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

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

On Solving Solved Problems

Some problems are considered solved by the research community. But are they really and does that mean we should stop investigating them? In this essay, I argue that "solved" problems often only appear solved on the surface, while fundamental open research problems lurk below the surface. It requires dedicated researchers to discover those open problems by applying the existing solutions and putting them to the test

CPL: A Core Language for Cloud Computing -- Technical Report

Running distributed applications in the cloud involves deployment. That is, distribution and configuration of application services and middleware infrastructure. The considerable complexity of these tasks resulted in the emergence of declarative JSON-based domain-specific deployment languages to develop deployment programs. However, existing deployment programs unsafely compose artifacts written in different languages, leading to bugs that are hard to detect before run time. Furthermore, deployment languages do not provide extension points for custom implementations of existing cloud services such as application-specific load balancing policies. To address these shortcomings, we propose CPL (Cloud Platform Language), a statically-typed core language for programming both distributed applications as well as their deployment on a cloud platform. In CPL, application services and deployment programs interact through statically typed, extensible interfaces, and an application can trigger further deployment at run time. We provide a formal semantics of CPL and demonstrate that it enables type-safe, composable and extensible libraries of service combinators, such as load balancing and fault tolerance.Comment: Technical report accompanying the MODULARITY '16 submissio

Measuring quality of grammars for procedural level generation

Grammar-based procedural level generation raises the productivity of level designers for games such as dungeon crawl and platform games. However, the improved productivity comes at cost of level quality assurance. Authoring, improving and maintaining grammars is difficult because it is hard to predict how each grammar rule impacts the overall level quality, and tool support is lacking. We propose a novel metric called Metric of Added Detail (MAD) that indicates if a rule adds or removes detail with respect to its phase in the transformation pipeline, and Specification Analysis Reporting (SAnR) for expressing level properties and analyzing how qualities evolve in level generation histories. We demonstrate MAD and SAnR using a prototype of a level generator called Ludoscope Lite. Our preliminary results show that problematic rules tend to break SAnR properties and that MAD intuitively raises flags. MAD and SAnR augment existing approaches, and can ultimately help designers make better levels and level generators

Incrementalizing Lattice-Based Program Analyses in Datalog

Program analyses detect errors in code, but when code changes frequently as in an IDE, repeated re-analysis from-scratch is unnecessary: It leads to poor performance unless we give up on precision and recall. Incremental program analysis promises to deliver fast feedback without giving up on precision or recall by deriving a new analysis result from the previous one. However, Datalog and other existing frameworks for incremental program analysis are limited in expressive power: They only support the powerset lattice as representation of analysis results, whereas many practically relevant analyses require custom lattices and aggregation over lattice values. To this end, we present a novel algorithm called DRedL that supports incremental maintenance of recursive lattice-value aggregation in Datalog. The key insight of DRedL is to dynamically recognize increasing replacements of old lattice values by new ones, which allows us to avoid the expensive deletion of the old value. We integrate DRedL into the analysis framework IncA and use IncA to realize incremental implementations of strong-update points-to analysis and string analysis for Java. As our performance evaluation demonstrates, both analyses react to code changes within milliseconds

Modular Abstract Definitional Interpreters for WebAssembly

Even though static analyses can improve performance and secure programs against vulnerabilities, no static whole-program analyses exist for WebAssembly (Wasm) to date. Part of the reason is that Wasm has many complex language concerns, and it is not obvious how to adopt existing analysis frameworks for these features. This paper explores how abstract definitional interpretation can be used to develop sophisticated analyses for Wasm and other complex languages efficiently. In particular, we show that the semantics of Wasm can be decomposed into 19 language-independent components that abstract different aspects of Wasm. We have written a highly configurable definitional interpreter for full Wasm 1.0 in 1628 LOC against these components. Analysis developers can instantiate this interpreter with different value and effect abstractions to obtain abstract definitional interpreters that compute inter-procedural control and data-flow information. This way, we develop the first whole-program dead code, constant propagation, and taint analyses for Wasm, each in less than 210 LOC. We evaluate our analyses on 1458 Wasm binaries collected by others in the wild. Our implementation is based on a novel framework for definitional abstract interpretation in Scala that eliminates scalability issues of prior work