Modellgetriebene Softwareentwicklung bei der IBYKUS AG
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- Dominic Becke
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1 Modellgetriebene Softwareentwicklung bei der IBYKUS AG Theorie Teil 5: Codegenerierung Dr. Steffen Skatulla IBYKUS AG 1
2 Inhalt Teil 5: Codegenerierung Prinzipien, Einordnung und Abgrenzung Techniken der Codegenerierung Template Engines: JET, XSLT Ausprogrammierte Generatoren OAW-Xpand IBYKUS Techniken Best Practices 2
3 Codegenerierung Model-to-Code-Transformation (M2C) Erzeugung von (Programm-)Code aus Modellen Erzeugen Code für eine bestimmte Plattform plattformspezifisch Funktionen für Codegenerierung Lesen/Abfragen des Input-Modells Umformen der Informationen Konkatenieren / Ersetzen von Text Schreiben in Output-Dateien 3
4 Codegenerierung Für Generierung / Transforamtion nötig Modell (abstrakt) Ausprogrammierte Transformation (Konkretisierung) Widerverwendbarkeit? Verständlichkeit? Modell / Code (weniger abstrakt) 4
5 Codegenerierung Für Generierung / Transforamtion nötig Template Transformations-Engine Separiert vs. integriert Modell (abstrakt) Modell (abstrakt) Template (Konkretisierung) Trafo-Engine (allg. wiederverwendbar) Ausprogrammierte Transformation (Konkretisierung) Modell / Code (weniger abstrakt) Modell / Code (weniger abstrakt) Widerverwendbarkeit? Verständlichkeit? 5
6 Codegenerierung Für Generierung / Transforamtion nötig Template Transformations-Engine Separiert vs. integriert vs. generiert Modell (abstrakt) Modell (abstrakt) Modell (abstrakt) Trafo-Modell (Konkretisierung) Template (Konkretisierung) Trafo-Engine (allg. wiederverwendbar) Ausprogrammierte Transformation (Konkretisierung) Generierte Transformation Trafo-Generator Modell / Code (weniger abstrakt) Modell / Code (weniger abstrakt) Modell / Code (weniger abstrakt) Widerverwendbarkeit? Verständlichkeit? 6
7 Wie tief soll generiert werden? Die Nutzung leistungsfähiger Plattform-Infrastruktur kann die Generierung der Anwendung wesentlich vereinfachen Ziel der Generierung ist Code, der Programmbibliotheken, Frameworks, Middleware benutzt Keine Durchgenerierung bis zum Bytecode Aber es gibt auch Gründe bei Bedarf tiefer zu generieren Generierung Bauteilvorlagen Code mit Spezialbausteinen Modell Programmiersprache, Basisbibliotheken, Generierung auf Frameworkbasis Code auf Frameworkbasis Framework mit Universal-Bausteinen 7
8 Was ist mit Generierung möglich? Performance und geringe Codegröße trotz Flexibilität Flexible Frameworks arbeiten oft dynamisch / interpretativ Dadurch sind sie tendenziell weniger performant und umfangreicher Flexible Generierung Statischen Codes Performance Nur des benötigten Codes geringe Codegröße Analysierbarkeit Statischer generierter Code ist besser analysierbar als dynamische / interpretative Frameworks Fehlerfrüherkennung Bei statische generierten Typen treten Fehler zur Compilezeit auf und nicht erst zur Laufzeit, wie bei dynamischer Typisierung im Framework Einschränkungen der Programmiersprache Z.B. Einführung von objektorientierten Konzepten in die Modellierung auch bei der Generierung in nicht-objektorientierte Programmiersprachen 8
9 Was ist mit Generierung möglich? Aspekte Querschnittsfunktionalität läßt sich zentral an einer Stelle modellieren und bei der Generierung in alle relevanten Stellen einweben, auch ohne Aspektorientierte Programmiersprachen Modell Aspekt-Modell Generator Java-Methode Funktion Querschnittsfunktionalität Querschnittsfunktionalität 9
10 Generierung mit Templates Template Lückentext Angabe, wie Lücken zu füllen sind Template-Engines aus der dynamischen Webprogrammierung JSP, PHP, <html> <head><title>first Example</title></head> <body> <h3>hello World-JSP</h3> Your browser is: <%= request.getheader("user-agent") %><br> Your IP address is: <%= request.getremoteaddr() %> </body> </html> Konkatenieren von Text und Schreiben in Dateien Verarbeitung von Informationen Schreiben in mehrere Zieldateien (keine explizite Steuerung in welche) Unterstützung beim Lesen/Abfragen/Navigieren von Modellen 10
11 Generierung mit Templates: Java-basierte Template-Engines Verbreitete Vertreter JET, Velocity, Freemarker, Bewertung Konkatenieren von Text und Schreiben in Dateien Verarbeitung von Informationen Unterstützung beim Lesen/Abfragen von Modellen ## Velocity Hello World <html> <body> #set( $foo = "Velocity" ) ## followed by Hallo $foo Welt! </body> </html> <%@ jet package="hello" imports="java.util.*" class="xmldemotemplate" %> <% List elementlist = (List) argument; %> <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <demo> <% for (Iterator i = elementlist.iterator(); i.hasnext(); ) { %> <element><%=i.next().tostring()%></element> <% %> </demo> Aber nicht optimiert auf Navigation auf Objekt-Netzen (Pfadausdrücke) Schreiben in mehrere Zieldateien (keine explizite Steuerung in welche) 11
12 Generierung mit Templates: XSLT Für Modelle mit XML-Repräsentation Pfadunterstützung XSLT nicht statisch typisiert Fehler im Modell erst zur Laufzeit Komplexe Transformatioen werden sehr schnell schlecht lesbar <class name="person"> <attribute name="name" type="string"/> <attribute name="age" type="int"/> </class> <xsl:template match="/class"> public class <xsl:value-of { <xsl:apply-templates/> </xsl:template> <xsl:template match="attribute"> public <xsl:value-of <xsl:value-of </xsl:template> public class Person { public String name; public int age; 12
13 Generierung mit Templates: Kriterien für eine gute Template-Sprache Kriterien für eine gute Template-Sprache Unterstützung von Modularisierung Kompakte Syntax Kontrollstrukturen: Bedingungen, Schleifen, Komfortable, statisch getypte, effiziente Abfrage- und Navigationssprache für Modell 13
14 Generierung mit imperativen Programmiersprachen Java, C++, bringen mit Kontrollstrukturen, statische Typisierung, Modularisierbarkeit Sinnvolle Technik Klassen für Zielstrukturen Objekte werden beim Ablesen des Modells erstellt, parametrisiert, vernetzt Codeerzeugung über verschachtelte tostring()-methodenaufrufe Probleme Keine mehrzeiligen Literale String s = "Das ist Zeile eins \n" + "Das ist Zeile zwei \n"; Zeilenumbruch systemspezifisch \n, \r, \r\n Verteilung auf Zeilen erfordert Verkettung Anführungszeichen müssen escaped werden "name=\"" + name + "\""; Konkatenation nicht implizit sondern mit +-Operator 14
15 Generierung mit imperativen Programmiersprachen Aufwändige Interation, insbesondere bei variabel tiefer Rekursion public void loopchildren(node node) { for (Node child : node.getchildren()) { // do something loopchildren(child); Metamodell muß als Java-Klassen zur Verfügung stehen Entweder dynamische Klassen nicht statisch typisiert, umständlich in Handhabung Oder Generierung statischer Klassen aus Metamodell aufwändig 15
16 Template-Sprache Xpand Aus openarchitectureware Eigenschaften Template-Sprache (Lückentext) OO-artige Modularisierung Stringkonkatenation durch hintereinander schreiben Typsystem nicht an Hostsprache gekoppelt «IMPORT metamodel» «EXTENSION my::generator::extensions» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «EXPAND property FOREACH attributes» «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» public «type» «name»; public «type» «gettername()»() { return «name»; public void «settername()» («type» «name») { this.«name» = «name»; 16
17 Template-Sprache Xpand Metamodell importieren «IMPORT metamodel» 17
18 Template-Sprache Xpand 2 Templates Name Optionale Parameterliste Für bestimmten Typ aus Metamodell (statische Typisierung) «IMPORT metamodel» «DEFINE javabean() FOR Entity» «DEFINE property() FOR Attribute» 18
19 Template-Sprache Xpand 2 Templates Name Optionale Parameterliste Für bestimmten Typ aus Metamodell (statische Typisierung) Festlegen in welche Datei geschrieben wird Text im DEFINE-Block wird in jeweils offene Datei geschrieben «IMPORT metamodel» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class { «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» 19
20 Template-Sprache Xpand 2 Templates Name Optionale Parameterliste Für bestimmten Typ aus Metamodell (statische Typisierung) Festlegen in welche Datei geschrieben wird Text im DEFINE-Block wird in jeweils offene Datei geschrieben Ausdrücke in Franzosen (französische Anführungszeichen) werden ersetzt «IMPORT metamodel» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» 20
21 Template-Sprache Xpand Aufruf weiterer Templates mi «EXPAND templatename FOR expression» Z.B. mit Loop-Ausdruck FOREACH für Listen «IMPORT metamodel» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «EXPAND property FOREACH attributes» «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» 21
22 Template-Sprache Xpand Ausdruckssprache Sprachübergreifende Expression-Language & -Engine OCL-artig Funktional Mengenwertig Navigierend Closures Funktionen höhrerer Ordnung Nehmen als Parameter andere Funktionen auf Z.B. für Loops über Listen name «IMPORT metamodel» «EXTENSION my::generator::extensions» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «EXPAND property FOREACH attributes» «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» public «type» «name»; public «type» «gettername()»() { return «name»; public void «settername()» («type» «name») { this.«name» = «name»; gettername() myclass.attributes.select(a a.type=='string') myclass.attributes.select(a.name a.type=='string') 22
23 Template-Sprache Xpand Statische Typisierung auf Basis des importierten Metamodells Fehler zur Compilezeit Möglich durch eigenes, von Xpand getrenntes Typsystem der Expression-Engine Mit Java wäre das nicht möglich EObject obj =... «IMPORT metamodel» «EXTENSION my::generator::extensions» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «EXPAND property FOREACH attributes» «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» public «type» «name»; public «type» «gettername()»() { return «name»; public void «settername()» («type» «name») { this.«name» = «name»; if ("Entity.equals(Obj.eClass().getName)) {... 23
24 Template-Sprache Xpand Extensions Operationen, die dynamisch an einen Typ angehängt werden können Z.B. gettername() an den Typ Attribute aus dem importierten Metamodell Extensions werden in eigener Datei definiert my::generator::extensions my/generator/extensions.ext import metamodel; «IMPORT metamodel» «EXTENSION my::generator::extensions» «DEFINE javabean FOR Entity» «FILE name+".java"» public class «name» { «EXPAND property FOREACH attributes» «ENDFILE» «DEFINE property FOR Attribute» public «type» «name»; public «type» «gettername()»() { return «name»; public void «settername()» («type» «name») { this.«name» = «name»; gettername(attribute this) : "get + name.tofirstupper(); settername(attribute this) : "set + name.tofirstupper(); 24
25 IBYKUS-Templates template:z2m Test(csType="SDW") { parameter:para kmx(datatype="str" default="x"); parameter:in ty(nodetype="ap&ty"); parameter:push pad(nodetype="ap&pad"); parameter:out sub(nodetype="sdw&subject"); parameter:out att(nodetype="sdw&attribute"); loop T(type="AP&TY" searchpattern="${{.ty") { choice:if C1(call="isNull" p1="${{.ty") { then T() { text T1( begin_text Das ist ein Text. Hier kommt etwas rein: ${{.kmx_${{t.name_${{p.name. end_text ); ; else E() {... ; ; ; ; 25
26 Best Practices Generierter Code soll gut lesbar sein Lesbarkeit für Debugging Strukturierung Formatierung Kommentare Referenzen ins Modell und zu Generatoren in Kommentaren (Location Strings) [ :38:45] GENERATED FROM TEMPLATE SomeTemplate MODEL ELEMENT apackage::aclass::someattribute Klare Trennung von generiertem und handgeschriebenem Code Protected Regions Source Cuts Dreistufige Vererbung Plattformschicht Generische Schicht Anpassungsschicht Handgeschriebene, abstrakte Basisklasse Generierte Klasse Handgeschriebene Klasse 26
27 Zusammenfassung Prinzipien, Einordnung und Abgrenzung Techniken der Codegenerierung Template Engines: JET, XSLT Ausprogrammierte Generatoren OAW-Xpand IBYKUS Techniken Best Practices Als nächstes Modellinterpretation 27
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