Jezici specifični za domen

Jezičke sintakse i meta-modelovanje

Prof. dr Igor Dejanović (igord at uns ac rs)

Kreirano 2020-12-04 Fri 11:15, pritisni ESC za mapu, m za meni, Ctrl+Shift+F za pretragu

Sadržaj

1. Sintakse
2. Sekundarna sintaksa
3. Meta-modelovanje
4. Meta-metamodeli
5. Stek za metamodelovanje

1 Sintakse

1.1 Tehnike i tehnologije za implementaciju DSL-ova

Parser generatori/interpreteri
Meta-modelovanje
Druge tehnike: ontologije, XML tehnologije…

1.2 Konkretna sintaksa

Da bi mogram prikazali korisniku potrebna nam je konkretna sintaksa.
Konkretna sintaksa definiše “izgled” iskaza na nekom jeziku, odnosno u širem smislu definiše i načine interakcije korisnika sa jezičkim iskazima tj. predstavlja interfejs jezik-korisnik.
Iako nam je za jedan jezik dovoljna jedna konkretna sintaksa, možemo ih imati više.
Konkretne sintakse mogu biti tekstualne, grafičke, tabelarne, tipa stabla, bazirane na dijalozima …

1.3 Primer istog iskaza upotrebom dve različite konkretne sintakse

1.4 Parsiranje - sintaksna analiza

Analiza linearnog zapisa niza simbola na osnovu pravila neke formalne gramatike jezika.
Transformacija ulaznog stringa u stablo parsiranja.

1.5 Stablo parsiranja

Nastaje iz niske simbola (ulaznog stringa) procesom skeniranja (tokenizacije ili leksičke analize) i parsiranja.
Listovi stabla su tokeni prepoznati od strane skenera dok je struktura stabla određena gramatikom jezika.
Stablo parsiranja reflektuje sintaksnu strukturu ulaznog stringa na bazi unapred definisane formalne gramatike.

1.6 Stablo parsiranja - Primer

1.7 Apstraktna sintaksa

Određuje pravila validnosti jezičkih iskaza sa stanovišta njegove strukture bez razmatranja konkretne reprezentacije iskaza (konkretne sintakse).
Definiše strukture validnih rečenica sa stanovišta jezika.
Sadrži koncepte domena, njihove osobine i međusobne relacije.
Jezici za definisanje apstraktnih sintaksi jezika se u domenu modelovanja nazivaju meta-meta-modelima^*.

* Preciznije, meta-metamodel je apstraktna sintaksa takvog jezika. Jezik još čine i konkretne sintakse i semantika.

1.8 Primer - apstraktna sintaksa jezika za opis konačnih automata

1.9 Primer - apstraktna sintaksa jezika za jednostavne algebarske izraze

1.10 Stablo apstraktne sintakse

Svaki iskaz na datom jeziku se može na apstraktan način opisati stablom apstraktne sintakse (Abstract Syntax Tree).
AST je usmereno labelirano stablo gde čvorovi stabla predstavljaju instance koncepata apstraktne sintakse.

1.11 Primer stabla apstraktne sintakse

1.12 Razlike između stabla apstraktne i konkretne sintakse

Stablo konkretne sintakse je bazirano na formalnoj gramatici koja opisuje detalje zapisa u tekstualnom obliku.
Stablo apstraktne sintakse sadrži suštinu jezičkog iskaza.
Možemo imati više gramatika za isti jezik odnosno jedno stablo apstraktne sintakse možemo zapisati na više različitih načina što rezultuje različitim stablima konkretne sintakse.
Primer: Izraz -(4-1)*5/(2+4.67) možemo u postfiksnoj notaciji zapisati kao 4 1 - 5 * 2 4.67 + / -. Ovo će rezultovati različitim stablima parsiranja ali je suština izraza ista i može rezultovati istim stablom apstraktne sintakse.

2 Sekundarna sintaksa

2.1 Sekundarna sintaksa

Iako konkretna sintaksa nameće svoja pravila, gotovo uvek postoji određena sloboda koja se ostavlja korisniku i koja omogućava da se mogram koji je isti sa stanoviša apstraktne sintakse (isto stablo apstraktne sintakse) prezentuje na različite načine.
Primeri:
- “Prazni” karakteri kod tekstualnih sintaksi (white-spaces) najčešće nemaju semantičkog značaja pa se mogu koristiti na različite načine (kod se može nazubljivati na više načina).
- Položaji, boja i veličine simbola kod grafičkih sintaksi najčešće nemaju semantičkog značenja pa korisnik može da iskoristi ove osobine da enkoduje neko svoje značenje.

2.2 Problemi sa sekundarnom sintaksom

Sekundarna sintaksa se može koristiti na proizvoljan način.
Svaki korisnik razvija svoj stil upotrebe sekundarne sintakse što može prouzrokovati pogrešno ili otežano tumačenje.

Da li su ova dva mograma ista?

2.3 Problemi sa sekundarnom sintaksom

A sada?

2.4 Moguća rešenja

Definisanje stila kodiranja - coding style (kod tekstualnih) koga se pridržavaju svi programeri. Potrebna je određena doza discipline.
Smanjenje korisničke slobode - ugrađivanje mogućih elemenata sekundarne sintakse u formalni jezik. Alati će sprečiti neispravnu upotrebu.

2.5 Primer - Python

Python koristi identaciju koda za kontrolu toka programa.
Jedan od razloga čitljivosti Python koda - svi programeri moraju ispravno da nazubljuju kod.

def inner_from_python(expression):
    retval = None
    if isinstance(expression, types.FunctionType):
        # If this expression is a parser rule
        rule_name = expression.__name__
        if rule_name in __rule_cache:
            c_rule = __rule_cache.get(rule_name)
            if self.debug:
                print("Rule {} founded in cache.".format(rule_name))
            if isinstance(c_rule, CrossRef):
                self.__cross_refs += 1
                if self.debug:
                    print("CrossRef usage: {}"
                          .format(c_rule.target_rule_name))
            return c_rule
        ...

2.6 Pristupi u realizaciji editora za DSL-ove

Projekcione radionice - direktna izmena apstraktne reprezentacije kroz projekciju.
Bazirane na parserima - izmena se vrši posredno kroz tekst koji se parsira da bi se dobila apstraktna reprezentacija.

3 Meta-modelovanje

3.1 Model

Modelovanje je esencijalno za ljudsku aktivnost jer svakoj akciji prethodi, eksplicitno ili implicitno, kreiranje modela.
Modeli mogu biti deskriptivni, ukoliko modeluju postojeći realni sistem, ili preskriptivni (specifikacija) ukoliko predstavljaju “plan” sistema koji treba da se izgradi.
Model predstavlja opis, ili specifikaciju sistema i njegovog okruženja kreiran za određenu namenu. Najčešće je model predstavljen kao kombinacija crteža i teksta. Tekst može biti zadat jezikom za modelovanje ili prirodnim jezikom^*.

* J. Miller, J. Mukerji, et al., MDA Guide Version 1.0.1, Object Management Group, vol. 234, 2003

3.2 Model - drugi pokušaj

Model predstavlja pojednostavljenje sistema sa određenim ciljem. Model treba da odgovori na pitanja umesto stvarnog sistema. Odgovori dobijeni od modela moraju da budu isti kao i oni dobijeni od realnog sistema, pod uslovom da se pitanja nalaze u domenu definisanom ciljem modela. Da bi bio koristan, model mora biti jednostavniji za upotrebu od realnog sistema. Da bi se ovo postiglo, mnogi detalji realnog sistema su apstrahovani i izostavljeni. Ovo pojednostavljenje je srž modelovanja.

3.3 Osnovne karakteristike modela

Model ne predstavljaju samo crteži i tekstualni opisi. Model može imati materijalnu formu npr. može biti model/maketa aviona, pojednostavljena verzija motora sa unutrašnjim sagorevanjem itd.
Apstrakcija i namena, tj. skup pitanja na koje želimo da dobijemo odgovore, su osnovne karakteristike modela.
U opštem slučaju, ne možemo očekivati da će model dati potpuno iste odgovore kao modelovani sistem ali možemo očekivati da razlike (greške) budu u projektovanim granicama.

3.4 Meta-model

Kada kreiramo model sistema moramo poštovati određena pravila odnosno moramo koristiti određeni jezik za modelovanje.
Jezik može biti opšte namene (npr. UML) ili specifičan za domen.
Takav jezik predstavlja eksplicitnu specifikaciju korišćene apstrakcije pri modelovanju^*.
Apstraktna sintaksa datog jezika u svetu modelovanja je takođe predstavljena kao model. Ovakav model nazivamo meta-modelom.
Meta-model sadrži koncepte domena, njihove međusobne veze i ograničenja.

* J. Bézivin and O. Gerbé, Towards a precise definition of the OMG/MDA framework, in ase, p. 273, Published by the IEEE Computer Society, 2001

3.5 Primer - meta-model jezika za opis konačnih automata

Apstraktna sintaksa je meta-model

3.6 Operacije koje koristimo pri (meta)modelovanju

Apstrakcija
Klasifikacija
Generalizacija

3.7 Apstrakcija

Jedno od osnovnih oruđa ljudskog intelekta.
Proces zanemarivanja nebitnih informacija prilikom kreiranja modela.

3.8 Apstrakcija

If you assume a certain basic knowledge in the audience, you can talk in a language that deals with bigger concepts, and express things in a much shorter and clearer way. This, more or less, is what abstraction is.

3.9 Klasifikacija

Objekti realnih sistema, kao i njihovi modeli, se mogu grupisati na osnovu zajedničkih osobina.

3.10 Token modeli i modeli tipova

Prvi ih je definisao Čarls Sanders Pirs.
Token modeli:
- Modeli konkretnih pojedinačnih pojava realnog sveta.
- Nastaju isključivo procesom apstrakcije.
- Primer: geografska mapa, maketa aviona…
Modeli tipova:
- Nastaju procesom klasifikacije modela tokena na osnovu zajedničkih osobina.
- Ovakav model opisuje klasu pojava realnog sveta.

3.11 Generalizacija

Predstavlja dalji proces klasifikacije modela tipova na osnovu zajedničkih osobina.
Odvija se unutar modela tipova na taj način što se tipovi grupišu u apstraktne koncepte na osnovu zajedničkih osobina. Za tako kreirane koncepte kažemo da generalizuju posmatrani skup koncepata, odnosno posmatrani skup koncepata se nasleđuje iz generalizovanog koncepta.

4 Meta-metamodeli

4.1 Meta-metamodel

Kreiranje jezika predstavlja domen sa svojim konceptima i pravilima.
Jezik ovog domena (jezik za opis jezika) nazivamo meta-jezikom.
Kao što apstraktnu sintaksu bilo kog jezika nazivamo meta-modelom, apstraknu sintaksu meta-jezika nazivamo meta-metamodelom.
Meta-metamodelom možemo opisati apstraktnu sintaksu bilo kog jezika pa i meta-jezika. Stoga kažemo da je meta-metamodel samodefinišući.

4.2 MOF

MOF (Meta-Object Facility)¹ je meta-metamodel i industrijski standard koji se razvija pod okriljem OMG (Object Management Group) konzorcijuma.
Predstavlja osnovnu integracionu platformu MDA (Model-Driven Architecture) pravca i omogućava interoperabilnost UML baziranih alata.
Nastao je na bazi UML-a i u MOF-u se danas opisuju OMG jezici za modelovanje, između ostalog i UML
MOF je podeljen na EMOF (Essential MOF), CMOF(Complete MOF) i SMOF(Semantic MOF).

4.3 EMOF

4.4 ECore

ECore je meta-metamodel čiji je razvoj započeo IBM a kasnije je razvijan u okviru Eclipse EMF (Eclipse Modeling Framework)¹ projekta.
Baziran na programskom jeziku Java. Pod licencom slobodnog softvera (Eclipse Public License).
U osnovi predstavlja efikasnu implementaciju EMOF meta-metamodela.
Industrijski standard, dokazan i testiran kroz višegodišnju upotrebu na realnim projektima.

4.5 ECore

4.6 GOPPRR

Ime predstavlja skraćenicu reči koje opisuju osnovne koncepte jezika: G raph, O bject, P roperty, P ort, R ole, R elationship.
Vlasnički softver. Okosnica MetaEdit+ alata¹. Nastao je od ranijih verzija koje su nosile naziv GOPRR i OPRR².