Linguagens de Domnio Especfico: o que so e quando e como utilizar

Andr Santos Andr Santos Andr Furtado

CIn-UFPE

Problema para resolver: EmEm um um arquivoarquivo textotexto, , encontrarencontrar endereosendereos de de

email (email (user@hostuser@host) e ) e substituirsubstituir o host o host porporcin.ufpe.br.cin.ufpe.br.

QueQue linguagemlinguagem utilizarutilizar parapara resolver resolver esteesteproblemaproblema??

SoluoSoluo::usarusar expressesexpresses regularesregulares

Ferramenta (linguagem) sed

sed '/@[^ ]*/s//@cin.ufpe.br/g' < textfilesed '/@[^ ]*/s//@cin.ufpe.br/g' < textfile

Usar linguagem de expresses regulares embutida em outras linguagens ou via API (C#, Java etc.)

Outros Exemplos: RealizarRealizar umauma consultaconsulta emem um um bancobanco de dadosde dados

RenomearRenomear todostodos osos arquivosarquivos com com extensoextenso..htmhtm parapara a a extensoextenso .html.html..htmhtm parapara a a extensoextenso .html.html

CalcularCalcular a a mdiamdia e e desviodesvio padropadro de de umauma sriesriede 100 de 100 nmerosnmeros

Quais as diferenas de cada abordagem?

Um pouco de histriaCobolCobol FortranFortran LispLisp

businessbusiness symbolicsymbolic

CC

(Visual) Basic(Visual) Basic

C#C#

processingprocessing

numericnumericcomputationcomputation

symbolicsymbolicprocessingprocessing

??????

JogosJogosMedicinaMedicina MsicaMsica

Banco de dadosBanco de dados

Device driversDevice drivers

Manipulao deManipulao deimagensimagens Agentes mveisAgentes mveisProtocolos deProtocolos de

comunicaocomunicao

?????? ??????

Endereando domniosespecficos

?????? ??????

Frameworks orientados a objeto /Frameworks orientados a objeto /Frameworks de componentesFrameworks de componentes

Domain SpecificDomain SpecificLanguagesLanguages

Bibliotecas de subrotinas /Bibliotecas de subrotinas /APIs (Application Program Interface)APIs (Application Program Interface)

Domain Specific Languages

Vrios problemas de desenvolvimento de software podem ser resolvidos mais facilmente atravs de uma linguagem com um propsito especfico.

Domain Specific Languages

Linguagem que oferece, atravs denotaes e abstraes adequadas,notaes e abstraes adequadas,um poder de expresso focado em

(e geralmente restrito a)um domnio particular

Geralmente so pequenas Micro-languages ou little languages

Geralmente so declarativas Podem ser vistas no apenas como linguagens de

Caractersticas de DSLs

programao como tambm linguagens de especificao

Muitas DSLs so traduzidas (compiladas) em chamadas a APIs

Exemplos de DSLs

LEX YACC SQL BNF HTML JavaDoc TeX / LaTeX Linguagens para comandos na shell do sistema operacional

DSLs esto em todos os lugares A prpria linguagens de frmulas do Excel uma DSL!

End-user programming

Exemplos de DSLs

Construtores de GUI tambm podem ser vistos como DSLs?

Sim, mas a Sim, mas a

DSL Visuais

Sim, mas a Sim, mas a experincia do experincia do

usuriousurio, entretanto, , entretanto, diferente (pois a diferente (pois a

DSL visual!)DSL visual!)

Utiliza DSLs visuais para modelar a soluo em um domnio Exemplo: linguagem para aplicaes de smart phones

Modelagem visual

Outro Exemplo:VS Team System for Architects

Domain Specific Development

Feito vrias Feito vrias vezes, pelos vezes, pelos

Feito apenas Feito apenas uma vez, pelo uma vez, pelo projetista da projetista da

Modelagem Visual

[Tolvanen 2003][Tolvanen 2003]

vezes, pelos vezes, pelos desenvolvedoresdesenvolvedores

+ abstrao e + abstrao e poder de poder de

expresso!expresso!

projetista da projetista da linguagemlinguagem

Feito vrias Feito vrias vezes, pelos vezes, pelos

Feito apenas Feito apenas uma vez, pelo uma vez, pelo projetista da projetista da

Modelagem Visual

[Tolvanen 2003][Tolvanen 2003]

vezes, pelos vezes, pelos desenvolvedoresdesenvolvedores

+ abstrao e + abstrao e poder de poder de

expresso!expresso!

projetista da projetista da linguagemlinguagem

Domain-Specific

Interpeter

DSL textual - Exemplo

Define AnnotationShape RectangleWidth=1.5Height=0.3FillColor=khakiOutlineColor=brownOutlineColor=brownDecorator Comment

Position="Center"End Comment

End AnnotationShape

DSL textual - Dificuldades

Criao de um parser Verificao semntica Escrever gerador de cdigo ou interpretador Editor de texto, debugger,...

Embedded DSLs

Criao de uma DSL dentro de outra linguagem

Evita necessidade de criar parser e toda a infraestrutura de uma nova linguagem

Algumas linguagens que facilitam este caminho: Groovy, Haskell, logix, ... XML. Mas tambm possvel em Java, C# etc.

Embedded DSLs XML

Rectangle1.5KhakiKhakiBrown

Center

Linguagens com maior suporte a Embedded DSLs Poucas regras sintticas Poucas palavras chave Pouca ou nenhuma distino sinttica entre

linguagem, biblioteca e programa do usuriolinguagem, biblioteca e programa do usurio Sintaxe leve para funes annimas combinadores monads

Embedded DSLs C#

Shape AnnotationShape = newShape(ShapeKind.Rectangle,

1.5,0.3,Color.Khaki,Color.Khaki,Color.Brown);

Decorator Comment = new Decorator(Position.Center);AnnotationShape.AddDecorator(Comment);

Projetando uma DSL

Etapas sugeridas: Anlise Implementao Utilizao

Projetando uma DSL :: Anlise Objetivo: construir um entendimento do

domnio Passos:

1. Identificar o domnio do problema2. Obter o conhecimento relevante sobre esse 2. Obter o conhecimento relevante sobre esse

domnio3. Juntar nesse conhecimento noes semnticas

e operadores nessas noes - combinadores4. Projetar a DSL que descreve concisamente

aplicaes no domnio

Projetando uma DSL :: Implementao

1. Construir uma biblioteca (API) ou framework que implementa noes semnticas

2. Projetar e implementar um compilador (ou interpretador) que traduz (ou interpreta) interpretador) que traduz (ou interpreta) programas na DSL em uma seqncia de chamadas a bibliotecas

Projetando uma DSL :: Utilizao

1. Escrever programas na DSL para as aplicaes desejadas

2. (Interpretar ou) compilar e executar os programas

3. Validar a DSL

Exemplo receitas de salada

On top of

Whipped Mixture

Chopped

Combinadores combinamitens para formar uma salada

Take

1 pint Cream Take

Chopped

3 Apples

Take

6 Oranges

Optional

De Composing contracts: an adventure in financial engineering.Simon Peyton Jones, Jean-Marc Eber, Julian Seward, ICFP 2000

Embedded DSLs - exemplo

salad = topping `onTopOf` main_parttopping = whipped (take pint cream)main_part = mixture apple_part orange_partapple_part = chopped (take 3 apple)orange_part = optional (take 6 oranges)

On top of

Take

Whipped

1 pint Cream

Mixture

Take

Chopped

3 Apples

Take

6 Oranges

Optional

DSLs suporte a interpretao

Solicitao: S(P), contedo de acar de uma salada P

S (onTopOf p1 p2) = S(p1) + S(p2)S (whipped p) = S(p)S (take q i) = q * S(i)etcetc

Ao definir uma receita, podemos calcular seu contedo de aucarsem trabalho extra.

S se novos combinadores fores criados ou novos ingredientes preciso estender S

Exemplo - contratos

c1 :: Contractc1 = zcb (date 1 Jan 2010) 100 Pounds

Receive 100 on 1 Jan 2010

zcb :: Date -> Float -> Currency -> Contract-- Zero coupon bond

Combinando contratosc1,c2,c3 :: Contractc1 = zcb (date 1 Jan 2010) 100 Poundsc2 = zcb (date 1 Jan 2011) 100 Pounds

c3 = c1 `and` c2

and :: Contract -> Contract -> Contract-- Both c1 and c2

and

zcb t1 100 Pounds zcb t2 100 Pounds

c1 c2

c3

Resultados da DSL de contratos

Pequeno conjunto de combinadores Biblioteca extensvel pelo usurio Semntica composicional, facilita modelos de

valoraovalorao Prmio Produto de Software do Ano da Risk

Magazine Empresa LexiFi, comercializa esta idia

DSLs: riscos e oportunidades Vantagens:

Solues no idioma e no nvel de abstrao do domnio do problema Experts no domnio podem entender, modificar, validar

e at fazer programasProgramas concisos, auto-documentados Programas concisos, auto-documentados

Validao / otimizao no nvel do domnio Conservam e reusam conhecimento do domnio

DSLs: riscos e oportunidades Desvantagens:

Custo de projeto, implementao e manuteno da DSL

Custo de treinamento de programadores da DSL Dificuldade na definio do escopo da DSL Dificuldade em balancear construtores de

linguagens de programao com especificidades do domnio

Possvel perda de performance

DSLs (principalmente as visuais) so poderosas e ao mesmo tempo custosas... como melhorar isso?

Atravs de programas de Atravs de programas de

Reflexo

Atravs de programas de Atravs de programas de suporte criao de suporte criao de DSLsDSLs::languagelanguage workbenchesworkbenches

Plug in para a IDE Visual Studio .NET Suporte criao de DSLs visuais

Captura dos conceitos do domnio Definio de um editor grfico Criao de transformadores (ex.: gerador de cdigo)

VS Team System DSL Tools

Exemplo: DSL para Jogos SharpLudus

DSLs :: Conceitos Relacionados

Language-Oriented Programming Estilo de desenvolvimento baseado na idia de

construir software atravs de DSLs Proposto pelo fundador da JetBrainsLanguage Workbench Language Workbench Conjunto de ferramentas para viabilizar a

language-oriented programming Martin Fowler

DSLs :: Conceitos Relacionados

Software Factories Iniciativa da Microsoft para suporte a DSLs, da

qual faz parte o DSL Tools para o Visual Studio. Eclipse Modeling Framework

http://www.eclipse.org/modeling/emf/ Intentional Software

www.intentionalsoftware.com Ambiente de desenvolvimento em que toda a

programao de domnio especfico

E UML, MDA, MDD?

[Tolvanen 2003][Tolvanen 2003]

Concluses

DSLs podem aumentar significativamente a produtividade em projetos de um mesmo domnio (e.g. 5x, 10x)domnio (e.g. 5x, 10x)

Mas preciso avaliar bem o retorno do investimento em criar uma DSL (N projetos em um mesmo domnio)

A Good Programmer does Language Design .[...] a good programmer in these times does not

just write programs. [...] a good programmer does language design, though not from scratch, but building on the frame of a base language.but building on the frame of a base language. Guy Steele Jr., Growing a language. OOPSLA, 1998.

Perguntas?Andr Santos alms@cin.ufpe.brAndr Santos alms@cin.ufpe.br

Andr Furtado awbf@cin.ufpe.br

CIn-UFPE

Referncias Domain-Specific Development with Visual

Studio DSL Tools, by Steve Cook, Gareth Jones, Stuart Kent, Alan Cameron Wills, Addison-Wesley, 2007.Addison-Wesley, 2007.

Software Factories: Assembling Applications with Patterns, Models, Frameworks, and Tools, by Jack Greenfield and Keith Short, with Steve Cook and Stuart Kent, Wiley, 2004.

Referncias VS 2005 Team System Domain-Specific

Language (DSL) Tools msdn.microsoft.com/vstudio/DSLTools/

Projeto SharpLudus - Projeto SharpLudus -http://www.cin.ufpe.br/~sharpludus

Referncias Language-Oriented Programming: The Next

Programming Paradigm, Sergey Dimitriev, co-founder and CEO of JetBrains, http://www.onboard.jetbrains.com/is1/articles/04/http://www.onboard.jetbrains.com/is1/articles/04/10/lop/

Language Workbenches: The Killer-App for Domain Specific Languages? http://www.martinfowler.com/articles/languageWorkbench.html