Alan Borning, Robert Hirschfeld, Tim Felgentreff

Babelsberg

specifying and solving constraints on object behavior



ISBN: 978-3-86956-265-0
53 Seiten
Erscheinungsjahr 2014

Reihe: Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam , 81

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Constraints – Beschränkungen und Abhängigkeiten zwischen Systemteilen – erlauben es Entwicklern, erwünschte Eigenschaften von Systemen zu spezifizieren, sodass diese automatisch sichergestellt werden. Das führt zu kompaktem, deklarativem Quelltext, und vermeidet verstreute Anweisungen, die wiederholt Invarianten prüfen und wiederherstellen müssen. Trotz dieser Vorteile ist Programmieren mit Constraints nicht verbreitet, sondern imperatives Programmieren die Norm. Es gibt eine lange Forschungsgeschichte zur Integration von Constraints mit imperativem Programmieren. Jedoch vereinheitlicht diese Integration nicht die Programmierkonstrukte zur Abstraktion und Kapselung beider Paradigmen. Das verhindert die Wiederverwendung von Modulen, da Quelltext, der in einem Paradigma geschrieben wurde, nur Module verwenden kann, die so geschrieben sind, dass sie dieses Paradigma unterstützen. Module benötigen daher redundante Definitionen, wenn sie in beiden Paradigmen zur Verfügung stehen sollen. Wir präsentieren hier eine Sprache – Babelsberg – welche die Konstrukte zur Abstraktion und Kapselung vereinheitlicht, indem sie bekannte objektorientierte Methodendefinitionen sowohl für deklarativen, als auch für imperativen Code verwendet. Unser Prototyp –Babelsberg/R – ist eine Erweiterung von Ruby, und unterstützt Rubys objektorientierte Semantik. Dieser erlaubt es Programmieren, Constraints schrittweise zu existierenden Ruby Programmen hinzuzufügen, indem diese auf den Ergebnissen von Methodenaufrufen deklariert werden. Der Prototyp ist auf Basis einer virtuellen Maschine für Ruby implementiert, wobei die Ausführungsgeschwindigkeit von objektorienterten Programmteilen ohne Constraints nur minimal – typischerweise weniger als 10% – beeinträchtigt wird. Weiterhin erlaubt es unsere Architektur, je nach Anwendungsfall, mehrere Lösungsalgorithmen für Constraints zu verwenden. Wir argumentieren, dass unser Ansatz einen nützlichen Schritt darstellt, um Programmieren mit Constraints zu einem allgemeinen Werkzeug für objektorientierte Programmierer zu machen. Wir zeigen Beispielanwendungen, die unserer Ruby-basierten Implementierung geschrieben sind, welche Constraints in einer Reihe von Anwendungen verwenden: Für interaktive Grafik, Schaltkreissimulation, Datenströme mit sowohl harten, als auch weichen Constraints bezüglich ihrer Geschwindigkeit, und Konfigurationsverwaltung.

Constraints – Beschränkungen und Abhängigkeiten zwischen Systemteilen – erlauben es Entwicklern, erwünschte Eigenschaften von Systemen zu spezifizieren, sodass diese automatisch sichergestellt werden. Das führt zu kompaktem, deklarativem Quelltext, und vermeidet verstreute Anweisungen, die wiederholt Invarianten prüfen und wiederherstellen müssen. Trotz dieser Vorteile ist Programmieren mit Constraints nicht verbreitet, sondern imperatives Programmieren die Norm. Es gibt eine lange Forschungsgeschichte zur Integration von Constraints mit imperativem Programmieren. Jedoch vereinheitlicht diese Integration nicht die Programmierkonstrukte zur Abstraktion und Kapselung beider Paradigmen. Das verhindert die Wiederverwendung von Modulen, da Quelltext, der in einem Paradigma geschrieben wurde, nur Module verwenden kann, die so geschrieben sind, dass sie dieses Paradigma unterstützen. Module benötigen daher redundante Definitionen, wenn sie in beiden Paradigmen zur Verfügung stehen sollen. Wir präsentieren hier eine Sprache – Babelsberg – welche die Konstrukte zur Abstraktion und Kapselung vereinheitlicht, indem sie bekannte objektorientierte Methodendefinitionen sowohl für deklarativen, als auch für imperativen Code verwendet. Unser Prototyp –Babelsberg/R – ist eine Erweiterung von Ruby, und unterstützt Rubys objektorientierte Semantik. Dieser erlaubt es Programmieren, Constraints schrittweise zu existierenden Ruby Programmen hinzuzufügen, indem diese auf den Ergebnissen von Methodenaufrufen deklariert werden. Der Prototyp ist auf Basis einer virtuellen Maschine für Ruby implementiert, wobei die Ausführungsgeschwindigkeit von objektorienterten Programmteilen ohne Constraints nur minimal – typischerweise weniger als 10% – beeinträchtigt wird. Weiterhin erlaubt es unsere Architektur, je nach Anwendungsfall, mehrere Lösungsalgorithmen für Constraints zu verwenden. Wir argumentieren, dass unser Ansatz einen nützlichen Schritt darstellt, um Programmieren mit Constraints zu einem allgemeinen Werkzeug für objektorientierte Programmierer zu machen. Wir zeigen Beispielanwendungen, die unserer Ruby-basierten Implementierung geschrieben sind, welche Constraints in einer Reihe von Anwendungen verwenden: Für interaktive Grafik, Schaltkreissimulation, Datenströme mit sowohl harten, als auch weichen Constraints bezüglich ihrer Geschwindigkeit, und Konfigurationsverwaltung.