Babelsberg : specifying and solving constraints on object behavior

  • Constraints allow developers to specify desired properties of systems in a number of domains, and have those properties be maintained automatically. This results in compact, declarative code, avoiding scattered code to check and imperatively re-satisfy invariants. Despite these advantages, constraint programming is not yet widespread, with standard imperative programming still the norm. There is a long history of research on integrating constraint programming with the imperative paradigm. However, this integration typically does not unify the constructs for encapsulation and abstraction from both paradigms. This impedes re-use of modules, as client code written in one paradigm can only use modules written to support that paradigm. Modules require redundant definitions if they are to be used in both paradigms. We present a language – Babelsberg – that unifies the constructs for en- capsulation and abstraction by using only object-oriented method definitions for both declarative and imperative code. Our prototype – Babelsberg/R – is an Constraints allow developers to specify desired properties of systems in a number of domains, and have those properties be maintained automatically. This results in compact, declarative code, avoiding scattered code to check and imperatively re-satisfy invariants. Despite these advantages, constraint programming is not yet widespread, with standard imperative programming still the norm. There is a long history of research on integrating constraint programming with the imperative paradigm. However, this integration typically does not unify the constructs for encapsulation and abstraction from both paradigms. This impedes re-use of modules, as client code written in one paradigm can only use modules written to support that paradigm. Modules require redundant definitions if they are to be used in both paradigms. We present a language – Babelsberg – that unifies the constructs for en- capsulation and abstraction by using only object-oriented method definitions for both declarative and imperative code. Our prototype – Babelsberg/R – is an extension to Ruby, and continues to support Ruby’s object-oriented se- mantics. It allows programmers to add constraints to existing Ruby programs in incremental steps by placing them on the results of normal object-oriented message sends. It is implemented by modifying a state-of-the-art Ruby virtual machine. The performance of standard object-oriented code without con- straints is only modestly impacted, with typically less than 10% overhead compared with the unmodified virtual machine. Furthermore, our architec- ture for adding multiple constraint solvers allows Babelsberg to deal with constraints in a variety of domains. We argue that our approach provides a useful step toward making con- straint solving a generic tool for object-oriented programmers. We also provide example applications, written in our Ruby-based implementation, which use constraints in a variety of application domains, including interactive graphics, circuit simulations, data streaming with both hard and soft constraints on performance, and configuration file Management.show moreshow less
  • 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 – welConstraints – 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.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tim Felgentreff, Alan Borning, Robert Hirschfeld
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus-67296
Series (Serial Number):Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam (81)
Publisher:Universitätsverlag Potsdam
Place of publication:Potsdam
Document Type:Monograph/Edited Volume
Language:English
Year of Completion:2013
Publishing Institution:Universität Potsdam
Release Date:2014/04/23
Tag:Beschränkungen und Abhängigkeiten; Constraints; Objekt-orientiertes Programmieren mit Constraints
Constraints; Object Constraint Programming
Pagenumber:53
RVK - Regensburg Classification:ST 230
Organizational units:An-Institute / Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GMBH
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Publication Way:Universitätsverlag Potsdam
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht
Notes extern:Deutscher Titel: Babelsberg : Spezifizieren und Einhalten von Beschränkungen und Abhängigkeiten an Objektverhalten
In Printform erschienen im Universitätsverlag Potsdam:

Babelsberg : specifying and solving constraints on object behavior / Tim Felgentreff ; Alan Borning ; Robert Hirschfeld. – Potsdam : Universitätsverlag Potsdam, 2013. – 53 S. : graph. Darst.
(Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam ; 81)
ISSN (print) 1613-5652
ISSN (online) 2191-1665
ISBN 978-3-86956-265-0
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