Диссертация (Платформа для создания специализированных визуальных сред разработки программного обеспечения), страница 6

По аналогии с этим в рамкахпредметно-ориентированного моделирования предлагается отказаться от «ручной»доработки кода, генерируемого по визуальным моделям: для проектировщикасуществуют только визуальные модели, и он работает только с ними (см.

рис. 3).Именно отказ от редактирования ассемблерных кодов и привёл к скачку впродуктивности4приРисунок взят из работы [102]переходеотассемблерныхязыковкструктурному29программированию, и идеологами DSM делается упор на то, что именно те же идеиприносят большой прирост производительности при переходе с визуальных языковобщего назначения на предметно-ориентированные.Рисунок 3. Связь моделей и исходного кода5По разным оценкам DSM по сравнению с языками общего назначения даетприрост производительности в 300-1000%.

Так, Nokia опубликовала результатыприменения DSM подхода для разработки мобильных приложений, показывающиедесятикратное увеличение производительности [103, 123]. Применение предментноориентированных языков для разработки ПО в ВВС США дало трехкратный ростпроизводительности[106].Исследования,проводимыекомпаниейLucent,показывают рост производительности и снижение затрат в 3-5 раз для начинающихразработчиков и в 10 и более для опытных [159].Разумеется,созданиеновогоязыкаиполноценнойинструментальнойподдержки для него под каждую конкретную задачу — очень ресурсоёмкая работа,выполнять которую «вручную» для каждой задачи крайне сложно и экономически невыгодно.

Для автоматизации данного процесса используются инструментальные5Рисунок взят из работы [102]30среды, называемые предметно-ориентированными платформами (или, ранее,metaCASE-системами). Обзор функциональности современных DSM-платформпредставлен в главе 2.1.6. МетамоделированиеДляэффективнойреализациипредметно-ориентированнойпарадигмынеобходимо средство, позволяющее быстро и уницифированно проектироватьсемантически богатые языки и инструментальную поддержку для них. Такиммеханизмом является метамоделирование — процесс создания языков на основе ихметамоделей.1.6.1. Структура языкаВ соответствии со стандартом языка MOF [129], метамодель — это модель,которая задает язык моделирования. Эта модель содержит в себе описаниесущественных свойств и возможностей этого языка.

В то время, как состав,назначение и применимость языков могут сильно различаются от одного языка кдругому,основныеихчертыостаютсянеизменными.Структуруязыковтрадиционно представляют следующим образом (см. рис. 4):●абстрактный синтаксис;●конкретный синтаксис;●служебный синтаксис;●семантика;●отображения в другие языки.Абстрактный синтаксис описывает набор элементов, составляющих язык(сущности, описываемые языком, и возможные связи между ними), и то, как этиэлементы будут объединяться вместе для создания моделей (правила, определяющиесинтаксическую корректность моделей). Важным является то, что абстрактный31синтаксис языка не должен зависеть от конкретного синтаксиса и семантики.Назначение абстрактного синтаксиса — в задании структуры языка, набора егосущностей и их свойств, а не того, как эти элементы выглядят или что значат. Языкописания абстрактного синтаксиса принято называть метаязыком.Рисунок 4.

Структура языкаКонкретный синтаксис задает нотацию языка, определяет внешний видэлементов языка и моделей, с их помощью создаваемых. Традиционно графическиеязыки представляются в виде диаграмм, состоящих из набора пиктограмм. Каждыйэлемент языка может иметь несколько различных представлений: например, поразному отображаться на разных диаграммах. Более того, часто для графическихязыков бывает полезно иметь и некое текстовое представление.Служебный синтаксис определяет формат хранения моделей. Например, вслучае, если модели сериализуются с помощью XML-формата, служебныйсинтаксис будет задаваться соответствующей XML-схемой.Семантика дает представление о том, что же значат элементы языка и модели,из них составляемые.

Абстрактный синтаксис дает об этом слишком малоинформации, лишь фиксируя правила синтаксической корректности моделей. Длямногих языков семантика определяется неформально с помощью описаний наестественном языке (русском, английском или любом другом), подкреплённых32примерами использования. И если для языков моделирования (как, например, UML)это вполне приемлемо, то для языков программирования наличие формальнозаданной семантической модели является ключевым фактором исполнимостипрограмм, созданных с помощью данного языка.

Отсутствие формально заданнойсемантики приводит к неоднозначной трактовке моделей на этом языке, что делаетавтоматизированное построение и использование генераторов, интерпретаторов иотладчиков моделей практически невозможным.Отображения (mappings) конструкций языка в другие языки позволяют задатьсвязь этого языка с другими.

Этот механизм может быть использован для созданиягенераторов кода, механизма преобразования моделей (например, для выполнениярефакторингов на уровне моделей), связи элементов между собой в рамках одногоили между различными визуальными языками (например, задание трассировкимежду элементами моделей разных уровней абстракции).Традиционно в литературе метамодель понимается как модель абстрактногосинтаксиса языка, а метамоделирование как процесс создания этой модели. Однакотакже часто метамоделирование понимается как процесс разработки языка в целом,т.е.заданиевсехформальныхспецификаций,достаточныхдлясозданияинструментальных средств для этого языка в рамках предметно-ориентированногомоделирования. Таким образом, метамодель рассматривается как целостныйисточник знаний о языке, содержащий в себе все описанные выше компоненты —синтаксис, семантику и т.д. В данной работе мы понимаем под метамоделью именноописание абстрактного синтаксиса, для описания целостного источника знаний оязыке будем говорить о “метамодели в широком смысле”.1.6.2.

Уровни моделированияМетамодель в широком смысле (модель, описывающая язык моделирования)состоит из ряда формальных описаний, задающих каждый аспект разрабатываемогоязыка. Для создания каждого из этих описаний могут использоваться различные33языки, текстовые или графические.

Например, для задания конкретного синтаксисаможет быть использован специальный графический редактор фигур, или видграфического представления элемента может быть описан в XML файле в формеSVG [141]. Правила трансформаций моделей могут быть заданы визуальнографовыми грамматиками[138], либо в текстовом виде на языке QVT(Query/View/Transformation). При этом каждый из этих языков также может бытьзадан соответствующей моделью.

Это приводит нас к понятию метаметамодели —модели описания языка, который используется для задания других языков. Идеяподобной иерархия была описана более, чем 30 лет назад [107], а также упоминаетсяв стандартах ISO [98] и OMG [129].Рассмотрим описанную иерархию моделей на примере системы, реализующейработу с каталогом фильмов (см. рис. 5). Сама предметная область — каталогфильмов, это первый уровень моделирования. В стандартах OMG этот уровеньназывается нулевым (M0), поскольку никакого моделирования в общепринятомсмысле на этом уровне не происходит — модель в точности совпадает смоделируемой сущностью.Второй уровень — собственно модель, описывающая предметную область.Состоитэтамодельиздиаграмм,которыесоздаетпроектировщикприиспользовании визуальной среды разработки, для моделирования используетсяподходящийдляэтогодиаграммныйязык,общегоназначенияилиспециализированный.

На рис. 5 это диаграмма классов с элементами “Фильм”,“Режиссер”исвязямимеждуними,задающимиотношениямеждусоответствующими сущностями предметной области. В терминологии OMG этотуровень называется M1, уровень модели.Следующий уровень моделей получается, когда мы попытаемся описатьвизуальный язык, используемый на уровне M1. Результатом этого будет метамодель,которая также является моделью на некотором языке (или на нескольких языках,34если рассматривать метамодель в широком смысле).

Для создания этой моделииспользуется метаязык — язык описания других языков. Примером графическогометаязыка является язык MOF [129] или Ecore (используемый в качестве метаязыка впроекте Eclipse Modeling Project и представляющий собой реализацию вариантаEMOF языка MOF). В примере на рис. 5 в метаязык входят элементы “Класс”,“Атрибут” и “Ассоциация”, описывающие элементы языка, используемого на уровнеM1. В терминологии OMG этот уровень называется M2, уровень метамодели.Рисунок 5.

Иерархия уровней моделейНо ведь метаязык — это тоже визуальный язык, и нет никаких препятствий35построить модель, описывающую его. Данная модель будет содержать абстрактныеэлементы типа “Узел” или “Связь” — элементы метаязыка. Подобная модельназывается метаметамодель, а сам уровень в терминологии OMG называется M3.Подобную иерархию можно было бы продолжить, однако несложно заметить, чтовсе последующие уровни будут структурно совпадать с M3, поэтому обычно на этомостанавливаются.1.7. ЗаключениеВ этой главе были описаны основные подходы к разработке программногообеспечения, опирающиеся на диаграммные модели: моделирование данных (модели«сущность-связь», семантические и объектно-ориентированное моделирование),модельно-ориентированная архитектура (MDA) и предметно-ориентированноемоделирование (DSM).

Работа посвящена развитию последнего подхода, которыйпри должной инструментальной поддержке способен как упростить процессмоделирования и повысить продуктивность проектировщиков, так и привлечь кразработкепрофессионаловпредметнойобласти,неимеющихнавыковмоделирования.Рассматриваетсяструктуравизуальногоязыка:синтасис(абстрактный,конкретный и служебный) и семантика, а также уровни моделирования (предметнаяобласть,модель,метамодель,метаметамодель).Предметно-ориентированнаяплатформа в силу своего назначения должна быть способной переключаться какминимум между уровнями модели и метамодели, что накладывает дополнительныесложности при её проектировании и реализации.

Дальнейшее исследованиераскрывает эти вопросы более подробно.36Глава 2. Обзор2.1. ВведениеВ данной главе вводится понятие CASE-инструментария, рассматривается ихназначение, обсуждаются достоинства и недостатки. Приводится состав типовойCASE-среды: описываются входящие в её состав инструменты и их назначение.Подобная классификация необходима, учитывая общее стремление DSM-платформсоздавать инструменты, по возможности функционально не уступающие созданным«вручную».

В обзор также входит анализ ряда наиболее популярных на данныймомент DSM-платформ. В рамках данного исследования не важно, как происходитработа с этими платформами, нас интересует функциональность получаемых на ихосноверешений.ПорезультатаманализаCASE-средиDSM-платформформулируются требования к современной платформе, позволяющей создаватьрешения, которые поддерживают все основные этапы жизненного цикла разработкиПО.2.2. CASE-инструментыОсновноеназначениеинструментов—упрощениеиавтоматизациясовершаемых человеком действий. В области программной инженерии ситуацияровно такая же.