[论文解读] A Note on Semantics (with an Emphasis on UML)

Bernhard Rumpe⋆|Sep 24, 2014

Logic, programming, and type systems参考文献 17被引用 11

一句话总结

本文提出了一种统一框架，用于定义文本和图表符号在UML中的语义。该框架通过输入/输出行为形式化分层Mealy自动机，明确界定规范和实现语义，提供一种分类系统，指导新语言的语义定义。

ABSTRACT

This note clarifies the concept of syntax and semantics and their relationships. Today, a lot of confusion arises from the fact that the word "semantics" is used in different meanings. We discuss a general approach at defining semantics that is feasible for both textual and diagrammatic notations and discuss this approach using an example formalization. The formalization of hierarchical Mealy automata and their semantics definition using input/output behaviors allows us to define a specification, as well as an implementation semantics. Finally, a classification of different approaches that fit in this framework is given. This classification may also serve as guideline when defining a semantics for a new language.

研究动机与目标

• 澄清软件工程和形式化方法中‘语义’一词的模糊用法。
• 建立一种通用且形式化的语义定义方法，适用于文本和图表语言。
• 通过分层Mealy自动机的形式化，展示该框架在明确输入/输出行为语义方面的应用。
• 提供一种语义方法的分类，可指导新领域特定语言的语义定义。
• 通过形式化规范和实现语义，支持UML及类似建模语言的精确行为语义。

提出的方法

• 通过分层Mealy自动机中的输入/输出行为关系定义语义。
• 使用形式化状态转移系统建模规范语义和实现语义。
• 引入两层语义模型：一层用于高层规范行为，另一层用于实现级行为。
• 应用形式化符号描述基于输入的状态转移和输出生成。
• 在所提框架内对现有语义方法进行分类，以展示其通用性和适用性。
• 利用该框架区分模型的行为语义与其可执行实现之间的语义。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在文本和图表建模符号之间一致地定义语义？
• RQ2 在基于模型的开发中，哪些形式化标准可区分规范语义与实现语义？
• RQ3 分层Mealy自动机如何作为定义UML中精确行为语义的基础？
• RQ4 在统一形式化框架内，可行的语义方法分类是什么？
• RQ5 可为新领域特定语言的语义定义提供哪些指导原则？

主要发现

• 所提框架通过输入/输出行为关系，成功区分了规范语义与实现语义。
• 分层Mealy自动机的形式化使复杂模型的精确语义定义成为可能。
• 该框架通过共同的语义基础，支持文本和图表符号。
• 建立了语义方法的分类，为未来语言设计提供了参考。
• 通过在UML及相关建模语言上的应用，验证了该方法的实用性。
• 本工作提供了可复用的指导原则，用于基于行为等价性和轨迹语义的新建模语言的语义定义。