Lenguaje específico del dominio

Los lenguajes específicos de dominio son lenguajes (o, a menudo, sintaxis o gramáticas definidas) con objetivos muy específicos en su diseño e implementación. Un lenguaje específico de dominio puede ser un lenguaje de diagramación visual, como los creados por el Sistema Genérico de Modelado de Eclipse , abstracciones programáticas, como el Marco de Modelado de Eclipse , o lenguajes textuales. Por ejemplo, la utilidad de línea de comandos grep tiene una sintaxis de expresiones regulares que busca patrones en líneas de texto. La utilidad sed define una sintaxis para buscar y reemplazar expresiones regulares. A menudo, estos pequeños lenguajes se pueden usar juntos dentro de un intérprete de comandos para realizar tareas de programación más complejas.

La línea divisoria entre los lenguajes específicos de dominio y los lenguajes de scripting es algo difusa, pero los lenguajes específicos de dominio suelen carecer de funciones de bajo nivel para el acceso al sistema de archivos , el control entre procesos y otras funciones que caracterizan a los lenguajes de programación completos, sean de scripting o no. Muchos lenguajes específicos de dominio no se compilan a código de bytes o código ejecutable, sino a diversos tipos de objetos multimedia: GraphViz exporta a PostScript , formato de intercambio de gráficos ( GIF ), grupo conjunto de expertos en fotografía ( JPEG ), etc., mientras que Csound se compila a archivos de audio, y un lenguaje específico de dominio de trazado de rayos como Persistence of Vision Ray Tracer ( POV-Ray ) se compila a archivos gráficos.

Un lenguaje de definición de datos como SQL presenta un caso interesante: puede considerarse un lenguaje específico de dominio porque es específico de un dominio específico (en el caso de SQL, el acceso y la gestión de bases de datos relacionales) y a menudo se llama desde otra aplicación, pero SQL tiene más palabras clave y funciones que muchos lenguajes de scripting, y a menudo se considera un lenguaje completo, en parte debido a la prevalencia de la manipulación de bases de datos en la programación y al nivel de dominio necesario para ser un experto en el lenguaje.

Para difuminar aún más esta línea divisoria, muchos lenguajes específicos de dominio han expuesto API, a las que se puede acceder desde otros lenguajes de programación sin interrumpir el flujo de ejecución ni llamar a un proceso separado, y por lo tanto pueden funcionar como bibliotecas de programación.

Algunos lenguajes específicos de dominio se expanden con el tiempo para incluir herramientas de programación completas, lo que complica aún más la cuestión de si un lenguaje es específico de dominio o no. Un buen ejemplo es el lenguaje funcional Extensible Stylesheet Language Transformation ( XSLT ), diseñado específicamente para transformar un gráfico XML en otro, que se ha ampliado desde su creación para permitir (especialmente en su versión 2.0) diversas formas de interacción con el sistema de archivos, manipulación de cadenas y fechas, y tipado de datos.

En la ingeniería dirigida por modelos , se pueden encontrar muchos ejemplos de lenguajes específicos de dominio, como el Lenguaje de Restricciones de Objetos (OCL), un lenguaje para decorar modelos con aserciones, o el Lenguaje de Consulta/Vista/Transformación ( QVT ), un lenguaje de transformación específico de dominio. Sin embargo, lenguajes como el Lenguaje Unificado de Modelado (UML) suelen ser lenguajes de modelado de propósito general.

En resumen, una analogía resulta útil: un lenguaje muy limitado es como un cuchillo, que puede usarse de miles de maneras diferentes, desde cortar alimentos hasta la autodefensa. Un lenguaje específico de dominio es como un taladro eléctrico: una herramienta potente con una amplia variedad de usos, pero con un contexto específico: hacer agujeros. Un lenguaje de propósito general es un banco de trabajo completo, con diversas herramientas para realizar múltiples tareas. Los lenguajes específicos de dominio deberían ser utilizados por programadores que, al analizar su entorno de trabajo actual, se dan cuenta de que necesitan una herramienta mejor y encuentran que un lenguaje específico de dominio determinado les proporciona precisamente eso.

Los DSL implementados mediante un intérprete o compilador independiente se denominan lenguajes específicos de dominio externos . Ejemplos conocidos incluyen TeX o AWK. Una categoría aparte, denominada lenguajes específicos de dominio integrados (o internos), se implementan normalmente dentro de un lenguaje anfitrión como una biblioteca y tienden a limitarse a la sintaxis de dicho lenguaje, aunque esto depende de las capacidades del mismo. ^{[ 1 ]}

Existen varios patrones de uso para lenguajes específicos de dominio: ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• Procesamiento con herramientas independientes, invocadas mediante operación directa del usuario, a menudo en la línea de comandos o desde un Makefile (por ejemplo, grep para coincidencia de expresiones regulares, sed, lex, yacc , el conjunto de herramientas GraphViz , etc.).
• Lenguajes específicos de dominio que se implementan utilizando sistemas de macros de lenguajes de programación y que se convierten o expanden a un lenguaje anfitrión de propósito general en tiempo de compilación o en tiempo real.
• ComoUn lenguaje específico de dominio integrado ( eDSL ) ^{[ 4 ]} , también conocido como lenguaje específico de dominio interno , es un DSL implementado como una biblioteca en un lenguaje de programación "anfitrión". El lenguaje específico de dominio integrado aprovecha la sintaxis, la semántica y el entorno del sistema de ejecución (secuenciación, condicionales, iteración, funciones, etc.) y agrega primitivas específicas de dominio que permiten a los programadores usar el lenguaje de programación "anfitrión" para crear programas que generan código en el lenguaje de programación "destino". Se pueden combinar fácilmente varios eDSL en un solo programa y las funcionalidades del lenguaje anfitrión se pueden usar para extender un eDSL existente. Otras posibles ventajas de usar un eDSL son una mayor seguridad de tipos y mejores herramientas de entorno de desarrollo integrado (IDE). Ejemplos de eDSL: SQLAlchemy "Core", un eDSL SQL en Python ; JOOQ Object Oriented Querying (jOOQ), un eDSL SQL en Java ; Language Integrated Query (LINQ), una "sintaxis de método", un eDSL SQL en C#; y kotlinx.html, un eDSL HTML en Kotlin . ^{[ 5 ]}
• Lenguajes específicos de dominio que se llaman (en tiempo de ejecución ) desde programas escritos en lenguajes de propósito general como C o Perl , para realizar una función específica, a menudo devolviendo los resultados de la operación al lenguaje de programación "anfitrión" para su posterior procesamiento; generalmente, un intérprete o máquina virtual para el lenguaje específico de dominio está integrado en la aplicación anfitriona (por ejemplo, cadenas de formato , un motor de expresiones regulares ).
• Lenguajes específicos de dominio que están integrados en las aplicaciones de usuario (por ejemplo, lenguajes de macros dentro de las hojas de cálculo) ^{[ 6 ]} y que (1) se utilizan para ejecutar código escrito por los usuarios de la aplicación, (2) son generados dinámicamente por la aplicación o (3) ambas cosas.

Adoptar un enfoque de lenguaje específico de dominio para la ingeniería de software implica tanto riesgos como oportunidades. Un lenguaje específico de dominio bien diseñado logra encontrar el equilibrio adecuado entre ambos.

Los lenguajes específicos de dominio tienen objetivos de diseño importantes que contrastan con los de los lenguajes de propósito general:

• Los lenguajes específicos de dominio son menos completos.
• Los lenguajes específicos de dominio son mucho más expresivos en su ámbito de aplicación.
• Los lenguajes específicos de dominio deben presentar una redundancia mínima .

En programación, los modismos son métodos impuestos por los programadores para manejar tareas de desarrollo comunes, por ejemplo:

• Asegúrese de guardar los datos antes de cerrar la ventana.
• Edita el código cada vez que cambien los parámetros de la línea de comandos, ya que afectan al comportamiento del programa.

Los lenguajes de programación de propósito general rara vez admiten tales modismos, pero los lenguajes específicos de dominio pueden describirlos, por ejemplo:

• Un script puede guardar datos automáticamente.
• Un lenguaje específico de dominio puede parametrizar la entrada de la línea de comandos.

GML es un lenguaje específico de dominio utilizado por GameMaker Studio , diseñado para ayudar a los programadores principiantes a aprender los fundamentos de la programación con mayor facilidad. Funciona como una combinación de varios lenguajes, incluyendo Delphi , C++ y BASIC . La mayoría de las funciones GML, una vez compiladas, llaman a funciones de tiempo de ejecución escritas en el lenguaje específico de la plataforma de destino; por lo tanto, su implementación final permanece oculta para el usuario. El objetivo principal del lenguaje es reducir las barreras de entrada al desarrollo de videojuegos. El entorno de ejecución de GameMaker, que gestiona el bucle principal del juego y se encarga de la implementación de funciones, permite que un juego sencillo utilice solo unas pocas líneas de código en lugar de miles.

El lenguaje de scripting asociado a ColdFusion es otro ejemplo de lenguaje específico de dominio para sitios web basados ​​en datos. Este lenguaje se utiliza para integrar lenguajes y servicios como Java, .NET , C++, SMS, correo electrónico , servidores de correo electrónico, HTTP, FTP, Exchange, servicios de directorio y sistemas de archivos para su uso en sitios web.

El lenguaje de marcado ColdFusion (CFML) incluye un conjunto de etiquetas que se pueden usar en páginas ColdFusion para interactuar con fuentes de datos, manipular datos y mostrar resultados. La sintaxis de las etiquetas CFML es similar a la sintaxis de los elementos HTML.

FilterMeister es un entorno de programación, con un lenguaje basado en C, diseñado específicamente para crear complementos de filtros de procesamiento de imágenes compatibles con Photoshop . FilterMeister funciona como un complemento de Photoshop y puede cargar y ejecutar scripts, o compilarlos y exportarlos como complementos independientes. Si bien el lenguaje de FilterMeister reproduce una parte significativa del lenguaje y la biblioteca de funciones de C, solo incluye las características que se pueden usar en el contexto de los complementos de Photoshop y añade algunas características específicas útiles únicamente en este ámbito.

La función Plantilla de MediaWiki es un lenguaje integrado de dominio específico cuyo propósito fundamental es respaldar la creación de plantillas de páginas y la transclusión (inclusión por referencia) de páginas de MediaWiki en otras páginas de MediaWiki.

Existe un gran interés en los lenguajes específicos de dominio para mejorar la productividad y la calidad de la ingeniería de software . Estos lenguajes podrían proporcionar un conjunto robusto de herramientas para una ingeniería de software eficiente. Dichas herramientas están comenzando a integrarse en el desarrollo de sistemas de software críticos.

El Kit de herramientas para la reducción de costos de software ^{[ 7 ]} es un ejemplo de esto. El kit de herramientas es un conjunto de utilidades que incluye un editor de especificaciones para crear una especificación de requisitos , un explorador de gráficos de dependencias para mostrar dependencias de variables, un verificador de consistencia para detectar casos faltantes en fórmulas bien formadas en la especificación, un verificador de modelos y un demostrador de teoremas para verificar las propiedades del programa con respecto a la especificación, y un generador de invariantes que construye automáticamente invariantes en función de los requisitos.

Un desarrollo más reciente es la programación orientada al lenguaje , una metodología de ingeniería de software integrada que se basa principalmente en la creación, optimización y uso de lenguajes específicos de dominio.

Como complemento de la programación orientada a lenguajes y de todas las demás formas de lenguajes específicos de dominio, se encuentra la clase de herramientas de escritura de compiladores denominadas metacompiladores . Dicho compilador es útil para generar analizadores sintácticos y generadores de código para lenguajes específicos de dominio, y un metacompilador compila un metalenguaje específico de dominio diseñado específicamente para el ámbito de la metaprogramación .

Además de analizar lenguajes específicos de dominio, los metacompiladores son útiles para generar una amplia gama de herramientas de ingeniería y análisis de software. La metodología de metacompiladores se encuentra frecuentemente en sistemas de transformación de programas .

Entre los metacompiladores que desempeñaron un papel importante tanto en la ciencia de la computación como en la industria informática se incluyen META II , ^{[ 8 ]} y su descendiente TreeMeta . ^{[ 9 ]}

Unreal y Unreal Tournament presentaron un lenguaje llamado UnrealScript . Esto permitió desarrollar rápidamente modificaciones con respecto a su competidor Quake (que utilizaba el motor Id Tech 2 ). El motor Id Tech utilizaba código C estándar , lo que implicaba aprender y aplicar correctamente C, mientras que UnrealScript estaba optimizado para facilitar su uso y aumentar su eficiencia. De forma similar, juegos más recientes han introducido sus propios lenguajes específicos para el desarrollo. Otro ejemplo común es Lua para la programación de scripts.

Se han desarrollado diversos motores de reglas de negocio para automatizar las políticas y reglas de negocio utilizadas tanto en el sector público como en el privado. ILOG , Oracle Policy Automation , DTRules, Drools y otros ofrecen soporte para DSL (lenguajes específicos de dominio) diseñados para abordar diversos problemas. DTRules incluso define una interfaz para el uso de múltiples DSL dentro de un conjunto de reglas.

El objetivo de los motores de reglas de negocio es definir una representación de la lógica de negocio de la forma más legible posible. Esto permite que tanto los expertos en la materia como los desarrolladores trabajen con la misma representación de la lógica de negocio y la comprendan. La mayoría de los motores de reglas ofrecen un enfoque para simplificar las estructuras de control de la lógica de negocio (por ejemplo, mediante reglas declarativas o tablas de decisión ), junto con alternativas a la sintaxis de programación que favorecen los lenguajes específicos de dominio (DSL).

Los modeladores estadísticos han desarrollado lenguajes específicos de dominio como R (una implementación del lenguaje S ), Bugs , Jags y Stan . Estos lenguajes proporcionan una sintaxis para describir un modelo bayesiano y generan un método para resolverlo mediante simulación.

Generar manejo de objetos y servicios basados ​​en un lenguaje de descripción de interfaz para un lenguaje específico de dominio como JavaScript para aplicaciones web, HTML para documentación, C++ para código de alto rendimiento, etc. Esto se realiza mediante marcos de trabajo multiplataforma como Apache Thrift o Google Protocol Buffers .

Gherkin es un lenguaje diseñado para definir casos de prueba que permiten verificar el comportamiento del software, sin especificar cómo se implementa dicho comportamiento. Está pensado para que usuarios no técnicos lo lean y utilicen mediante una sintaxis de lenguaje natural y un diseño orientado a líneas . Las pruebas definidas con Gherkin deben implementarse posteriormente en un lenguaje de programación general. De este modo, los pasos de un programa Gherkin actúan como una sintaxis para la invocación de métodos, accesible para usuarios no desarrolladores.

Otros ejemplos destacados de lenguajes específicos de dominio incluyen:

• Lenguaje de descripción de juegos
• Lenguaje de sombreado OpenGL
• Gradle
• ActionScript