Este documento presenta una tesis doctoral sobre un enfoque dirigido por modelos para el desarrollo de herramientas de soporte para lenguajes de programación (grammarware) llamado MetaCET. El objetivo principal es desarrollar una metodología que permita obtener automáticamente diferentes herramientas para un lenguaje mediante la modelización de su sintaxis abstracta y la aplicación de transformaciones. El documento introduce el tema, revisa el estado del arte, y describe la propuesta MetaCET, la cual se basa en modelar la sintaxis abstract

1. Grammarware Engineering: un
enfoque dirigido por modelos
basado en separación de
conceptos
- Tesis Doctoral Director: Abraham Duarte Muñoz
Doctorando: Francisco Gortázar Bellas

2. Grammarware Engineering: un
enfoque dirigido por modelos
basado en separación de
conceptos
- Tesis Doctoral Director
Abraham Duarte Muñoz
Doctorando
Francisco Gortázar Bellas
Departamento de Ciencias de la
Computación
Escuela Superior de Ciencias
Experimentales y Tecnología

3. Grammarware Engineering

Introducción
•
•
•





Motivación
Hipótesis
Objetivos
Estado del Arte
MetaCET
Validación: generación de un parser
Implementación
Conclusiones, aportaciones y trabajo futuro
Francisco Gortázar Bellas
3

4. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

Lenguajes de computadora
•
•
•
Diferentes propósitos
Diferentes objetivos
Comunicación
Francisco Gortázar Bellas
4

5. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Documento

6. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Documento

7. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Documento

8. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Documento

9. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Documento
Entorno de
Desarrollo

10. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

Desarrollo de lenguajes de computadora
•
•
•
Definición del lenguaje y construcción de las
herramientas (grammarware) necesarias para su
utilización
Grammarware: software que necesita conocimiento de
la descripción estructural del lenguaje para llevar a
cabo las tareas para las que fue diseñado
Grammarware Engineering [Klint et al., 2005]
• “Desarrollo y mantenimiento de grammarware
fomentando las buenas prácticas, las herramientas de
soporte y los métodos rigurosos.”
Francisco Gortázar Bellas
10

11. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

Creciente interés motivado por diferentes fuerzas
•
•

Lenguajes específicos del dominio (DSLs – Domain
Specific Languages)
Apertura arquitectónica de los IDEs (Integrated
Development Environments)
Comunidades interesadas
•
•
•
Metodologías ágiles
Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE – Model Driven
Engineering)
Desarrolladores de IDEs
Francisco Gortázar Bellas
11

12. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

El desarrollo de lenguajes es costoso
•
•
El diseño requiere un esfuerzo considerable
La implementación de herramientas requiere un
esfuerzo aún mayor: considérense las herramientas
mínimas necesarias para que un desarrollador se
sienta “cómodo” utilizando el lenguaje
• Editores
• Refactorizadores
• Asistencia según se escribe
Francisco Gortázar Bellas
12

13. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

Algunos ejemplos...
•
•

La incorporación de un nuevo lenguaje en Eclipse se
realiza en numerosas ocasiones copiando y pegando
el código fuente del soporte para Java y adaptándolo
al lenguaje objetivo [Ho et al., 2004]
La adaptación del soporte para Java en Eclipse a las
especificaciones de Java 5 llevó un año y medio de
trabajo [Solmi, 2005]
La causa del problema es la falta de una
metodología adecuada [Klint et al., 2005]
•
El desarrollo de lenguajes es una tarea realizada
principalmente ad-hoc para cada lenguaje
Francisco Gortázar Bellas
13

14. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

La naturaleza de los lenguajes de computadora es
muy diversa, pero comparten ciertas características
•
•
•
Presentan unos conceptos y una estructura (sintaxis
abstracta del lenguaje)
Representación de dichos conceptos (sintaxis
concreta del lenguaje)
Dichos conceptos tienen unos significados (semántica
del lenguaje)
Francisco Gortázar Bellas
14

15. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Motivación

La propuesta, denominada MetaCET, se centra en:
•
•
Sintaxis abstracta del lenguaje
Sintaxis concreta del lenguaje
• Lenguajes textuales
Francisco Gortázar Bellas
15

16. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Hipótesis

La hipótesis fundamental de esta tesis doctoral se
puede enunciar del siguiente modo:
•
Es posible alcanzar los objetivos de Grammarware
Engineering a través de una separación de conceptos
clara llevada a la práctica mediante la Ingeniería
Dirigida por Modelos
Francisco Gortázar Bellas
16

17. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Objetivos

A partir de las hipótesis se plantea como objetivo
fundamental
•
Desarrollar una metodología para Grammarware
Engineering basada en el modelado de lenguajes a
través de su sintaxis abstracta que permita la
aplicación de la Ingeniería Dirigida por Modelos para
obtener automáticamente diferentes herramientas de
soporte para dichos lenguajes
Francisco Gortázar Bellas
17

18. Grammarware Engineering


Introducción
Estado del Arte
•
•
•




Grammarware Engineering
Ingeniería Dirigida por Modelos
Enfoques MDE para Grammarware Eng.
MetaCET
Validación: generación de un parser
Implementación
Conclusiones, aportaciones y trabajo futuro
Francisco Gortázar Bellas
18

19. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering

Gramáticas independientes del contexto
•
Una gramática independiente del contexto puede
definirse mediante una 4-tupla
G = (Vt , Vn , P, S )
• V es el conjunto de símbolos terminales
• V es el conjunto de símbolos no terminales
• P es un conjunto finito de reglas de producción
• S es el símbolo inicial
t
n
Vt ∩ Vn = φ
Francisco Gortázar Bellas
19

20. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering

Gramáticas independientes del contexto
•
Las reglas de producción P tienen la siguiente forma
N → w | N ∈ Vn , w ∈ Σ*
•
Σ = Vn ∪ Vt
∑∗
representa una cadena de terminales y no
terminales
Francisco Gortázar Bellas
20

21. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering

Analizadores sintácticos o parsers
•
•
Determinan si una cadena pertenece al lenguaje
Dos familias de técnicas de análisis sintáctico
• Ascendentes: parten de la cadena y van realizando
•
•

sustituciones hasta llegar al símbolo inicial
Descendentes: parten del símbolo inicial y tratan de
obtener la cadena mediante sustituciones
Las sustituciones se realizan utilizando las
producciones
Estas técnicas son limitadas
•
•
No soportan todos los tipos de GICs
Cada generador de analizadores implementa
exclusivamente una de estas técnicas
Francisco Gortázar Bellas
21

22. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering

Principios de GE
•
•
•
•
•
•
Gramáticas neutrales: independencia de técnicas de
análisis y generadores de analizadores
Transformaciones para diferentes casos de uso
Separación de conceptos
Evolución del grammarware
Ingeniería inversa del grammarware
Calidad del grammarware: establecimiento de
métricas adecuadas para medir la calidad
Francisco Gortázar Bellas
22

23. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Ingeniería Dirigida por Modelos

MDE pretende solucionar los problemas que tienen
los lenguajes de tercera generación para afrontar la
complejidad de las plataformas y expresar
conceptos del dominio de manera efectiva [Douglas
C. Schmidt, 2006]
•
•
Utilización de lenguajes de modelado específico del
dominio
Motores de transformación de modelos y generación
de código
Francisco Gortázar Bellas
23

24. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Ingeniería Dirigida por Modelos


MDE considera los modelos como una entidad de
primer orden en el proceso de desarrollo
Modelo ([Bézivin y Gerbé, 2001])
•

Un modelo es una representación de un sistema que
se construye con un objetivo concreto. En este
sentido, el modelo debe ser capaz de proporcionar
respuestas sin tener que construir el sistema real
Plataforma
•
Requisitos específicos del contexto en el que el
sistema tiene que ejecutarse
Francisco Gortázar Bellas
24

25. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Ingeniería Dirigida por Modelos

Tres principios básicos [Jean-Marie Favre, 2004]
•
Representación directa
• Cada aspecto del sistema debe ser modelado con su
propio DSL
•
Automatización
• Obtención de nuevos modelos a través de
transformaciones
•
Estándares (UML, XMI, etc.)
• Interoperabilidad
Francisco Gortázar Bellas
25

26. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Ingeniería Dirigida por Modelos

Dos tipos de modelos
•
•

Modelos independientes de la
plataforma
Modelos dependientes de la
plataforma
Transformaciones
•
Permiten obtener modelos
dependientes de la plataforma a
partir de modelos independientes
Francisco Gortázar Bellas
26

27. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Ingeniería Dirigida por Modelos

Dos tipos de modelos
•
•

Modelos independientes de la
plataforma
Modelos dependientes de la
plataforma
Transformaciones
•
Permiten obtener modelos
dependientes de la plataforma a
partir de modelos independientes
Francisco Gortázar Bellas
27

28. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Enfoques MDE para GE

Características estudiadas
•
•
Utilización de gramáticas neutrales
Separación de conceptos
•
•
Automatización: uso de transformaciones
Utilización de estándares
• Sintaxis abstracta respecto de la gramática
• Gramática respecto de técnicas de análisis
• Técnicas de análisis respecto de generadores
Francisco Gortázar Bellas
28

29. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Enfoques MDE para GE

Resumen de los diferentes enfoques
Francisco Gortázar Bellas
29

30. Grammarware Engineering



Introducción
Estado del Arte
MetaCET
•
•



Sintaxis abstracta
MetaCET
Validación: generación de un parser
Implementación
Conclusiones, aportaciones y trabajo futuro
Francisco Gortázar Bellas
30

31. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Sintaxis abstracta

MDE requiere un cambio en la visión del proceso de
desarrollo
•
•
Modelar el lenguaje
Definir las transformaciones
Francisco Gortázar Bellas
31

32. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

33. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Gramática
Independiente
del Contexto
Definición
del AST
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

34. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

35. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

36. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

37. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Sintaxis abstracta

Nuestra propuesta es basar la definición de
lenguajes en este modelo
•
•
Diseñado en UML
La sintaxis concreta puede añadirse posteriormente al
modelo
Francisco Gortázar Bellas
37

38. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
MetaCET

Propuesta metodológica concreta para
Grammarware Engineering
•

Diseño de lenguajes y desarrollo de herramientas de
soporte para los mismos
Proporciona un marco general para el desarrollo de
lenguajes
•
•
Con mayor capacidad de abstracción que los
enfoques dirigidos por gramáticas
Con flexibilidad suficiente para permitir la
personalización
Francisco Gortázar Bellas
38

39. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
MetaCET

Metodología general
1.
2.
3.
4.
Modelar la sintaxis abstracta del lenguaje con UML
Modelar la sintaxis concreta anotando el modelo de
sintaxis abstracta
Diseñar las transformaciones necesarias para cada
herramienta de soporte
Diseñar el generador de código
Francisco Gortázar Bellas
39

40. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
MetaCET
Francisco Gortázar Bellas
40

41. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
MetaCET



Basado en el modelo de sintaxis abstracta
Independiza la definición del lenguaje de gramáticas
Sintaxis abstracta y sintaxis concreta pueden tener
un uso que no requiera de una gramática
•

Outline, editores estructurales, etc.
Si es necesario la gramática puede generarse
posteriormente de manera automática
Francisco Gortázar Bellas
41

42. Grammarware Engineering
Introducción
 Estado del Arte
 MetaCET
 Validación: generación de un parser

•
•
•
•
Lenguaje de ejemplo
Descripción del perfil Syntax
Separación en niveles de abstracción
Comparativa MetaCET-Enfoque Tradicional
Implementación
 Conclusiones, aportaciones y trabajo futuro

Francisco Gortázar Bellas
42

43. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Validación de MetaCET

Lenguajes
•
•
•

Statechart
Dialecto de SQL
Java
Grammarware generado
•
•
•
Editor
Gramática
Parser
Francisco Gortázar Bellas
43

44. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Editores
Refactorizadores
AST
Buscadores
Parser
Vista #1
Documento
Vista #2

45. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java

46. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java

47. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java

48. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java

49. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser

50. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser

51. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser

52. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

53. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

54. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

55. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

56. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

57. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo de
Sintaxis
Abstracta
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

58. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Modelo
del
Lenguaje
Sintaxis
Concreta
for (Ticket t : tickets)
{
display(t);
}
Ticket.java
Parser
AST

59. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones

Modelo del lenguaje
•
•
•
•
Definición de sintaxis
abstracta y concreta
Independiente de
gramáticas
Independiente de
técnicas de análisis
Independiente de
generadores
Parser

60. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones

Modelo del analizador
•
•
•
Gramática neutral
Independiente de
técnicas de análisis
Independiente de
generadores
Parser

61. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones

Modelo del generador
•
•
•
Analizador sintáctico
Dependiente de una
técnica de análisis
Dependiente de un
generador
Parser

62. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Comparativa
MetaCET-Enfoque Tradicional

Enfoque tradicional
•
•
•
•
•
Gramáticas
dependientes del uso
Dependientes de la
técnica de análisis y
generador
Duplicación de
información
Dificultad para generar
herramientas
Difícil evolución
Francisco Gortázar Bellas
62

63. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Comparativa
MetaCET-Enfoque Tradicional

Enfoque tradicional
•
•
•
•
•
Gramáticas
dependientes del uso
Dependientes de la
técnica de análisis y
generador
Duplicación de
información
Dificultad para generar
herramientas
Difícil evolución

MetaCET
•
•
•
•
•
Estándares
Niveles de abstracción
Formalización de la
definición del lenguaje
Casos de uso
Independencia de
herramientas
Francisco Gortázar Bellas
63

64. Grammarware Engineering

Introducción

Estado del Arte

MetaCET

Validación: generación de un parser

Implementación

Conclusiones, aportaciones y trabajo futuro
Francisco Gortázar Bellas
64

65. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Eclipse

Entorno de desarrollo multi-lenguaje

Arquitectura

Código abierto

Comunidad

Apoyo empresarial
Francisco Gortázar Bellas
65

66. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
66

67. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
67

68. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
68

69. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
69

70. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
70

71. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Grammarware Engineering en Eclipse
Francisco Gortázar Bellas
71

72. Grammarware Engineering

Introducción

Estado del Arte

MetaCET

Validación: generación de un parser

Implementación

Conclusiones, aportaciones y trabajo
futuro
Francisco Gortázar Bellas
72

73. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Conclusiones generales

Aplicación de MDE al desarrollo de lenguajes

Principios de Grammarware Engineering

Definición del lenguaje mediante UML

Metodología general
Francisco Gortázar Bellas
73

74. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Aportaciones principales
1.
Metodología general para el desarrollo de
lenguajes
2.
Modelado de lenguajes en UML a través del perfil
Syntax
3.
Separación de conceptos
Francisco Gortázar Bellas
74

75. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Aportaciones principales
4.
5.
Particularización de la metodología para obtener
un analizador sintáctico
Modelado de gramáticas en UML a través del perfil
Parser
•
•
6.
7.
Gramática neutral
Independiente de técnicas de análisis
Modelado de especificaciones JavaCC y JFlex en
UML a través de los perfiles JFlex y JavaCC
Publicación de resultados
Francisco Gortázar Bellas
75

76. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Trabajo futuro

Ampliación de la gama de herramientas generadas
•
•
•
•

Editores estructurales
Herramientas de búsqueda
Metricadores
Herramientas de análisis
Aumentar la definición del lenguaje con la semántica
estática
•
•
•
Posiblemente con OCL
Enlazar referencias con declaraciones
Comprobación de tipos
Francisco Gortázar Bellas
76

77. Introducción – EA – MetaCET – Validación – Implementación – Conclusiones
Trabajo futuro

Relaciones entre dos modelos de lenguajes
diferentes
•
•
Traducción de programas de un lenguaje a otro
Aprovechar el grammarware existente para un
determinado lenguaje
• Compiladores
• Depuradores
• Máquinas virtuales

Publicación del código
Francisco Gortázar Bellas
77

78. Grammarware Engineering: un
enfoque dirigido por modelos
basado en separación de
conceptos
- Tesis Doctoral Director: Abraham Duarte Muñoz
Doctorando: Francisco Gortázar Bellas

79. Grammarware Engineering: un
enfoque dirigido por modelos
basado en separación de
conceptos
- Tesis Doctoral Director
Abraham Duarte Muñoz
Doctorando
Francisco Gortázar Bellas
Departamento de Ciencias de la
Computación
Escuela Superior de Ciencias
Experimentales y Tecnología