[论文解读] Application Software, Domain-Specific Languages, and Language Design Assistants

Jan Heering|ArXiv.org|May 3, 2000

Model-Driven Software Engineering Techniques被引用 10

一句话总结

本文提出语言设计助手（LDAs）作为元工具，以简化领域特定语言（DSLs）的开发，从而提升应用软件的生产力。通过将语言开发系统与示例描述技术相结合，LDAs 实现了通过用户友好的、示例驱动的语言规范进行直观的 DSL 创建，减少了对低层次元语言描述的依赖，并提高了 DSL 设计中的开发效率。

ABSTRACT

While application software does the real work, domain-specific languages (DSLs) are tools to help produce it efficiently, and language design assistants in turn are meta-tools to help produce DSLs quickly. DSLs are already in wide use (HTML for web pages, Excel macros for spreadsheet applications, VHDL for hardware design, ...), but many more will be needed for both new as well as existing application domains. Language design assistants to help develop them currently exist only in the basic form of language development systems. After a quick look at domain-specific languages, and especially their relationship to application libraries, we survey existing language development systems and give an outline of future language design assistants.

研究动机与目标

• 为应对将领域专业知识与语言设计技能相结合所带来的复杂性，高效开发领域特定语言（DSLs）的挑战。
• 通过引入语言设计助手（LDAs）来降低 DSL 创建的门槛，协助用户通过直观的、基于示例的方法指定 DSL。
• 通过元工具化技术实现快速、领域定制化的语言创建，提升应用软件开发的生产力。
• 探索将语言开发系统与示例描述（DBE）技术相结合的 LDAs 的可行性与设计，以支持语法和格式的构建。
• 评估在 DSL 构建中，完全归纳与简单、可预测的泛化之间的权衡。

提出的方法

• LDAs 框架围绕一个语言知识库构建，用于存储语言概念及其关系，从而支持系统化的 DSL 构建。
• 采用一种设计语言和一种可视化/半可视化元语言来表达语言构建块及其属性，并将其编译为目标语言开发系统的元语言。
• LDAs 使用语言开发系统（如 ASF+SDF 或 Eli）作为后端，从 DSL 描述中生成解析器、美化打印器和类型检查器等工具。
• 示例描述（DBE）被应用于特定语言方面，如美化打印和语法，其中通过示例推断通用规则，而无需完整的元语言规范。
• 在自定义和组合过程中集成约束检查，以实时验证语言片段的正确性。
• 通过预定义语言构建块的自定义和组合，支持增量式开发。

实验结果

研究问题

• RQ1 语言设计助手（LDAs）如何通过减少对低层次元语言描述的依赖，降低创建领域特定语言的复杂性？
• RQ2 在 DSL 开发中，示例描述（DBE）在语法和美化打印等语言方面能多大程度上被有效应用？
• RQ3 在 DBE 用于语言设计时，简单、可预测的规则泛化与完整归纳推理之间的权衡是什么？
• RQ4 如何组织语言知识库以及语言概念之间的关系，以支持模块化和可扩展的 DSL 构建？
• RQ5 语言开发系统在作为后端时，在从 DSL 规范自动生成工具方面发挥什么作用？

主要发现

• 语言设计助手（LDAs）可通过提供用户友好的、示例驱动的接口，抽象掉低层次元语言规范的复杂性，显著简化 DSL 的开发。
• 示例描述（DBE）在有限且定义明确的语言方面（如美化打印和语法）最具可行性，因为从示例中推断规则既实用又有效。
• 相较于复杂的归纳推理，简单、可预测的泛化更受青睐，因为后者可降低生成错误或非预期规则的风险，而这类错误难以调试。
• 将语言开发系统作为后端集成，可实现从 DSL 描述自动生成解析器、美化打印器和类型检查器等关键工具。
• 通过约束检查验证的、对语言构建块的自定义和组合，支持模块化、增量式的 DSL 构建。
• 尽管已取得进展，但在基于推理的 DBE 中确保正确性和用户控制方面仍存在挑战，尤其是在泛化结果偏离用户意图时。