The ModelCC Model-Driven Parser Generator

Syntax-directed translation tools require the specification of a language by means of a formal grammar. This grammar must conform to the specific requirements of the parser generator to be used. This grammar is then annotated with semantic actions for the resulting system to perform its desired function. In this paper, we introduce ModelCC, a model-based parser generator that decouples language specification from language processing, avoiding some of the problems caused by grammar-driven parser generators. ModelCC receives a conceptual model as input, along with constraints that annotate it. It is then able to create a parser for the desired textual syntax and the generated parser fully automates the instantiation of the language conceptual model. ModelCC also includes a reference resolution mechanism so that ModelCC is able to instantiate abstract syntax graphs, rather than mere abstract syntax trees.Comment: In Proceedings PROLE 2014, arXiv:1501.0169

Epsilon Precedence Grammars and Languages

The classes of simple and weak precedence grammars are generalized to include ε-rules (productions with the empty right parts). The descriptive power of epsilon simple precedence (ESP) grammars increases directly with the number of ε-rules permitted; the class of ESP grammars with no ε-rules, ESP0, is identical to the class of simple precedence grammars; ESP grammars with at most one ε-rule, ESP1, define a class of languages which properly includes the class of ESP0 languages, but is itself properly included in the class of deterministic, context-free languages. In general, ESP grammars having at most i ε-rules, ESPi, define a class of languages which is properly included in that defined by ESPi+1 grammars. This hierarchy of languages exhausts the deterministic context-free languages. The hierarchy of ESP languages is established using an iteration theorem which may be used to show that a given language is not ESPi for a given i. An algorithm to convert arbitrary LR(1) grammars to equivalent epsilon weak precedence (EWP) grammars is developed. The class of Viable Prefix EWP grammars is defined and it is shown that the EWP parser for every Viable Prefix EWP grammar detects syntactic errors at the earliest possible time. Also, it is established that every deterministic context-free language is defined by some Viable Prefix EWP grammar. Finally, it is shown that the class of EWP grammars, while properly containing the class of Viable Prefix EWP grammars, is itself properly included in the well-known classes of context-free grammars with the ε-rules which define exactly the deterministic context-free languages

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

Efficient Semiring-Weighted Earley Parsing

This paper provides a reference description, in the form of a deduction system, of Earley's (1970) context-free parsing algorithm with various speed-ups. Our presentation includes a known worst-case runtime improvement from Earley's $O (N^3|G||R|)$, which is unworkable for the large grammars that arise in natural language processing, to $O (N^3|G|)$, which matches the runtime of CKY on a binarized version of the grammar $G$. Here $N$ is the length of the sentence, $|R|$ is the number of productions in $G$, and $|G|$ is the total length of those productions. We also provide a version that achieves runtime of $O (N^3|M|)$ with $|M| \leq |G|$ when the grammar is represented compactly as a single finite-state automaton $M$ (this is partly novel). We carefully treat the generalization to semiring-weighted deduction, preprocessing the grammar like Stolcke (1995) to eliminate deduction cycles, and further generalize Stolcke's method to compute the weights of sentence prefixes. We also provide implementation details for efficient execution, ensuring that on a preprocessed grammar, the semiring-weighted versions of our methods have the same asymptotic runtime and space requirements as the unweighted methods, including sub-cubic runtime on some grammars.Comment: Main conference long paper at ACL 202