Extension polymorphism

Any system that models a real world application has to evolve to be consistent with its changing domain. Dealing with evolution in an effective manner is particularly important for those systems that may store large amounts of data such as databases and persistent languages. In persistent programming systems, one of the important issues in dealing with evolution is the specification of code that will continue to work in a type safe way despite changes to type definitions. Polymorphism is one mechanism which allows code to work over many types. Inclusion polymorphism is often said to be a model of type evolution. However, observing type changes in persistent systems has shown that types most commonly exhibit additive evolution. Even though inclusion captures this pattern in the case of record types, it does not always do so for other type constructors. The confusion of subtyping, inheritance and evolution often leads to unsound or at best, dynamically typed systems. Existing solutions to this problem do not completely address the requirements of type evolution in persistent systems. The aim of this thesis is to develop a form of polymorphism that is suitable for modelling additive evolution in persistent systems. The proposed strategy is to study patterns of evolution for the most generally used type constructors in persistent languages and to define a new relation, called extension, which models these patterns. This relation is defined independent of any existing relations used for dealing with evolution. A programming language mechanism is then devised to provide polymorphism over this relation. The polymorphism thus defined is called extension polymorphism. This thesis presents work involving the design and definition of extension polymorphism and an implementation of a type checker for this polymorphism. A proof of soundness for a type system which supports extension polymorphism is also presented

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

A roadmap to ontology specification languages

The interchange of ontologies across the World Wide Web (WWW) and the cooperation among heterogeneous agents placed on it is the main reason for the development of a new set of ontology specification languages, based on new web standards such as XML or RDF. These languages (SHOE, XOL, RDF, OIL, etc) aim to represent the knowledge contained in an ontology in a simple and human-readable way, as well as allow for the interchange of ontologies across the web. In this paper, we establish a common framework to compare the expressiveness and reasoning capabilities of "traditional" ontology languages (Ontolingua, OKBC, OCML, FLogic, LOOM) and "web-based" ontology languages, and conclude with the results of applying this framework to the selected languages

Polymorphic Data Modeling

There are currently no data modeling standards for modeling NoSQL document store databases. This work proposes a standard to fill the void. The proposed standard is based on our new data modeling pattern named The Polymorphic Table Pattern. The pattern embraces the “schemaless” nature of document store NoSQL while allowing the data modeler to use his or her existing skillsets. The concepts of our proposed modeling have been demonstrated against MongoDB

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

Adaptive object management for distributed systems

This thesis describes an architecture supporting the management of pluggable software components and evaluates it against the requirement for an enterprise integration platform for the manufacturing and petrochemical industries. In a distributed environment, we need mechanisms to manage objects and their interactions. At the least, we must be able to create objects in different processes on different nodes; we must be able to link them together so that they can pass messages to each other across the network; and we must deliver their messages in a timely and reliable manner. Object based environments which support these services already exist, for example ANSAware(ANSA, 1989), DEC's Objectbroker(ACA,1992), Iona's Orbix(Orbix,1994)Yet such environments provide limited support for composing applications from pluggable components. Pluggability is the ability to install and configure a component into an environment dynamically when the component is used, without specifying static dependencies between components when they are produced. Pluggability is supported to a degree by dynamic binding. Components may be programmed to import references to other components and to explore their interfaces at runtime, without using static type dependencies. Yet thus overloads the component with the responsibility to explore bindings. What is still generally missing is an efficient general-purpose binding model for managing bindings between independently produced components. In addition, existing environments provide no clear strategy for dealing with fine grained objects. The overhead of runtime binding and remote messaging will severely reduce performance where there are a lot of objects with complex patterns of interaction. We need an adaptive approach to managing configurations of pluggable components according to the needs and constraints of the environment. Management is made difficult by embedding bindings in component implementations and by relying on strong typing as the only means of verifying and validating bindings. To solve these problems we have built a set of configuration tools on top of an existing distributed support environment. Specification tools facilitate the construction of independent pluggable components. Visual composition tools facilitate the configuration of components into applications and the verification of composite behaviours. A configuration model is constructed which maintains the environmental state. Adaptive management is made possible by changing the management policy according to this state. Such policy changes affect the location of objects, their bindings, and the choice of messaging system

Generating a Catalog of Unanticipated Schemas in Class Hierarchies using Formal Concept Analysis

International audienceContext: Inheritance is the cornerstone of object-oriented development, supporting conceptual modeling, subtype polymorphism and software reuse. But inheritance can be used in subtle ways that make complex systems hard to understand and extend, due to the presence of implicit dependencies in the inheritance hierarchy. Objective: Although these dependencies often specify well-known schemas (i.e., recurrent design or coding patterns, such as hook and template methods), new unanticipated dependency schemas arise in practice, and can consequently be hard to recognize and detect. Thus, a developer making changes or extensions to an object-oriented system needs to understand these implicit contracts defined by the dependencies between a class and its subclasses, or risk that seemingly innocuous changes break them. Method: To tackle this problem, we have developed an approach based on Formal Concept Analysis. Our FoCARE methodology (Formal Concept Analysis based-Reverse Engineering) identifies undocumented hi- erarchical dependencies in a hierarchy by taking into account the existing structure and behavior of classes and subclasses. Results: We validate our approach by applying it to a large and non-trivial case study, yielding a catalog of Hierarchy Schemas, each one composed of a set of dependencies over methods and attributes in a class hierarchy. We show how the discovered dependency schemas can be used not only to identify good design practices, but also to expose bad smells in design, thereby helping developers in initial reengineering phases to develop a first mental model of a system. Although some of the identified schemas are already documented in existing literature, with our approach based on Formal Concept Analysis (FCA), we are also able to identify previously unidentified schemas

Improving variability of applications using adaptive object-models

Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 201