The C++0x "Concepts" Effort

C++0x is the working title for the revision of the ISO standard of the C++ programming language that was originally planned for release in 2009 but that was delayed to 2011. The largest language extension in C++0x was "concepts", that is, a collection of features for constraining template parameters. In September of 2008, the C++ standards committee voted the concepts extension into C++0x, but then in July of 2009, the committee voted the concepts extension back out of C++0x. This article is my account of the technical challenges and debates within the "concepts" effort in the years 2003 to 2009. To provide some background, the article also describes the design space for constrained parametric polymorphism, or what is colloquially know as constrained generics. While this article is meant to be generally accessible, the writing is aimed toward readers with background in functional programming and programming language theory. This article grew out of a lecture at the Spring School on Generic and Indexed Programming at the University of Oxford, March 2010

Proceedings of the 3rd Workshop on Domain-Specific Language Design and Implementation (DSLDI 2015)

The goal of the DSLDI workshop is to bring together researchers and practitioners interested in sharing ideas on how DSLs should be designed, implemented, supported by tools, and applied in realistic application contexts. We are both interested in discovering how already known domains such as graph processing or machine learning can be best supported by DSLs, but also in exploring new domains that could be targeted by DSLs. More generally, we are interested in building a community that can drive forward the development of modern DSLs. These informal post-proceedings contain the submitted talk abstracts to the 3rd DSLDI workshop (DSLDI'15), and a summary of the panel discussion on Language Composition

Fexprs as the basis of Lisp function application; or, $vau: the ultimate abstraction

Abstraction creates custom programming languages that facilitate programming for specific problem domains. It is traditionally partitioned according to a two-phase model of program evaluation, into syntactic abstraction enacted at translation time, and semantic abstraction enacted at run time. Abstractions pigeon-holed into one phase cannot interact freely with those in the other, since they are required to occur at logically distinct times. Fexprs are a Lisp device that subsumes the capabilities of syntactic abstraction, but is enacted at run-time, thus eliminating the phase barrier between abstractions. Lisps of recent decades have avoided fexprs because of semantic ill-behavedness that accompanied fexprs in the dynamically scoped Lisps of the 1960s and 70s. This dissertation contends that the severe difficulties attendant on fexprs in the past are not essential, and can be overcome by judicious coordination with other elements of language design. In particular, fexprs can form the basis for a simple, well-behaved Scheme-like language, subsuming traditional abstractions without a multi-phase model of evaluation. The thesis is supported by a new Scheme-like language called Kernel, created for this work, in which each Scheme-style procedure consists of a wrapper that induces evaluation of operands, around a fexpr that acts on the resulting arguments. This arrangement enables Kernel to use a simple direct style of selectively evaluating subexpressions, in place of most Lisps\u27 indirect quasiquotation style of selectively suppressing subexpression evaluation. The semantics of Kernel are treated through a new family of formal calculi, introduced here, called vau calculi. Vau calculi use direct subexpression-evaluation style to extend lambda calculus, eliminating a long-standing incompatibility between lambda calculus and fexprs that would otherwise trivialize their equational theories. The impure vau calculi introduce non-functional binding constructs and unconventional forms of substitution. This strategy avoids a difficulty of Felleisen\u27s lambda-v-CS calculus, which modeled impure control and state using a partially non-compatible reduction relation, and therefore only approximated the Church-Rosser and Plotkin\u27s Correspondence Theorems. The strategy here is supported by an abstract class of Regular Substitutive Reduction Systems, generalizing Klop\u27s Regular Combinatory Reduction Systems

Proceedings of the 3rd Workshop on Domain-Specific Language Design and Implementation (DSLDI'15)

The goal of the DSLDI workshop is to bring together researchers and practitioners interested in sharing ideas on how DSLs should be designed, implemented, supported by tools, and applied in realistic application contexts. We are both interested in discovering how already known domains such as graph processing or machine learning can be best supported by DSLs, but also in exploring new domains that could be targeted by DSLs. More generally, we are interested in building a community that can drive forward the development of modern DSLs. These informal post-proceedings contain the submitted talk abstracts to the 3rd DSLDI workshop (DSLDI'15), and a summary of the panel discussion on Language Composition

First class grammars for language oriented programming.

Programming languages that support Language Oriented Programming (LOP) allow developers to extend the host language with new programming features. The extensions include new concrete syntax constructs that are both re- placements for and interleaved with the host language. This paper describes the general features that are re- quired in order to support the LOP approach in a lan- guage. The paper shows how many of the features are implemented in the XMF language system, describes the shortcomings of the implementation and outlines an ex- tension to Java that would address these shortcomings

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