Introduction to the Literature on Semantics

An introduction to the literature on semantics. Included are pointers to the literature on axiomatic semantics, denotational semantics, operational semantics, and type theory

Neuere Entwicklungen der deklarativen KI-Programmierung : proceedings

The field of declarative AI programming is briefly characterized. Its recent developments in Germany are reflected by a workshop as part of the scientific congress KI-93 at the Berlin Humboldt University. Three tutorials introduce to the state of the art in deductive databases, the programming language Gödel, and the evolution of knowledge bases. Eleven contributed papers treat knowledge revision/program transformation, types, constraints, and type-constraint combinations

Functional programming, program transformations and compiler construction

Dit proefschrift handelt over het ontwerp van de compilergenerator Elegant. Een compiler generator is een computer programma dat vanuit een speci??catie een compiler kan genereren. Een compiler is een computer programma dat een gestructureerde invoertekst kan vertalen in een uitvoertekst. Een compiler generator is zelf een compiler welke de speci??catie vertaalt in de programmatekst van de gegenereerde compiler. Dit heeft het mogelijk gemaakt om Elegant met zichzelf te genereren. Van een compilergenerator wordt verlangd dat deze een krachtig speci??catie formalisme vertaalt in een eÆci??ent programma, een eis waar Elegant aan voldoet. Een compiler bestaat uit een aantal onderdelen, te weten een scanner, een parser, een attribuutevaluator, een optimalisator en een codegenerator. Deze onderdelen kunnen door het Elegant systeem geneneerd worden, ieder uit een aparte speci??catie, met uitzondering van de parser en attribuutevaluator, welke gezamenlijk worden beschreven in de vorm van een zogenaamde attribuutgrammatica. De scanner wordt gegenereerd met behulp van een scannergenerator en heeft tot taak de invoertekst te splitsen in een rij symbolen. Deze rij symbolen kan vervolgens ontleed worden door een parser. Daarna berekent de attribuutevaluator eigenschappen van de invoertekst in de vorm van zogenaamde attributen. De attributenwaarden vormen een datastructuur. De vorm van deze datastructuur wordt gede??nieerd met behulp van typeringsregels in de Elegant programmeertaal. De optimalisator en codegenerator voeren operaties op deze datastructuur uit welke eveneens beschreven worden in de Elegant programmeertaal. Dit proefschrift beschrijft de invloed die functionele programmeertalen hebben gehad op het ontwerp van Elegant. Functionele talen zijn programmeertalen met als belangrijkste eigenschap dat functies een centrale rol vervullen. Functies kunnen worden samengesteld tot nieuwe functies, ze kunnen worden doorgegeven aan functies en worden opgeleverd als functieresultaat. Daarnaast staan functionele talen niet toe dat de waarde van een variable wordt gewijzigd, het zogenaamde nevene??ect, in tegenstelling tot imperatieve talen die zo'n nevene??ect wel toestaan. Deze laatste beperking maakt het mogelijk om met behulp van algebra??ische regels een functioneel programma te herschrijven in een ander functioneel programma met dezelfde betekenis. Dit herschrijfproces wordt ook wel progammatransformatie genoemd. De invloed van functionele talen op Elegant omvat: ?? Het beschrijven van ontleedalgorithmen als functionele programma's. Traditioneel worden ontleedalgorithmen beschreven met behulp van de theorie van stapelautomaten. In hoofdstuk 3 wordt aangetoond dat deze theorie niet nodig is. Met behulp van programmatransformaties zijn vele uit de literauur bekende ontleedalgorithmen af te leiden en worden ook nieuwe ontleedalgorithmen gevonden. Deze aanpak maakt het bovendien mogelijk om de vele verschillende ontleedalgorithmen met elkaar te combineren. ?? De evaluatie van attributen volgens de regels van een attribuutgrammatica blijkt eveneens goed te kunnen worden beschreven met behulp van functionele talen. Traditioneel bouwt een ontleedalgorithme tijdens het ontleden een zogenaamde ontleedboom op. Deze ontleedboom beschrijft de structuur van de invoertekst. Daarna wordt deze ontleedboom geanalyseerd en worden eigenschappen ervan in de vorm van attributen berekend. In hoofdstuk 4 van het proefschrift wordt aangetoond dat het niet nodig is de ontleedboom te construeren. In plaats daarvan is het mogelijk om tijdens het ontleden functies die attributen kunnen berekenen samen te stellen tot nieuwe functies. Uiteindelijk wordt er zo ??e??en functie geconstrueerd voor een gehele invoertekst. Deze functie wordt vervolgens gebruikt om de attribuutwaarden te berekenen. Voor de uitvoering van deze functie is het noodzakelijk gebruik te maken van zogenaamde "luie evaluatie". Dit is een mechanisme dat attribuutwaarden slechts dan berekent wanneer deze werkelijk noodzakelijk zijn. Dit verklaart de naam Elegant, welke een acroniem is voor "Exploiting Lazy Evaluation for the Grammar Attributes of Non- Terminals". ?? Scanners worden traditioneel gespeci??ceerd met behulp van zogenaamde reguliere expressies. Deze reguliere expressies kunnen worden afgebeeld op een eindige automaat. Met behulp van deze automaat kan de invoertekst worden geanalyseerd en gesplitst in symbolen. In hoofdstuk 5 wordt uiteengezet hoe functionele talen het mogelijk maken om scanneralgorithmen te construeren zonder gebruik te maken van automatentheorie. Door een reguliere expressie af te beelden op een functie en de functies voor de onderdelen van samengestelde reguliere expressies samen te stellen tot nieuwe functies kan een scannerfunctie geconstrueerd worden. Door gebruik te maken van programmatransformaties kan deze scanner deterministisch worden gemaakt en minimaal worden gehouden. ?? Het typeringssysteem van Elegant wordt beschreven in hoodstuk 6 en vormt een combinatie van systemen die in functionele en imperatieve talen worden gevonden. Functionele typeringssystemen omvatten typen welke bestaan uit een aantal varianten. Elk van deze varianten bestaat uit een aantal waarden. Bij een dergelijk typeringssysteem wordt een functie gede??ni??eerd door middel van een aantal deeelfuncties. Elke deelfunctie kan met behulp van zogenaamde patronen beschrijven voor welke van de varianten hij gede??ni??eerd is. Het blijkt dat imperatieve typesystemen welke subtypering mogelijk maken een generalisatie zijn van functionele typesystemen. In deze generalisatie kan een patroon worden opgevat als een subtype en een deelfunctie als een parti??ele functie. Het Elegant typesystemen maakt deze vorm van typering en functiebeschrijving mogelijk. Bij toepassing van een functie wordt de bijbehorende deelfunctie geselecteerd door de patronen te passen met de waarden van de actuele functieargumenten. In dit proefschrift wordt een eÆci??ent algorithme voor dit patroonpassen met behulp van programmatransformaties afgeleid uit de de??nitie van patronen. Het Elegant typeringssystemen bevat ook typen voor de modellering van luie evaluatie. De aanwezigheid van nevene??ekten maakt het mogelijk om drie verschillende luie typen te onderscheiden, welke verschillen in de wijze waarop de waarde van een lui object stabiliseert. ?? In hoofdstuk 7 wordt aangetoond dat de regels uit een attribuutgrammatica ook kunnen worden gebruikt om eigenschappen van een datastructuur te berekenen in plaats van eigenschappen van een invoertekst. Elegant biedt de mogelijkheid om zulke attribuutregels te gebruiken voor dit doel. ?? In hoofdstuk 8 tenslotte worden de Elegant programmeertaal en de eÆci??entie van de Elegant vertaler en door Elegant gegenereerde vertalers ge??evalueerd. Het blijkt dat de imperatieve Elegant programmeertaal dankzij abstractie mechanismen uit functionele talen een zeer rijke en krachtige taal is. Daarnaast zijn zowel Elegant zelf als de door Elegant gegenereerde vertalers van hoge eÆci??entie en blijken geschikt voor het maken van compilers voor professionele toepassingen

Programming language abstractions for extensible software components

With the growing demand for software systems that can cope with an increasing range of information processing tasks, the reuse of code from existing systems is essential to reduce the production costs of systems as well as the time to manufacture new software applications. For this reason, component-based software development techniques gain increasing attention in industry and research. Component technology is driven by the promise of building software by composing off-the-shelf components provided by a software component industry. Therefore, component technology emphasizes the independent development and deployment of components. Even though components look like perfect reusable assets, they embody general software solutions that need to be adapted to deploymentspecific needs and therefore cannot be deployed "as is" in general. Furthermore, as architectural building blocks, components are subject to continuous change. For these reasons, it is essential that components can easily be extended by both the component manufacturer to create new versions of components and by thirdparties that have to adapt components for use in specific software systems. Since in both cases concrete changes cannot be foreseen in general, mechanisms to integrate unanticipated extensions into components and component systems are required. While today many modern programming techniques, methodologies, and languages provide means that are well suited for creating static black-box components, the design and implementation of extensible components and extensible software systems often remains a challenge. In practice, extensibility is mostly achieved through ad-hoc techniques, like the disciplined use of design patterns and component frameworks, often in conjunction with meta-programming. The use of design patterns and component frameworks requires a rigorous coding discipline and often forces programmers to write tedious "boilerplate" code by hand, which makes this approach fragile and error-prone. Meta-programming techniques on the other hand are rather code-centric and mostly source code-based. Therefore, they are often not very suitable for today's component technology practice that stresses the binary reuse of black-box components. In this thesis I argue that technical difficulties in the development of extensible software components are due to the lack of appropriate programming language abstractions. To overcome the problems, concrete programming language mechanisms are proposed to facilitate the creation of extensible software. The proposed language features are strongly typed to help the programmer extend systems safely and consistently. The first part of the thesis illustrates the vision of truly extensible software components by proposing a simple theoretical model of first-class components built on top of a conventional class-based object-oriented language. This typed model includes a small set of primitives to dynamically build, compose, and extend software components safely, while supporting features like explicit context dependencies, late composition, unanticipated component extensibility, and strong encapsulation. The second part takes some ideas from the theoretical model and applies them in the design of the programming language Keris. Keris extends Java with an expressive module system featuring extensible modules. The main contributions are: A module system that combines the benefits of classical module systems for imperative languages with the advantages of modern component-oriented formalisms. In particular, modules are reusable, generic software components that can be linked with different cooperating modules without the need for resolving context dependencies by hand. A module composition scheme based on aggregation that makes the static architecture of a system explicit, and A type-safe mechanism for extending atomic modules aswell as fully linked systems statically by replacing selected subsystems with compatible versions without needing to re-link the full system. The extensibility mechanism is non-invasive; i.e. it preserves the original version and does not require access to source code. The overall design of the language was guided by the aim to develop a pragmatic, implementable, and conservative extension of Java which supports software development according to the open/closed principle: Systems written in Keris are closed in the sense that they can be executed, but they are open for unanticipated extensions that add, refine, or replace modules or whole subsystems. The last part of the thesis finally presents a case study which compares an extensible Java compiler implemented using mainstream object-oriented language features with one that was written in Keris. It shows how in practice, extensible modules can be used to develop extensible systems safely and efficiently