A general framework for positioning, evaluating and selecting the new generation of development tools.

This paper focuses on the evaluation and positioning of a new generation of development tools containing subtools (report generators, browsers, debuggers, GUI-builders, ...) and programming languages that are designed to work together and have a common graphical user interface and are therefore called environments. Several trends in IT have led to a pluriform range of developments tools that can be classified in numerous categories. Examples are: object-oriented tools, GUI-tools, upper- and lower CASE-tools, client/server tools and 4GL environments. This classification does not sufficiently cover the tools subject in this paper for the simple reason that only one criterion is used to distinguish them. Modern visual development environments often fit in several categories because to a certain extent, several criteria can be applied to evaluate them. In this study, we will offer a broad classification scheme with which tools can be positioned and which can be refined through further research.

Dynamically typed languages

Dynamically typed languages such as Python and Ruby have experienced a rapid grown in popularity in recent times. However, there is much confusion as to what makes these languages interesting relative to statically typed languages, and little knowledge of their rich history. In this chapter I explore the general topic of dynamically typed languages, how they differ from statically typed languages, their history, and their defining features

Quality-Driven Detection and Resolution of Metamodel Smells

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Migrating software to mobile technology: a model driven engineering approach

Nowadays, organizations are facing the problematic of having to modernize or replace their legacy software. This software has involved the investment of money, time and other resources through the ages and there is a high risk in replacing it. The purpose of reengineering is to adapt software in a disciplined way in order to improve its quality in aspects such as operability, functionality or performance. The focus of reengineering is on improving an existing system with a higher return on investment than would be achieved by developing a new system. In the context of reengineering, the term legacy was associated with software that survived several generations of developers, administrators and users. The entry into the market of new technologies or paradigms is increasingly occurring and, motivates the growing demand for the adaptation of systems developed more recently. Mobile Computing is crucial to harvesting the potential of these new paradigms. Smartphones are the most used computing platform worldwide. They come with a variety of sensors (GPS, accelerometer, digital compass, microphone and camera) enabling a wide range of applications in Pervasive Computing, Cloud Computing and Internet of Things (IoT)

Can Programming be Liberated from the Two-Level Style? Multi-Level Programming with DeepJava

Since the introduction of object-oriented programming few programming languages have attempted to provide programmers with more than objects and classes, i.e., more than two levels. Those that did, almost exclusively aimed at describing language properties—i.e., their metaclasses exert linguistic control on language concepts and mechanisms— often in order to make the language extensible. In terms of supporting logical domain classification levels, however, they are still limited to two levels. In this paper we conservatively extend the object-oriented programming paradigm to feature an unbounded number of domain classification levels. We can therefore avoid the introduction of accidental complexity into programs caused by accommodating multiple domain levels within only two programming levels. We present a corresponding language design featuring “deep instantiation ” and demonstrate its features with a running example. Finally, we outline the implementation of our compiler prototype and discuss the potentials of further developing our language design

Assessing and improving the quality of model transformations

Software is pervading our society more and more and is becoming increasingly complex. At the same time, software quality demands remain at the same, high level. Model-driven engineering (MDE) is a software engineering paradigm that aims at dealing with this increasing software complexity and improving productivity and quality. Models play a pivotal role in MDE. The purpose of using models is to raise the level of abstraction at which software is developed to a level where concepts of the domain in which the software has to be applied, i.e., the target domain, can be expressed e??ectively. For that purpose, domain-speci??c languages (DSLs) are employed. A DSL is a language with a narrow focus, i.e., it is aimed at providing abstractions speci??c to the target domain. This makes that the application of models developed using DSLs is typically restricted to describing concepts existing in that target domain. Reuse of models such that they can be applied for di??erent purposes, e.g., analysis and code generation, is one of the challenges that should be solved by applying MDE. Therefore, model transformations are typically applied to transform domain-speci??c models to other (equivalent) models suitable for di??erent purposes. A model transformation is a mapping from a set of source models to a set of target models de??ned as a set of transformation rules. MDE is gradually being adopted by industry. Since MDE is becoming more and more important, model transformations are becoming more prominent as well. Model transformations are in many ways similar to traditional software artifacts. Therefore, they need to adhere to similar quality standards as well. The central research question discoursed in this thesis is therefore as follows. How can the quality of model transformations be assessed and improved, in particular with respect to development and maintenance? Recall that model transformations facilitate reuse of models in a software development process. We have developed a model transformation that enables reuse of analysis models for code generation. The semantic domains of the source and target language of this model transformation are so far apart that straightforward transformation is impossible, i.e., a semantic gap has to be bridged. To deal with model transformations that have to bridge a semantic gap, the semantics of the source and target language as well as possible additional requirements should be well understood. When bridging a semantic gap is not straightforward, we recommend to address a simpli??ed version of the source metamodel ??rst. Finally, the requirements on the transformation may, if possible, be relaxed to enable automated model transformation. Model transformations that need to transform between models in di??erent semantic domains are expected to be more complex than those that merely transform syntax. The complexity of a model transformation has consequences for its quality. Quality, in general, is a subjective concept. Therefore, quality can be de??ned in di??erent ways. We de??ned it in the context of model transformation. A model transformation can either be considered as a transformation de??nition or as the process of transforming a source model to a target model. Accordingly, model transformation quality can be de??ned in two di??erent ways. The quality of the de??nition is referred to as its internal quality. The quality of the process of transforming a source model to a target model is referred to as its external quality. There are also two ways to assess the quality of a model transformation (both internal and external). It can be assessed directly, i.e., by performing measurements on the transformation de??nition, or indirectly, i.e., by performing measurements in the environment of the model transformation. We mainly focused on direct assessment of internal quality. However, we also addressed external quality and indirect assessment. Given this de??nition of quality in the context of model transformations, techniques can be developed to assess it. Software metrics have been proposed for measuring various kinds of software artifacts. However, hardly any research has been performed on applying metrics for assessing the quality of model transformations. For four model transformation formalisms with di??fferent characteristics, viz., for ASF+SDF, ATL, Xtend, and QVTO, we de??ned sets of metrics for measuring model transformations developed with these formalisms. While these metric sets can be used to indicate bad smells in the code of model transformations, they cannot be used for assessing quality yet. A relation has to be established between the metric sets and attributes of model transformation quality. For two of the aforementioned metric sets, viz., the ones for ASF+SDF and for ATL, we conducted an empirical study aiming at establishing such a relation. From these empirical studies we learned what metrics serve as predictors for di??erent quality attributes of model transformations. Metrics can be used to quickly acquire insights into the characteristics of a model transformation. These insights enable increasing the overall quality of model transformations and thereby also their maintainability. To support maintenance, and also development in a traditional software engineering process, visualization techniques are often employed. For model transformations this appears as a feasible approach as well. Currently, however, there are few visualization techniques available tailored towards analyzing model transformations. One of the most time-consuming processes during software maintenance is acquiring understanding of the software. We expect that this holds for model transformations as well. Therefore, we presented two complementary visualization techniques for facilitating model transformation comprehension. The ??rst-technique is aimed at visualizing the dependencies between the components of a model transformation. The second technique is aimed at analyzing the coverage of the source and target metamodels by a model transformation. The development of the metric sets, and in particular the empirical studies, have led to insights considering the development of model transformations. Also, the proposed visualization techniques are aimed at facilitating the development of model transformations. We applied the insights acquired from the development of the metric sets as well as the visualization techniques in the development of a chain of model transformations that bridges a number of semantic gaps. We chose to solve this transformational problem not with one model transformation, but with a number of smaller model transformations. This should lead to smaller transformations, which are more understandable. The language on which the model transformations are de??ned, was subject to evolution. In particular the coverage visualization proved to be bene??cial for the co-evolution of the model transformations. Summarizing, we de??ned quality in the context of model transformations and addressed the necessity for a methodology to assess it. Therefore, we de??ned metric sets and performed empirical studies to validate whether they serve as predictors for model transformation quality. We also proposed a number of visualizations to increase model transformation comprehension. The acquired insights from developing the metric sets and the empirical studies, as well as the visualization tools, proved to be bene??cial for developing model transformations

Pattern Reification as the Basis for Description-Driven Systems

One of the main factors driving object-oriented software development for information systems is the requirement for systems to be tolerant to change. To address this issue in designing systems, this paper proposes a pattern-based, object-oriented, description-driven system (DDS) architecture as an extension to the standard UML four-layer meta-model. A DDS architecture is proposed in which aspects of both static and dynamic systems behavior can be captured via descriptive models and meta-models. The proposed architecture embodies four main elements - firstly, the adoption of a multi-layered meta-modeling architecture and reflective meta-level architecture, secondly the identification of four data modeling relationships that can be made explicit such that they can be modified dynamically, thirdly the identification of five design patterns which have emerged from practice and have proved essential in providing reusable building blocks for data management, and fourthly the encoding of the structural properties of the five design patterns by means of one fundamental pattern, the Graph pattern. A practical example of this philosophy, the CRISTAL project, is used to demonstrate the use of description-driven data objects to handle system evolution.Comment: 20 pages, 10 figure

Derivation and consistency checking of models in early software product line engineering

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia InformáticaSoftware Product Line Engineering (SPLE) should offer the ability to express the derivation of product-specific assets, while checking for their consistency. The derivation of product-specific assets is possible using general-purpose programming languages in combination with techniques such as conditional compilation and code generation. On the other hand, consistency checking can be achieved through consistency rules in the form of architectural and design guidelines, programming conventions and well-formedness rules. Current approaches present four shortcomings: (1) focus on code derivation only, (2) ignore consistency problems between the variability model and other complementary specification models used in early SPLE, (3) force developers to learn new, difficult to master, languages to encode the derivation of assets, and (4) offer no tool support. This dissertation presents solutions that contribute to tackle these four shortcomings. These solutions are integrated in the approach Derivation and Consistency Checking of models in early SPLE (DCC4SPL) and its corresponding tool support. The two main components of our approach are the Variability Modelling Language for Requirements(VML4RE), a domain-specific language and derivation infrastructure, and the Variability Consistency Checker (VCC), a verification technique and tool. We validate DCC4SPL demonstrating that it is appropriate to find inconsistencies in early SPL model-based specifications and to specify the derivation of product-specific models.European Project AMPLE, contract IST-33710; Fundação para a Ciência e Tecnologia - SFRH/BD/46194/2008

Model-Driven Development of Aspect-Oriented Software Architectures

The work presented in this thesis of master is an approach that takes advantage of the Model-Driven Development approach for developing aspect-oriented software architectures. A complete MDD support for the PRISMA approach is defined by providing code generation, verification and reusability properties.Pérez Benedí, J. (2007). Model-Driven Development of Aspect-Oriented Software Architectures. http://hdl.handle.net/10251/12451Archivo delegad

Specification Languages for Preserving Consistency between Models of Different Languages

In dieser Dissertation stellen wir drei Sprachen für die Entwicklung von Werkzeugen vor, welche Systemrepräsentationen während der Softwareentwicklung konsistent halten. Bei der Entwicklung komplexer informationstechnischer Systeme ist es üblich, mehrere Programmiersprachen und Modellierungssprachen zu nutzen. Dabei werden Teile des Systems mit unterschiedlichen Sprachen konstruiert und dargestellt, um verschiedene Entwurfs- und Entwicklungstätigkeiten zu unterstützen. Die übergreifende Struktur eines Systems wird beispielsweise oft mit Hilfe einer Architekturbeschreibungssprache dargestellt. Für die Spezifikation des detaillierten Verhaltens einzelner Systemteile ist hingegen eine zustandsbasierte Modellierungssprache oder eine Allzweckprogrammiersprache geeigneter. Da die Systemteile und Entwicklungstätigkeiten in Beziehung zueinander stehen, enthalten diese Repräsentationen oftmals auch redundante Informationen. Solche partiell redundanten Repräsentationen werden meist nicht statisch genutzt, sondern evolvieren während der Systementwicklung, was zu Inkonsistenzen und damit zu fehlerhaften Entwürfen und Implementierungen führen kann. Daher sind konsistente Systemrepräsentationen entscheidend für die Entwicklung solcher Systeme. Es gibt verschiedene Ansätze, die konsistente Systemrepräsentationen dadurch erreichen, dass Inkonsistenzen vermieden werden. So ist es beispielsweise möglich, eine zentrale, redundanzfreie Repräsentation zu erstellen, welche alle Informationen enthält, um alle anderen Repräsentationen daraus projizieren zu können. Es ist jedoch nicht immer praktikabel solch eine redundanzfreie Repräsentation und editierbare Projektionen zu erstellen, insbesondere wenn existierende Sprachen und Editoren unterstützt werden müssen. Eine weitere Möglichkeit zur Umgehung von Inkonsistenzen besteht darin Änderungen einzelner Informationen nur an einer eindeutigen Quellrepräsentation zuzulassen, sodass alle anderen Repräsentationen diese Information nur lesen können. Dadurch können solche Informationen in allen lesend zugreifenden Repräsentationen immer überschrieben werden, jedoch müssen dazu alle editierbaren Repräsentationsbereiche komplett voneinander getrennt werden. Falls inkonsistente Repräsentationen während der Systementwicklung nicht völlig vermieden werden können, müssen Entwickler oder Werkzeuge aktiv die Konsistenz erhalten, wenn Repräsentationen modifiziert werden. Die manuelle Konsistenthaltung ist jedoch eine zeitaufwändige und fehleranfällige Tätigkeit. Daher werden in Forschungseinrichtungen und in der Industrie Konsistenthaltungswerkzeuge entwickelt, die teilautomatisiert Modelle während der Systementwicklung aktualisieren. Solche speziellen Software-Entwicklungswerkzeuge können mit Allzweckprogrammiersprachen und mit dedizierten Konsistenthaltungssprachen entwickelt werden. In dieser Dissertation haben wir vier bedeutende Herausforderungen identifiziert, die momentan nur unzureichend von Sprachen zur Entwicklung von Konsistenthaltungswerkzeugen adressiert werden. Erstens kombinieren diese Sprachen spezifische Unterstützung zur Konsistenthaltung nicht mit der Ausdrucksmächtigkeit und Flexibilität etablierter Allzweckprogrammiersprachen. Daher sind Entwickler entweder auf ausgewiesene Anwendungsfälle beschränkt, oder sie müssen wiederholt Lösungen für generische Konsistenthaltungsprobleme entwickeln. Zweitens unterstützen diese Sprachen entweder lösungs- oder problemorientierte Programmierparadigmen, sodass Entwickler gezwungen sind, Erhaltungsinstruktionen auch in Fällen anzugeben, in denen Konsistenzdeklarationen ausreichend wären. Drittens abstrahieren diese Sprachen nicht von genügend Konsistenthaltungsdetails, wodurch Entwickler explizit beispielsweise Erhaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Übereinstimmungsprobleme berücksichtigen müssen. Viertens führen diese Sprachen zu Erhaltungsverhalten, das oft vom konkreten Anwendungsfall losgelöst zu sein scheint, wenn Interpreter und Übersetzer Code ausführen oder erzeugen, der zur Realisierung einer spezifischen Konsistenzspezifikation nicht benötigt wird. Um diese Probleme aktueller Ansätze zu adressieren, leistet diese Dissertation die folgenden Beiträge: Erstens stellen wir eine Sammlung und Klassifizierung von Herausforderungen der Konsistenthaltung vor. Dabei diskutieren wir beispielsweise, welche Herausforderungen nicht bereits adressiert werden sollten, wenn Konsistenz spezifiziert wird, sondern erst wenn sie durchgesetzt wird. Zweitens führen wir einen Ansatz zur Erhaltung von Konsistenz gemäß abstrakter Spezifikationen ein und formalisieren ihn mengentheoretisch. Diese Formalisierung ist unabhängig davon wie Konsistenzdurchsetzungen letztendlich realisiert werden. Mit dem vorgestellten Ansatz wird Konsistenz immer anhand von beobachteten Editieroperationen bewahrt, um bekannte Probleme zur Berechnung von Übereinstimmungen und Differenzen zu vermeiden. Schließlich stellen wir drei neue Sprachen zur Entwicklung von Werkzeugen vor, die den vorgestellten, spezifikationsgeleiteten Ansatz verfolgen und welche wir im Folgenden kurz erläutern. Wir präsentieren eine imperative Sprache, die verwendet werden kann, um präzise zu spezifizieren, wie Modelle in Reaktion auf spezifische Änderungen aktualisiert werden müssen, um Konsistenz in eine Richtung zu erhalten. Diese Reaktionssprache stellt Lösungen für häufige Probleme bereit, wie beispielsweise die Identifizierung und das Abrufen geänderter oder korrespondierender Modellelemente. Außerdem erreicht sie eine uneingeschränkte Ausdrucksmächtigkeit, indem sie Entwicklern ermöglicht, auf eine Allzweckprogrammiersprache zurückzugreifen. Eine zweite, bidirektionale Sprache für abstrakte Abbildungen kann für Fälle verwendet werden, in denen verschiedene Änderungsoperationen nicht unterschieden werden müssen und außerdem die Erhaltungsrichtung nicht immer eine Rolle spielt. Mit dieser Abbildungssprache können Entwickler Bedingungen deklarieren, die ausdrücken, wann Modellelemente als konsistent zueinander angesehen werden sollen, ohne sich um Details der Überprüfung oder Durchsetzung von Konsistenz bemühen zu müssen. Dazu leitet der Übersetzer automatisch Durchsetzungscode aus Überprüfungen ab und bidirektionalisiert Bedingungen, die für eine Richtung der Konsistenthaltung spezifiziert wurden. Diese Bidirektionalisierung basiert auf einer erweiterbaren Menge von komponierbaren, operatorspezifischen Invertierern, die verbreitete Round-trip-Anforderungen erfüllen. Infolgedessen können Entwickler häufig vorkommende Konsistenzanforderungen konzise ausdrücken und müssen keinen Quelltext für verschiedene Konsistenthaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Eigenschaften von Modellelementen wiederholen. Eine dritte, normative Sprache kann verwendet werden, um die vorherigen Sprachen mit parametrisierbaren Konsistenzinvarianten zu ergänzen. Diese Invariantensprache übernimmt Operatoren und Iteratoren für Elementsammlungen von der Object Constraint Language (OCL). Außerdem nimmt sie Entwicklern das Schreiben von Quelltext zur Suche nach invariantenverletzenden Elementen ab, da Abfragen, welche diese Aufgaben übernehmen, automatisch anhand von Invariantenparametern abgeleitet werden. Die drei Sprachen können in Kombination und einzeln verwendet werden. Sie ermöglichen es Entwicklern, Konsistenz unter Verwendung verschiedener Programmierparadigmen und Sprachabstraktionen zu spezifizieren. Wir stellen auch prototypische Übersetzer und Editoren für die drei Konsistenzspezifikationssprachen vor, welche auf dem Vitruvius-Rahmenwerk für Multi-Sichten-Modellierung basieren. Mit diesem Rahmenwerk werden Änderungen in textuellen und graphischen Editoren automatisch beobachtet, um Reaktionen auszulösen, Abbildungen durchzusetzen und Invarianten zu überprüfen. Dies geschieht indem der von unseren Übersetzern erzeugte Java-Code ausgeführt wird. Außerdem haben wir für alle Sprachen, die in dieser Dissertation vorgestellt werden, folgende theoretischen und praktischen Eigenschaften evaluiert: Vollständigkeit, Korrektheit, Anwendbarkeit, und Nutzen. So zeigen wir, dass die Sprachen ihre vorgesehenen Einsatzbereiche vollständig abdecken und analysieren ihre Berechnungsvollständigkeit. Außerdem diskutieren wir die Korrektheit jeder einzelnen Sprache sowie die Korrektheit einzelner Sprachmerkmale. Die operatorspezifischen Invertierer, die wir zur Bidirektionalisierung von Abbildungsbedingungen entwickelt haben, erfüllen beispielsweise immer das neu eingeführte Konzept bestmöglich erzogener Round-trips. Dieses basiert auf dem bewährten Konzept wohlerzogener Transformationen und garantiert, dass übliche Round-trip-Gesetze erfüllt werden, wann immer dies möglich ist. Wir veranschaulichen die praktische Anwendbarkeit mit Fallstudien, in denen Konsistenz erfolgreich mit Hilfe von Werkzeugen erhalten wurde, die in den von uns vorgestellten Sprachen geschrieben wurden. Zum Schluss diskutieren wir den potenziellen Nutzen unserer Sprachen und vergleichen beispielsweise Konsistenthaltungswerkzeuge die in zwei Fallstudien realisiert wurden. Die Werkzeuge, die mit der Reaktionssprache entwickelt wurden, benötigen zwischen 33% und 71% weniger Zeilen Quelltext als funktional gleichwertige Werkzeuge, die mit in Java oder dem Java-Dialekt Xtend entwickelt wurden