Gestion des patrons de conception
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Les environnements de gestion automatises des patronsde conception
Etude du systeme PTIDEJ
FERRAND Anthony NELAUPE LucasTRAN Quang Dung VERDIER Frederic
Universite Montpellier II
17 septembre 2014
1/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 1 / 45
Introduction
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
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Introduction
Introduction
Patron de conception :
Design patterns are descriptions of communicating objects andclasses that are customized to solve a general design problem in aparticular context.
[Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides (Gang of Four),Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Softwares,1994]
Bref historique
Invention de la notion de patrons de conception dans le domaine del’Architecture [Christopher Alexander, Sara Ishikawa, Murray Silverstein, APattern Language : Towns, Buildings, Construction, 1977]Premier papier de recherche a propos de l’utilisation de patrons de conceptionen langage oriente objets [Kent Beck, Ward Cunningham, Using PatternLanguages for Object-Oriented Programs, 1987]
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Introduction Problematique
Figure: Diagramme UML d’un programme
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Introduction Problematique
Figure: Diagramme UML d’un programme incluant le pattern State
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Introduction Problematique
Notre problematique
Chercher des solutions existantes pour gerer les patrons de conceptions.
Detection des patrons de conceptions dans un programme.
Generation de code squelette des patrons de conceptions.
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Introduction Problematique
Solutions logicielles existantes
Rational Software Architect[RSA] (IBM) et Modelio (Modeliosoft)
Genere le code et les diagrammes de classes UML issus de patrons deconceptions.
Le logiciel PTIDEJ
Solution efficace pour la detection des patrons de conceptions dans unprogramme.Mis a notre disposition.
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Introduction Problematique
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
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Etat de l’art
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Mesure de la qualite d’un patrons
Definitions :
Qualite d’un programme : Appreciation globale d’un programme.Critere de qualite : Caracteristique liee a la qualite que l’on peut donner a unprogramme.
Enjeux :
Connaıtre les impacts de l’utilisation d’un patron permet de definir unestrategie de developpement.Anticiper les limitations d’un programme lors de sa conception.
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Exemples de criteres de qualite
Conception
ExtensibiliteSimplicite (Comprendre le patron implemente)Reutilisabilite (Possibilite de l’inclure dans un autre patron)
Implementation
Comprendre le code sourceModularite (fonctions independantes)
Execution
Fonctions d’executions independantesPortabilite (utilisable sur plusieurs configurations de machines)Robustesse
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Mesure de la qualite d’un patron
Plusieurs approches possibles
Par sondage des developpeurs (qualitative) [Foutse Khomh, Patterns andquality of Object-oriented Software Systems, 2010]Utilisant des metriques (quantitative) [Carl G. Davis, Jagdish Bansiya - AHierarchical Model for Object-Oriented Design Quality Assessment, 2002]
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Mesure de la qualite d’un patron : Methode par sondage
Figure: Extrait du sondage envoye aux inscrit sur la liste de diffusion du Gang of Four[Foutse Khomh, Patterns and quality of Object-oriented Software Systems, 2010]
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Extrait du resultat du sondage precedent avec lacomparaison de trois patrons
Personnes ayantrepondu l’inverse
Impact negatif
Estimation de l’impact de ces trois patrons de conception sur des attributs de qualite[Foutse Khomh, Patterns and quality of Object-oriented Software Systems, 2010]
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Etude du resultat du sondage avec Abstract Factory
Figure: Extrait du tableau de resultat du sondage et diagramme UML de A. Factory
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Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Etude du resultat du sondage avec Poids-mouche
Figure: Extrait du tableau de resultat du sondage et diagramme UML de Poids-mouche
16/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 16 / 45
Etat de l’art Mesure de la qualite d’un patron
Autre approche : utiliser des metriques
Figure: Calculs permettant l’evaluation finale de la qualite d’un programme en fonctiondes criteres de qualite. [Carl G. Davis, Jagdish Bansiya - A Hierarchical Model forObject-Oriented Design Quality Assessment, 2002]
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Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Tracabilite d’un patron de conception :Possibilite d’identifier dans un programme les elements correspondant a despatrons de conception, et de generer du code a partir de motifs de conception.
Enjeux : Aider un mainteneur a comprendre un programme.
18/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 18 / 45
Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Difficultes a surmonter
Les difficultes ne concernent que la detection des patrons de conception dans unprogramme. La generation de code n’est pas un probleme.
Il existe une infinite d’implementations possibles pour un patron deconception.
Certains programmes implementent des variantes plus ou moins eloignees duschema original.
Diagramme de classes de Composite (a gauche) et d’une variantes (a droite).
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Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Techniques existantes
Nous avons trouve 19 techniques permettant l’identification de patrons deconception produites entre 1998 et 2009.
Par identification de restrictions [Marcel Birkner, Objected-oriented designpattern detection using static and dynamic analysis in java software,2007]
Utilisant des matrices de similitudes [Jakubık Jaroslav, Extension for DesignPattern Identification Using Similarity Scoring Algorithm, 2009]
...
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Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Liste des techniques produites avant 2007 [Jing Dong, Yajing Zhao, Tu Peng,Architecture and Design Pattern Discovery Techniques - A Review]
21/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 21 / 45
Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Approche utilisant des matrices de similitudes
Solution decrite dans [N. Tsantalis, A. Chatzigeorgiou, G. Stephanides, S.Halkidis, ”Design Pattern Detection Using Similarity Scoring”, IEEEtransaction on software engineering, Vol. 32, 2006] et etendue dans [JakubıkJaroslav, Extension for Design Pattern Identification Using SimilarityScoring Algorithm, 2009].
Solution :
Relever des caracteristiques d’architecture et d’execution du programme parclasse et les enregistrer dans des matrices, une pour chaque caracteristique.Pour chaque caracteristique, comparer la matrice obtenue par analyse duprogramme avec celle correspondant au patron de conception souhaitedonnant une matrice de similitude.
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Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Extension de l’approche utilisant des matrices desimilitudes
Extension : Raffiner la detection par :
l’utilisation de poids pour donner de l’importance a certaines caracteristiquesanalysees dans un programme.analyse lexicographique du code (verification du sens d’un nom de classe...)
Point fort : detecte les variantes de patrons de conception car la detection estaxee plus sur le role des composants du programme plutot que l’architecturedu code.
Faiblesses : complexite et consommation memoire elevees
Utilisation X matrices MxN (ou X est le nombre de fonctionnalites, M lenombre de classes du programme et N le nombre de classes du patron).Analyse des similitudes combinatoire : il faut verifier la similitude de chaquecombinaison de classes possibles dans le programme.
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Etat de l’art Patrons de conception et les outils pour leur tracabilite
Approche utilisant la programmation par contraintes avecexplications
Solution decrite dans la these [Yann-Gael Gueheneuc, Un cadre pour latracabilite des motifs de conception, 2003].
Solution
Modelisation d’un patron par un ensemble de contraintes.Utilisation d’un solveur de contraintes sur le programme.L’ensemble des solutions correspond a des occurrences de patrons dans leprogramme.
Points forts :
Temps d’execution plus faible et detection de variantes proches.
Point faible : La detection de variantes trop eloignees necessite de creer unnouvel ensemble de contraintes.
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Focus sur le logiciel PTIDEJ
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
25/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 25 / 45
Focus sur le logiciel PTIDEJ
Focus sur le logiciel PTIDEJ
Logiciel developpe par Yann-Gael Gueheneuc dans sa these [Un cadre pourla tracabilite des motifs de conception, 2003].
Le systeme permet de :
Modeliser un programme sous forme d’un diagramme de classes UML.Evaluer la qualite d’un programme.Detecter les implementations de patrons de conception dans un programme.
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Focus sur le logiciel PTIDEJ Modelisation d’un programme par PTIDEJ
Modelisation d’un programme par PTIDEJ
Figure: Resultat de la modelisation d’une implementation ”jouet” du patron Bridge parPTIDEJ.
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Focus sur le logiciel PTIDEJ Modelisation d’un programme par PTIDEJ
PADL : meta-modele pour decrire un programme
Diagramme de classes UML simplifie de PADL [Yann-Gael Gueheneuc, Un cadre pour latracabilite des motifs de conception, 2003]
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Focus sur le logiciel PTIDEJ Mesure de la qualite d’un programme
Mesure de la qualite d’un programme
PTIDEJ utilise les metriques decrites dans l’Etat de l’Art pour evaluer la qualited’un programme.
Figure: Diagramme UML de l’implementation de Abstract Factory que nous avonsevalue.
29/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 29 / 45
Focus sur le logiciel PTIDEJ Mesure de la qualite d’un programme
Resultats de l’evaluation de la qualite d’Abstract Factory
Entite \ Metrique Efficacite Extensibilite Flexibilite Fonctionnalite Reutilisabilite ComprehensibiliteAbstract Factory 0.4 0 0 4.08 7.25 -6.27Abstract Product 0.6 0.5 0.5 4.3 8 -5.61Concrete Factory 0.27 0.7 0 3.3 6.5 -4.95Concrete Product 0.3 -1.25 -1 3.3 5.5 -6.27
Moyenne 0.36 -0.1 -0.25 3.6 6.5 -5.72
Table: Tableau des resultats de l’evaluation de notre implementation
Postulats :
Chaque entite possede le meme impact sur la qualite du patron.Une entite indenombrable a le meme impact quelque soit le nombre de classesqu’elle represente.
Resultats :
Le plus gros point faible de ce patron est sa difficulte a etre compris.L’evaluation indique que le patron est peu extensible alors que c’est selon nousun de ses principaux atouts.
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Focus sur le logiciel PTIDEJ Detection d’un patron de conception
Detection d’un patron de conception
PTIDEJ detecte les patrons de conception dans un programme en utilisant laprogrammation par contraintes avec explications.
Les patrons de conception sont representes par un ensemble de contraintes.
Le solver de PTIDEJ est Ptidej Solver 4
Utilise en interne le solver de contraintes CHOCO [Laburthe, 2000 ; Laburtheet le projet OCRE (Outil Contraintes pour la Recherche et l’Enseignement),2000]Traduit des requetes exprimees en Java vers le langage de programmationCLAIRE (Combining Logical Assertions, Inheritance, Rules and Entities)[Caseau et Laburthe, 1994]
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Focus sur le logiciel PTIDEJ Detection d’un patron de conception
Des contraintes utilisees pour la detection
Contraintes sur la nature des entites
AbstractEntityConstraint
InterfaceEntityConstraint
NoGhostEntityConstraint
Contraintes sur les relations entre deux identites
StrictInheritanceConstraint
AssociationConstraint
AggregationConstraint
CompositionConstraint
NotEqualConstraint
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Notre contribution a PTIDEJ
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
33/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 33 / 45
Notre contribution a PTIDEJ
Notre contribution a PTIDEJ
Nous avons donne a M. Yann-Gael Gueheneuc des retours qui ont permisd’ameliorer PTIDEJ.
Nous avons ajoute a PTIDEJ la detection des patrons de conception suivants,figurant dans le livre [Gang of Four, Design Patterns : Elements ofReusable Object-Oriented Softwares, 1994].
BridgeChainOfResponsabilityFacadeInterpreterMediator
34/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 34 / 45
Notre contribution a PTIDEJ Le patron Bridge
Le patron Bridge
Figure: Diagramme UML du patron Bridge
35/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 35 / 45
Notre contribution a PTIDEJ Creation du probleme et des entites
Creation du probleme et des entites
public final class BridgeMotif {
public static Problem getProblem(final List allEntities)
{
final Problem pb = new Problem(90, "Bridge Design
Motif", allEntities);
final Variable abstraction =
new Variable(pb, "Abstraction", true);
final Variable refinedAbstraction =
new Variable(pb, "RefinedAbstraction", false);
final Variable implementor =
new Variable(pb, "Implementor", true);
final Variable concreteImplementor =
new Variable(pb, "ConcreteImplementor", false);
// Ajout des contraintes
return pb;
}
}
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Notre contribution a PTIDEJ Contrainte de nature d’une entite
Contraintes de nature d’une entite
Interface
pb.post(new InterfaceEntityConstraint(
"Implementor <<interface>>", "",
implementor,
100,
DefaultNoApproximations
.getDefaultApproximations()));
37/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 37 / 45
Notre contribution a PTIDEJ Contraintes de relation entre entites
Contraintes de relation entre entites
Heritage
pb.post(new StrictInheritanceConstraint(
"RefinedAbstraction -|>- Abstraction", "",
refinedAbstraction, abstraction,
50,
TSE07ExtensibleInheritanceOrNoneApproximations
.getDefaultApproximations()));
38/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 38 / 45
Conclusion
Sommaire
1 IntroductionProblematique
2 Etat de l’artMesure de la qualite d’un patronPatrons de conception et les outils pour leur tracabilite
3 Focus sur le logiciel PTIDEJModelisation d’un programme par PTIDEJMesure de la qualite d’un programmeDetection d’un patron de conception
4 Notre contribution a PTIDEJLe patron BridgeCreation du probleme et des entitesContrainte de nature d’une entiteContraintes de relation entre entites
5 ConclusionCritiquesNos perspectives
39/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 39 / 45
Conclusion
Conclusion
Utiliser des patrons de conception permet d’ameliorer la qualite d’unprogramme seulement sur certains criteres.
On peut mesurer la qualite d’un patron qualitativement ou quantitativement.
Aucune solution n’a ete trouvee pour detecter tous les patrons de conceptiondans un programme.
40/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 40 / 45
Conclusion Critiques
Critiques
Critiques sur les approches analysees
Mesures de qualite potentiellement subjectives.Detection des patrons de conception efficace mais limitee.
Limitations de PTIDEJ
PADL ne permet pas de representer la genericite parametrique.Detection des variantes eloignees d’un meme patron impossible sans redefinirun nouvel ensemble de contraintes.
41/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 41 / 45
Conclusion Nos perspectives
Nos perspectives
Par manque de temps, nous n’avons pas pu mais aurions voulu :
Ajouter un generateur de code a PTIDEJ.
Etendre les motifs implementes aux variantes proposees par l’heritagemultiple.
Ameliorer PTIDEJ afin detecter plus de patrons (exemple : le patronpoid-mouche)
Mettre a niveau PADL.Ajouter des contraintes.
42/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 42 / 45
Conclusion Nos perspectives
Bibliographie
[1] Marcel Birkner. Objected-oriented design pattern detection using static and dynamic analysis in java software. 2007.
[2] Yann-Gael Gueheneuc Herve Albin-Amiot, Pierre Cointe. Un meta-modele pour coupler application et detection des design patterns. 2002.
[3] Carl G. Davis Jagdish Bansiya. A Hierarchical Model for Object-Oriented Design Quality Assessment. 2002.
[4] Jakubık Jaroslav. Extension for Design Pattern Identification Using Similarity Scoring Algorithm. 2009.
[5] Tu Peng Jing Dong, Yajing Zhao. Architecture and Design Pattern Discovery Techniques. 2007.
[6] Gueheneuc Yann-Gael Khashayar Khosravi. A Quality Model for Design Patterns. 2004.
[7] Foutse Khomh. Patterns and quality of Object-oriented Software Systems. 2010.
[8] Naouel Moha. Detection et correction des defauts dans les systemes orientes objet. 2007.
[9] G. Stephanides-S. Halkidis N. Tsantalis, A. Chatzigeorgiou. ”Design Pattern Detection Using Similarity Scoring”, IEEE transaction on softwareengineering, Vol. 32, 2006. 2009.
[10] Ralph Johnson John Vlissides The ”Gang of Four” : Erich Gamma, Richard Helm. Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software.1994.
[11] Gueheneuc Yann-Gael. Un cadre pour la tracabilite des motifs de conception. 2003.
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Conclusion Nos perspectives
Sites web utiles
Site relatif aux travaux du Gang of Four :http://c2.com/cgi/wiki?GangOfFour
Site web de l’equipe developpant PTIDEJ : http://www.ptidej.net/
Projet OCRE :http://www.emn.fr/dept info/recherche/equipe/contraintes/ocre/public/Welcome.html
44/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 44 / 45
Conclusion Nos perspectives
Merci,Nous allons maintenant faire une demonstration du logiciel PTIDEJ.
45/45 FERRAND Anthony, NELAUPE Lucas TRAN Quang Dung, VERDIER Frederic (UM2)Gestion des patrons de conception 17 septembre 2014 45 / 45