributions of the execution times.  
4861 For the JDT project, 75\% of the total time was used on the actual changes, 
4862 while for the refaktor project, this number was only 63\%.
4863
4864 For the JDT project, the benchmark used on average 0.21 seconds per method in 
4865 the project, while for the refaktor project it used only 0.07 seconds per 
4866 method. So the process used 3 times as much time per method for the JDT project 
4867 than for the refaktor project.
4868
4869 While the JDT project is 39 times larger than the refaktor project measured in 
4870 lines of code, the benchmark used about 79 times as long time on it than for the 
4871 refaktor project. Relatively, this is about twice as long.
4872
4873 Since the details of these execution times are not that relevant to this 
4874 master's project, only their magnitude, I will leave them here.
4875
4876 \subsubsection{Executed refactorings}
4877 For the composite \ExtractAndMoveMethod refactoring performed in case 2, 53 
4878 successful attempts out of 58 gives a success rate of 91.4\%. This is 5.3 
4879 percentage points worse than for the first case.
4880
4881 \subsection{\name{SonarQube} analysis}
4882 Results from the \name{SonarQube} analysis are shown in 
4883 \myref{tab:case2ResultsProfile1}.
4884
4885 Not much is to be said about these results. The trends in complexity and 
4886 coupling are the same. We end up a little worse after the refactoring process 
4887 than before.
4888
4889 \begin{table}[htb]
4890   \caption{Results for analyzing the \var{no.uio.ifi.refaktor} project, before 
4891   and after the refactoring, with \name{SonarQube} and the \name{IFI Refaktor 
4892   Case Study} quality profile.  (Bold numbers are better.)}
4893   \label{tab:case2ResultsProfile1}
4894   \centering
4895   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1.5}R{0.25}R{0.25}@{}}
4896     \toprule
4897     \textnormal{Number of issues for each rule} & Before & After \\
4898     \midrule
4899     Avoid too complex class & 1 & 1 \\
4900     Classes should not be coupled to too many other classes (Single 
4901     Responsibility Principle) & \textbf{29} & 34 \\
4902     Control flow statements \ldots{} should not be nested too deeply & 24 & 
4903     \textbf{21} \\
4904     Methods should not be too complex & 17 & \textbf{15} \\
4905     Methods should not have too many lines & 41 & \textbf{40} \\
4906     NPath Complexity & 3 & 3 \\
4907     Too many methods & \textbf{13} & 15 \\
4908     \midrule
4909     Total number of issues & \textbf{128} & 129 \\
4910     \midrule
4911     \midrule
4912     \spancols{3}{Complexity} \\
4913     \midrule
4914     Per function & 2.1 & 2.1 \\
4915     Per class & \textbf{12.5} & 12.9 \\
4916     Per file & \textbf{13.8} & 14.2 \\
4917     \midrule
4918     Total complexity & \textbf{2,089} & 2,148 \\
4919     \midrule
4920     \midrule
4921     \spancols{3}{Numbers of each type of entity analyzed} \\
4922     \midrule
4923     Files & 151 & 151 \\
4924     Classes & 167 & 167 \\
4925     Functions & 987 & 1,045 \\
4926     Accessors & 35 & 30 \\
4927     Statements & 3,355 & 3,416 \\
4928     Lines of code & 8,238 & 8,460 \\
4929     \midrule
4930     Technical debt (in days) & \textbf{19.0} & 20.7 \\
4931     \bottomrule
4932   \end{tabularx}
4933 \end{table}
4934
4935 \subsection{Unit tests}
4936 The tests used for this case are the same that has been developed throughout 
4937 this master's project.
4938
4939 The code that was refactored for this case suffered from some of the problems 
4940 discovered in the first case. This means that the after-code for this case also 
4941 contained compilation errors, but they were not as many. The code contained only 
4942 6 errors that made the code not compile.
4943
4944 All of the six errors originated from the same bug. The bug arises in a
4945 situation where a class instance creation is moved between packages, and the 
4946 class for the instance is package-private.  The \MoveMethod refactoring does not 
4947 detect that there will be a visibility problem, and neither does it promote the 
4948 package-private class to be public.
4949
4950 Since the errors in the refactored refaktor code were easy to fix manually, I 
4951 corrected them and ran the unit tests as planned. The unit test results are 
4952 shown in \myref{tab:case2UnitTests}. Before the refactoring, all tests passed.  
4953 All tests also passed after the refactoring, with the six error corrections.  
4954 Since the corrections done are not of a kind that could make the behavior of the 
4955 program change, it is likely that the refactorings done to the 
4956 \type{no.uio.ifi.refaktor} project did not change its behavior. This is also 
4957 supported by the informal experiment presented next.
4958
4959 \begin{table}[htb]
4960   \caption{Results from the unit tests run for the \type{no.uio.ifi.refaktor} 
4961 project, before and after the refactoring (with 6 corrections done to the 
4962 refactored code).}
4963   \label{tab:case2UnitTests}
4964   \centering
4965   \begin{tabularx}{\textwidth}{@{}>{\bfseries}L{1}R{0.5}R{0.5}@{}}
4966     \toprule
4967     & Before & After \\
4968     \midrule
4969     Runs & 148/148 & 148/148 \\
4970     Errors & 0 & 0 \\
4971     Failures & 0 & 0 \\
4972     \bottomrule
4973   \end{tabularx}
4974 \end{table}
4975
4976 \subsection{An additional experiment}
4977 To complete the task of ``eating my own dog food'', I conducted an experiment 
4978 where I used the refactored version of the \type{no.uio.ifi.refaktor} project, 
4979 with the corrections, to again refaktor ``itself''.  
4980
4981 The experiment produced code containing the same six errors as after the 
4982 previous experiment.  I also compared the after-code from the two experiments 
4983 with a diff-tool. The only differences found were different method names. This 
4984 is expected, since the method names are randomly generated by the 
4985 \ExtractAndMoveMethod refactoring.
4986
4987 The outcome of this simple experiment makes me more confident that the 
4988 \ExtractAndMoveMethod refactoring made only behavior-preserving changes to the 
4989 \type{no.uio.ifi.refaktor} project, apart from the compilation errors.
4990
4991 \subsection{Conclusions}
4992 The differences in complexity between the Eclipse JDT UI project and the 
4993 \type{no.uio.ifi.refaktor} project, clearly influenced the differences in their 
4994 execution times. This is mostly because fewer of the methods were chosen to be 
4995 refactored for the refaktor project than for the JDT project. This makes it 
4996 difficult to know if there are any severe performance penalties associated with 
4997 refactoring on a large project compared to a small one.
4998
4999 The trends in the \name{SonarQube} analysis are the same for this case as for 
5000 the previous one. This gives more confidence in the these results.
5001
5002 By refactoring our own code and using it again to refactor our code, we showed 
5003 that it is possible to write an automated composite refactoring that works for 
5004 many cases. That it probably did not alter the behavior of a smaller project 
5005 shows us nothing more than that though, and might just be a coincidence. 
5006
5007 \section{Summary}
5008 \todoin{Write? Or wrap up in final conclusions?}
5009 \todoin{``Threats to validity''}
5010
5011
5012 \chapter{Conclusions and future work}
5013 This chapter will conclude this master's thesis. It will try to give justified 
5014 answers to the research questions posed \see{sec:researchQuestions} and present 
5015 some future work that could be done to take this project to the next level.
5016
5017 \section{Conclusions}
5018 One of the motivations for this thesis was to create a fully automated composite 
5019 refactoring that could be used to make program source code better in terms of 
5020 coupling between classes. Earlier, in \mysimpleref{sec:CBO}, it was shown that a 
5021 composition of the \ExtractMethod and the \MoveMethod refactorings reduces the 
5022 coupling between two classes in an ideal situation. The Eclipse IDE implements 
5023 both these refactorings, as well as providing a framework for analyzing source 
5024 code, so it was considered a suitable tool to build upon for our project.
5025
5026 The search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring was created by utilizing the 
5027 analysis and refactoring support of Eclipse, and a small framework was built
5028 for executing large scale refactoring with it. The refactoring was set up to 
5029 analyze and execute changes on the Eclipse JDT UI project. Statistics was 
5030 gathered during this process and the resulting code was analyzed through 
5031 SonarQube. The project's own unit tests were also performed to find out if our 
5032 refactoring introduces any behavior-altering changes in the code it refactor.
5033
5034 \paragraph{Answering the main research question.}
5035 The first and greatest challenge was to find out if the \ExtractAndMoveMethod 
5036 refactoring could be automated, in all tasks ranging from analysis to executing 
5037 changes. It is now confirmed that this can be done, since it has been 
5038 implemented as a part of the work done for this project. It has also been shown 
5039 that the refactoring can be used to refactor large code bases, through the case 
5040 study done on the Eclipse JDT UI project.
5041
5042 If we ask if using the existing Eclipse refactorings for this task is 
5043 \emph{easy}, this is another question. The refactorings provided by the JDT UI 
5044 project are clearly not meant to be combined in any way. The preconditions for 
5045 one refactoring are not always easily retrievable after the execution of 
5046 another.  Also, the refactorings are all assuming that the code they shall 
5047 refactor is textualized. This means that the source code must be parsed between 
5048 the executions of each refactoring. Another problem with this dependency on 
5049 textual changes is that you cannot make a composition of two refactorings appear 
5050 as one change if their changes overlap. This will make the undo-history of the 
5051 refactoring show two changes instead of one, and is not nice for usability it 
5052 the refactoring would be used as an on-demand refactoring in an IDE.
5053
5054 Apart from the problems with implementing the actual refactoring, the analysis 
5055 framework is quite nicely solved in Eclipse. The AST generated when parsing 
5056 source code supports using visitors to traverse it, and this works without 
5057 problems.
5058
5059 \paragraph{Is the refactoring efficient enough?}
5060 Since we have concluded that the search-based \ExtractAndMoveMethod refactoring 
5061 is not suitable for on-demand large scale refactoring, but may be put to better 
5062 use as a kind of analysis tool, superb performance is not crucial. In 
5063 \myref{sec:case1ExecutionTime} we conclude that the refactoring performs well 
5064 enough for this purpose. If performed on demand for a single method, the 
5065 performance of the \ExtractAndMoveMethod refactoring is not an issue.
5066
5067 \paragraph{What about breaking the source code?}
5068 The case studies showed that our safety measures that rely on the precondition 
5069 checking of the existing primitive refactorings are not good enough in practice.  
5070 If we were going to assure that code we change compiles, we would need to 
5071 consider all possible situations where the refactoring could fail and search for 
5072 them in our analysis. It is an open question if this is even feasible. Our 
5073 analysis is incomplete, and so is the analysis for the \ExtractMethod and the 
5074 \MoveMethod refactorings.
5075
5076 Our refactoring does not take any precautions to preserve behavior. A few 
5077 running and failing unit test for the JDT UI project after the refactoring 
5078 indicate that our refactoring probably causes some changes to the way a program 
5079 behaves.
5080
5081 \paragraph{Is the quality of the code improved?}
5082 For coupling, there is no evidence that the refactoring improves the quality of 
5083 source code. Shall we believe the SonarQube analysis from the case studies, our 
5084 refactoring makes classes more coupled after the refactoring than before, in the 
5085 general case. This is probably because our analysis and heuristics for finding 
5086 the best candidates for the refactoring are not adequate.
5087
5088 \paragraph{Is the refactoring useful?}
5089 In its present state, the refactoring cannot be said to be very useful. It 
5090 generates too many compilation errors for it to fall into that category. On the 
5091 other hand, if the problems with the search-based \ExtractAndMoveMethod 
5092 refactoring were to be solved it could be useful in some situations.
5093
5094 If the refactoring was perfected, it could of course be used as a regular 
5095 on-demand automated refactoring on a per method base (or per class, package or 
5096 project).
5097
5098 As it is now, the refactoring is not very well suited to be set to perform 
5099 unattended refactoring. But if we could find a way to filter out the changes 
5100 that create compilation errors, we could use the refactoring to look for 
5101 improvement points in a software project. This process could for instance be 
5102 scheduled to run at regular times, possibly after a nightly build or the like.  
5103 Then the results could be made available, and an administrator could be set to 
5104 review them and choose whether or not they should be performed.
5105
5106 \section{Future work}
5107 An important part that is missing for making the search-based 
5108 \ExtractAndMoveMethod refactoring more usable, is to complete the 
5109 pre-refactoring analysis of the source code, to make sure that the refactoring 
5110 does not introduce compilation errors when it is performed.
5111
5112 The first point of making the static analysis complete brings up the next 
5113 question: Is it feasible to complete such an analysis? Can this feasibility be 
5114 proven, or disproved?
5115
5116 Another shortcoming of this project is that we have no strategy for assuring 
5117 safety when refactoring, so a program may end up behaving differently after a 
5118 refactoring than it behaved before. One approach towards safer refactorings is
5119 mentioned in \myref{sec:saferRefactoringTests}, and includes generating tests 
5120 for the refactored code. Another approach that can be considered for making 
5121 refactorings safer is part of the original thesis proposal for this thesis, 
5122 which diverged somewhat from the original proposal. The proposal is about 
5123 detecting behavioral changes during refactoring, and the work done in this 
5124 thesis can be used as a basis if one would like to engage in that proposal. The 
5125 proposed solution for exposing behavioral changes is to insert assertions into 
5126 source code when refactoring it. For the example in 
5127 \myref{lst:correctnessExtractAndMoveResult}, which is the result of a 
5128 refactoring, it is suggested that we insert an assert statement between lines 9 
5129 and 10. In the example, the assert statement would be 
5130 \mint{java}|assert c.x == this;| which would discover the aliasing problems of 
5131 the example.
5132
5133 The final important improvement that I would suggest making to this project is 
5134 to refine the heuristics that is used to find suitable refactoring candidates.  
5135 This effort should in particular be directed toward making the heuristics choose 
5136 candidates that do not introduce new dependencies for their destination classes.
5137
5138
5139 \appendix
5140
5141
5142 \chapter{Eclipse bugs submitted}
5143 \newcommand{\submittedBugReport}[1]{The submitted bug report can be found on 
5144   \url{#1}.}
5145
5146 \section{Eclipse bug 420726: Code is broken when moving a method that is 
5147 assigning to the parameter that is also the move 
5148 destination}\label{eclipse_bug_420726}
5149 This bug
5150 was found when analyzing what kinds of names that were to be considered as 
5151 \emph{unfixes} \see{unfixes}.
5152
5153 \paragraph{The bug}
5154 The bug emerges when trying to move a method from one class to another, and when 
5155 the target for the move (must be a variable, local or field) is both a parameter 
5156 variable and also is assigned to within the method body. \name{Eclipse} allows this to 
5157 happen, although it is the sure path to a compilation error. This is because we 
5158 would then have an assignment to a \var{this} expression, which is not allowed 
5159 in Java. 
5160 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=420726}  
5161
5162 \paragraph{The solution}
5163 The solution to this problem is to add all simple names that are assigned to in 
5164 a method body to the set of unfixes.
5165
5166 \section{Eclipse bug 429416: IAE when moving method from anonymous 
5167 class}\label{eclipse_bug_429416}
5168 I discovered
5169 this bug during a batch change on the \type{org.eclipse.jdt.ui} project.
5170
5171 \paragraph{The bug}
5172 This bug surfaces when trying to use the \refa{Move Method} refactoring to move a 
5173 method from an anonymous class to another class. This happens both for my 
5174 simulation as well as in \name{Eclipse}, through the user interface. It only occurs 
5175 when \name{Eclipse} analyzes the program and finds it necessary to pass an 
5176 instance of the originating class as a parameter to the moved method. I.e. it 
5177 wants to pass a \var{this} expression. The execution ends in an 
5178 \typewithref{java.lang}{IllegalArgumentException} in 
5179 \typewithref{org.eclipse.jdt.core.dom}{SimpleName} and its 
5180 \method{setIdentifier(String)} method. The simple name is attempted created in 
5181 the method
5182 \methodwithref{org.eclipse.jdt.internal.corext.refactoring.structure.\\MoveInstanceMethodProcessor}{createInlinedMethodInvocation} 
5183 so the \type{MoveInstanceMethodProcessor} was early a clear suspect.
5184
5185 The \method{createInlinedMethodInvocation} is the method that creates a method 
5186 invocation where the previous invocation to the method that was moved was 
5187 located. From its code it can be read that when a \var{this} expression is going 
5188 to be passed in to the invocation, it shall be qualified with the name of the 
5189 original method's declaring class, if the declaring class is either an anonymous 
5190 class or a member class. The problem with this, is that an anonymous class does 
5191 not have a name, hence the term \emph{anonymous} class! Therefore, when its 
5192 name, an empty string, is passed into 
5193 \methodwithref{org.eclipse.jdt.core.dom.AST}{newSimpleName} it all ends in an 
5194 \type{IllegalArgumentException}.  
5195 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=429416} 
5196
5197 \paragraph{How I solved the problem}
5198 Since the \type{MoveInstanceMethodProcessor} is instantiated in the 
5199 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.executors}{MoveMethod\-RefactoringExecutor}, 
5200 and only need to be a 
5201 \typewithref{org.eclipse.ltk.core.refactoring.participants}{MoveProcessor}, I 
5202 was able to copy the code for the original move processor and modify it so that 
5203 it works better for me. It is now called 
5204 \typewithref{no.uio.ifi.refaktor.change.processors}{ModifiedMoveInstanceMethodProcessor}.  
5205 The only modification done (in addition to some imports and suppression of 
5206 warnings), is in the \method{createInlinedMethodInvocation}. When the declaring 
5207 class of the method to move is anonymous, the \var{this} expression in the 
5208 parameter list is not qualified with the declaring class' (empty) name.
5209
5210 \section{Eclipse bug 429954: Extracting statement with reference to local type 
5211 breaks code}\label{eclipse_bug_429954}
5212 The bug was discovered when doing some changes to the way unfixes is computed.
5213
5214 \paragraph{The bug}
5215 The problem is that \name{Eclipse} is allowing selections that references variables of 
5216 local types to be extracted. When this happens the code is broken, since the 
5217 extracted method must take a parameter of a local type that is not in the 
5218 methods scope. The problem is illustrated in 
5219 \myref{lst:extractMethodLocalClass}, but there in another setting.  
5220 \submittedBugReport{https://bugs.eclipse.org/bugs/show\_bug.cgi?id=429954}
5221
5222 \paragraph{Actions taken}
5223 There are no actions directly springing out of this bug, since the Extract 
5224 Method refactoring cannot be meant to be this way. This is handled on the 
5225 analysis stage of our \refa{Extract and Move Method} refactoring. So names 
5226 representing variables of local types are considered unfixes \see{unfixes}.
5227
5228
5229
5230 \backmatter{}
5231 \printglossaries
5232 \printbibliography
5233 \listoftodos
5234 \end{document}