Semantics for an algebraic specification language

Abstract

Prosoft é um grupo de pesquisa do Instituto de Informática da UFRGS, desenvolvido pelo grupo de pesquisa homônimo e coordenado pelo Professor Daltro José Nunes. O objetivo do projeto é desenvolver um ambiente de desenvolvimento de software completo, o Ambiente Prosoft, que é baseado nos conceitos de Modelos, Cálculo Lambda, Tipos Abstratos de Dados e Orientação a Objetos. Um dos componentes do Ambiente Prosoft é sua linguagem de especificação algébrica: o Prosoft Algébrico. Apesar de ser base e tema de diversos trabalhos no grupo de pesquisa Prosoft, o Prosoft Algébrico não tem sua semântica devidamente definida. Os trabalhos desenvolvidos até agora foram baseados em noções operacionais, e apresentam diferentes interpretações do Prosoft Algébrico. Esta dissertação apresenta uma especificação de semântica denotacional para o Prosoft Algébrico, compreendendo, entre outras características, sua primitiva de comunicação entre tipos de dados, chamada ICS, e sua notação gráfica para representação de instanciação de tipos abstratos de dados. Essa dissertação apresenta também um estudo sobre prototipação semântica usando a linguagem de programação Haskell. O conceito de Literate Programming e a proximidade entre Cálculo Lambda e Haskell foram cruciais no rápido desenvolvimento de uma implementação protótipo do Prosoft Algébrico, baseada na sua semântica especificada. As principais contribuições dessa dissertação incluem: uma interpretação precisa e sem ambiguidades do Prosoft Algébrico, através da especificação da sua semântica; a definição de semântica para a ICS, um conceito único (até o limite do nosso conhecimento) que fornece um mecanismo de passagem de mensagens entre tipos de dados algébricos; uma implementação protótipo do Prosoft Algébrico, que pode realmente ser utilizada para experimentar e testar a definição da linguagem e a especificação da semântica do Prosoft Algébrico; resultados sobre prototipação semântica de especificações tanto de semântica denotacional quanto de semântica operacional usando a linguagem de programação Haskell para desenvolvimento rápido de protótipos de linguagens baseados na sua semântica. Como grande parte do desenvolvimento do Ambiente Prosoft é realizado através de projetos de cooperação internacional e essa dissertação irá influenciar fortemente o seu desenvolvimento futuro, o texto foi escrito em inglês para facilitar a troca de informação entre o grupo Prosoft e seus parceiros estrangeiros.

Prosoft is a research project at Instituto de Informática da UFRGS, developed by the research group with the same name and coordinated by Professor Daltro José Nunes. The project’s goal is to develop a full software development environment, the Prosoft Environment, based on the concepts of Models, Lambda Calculus, Abstract Data Types and Object orientation. One of the components of the Prosoft Environment is its algebraic specification language: Algebraic Prosoft. Although being the basis and theme of several works in the Prosoft research group, Algebraic Prosoft doesn’t have its semantics properly defined. Works done up to now were based on operational notions and presented different interpretations of Algebraic Prosoft. This thesis presents a denotational semantics specification for Algebraic Prosoft, comprising, among other features, its “inter-data type” communication primitive, called ICS, and its graphical notation for representing instantiations of abstract data types. This thesis also presents a study of semantic prototyping using the Haskell programming language. The concept of Literate Programing and the proximity between lambda calculus and Haskell were crucial to the rapid development of a prototype implementation of Algebraic Prosoft, based on its specified semantics. This thesis’ main contributions include: a precise and unambiguous interpretation of Algebraic Prosoft, through a semantics specification; the definition of semantics to the ICS, a unique (to the best of our knowledge) concept that provides a messagepassing mechanism between algebraic data types; a prototype implementation of Algebraic Prosoft, which can actually be used to experiment and test the Algebraic Prosoft language definition and semantics specification; results regarding semantics prototyping of both denotational and operational semantics specifications using the Haskell programming language for rapid development of semantics-based prototypes of languages. Since a large portion of Prosoft Environment’s development is done through international cooperation projects and this thesis will strongly influence its future development, the text was written in English in order to facilitate the information exchange between the Prosoft research group and its foreign partners.