Visuelle Sprachen. Gabriele Taentzer WS 2012/2013 Philipps-Universität Marburg

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1 Visuelle Sprachen Gabriele Taentzer WS 2012/2013 Philipps-Universität Marburg 1

2 Beispiele für visuelle Sprachen Modellierungssprachen: Automaten, Statecharts Entity-Relationship-Diagramme (ER-Diagramme) Klassendiagramme Petrinetze Unified Modeling Language (UML) produce ready to deliver deliver buffer filled remove ready to consume consume Specification and Description Language (SDL) ready to produce buffer empty ready to remove Message Sequence Charts (MSCs) System Modeling Language (SysML) Taentzer Visuelle Sprachen 2

3 Beispiele für visuelle Sprachen visuelle Programmiersprachen Prograph (OO, datenflussorientiert) Nassi-Shneiderman-Diagramme (imperativ) StageCast (regelbasiert) ThingLab (Constraint-basiert) ToonTalk (imperativ) Fujaba (OO, regelbasiert) Taentzer Visuelle Sprachen 3

4 Beispiele für visuelle Entwicklungsumgebungen Eclipse mit Plugins für: visuelle Modellierung visuelle GUI-Erstellung Softwarevisualisierungen weitere: JBuilder, Delphi, VisualStudio, Taentzer Visuelle Sprachen 4

5 Visuelle Sprachen? Tabellenkalkulation Java Prettifyier Taentzer Visuelle Sprachen 5

6 Anwendungsbereiche von visuellen Sprachen Software- und Systementwicklung Modellierungssprachen für Analyse und Design visuelle Programmiersprachen Erstellung von graphischen Benutzeroberflächen Softwarevisualisierung Hardwareentwicklung Roboter- und andere Steuerungen Lehre von Kindern und Erwachsenen Taentzer Visuelle Sprachen 6

7 Visuelle Formen Diagramme Objekte sind einfache graphische Formen Relationen durch verbindende Linien Icons: Objekte sind kleine Graphiken oder Bilder Relationen durch Überlappungen, räumliche Nähe und Verschachteln Tabellen Formeln Bäume Taentzer Visuelle Sprachen 7

8 Die UML: eine visuelle Sprache 0..* 0..* Auszug aus der Semantik: Eine Klasse ist eine Menge von Objekten. Syntax Ein Objekt ist eine Instanz einer Klasse. Taentzer Visuelle Sprachen 8

9 Wie kann man visuelle Sprachen definieren? Was unterscheidet visuelle Sprachen von textuellen? Wie werden textuelle Sprachen definiert? Was ist ein visuelles Alphabet? Taentzer Visuelle Sprachen 9

10 Textuelle Visuelle Sprachen Textuelle Sprachen: eindimensional (Sätze) Basiselemente: Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen Relation zwischen den Elementen: folgt Visuelle Sprachen: mehrdimensional (Graphiken) Basiselemente: Graphiken, frei wählbar Relationen: räumliche Relationen, wie über, unter, enthält, nahe_bei Taentzer Visuelle Sprachen 10

11 Textuelle visuelle Sprachen: Konzepte Konzept Sprache Textuell Java, C, XML Visuell Petrinetze, UML, Prograph, SDL Wort If a > b then x := 7; Person Firma Syntaxregel S := if E then S Entity Entity Entity Entity Taentzer Visuelle Sprachen 11

12 Diskussion: Visuelle vs. textuelle Sprachen Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte. menschliche Wahrnehmung ist mehrdimensional Komplexen Strukturen können unter Ausnutzung von mehreren Dimensionen besser dargestellt werden. Beispiele: Softwarevisualisierung Entwurf von Softwaresysteme Graphiken müssen nicht unbedingt intuitiv verständlich sein. Layout wird nicht immer als gut empfunden Vergleichbar viel Information braucht erheblich mehr Platz. Visuelle Darstellungen sind selten formal definiert. Die Interpretation eines Bildes ist häufig nicht eindeutig. Taentzer Visuelle Sprachen 12

13 Diskussion: Visuelle vs. textuelle Sprachen Graphiken bieten einen höheren Abstraktionsgrad. Modellierungssprachen sind meist visuell. Programmiersprachen sind meist textuell. Entscheidend ist die Abstraktionsebene. Visuelle Programmierung ist leichter zu erlernen. Beispiele: Erstellen von graphischen Benutzerschnittstellen und Computerspielen, Robotersteuerung Visuelle Programmiersprachen werden meist für einfache Programmierungen eingesetzt. Taentzer Visuelle Sprachen 13

14 Diskussion: Visuelle vs. textuelle Sprachen Die Erstellung von Werkzeugen ist für visuelle Sprachen weitaus schwieriger. Die unterliegenden Strukturen sind Graphen statt Bäume. Layoutprobleme kaum Werkzeuggeneratoren vorhanden Die Integration mit textuellen Sprachanteilen ist nicht immer einfach. Taentzer Visuelle Sprachen 14

15 Inhalt der LV Syntaxdefinition visueller Sprachen abstrakte und konkrete Syntax Metamodellierung und Grammatiken syntaxgesteuertes und freies Editieren Semantikdefinition visueller Sprachen operationale Semantik Simulation Modelltransformationen, Codegenerierung Unterstützende Werkzeuge konkrete visuelle Sprachen Projekt: Definition eines graphischen Editors Taentzer Visuelle Sprachen 15

16 Organisation der LV Vorlesung und Übung: Vermittlung von Konzepten, Verfahren, theoret. Resultaten, prakt. Anwendungen und Werkzeugen zur Definition und Verwendung visueller Sprachen Projektartige Übungsaufgaben Projekt/Seminar: Einarbeitung und Vorstellung einer speziellen visuellen Sprache, Erstellung einer kleinen Applikation mit dieser Sprache Vortrag und Ausarbeitung Taentzer Visuelle Sprachen 16

17 Organisation der LV Arbeitsformen Arbeiten in kleinen Gruppen Gemeinsame Bearbeitung der projektartigen Übungen gemeinsames Einarbeitung/Vorstellung einer konkreten visuellen Sprache Prüfungsrelevant Übungsaufgaben Vortrag und schriftl. Ausarbeitung Klausur/mündliche Prüfung am Ende des Semesters Taentzer Visuelle Sprachen 17

18 Organisation der LV Unterlagen Folienkopien wissenschaftliche Papiere, Bücher Web-Links auf Werkzeuge und weitere Informationen Software Anrechenbarkeit: 4 SWS, 6 Kreditpunkte Fachgebiet: Praktische Informatik Taentzer Visuelle Sprachen 18

19 Organisation der LV Umfang: 4 SWS, 6 ECTS Punkte Veranstalter: Gabriele Taentzer, Daniel Strüber Kontakt: taentzer@informatik.uni-marburg.de, Raum D5434, Tel: strueber@informatik.uni-marburg.de, Raum: D5432, Tel: Termine: VL: Di h, Raum: HS II UE: Mi 12 14h Raum: SR V, Rechnerraum D5 Taentzer Visuelle Sprachen 19

20 Konkrete visuelle Sprachen visuelle Modellierungssprachen: CPN, BPMN, Statecharts visuelle Programmiersprachen: Excel, Fujaba, StageCast, LabView Vorstellung einer visuellen Sprache: Sprachkonzepte Syntax- und Semantikdefinitionen Beispielanwendung Werkzeuge Taentzer Visuelle Sprachen 20

21 Coloured Petri Nets (CPN) kontrollflussorientierte Modellierungssprache Diagrammtechniken für Verhalten: Kontrollfluss modelliert durch Petrinetze Datenstrukturen: Markierungen Zeit Werkzeugunterstützung: CPN Tools bietet graphische Editoren, Simulator, verschiedene Analysen Link: wiki.daimi.au.dk/cpntools/ Taentzer Visuelle Sprachen 21

22 Business Process Model Notation (BPMN) Modellierungssprache für Geschäftsprozesse und Services Diagrammtechnik für Verhalten: kontrollflussbasiert Werkzeug: BPMN Modeler Graphischer Editor Generierung von ausführbaren Objektmodellen Links: bpmn.org Taentzer Visuelle Sprachen 22

23 Statecharts Zur Modellierung von eingebetteten Systemen Zustandsorientierte Systeme Hierarchische Zustände Parallele Zustände Transitionen mit Events, Guards und Aktionen Werkzeug: Yakindu Eclipse-Plugin Editoren, Simulatoren, Validierung und Codegenerierung Link: Taentzer Visuelle Sprachen 23

24 Tabellenkalkulation Z.B. OpenOffice Calc oder Microsoft Office Excel Funktionalitäten: DB-basiert Kalkulationsfunktionen Formatierung Diagramme Link: Taentzer Visuelle Sprachen 24

25 Fujaba (From UML to Java and back again) objektorientierte Modellierungs- /Programmiersprache Diagrammtechniken für statische Strukturen: Klassen- /Objektdiagramme Verhalten: Storydiagramme Roundtrip-Engineering: Engineering: UML -> Java Re-engineering: Java -> UML Werkzeug bietet graphische Editoren, Simulator, Codegenerierung, Modellgenerierung Link: Taentzer Visuelle Sprachen 25

26 Stagecast visuelle Programmiersprache für Kinder und Jugendliche Anwendungsgebiet: Computerspiele Basiskonzepte Bühne ( Stage ) und Figuren: Graphiken Verhalten: regelbasiert Werkzeug bietet graphische Editoren, Simulator Link: Taentzer Visuelle Sprachen 26

27 LabView LabView ist eine graphische Programmiersprache für Messdatenerfassung und verarbeitung. LabView kann zur Steuerung von Lego Mindstorm NXT Robotern verwendet werden. Basiskonzepte: Ablaufmodelle Icon-artige Darstellung von Funktionen Werkzeuge: graphische Editoren, Interpreter Links: :9090/NXT/ Taentzer Visuelle Sprachen 27

28 Zusammenfassung Visuelle Sprachen haben ihr besonderes Potential in der Darstellung von Strukturen. Visuelle Alphabete können sehr verschieden aussehen. Die Syntaxdefinition visueller Sprachen unterscheidet sich grundlegend von der textueller Sprachen. Die Semantik visueller Sprachen wird durch Transformationen definiert. Die unterliegenden Strukturen von Texten sind Bäume. Visuelle Darstellungen haben eine inhärente Graphstruktur. Taentzer Visuelle Sprachen 28