A Graph-Based Semantics Workbench for Concurrent Asynchronous Programs

A number of novel programming languages and libraries have been proposed that offer simpler-to-use models of concurrency than threads. It is challenging, however, to devise execution models that successfully realise their abstractions without forfeiting performance or introducing unintended behaviours. This is exemplified by SCOOP---a concurrent object-oriented message-passing language---which has seen multiple semantics proposed and implemented over its evolution. We propose a "semantics workbench" with fully and semi-automatic tools for SCOOP, that can be used to analyse and compare programs with respect to different execution models. We demonstrate its use in checking the consistency of semantics by applying it to a set of representative programs, and highlighting a deadlock-related discrepancy between the principal execution models of the language. Our workbench is based on a modular and parameterisable graph transformation semantics implemented in the GROOVE tool. We discuss how graph transformations are leveraged to atomically model intricate language abstractions, and how the visual yet algebraic nature of the model can be used to ascertain soundness.Comment: Accepted for publication in the proceedings of FASE 2016 (to appear

Abstract State Machines 1988-1998: Commented ASM Bibliography

An annotated bibliography of papers which deal with or use Abstract State Machines (ASMs), as of January 1998.Comment: Also maintained as a BibTeX file at http://www.eecs.umich.edu/gasm

Extensible Languages for Flexible and Principled Domain Abstraction

Die meisten Programmiersprachen werden als Universalsprachen entworfen. Unabhängig von der zu entwickelnden Anwendung, stellen sie die gleichen Sprachfeatures und Sprachkonstrukte zur Verfügung. Solch universelle Sprachfeatures ignorieren jedoch die spezifischen Anforderungen, die viele Softwareprojekte mit sich bringen. Als Gegenkraft zu Universalsprachen fördern domänenspezifische Programmiersprachen, modellgetriebene Softwareentwicklung und sprachorientierte Programmierung die Verwendung von Domänenabstraktion, welche den Einsatz von domänenspezifischen Sprachfeatures und Sprachkonstrukten ermöglicht. Insbesondere erlaubt Domänenabstraktion Programmieren auf dem selben Abstraktionsniveau zu programmieren wie zu denken und vermeidet dadurch die Notwendigkeit Domänenkonzepte mit universalsprachlichen Features zu kodieren. Leider ermöglichen aktuelle Ansätze zur Domänenabstraktion nicht die Entfaltung ihres ganzen Potentials. Einerseits mangelt es den Ansätzen für interne domänenspezifische Sprachen an Flexibilität bezüglich der Syntax, statischer Analysen, und Werkzeugunterstützung, was das tatsächlich erreichte Abstraktionsniveau beschränkt. Andererseits mangelt es den Ansätzen für externe domänenspezifische Sprachen an wichtigen Prinzipien, wie beispielsweise modularem Schließen oder Komposition von Domänenabstraktionen, was die Anwendbarkeit dieser Ansätze in der Entwicklung größerer Softwaresysteme einschränkt. Wir verfolgen in der vorliegenden Doktorarbeit einen neuartigen Ansatz, welcher die Vorteile von internen und externen domänenspezifischen Sprachen vereint um flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion zu unterstützen. Wir schlagen bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprachen als Grundlage für Domänenabstraktion vor. In einer erweiterbaren Sprache kann Domänenabstraktion durch die Erweiterung der Sprache mit domänenspezifischer Syntax, statischer Analyse, und Werkzeugunterstützung erreicht werden . Dies ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Flexibilität wie externe domänenspezifische Sprachen. Um die Einhaltung üblicher Prinzipien zu gewährleisten, organisieren wir Spracherweiterungen als Bibliotheken und verwenden einfache Import-Anweisungen zur Aktivierung von Erweiterungen. Dies erlaubt modulares Schließen (durch die Inspektion der Import-Anweisungen), unterstützt die Komposition von Domänenabstraktionen (durch das Importieren mehrerer Erweiterungen), und ermöglicht die uniforme Selbstanwendbarkeit von Spracherweiterungen in der Entwicklung zukünftiger Erweiterungen (durch das Importieren von Erweiterungen in einer Erweiterungsdefinition). Die Organisation von Erweiterungen in Form von Bibliotheken ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Prinzipientreue wie interne domänenspezifische Sprachen. Wir haben die bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprache SugarJ entworfen und implementiert. SugarJ Bibliotheken können Erweiterungen der Syntax, der statischen Analyse, und der Werkzeugunterstützung von SugarJ deklarieren. Eine syntaktische Erweiterung besteht dabei aus einer erweiterten Syntax und einer Transformation der erweiterten Syntax in die Basissyntax von SugarJ. Eine Erweiterung der Analyse testet Teile des abstrakten Syntaxbaums der aktuellen Datei und produziert eine Liste von Fehlern. Eine Erweiterung der Werkzeugunterstützung deklariert Dienste wie Syntaxfärbung oder Codevervollständigung für bestimmte Sprachkonstrukte. SugarJ Erweiterungen sind vollkommen selbstanwendbar: Eine erweiterte Syntax kann in eine Erweiterungsdefinition transformiert werden, eine erweiterte Analyse kann Erweiterungsdefinitionen testen, und eine erweiterte Werkzeugunterstützung kann Entwicklern beim Definieren von Erweiterungen assistieren. Um eine Quelldatei mit Erweiterungen zu verarbeiten, inspizieren der SugarJ Compiler und die SugarJ IDE die importierten Bibliotheken um die aktiven Erweiterungen zu bestimmen. Der Compiler und die IDE adaptieren den Parser, den Codegenerator, die Analyseroutine und die Werkzeugunterstützung der Quelldatei entsprechend der aktiven Erweiterungen. Wir beschreiben in der vorliegenden Doktorarbeit nicht nur das Design und die Implementierung von SugarJ, sondern berichten darüber hinaus über Erweiterungen unseres ursprünglich Designs. Insbesondere haben wir eine Generalisierung des SugarJ Compilers entworfen und implementiert, die neben Java alternative Basissprachen unterstützt. Wir haben diese Generalisierung verwendet um die bibliotheksbasierten erweiterbaren Programmiersprachen SugarHaskell, SugarProlog, und SugarFomega zu entwickeln. Weiterhin haben wir SugarJ ergänzt um polymorphe Domänenabstraktion und Kommunikationsintegrität zu unterstützen. Polymorphe Domänenabstraktion ermöglicht Programmierern mehrere Transformationen für die selbe domänenspezifische Syntax bereitzustellen. Dies erhöht die Flexibilität von SugarJ und unterstützt bekannte Szenarien aus der modellgetriebenen Entwicklung. Kommunikationsintegrität spezifiziert, dass die Komponenten eines Softwaresystems nur über explizite Kanäle kommunizieren dürfen. Im Kontext von Codegenerierung stellt dies eine interessante Eigenschaft dar, welche die Generierung von impliziten Modulabhängigkeiten untersagt. Wir haben Kommunikationsintegrität als weiteres Prinzip zu SugarJ hinzugefügt. Basierend auf SugarJ und zahlreicher Fallstudien argumentieren wir, dass flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion ein skalierbares Programmiermodell für die Entwicklung komplexer Softwaresysteme darstellt

Control Flow Analysis for SF Combinator Calculus

Programs that transform other programs often require access to the internal structure of the program to be transformed. This is at odds with the usual extensional view of functional programming, as embodied by the lambda calculus and SK combinator calculus. The recently-developed SF combinator calculus offers an alternative, intensional model of computation that may serve as a foundation for developing principled languages in which to express intensional computation, including program transformation. Until now there have been no static analyses for reasoning about or verifying programs written in SF-calculus. We take the first step towards remedying this by developing a formulation of the popular control flow analysis 0CFA for SK-calculus and extending it to support SF-calculus. We prove its correctness and demonstrate that the analysis is invariant under the usual translation from SK-calculus into SF-calculus.Comment: In Proceedings VPT 2015, arXiv:1512.0221

skelesim : an extensible, general framework for population genetic simulation in R

Simulations are a key tool in molecular ecology for inference and forecasting, as well as for evaluating new methods. Due to growing computational power and a diversity of software with different capabilities, simulations are becoming increasingly powerful and useful. However, the widespread use of simulations by geneticists and ecologists is hindered by difficulties in understanding these softwares’ complex capabilities, composing code and input files, a daunting bioinformatics barrier, and a steep conceptual learning curve. skeleSim (an R package) guides users in choosing appropriate simulations, setting parameters, calculating genetic summary statistics, and organizing data output, in a reproducible pipeline within the R environment. skeleSim is designed to be an extensible framework that can ‘wrap’ around any simulation software (inside or outside the R environment) and be extended to calculate and graph any genetic summary statistics. Currently, skeleSim implements coalescent and forward-time models available in the fastsimcoal2 and rmetasim simulation engines to produce null distributions for multiple population genetic statistics and marker types, under a variety of demographic conditions. skeleSim is intended to make simulations easier while still allowing full model complexity to ensure that simulations play a fundamental role in molecular ecology investigations. skeleSim can also serve as a teaching tool: demonstrating the outcomes of stochastic population genetic processes; teaching general concepts of simulations; and providing an introduction to the R environment with a user-friendly graphical user interface (using shiny)

Contributions to the Construction of Extensible Semantic Editors

This dissertation addresses the need for easier construction and extension of language tools. Specifically, the construction and extension of so-called semantic editors is considered, that is, editors providing semantic services for code comprehension and manipulation. Editors like these are typically found in state-of-the-art development environments, where they have been developed by hand. The list of programming languages available today is extensive and, with the lively creation of new programming languages and the evolution of old languages, it keeps growing. Many of these languages would benefit from proper tool support. Unfortunately, the development of a semantic editor can be a time-consuming and error-prone endeavor, and too large an effort for most language communities. Given the complex nature of programming, and the huge benefits of good tool support, this lack of tools is problematic. In this dissertation, an attempt is made at narrowing the gap between generative solutions and how state-of-the-art editors are constructed today. A generative alternative for construction of textual semantic editors is explored with focus on how to specify extensible semantic editor services. Specifically, this dissertation shows how semantic services can be specified using a semantic formalism called refer- ence attribute grammars (RAGs), and how these services can be made responsive enough for editing, and be provided also when the text in an editor is erroneous. Results presented in this dissertation have been found useful, both in industry and in academia, suggesting that the explored approach may help to reduce the effort of editor construction