In model-driven development (MDD), domain-specific modeling languages (DSMLs) act as a communication vehicle for aligning the requirements of domain experts with the needs of software engineers. With the rise of the UML as a de facto standard, UML/MOF-based DSMLs are now widely used for MDD. This paper documents design decisions collected from 90 UML/MOF-based DSML projects. These recurring design decisions were gained, on the one hand, by performing a systematic literature review (SLR) on the development of UML/MOF-based DSMLs. Via the SLR, we retrieved 80 related DSML projects for review. On the other hand, we collected decisions from developing ten DSML projects by ourselves. The design decisions are presented in the form of reusable decision records, with each decision record corresponding to a decision point in DSML development processes. Furthermore, we also report on frequently observed (combinations of) decision options as well as on associations between options which may occur within a single decision point or between two decision points. This collection of decision-record documents targets decision makers in DSML development (e.g., DSML engineers, software architects, domain experts). (authors' abstract) / Series: Technical Reports / Institute for Information Systems and New Media

In model-driven development (MDD), domain-specific modeling languages (DSMLs) act as a communication vehicle for aligning the requirements of domain experts with the needs of software engineers. With the rise of the UML as a de facto standard, UML/MOF-based DSMLs are now widely used for MDD. This paper documents design decisions collected from 90 UML/MOF-based DSML projects. These recurring design decisions were gained, on the one hand, by performing a systematic literature review (SLR) on the development of UML/MOF-based DSMLs. Via the SLR, we retrieved 80 related DSML projects for review. On the other hand, we collected decisions from developing ten DSML projects by ourselves. The design decisions are presented in the form of reusable decision records, with each decision record corresponding to a decision point in DSML development processes. Furthermore, we also report on frequently observed (combinations of) decision options as well as on associations between options which may occur within a single decision point or between two decision points. This collection of decision-record documents targets decision makers in DSML development (e.g., DSML engineers, software architects, domain experts). / Series: Technical Reports / Institute for Information Systems and New Media

In model-driven development (MDD), domain-specific modeling languages (DSMLs) act as a communication vehicle for aligning the requirements of domain experts with the needs of software engineers. With the rise of the UML as a de facto standard, UML/MOF-based DSMLs are now widely used for MDD. This paper documents design decisions collected from 90 UML/MOF-based DSML projects. These recurring design decisions were gained, on the one hand, by performing a systematic literature review (SLR) on the development of UML/MOF-based DSMLs. Via the SLR, we retrieved 80 related DSML projects for review. On the other hand, we collected decisions from developing ten DSML projects by ourselves. The design decisions are presented in the form of reusable decision records, with each decision record corresponding to a decision point in DSML development processes. Furthermore, we also report on frequently observed (combinations of) decision options as well as on associations between options which may occur within a single decision point or between two decision points. This collection of decision-record documents targets decision makers in DSML development (e.g., DSML engineers, software architects, domain experts). (authors' abstract) / Series: Technical Reports / Institute for Information Systems and New Media

In the process of model-driven development (MDD) of software artifacts, domain-specific modeling languages (DSMLs) are an integral part. They act as the communication vehicle for aligning the requirements of the domain expert with the needs of the software engineer. With the rise of the UML as de facto standard for modeling software systems, MOF/UML-based DSMLs are now widely used for MDD. This paper documents design decisions from ten DSML projects which are based on the MOF/UML and which we conducted over the last years. We present our experiences in the form of reusable decision templates for all decision points detected in each phase of the DSML development process. Furthermore, we report also on identified decision dependencies which may occur within a single decision or between two decisions. (author's abstract) / Series: Technical Reports / Institute for Information Systems and New Media

The landscape of today’s programming languages is manifold. With the diversity of applications, the difficulty of adequately addressing and specifying the used programs increases. This often leads to newly designed and implemented domain-specific languages. They enable domain experts to express knowledge in their preferred format, resulting in more readable and concise programs. Due to its flexible and declarative syntax without reserved keywords, the logic programming language Prolog is particularly suitable for defining and embedding domain-specific languages. This thesis addresses the questions and challenges that arise when integrating domain-specific languages into Prolog. We compare the two approaches to define them either externally or internally, and provide assisting tools for each. The grammar of a formal language is usually defined in the extended Backus–Naur form. In this work, we handle this formalism as a domain-specific language in Prolog, and define term expansions that allow to translate it into equivalent definite clause grammars. We present the package library(dcg4pt) for SWI-Prolog, which enriches them by an additional argument to automatically process the term’s corresponding parse tree. To simplify the work with definite clause grammars, we visualise their application by a web-based tracer. The external integration of domain-specific languages requires the programmer to keep the grammar, parser, and interpreter in sync. In many cases, domain-specific languages can instead be directly embedded into Prolog by providing appropriate operator definitions. In addition, we propose syntactic extensions for Prolog to expand its expressiveness, for instance to state logic formulas with their connectives verbatim. This allows to use all tools that were originally written for Prolog, for instance code linters and editors with syntax highlighting. We present the package library(plammar), a standard-compliant parser for Prolog source code, written in Prolog. It is able to automatically infer from example sentences the required operator definitions with their classes and precedences as well as the required Prolog language extensions. As a result, we can automatically answer the question: Is it possible to model these example sentences as valid Prolog clauses, and how? We discuss and apply the two approaches to internal and external integrations for several domain-specific languages, namely the extended Backus–Naur form, GraphQL, XPath, and a controlled natural language to represent expert rules in if-then form. The created toolchain with library(dcg4pt) and library(plammar) yields new application opportunities for static Prolog source code analysis, which we also present. / Die Landschaft der heutigen Programmiersprachen ist vielfältig. Mit ihren unterschiedlichen Anwendungsbereichen steigt zugleich die Schwierigkeit, die eingesetzten Programme adäquat anzusprechen und zu spezifizieren. Immer häufiger werden hierfür domänenspezifische Sprachen entworfen und implementiert. Sie ermöglichen Domänenexperten, Wissen in ihrem bevorzugten Format auszudrücken, was zu lesbareren Programmen führt. Durch ihre flexible und deklarative Syntax ohne vorbelegte Schlüsselwörter ist die logische Programmsprache Prolog besonders geeignet, um domänenspezifische Sprachen zu definieren und einzubetten. Diese Arbeit befasst sich mit den Fragen und Herausforderungen, die sich bei der Integration von domänenspezifischen Sprachen in Prolog ergeben. Wir vergleichen die zwei Ansätze, sie entweder extern oder intern zu definieren, und stellen jeweils Hilfsmittel zur Verfügung. Die Grammatik einer formalen Sprache wird häufig in der erweiterten Backus–Naur–Form definiert. Diesen Formalismus behandeln wir in dieser Arbeit als eine domänenspezifische Sprache in Prolog und definieren Termexpansionen, die es erlauben, ihn in äquivalente Definite Clause Grammars für Prolog zu übersetzen. Durch das Modul library(dcg4pt) werden sie um ein zusätzliches Argument erweitert, das den Syntaxbaum eines Terms automatisch erzeugt. Um die Arbeit mit Definite Clause Grammars zu erleichtern, visualisieren wir ihre Anwendung in einem webbasierten Tracer. Meist können domänenspezifische Sprachen jedoch auch mittels passender Operatordefinitionen direkt in Prolog eingebettet werden. Dies ermöglicht die Verwendung aller Werkzeuge, die ursprünglich für Prolog geschrieben wurden, z.B. zum Code-Linting und Syntax-Highlighting. In dieser Arbeit stellen wir den standardkonformen Prolog-Parser library(plammar) vor. Er ist in Prolog geschrieben und in der Lage, aus Beispielsätzen automatisch die erforderlichen Operatoren mit ihren Klassen und Präzedenzen abzuleiten. Um die Ausdruckskraft von Prolog noch zu erweitern, schlagen wir Ergänzungen zum ISO Standard vor. Sie erlauben es, weitere Sprachen direkt einzubinden, und werden ebenfalls von library(plammar) identifiziert. So ist es bspw. möglich, logische Formeln direkt mit den bekannten Symbolen für Konjunktion, Disjunktion, usw. als Prolog-Programme anzugeben. Beide Ansätze der internen und externen Integration werden für mehrere domänen-spezifische Sprachen diskutiert und beispielhaft für GraphQL, XPath, die erweiterte Backus–Naur–Form sowie Expertenregeln in Wenn–Dann–Form umgesetzt. Die vorgestellten Werkzeuge um library(dcg4pt) und library(plammar) ergeben zudem neue Anwendungsmöglichkeiten auch für die statische Quellcodeanalyse von Prolog-Programmen.

In dieser Dissertation, schaue ich auf objekt-orientierte Metamodellierung und wie sie verwendet werden kann, um Computersprachen zu beschreiben. Dabei, fokussiere ich mich nicht nur auf die Beschreibung von Sprachen, sondern auch auf die Verwendung von Sprachbeschreibungen zur automatischen Erzeugung von Sprachwerkzeugen aus Sprachbeschreibungen. Ich nutze die Idee von Metasprachen und Metawerkzeugen. Metasprachen werden verwendet um bestimmte Sprachaspekte, wie Notationen und Semantiken, zu beschreiben, und Metawerkzeuge werden verwendet um Sprachwerkzeuge wie Editoren und Interpreter aus entsprechenden Beschreibungen zu erzeugen. Diese Kombination von Beschreibung und automatischer Entwicklung von Werkzeugen ist als Domänenspezifische Modellierung (DSM) bekannt. Ich verwende DSM basierend auf objekt-orientierter Metamodellierung zur Beschreibung der wichtigen Aspekte ausführbarer Computersprachen. Ich untersuche existierende Metasprachen und Metawerkzeuge für die Beschreibung von Sprachvorkommen, ihrer konkreten Repräsentation und Semantik. Weiter, entwickle ich eine neue Plattform zur Beschreibung von Sprachen basierend auf dem CMOF-Modell der OMG MOF 2.x Empfehlungen. Ich entwickle eine Metasprache und Metawerkzeug für textuelle Notationen. Schlussendlich, entwickle ich eine graphische Metasprache und Metawerkzeug zur Beschreibung von operationaler Semantik von Computersprachen. Um die Anwendbarkeit der vorgestellten Techniken zu prüfen, nehme ich SDL, die Specification and Description Language, als einen Archetypen für textuell notierte Sprachen mit ausführbaren Instanzen. Für diesen Archetyp zeige ich, dass die präsentierten Metasprachen und Metawerkzeuge es erlauben solche Computersprachen zu beschreiben und automatisch Werkzeuge für diese Sprachen zu erzeugen. / In this thesis, I look into object-oriented meta-modelling and how it can be used to describe computer languages. Thereby, I do not only focus on describing languages, but also on utilising the language descriptions to automatically create language tools from language descriptions. I use the notion of meta-languages and meta-tools. Meta-languages are used to describe certain language aspects, such as notation or semantics, and meta-tools are used to create language tools, such as editors or interpreters, from corresponding descriptions. This combination of describing and automated development of tools is known as domain specific modelling (DSM). I use DSM based on object-oriented meta-modelling to describe all important aspects of executable computer languages. I look into existing meta-languages and meta-tools for describing language utterances, their concrete representation, and semantics. Furthermore, I develop a new platform to define languages based on the CMOF-model of the OMG MOF 2.x recommendations. I develop a meta-language and meta-tool for textual language notations. Finally, I develop a new graphical meta-language and meta-tool for describing the operational semantics of computer languages. To prove the applicability of the presented techniques, I take SDL, the Specification and Description Language, as an archetype for textually notated languages with executable instances. For this archetype, I show that the presented meta-languages and meta-tools allow to describe such computer languages and allow to automatically create tools for those languages.

Domänenspezifische Sprachen (DSLs) sind Software-Sprachen, die speziell für bestimmte Anwendungsdomänen entwickelt wurden. Mithilfe von DSLs können Domänenexperten ihr Domänenwissen auf einem hohen Abstraktionsniveau beschreiben. Wie andere Software-Sprachen auch, benötigen DSLs Sprachwerkzeuge, die Assistenz bei der Erstellung und Verarbeitung von domänenspezifischen Modellen bieten. Eine domänenspezifische Werkbank (DSW) ist ein Software-Werkzeug, welches mehrere solcher Sprachwerkzeuge für eine DSL miteinander integriert. Existierende Werkzeuge, die es erlauben eine DSW aufgrund der Beschreibung einer DSL automatisch generieren zu lassen, unterstützen jedoch nicht die Beschreibung und Generierung von editierbaren Sichten. Eine Sicht ist ein Teil einer DSW, der nur einen bestimmten Aspekt eines Modells darstellt. Diese Dissertation stellt spezielle Modelltransformationssprachen (MTLs) vor, mit denen die Synchronisation von Sichten in einer generierten DSW beschrieben werden kann. Dadurch können DSWs mit editierbaren Sichten mittels existierender Werkzeuge zur Generierung von Sprachwerkzeugen erstellt werden. Dafür wird eine DSW für die Nanophysik-Domäne sowie eine Taxonomie von Synchronisationstypen vorgestellt, welche es erlaubt genau zu bestimmen, welche Art von Modelltransformationen für die Synchronisation von Sichten in dieser Werkbank benötigt werden. Entsprechend dieser Anforderungen werden zwei MTLs entwickelt. Insbesondere wird eine bidirektionale MTL entwickelt. Mit solch einer Sprache kann man eine Relation, welche definiert ob zwei Modelle synchron sind, so beschreiben, dass die entsprechende Synchronisationslogik automatisch abgeleitet werden kann. Die gezeigten MTLs werden als interne DSLs - das heißt eingebettet als ausdrucksstarke Bibliotheken - in der Programmiersprache Scala implementiert. Auf diese Weise kann Scalas Typprüfung genutzt werden, um Transformationen und deren Komposition statisch zu verifizieren. / Domain-specific languages (DSLs) are software languages which are tailored to a specific application domain. DSLs enable domain experts to create domain-specific models, that is, high-level descriptions of domain knowledge. As any other software languages, DSLs rely on language tools which provide assistance for processing and managing domain-specific models. A domain-specific workbench is an integrated set of such tools for a DSL. A recently proposed approach is to automatically generate a domain-specific workbench for a DSL from a description of that DSL. However, existing tools which apply this approach do not support to describe and generate editable domain-specific views. A view is a part of domain-specific workbench that presents only one aspect of a model, for example, its hierarchical structure. This dissertation presents special model transformation languages which support the description of view synchronization in a generated domain-specific workbench. This allows a multi-view domain-specific workbench to be created with existing tools for language tool generation. We present a generated domain-specific workbench for the nanophysics domain and present a taxonomy of synchronization types. This allows us to precisely define what model transformations are required for view synchronization in that workbench. According to these requirements, we develop two transformation languages by adapting existing ones. In particular, we develop a bidirectional transformation language. With such a language one can describe a relation which defines whether two models are in sync and let the synchronization logic be inferred automatically. We implement model transformation languages as internal DSLs - that is, embedded as expressive libraries - in the Scala programming language and use Scala''s type checking for static verification of transformations and their composition.

Die Anwendung von Methodiken und Technologien aus dem Bereich der Softwaretechnik auf den Bereich der Umweltmodellierung ist eine gemeinhin akzeptierte Vorgehensweise. Im Rahmen der "modellgetriebenen Entwicklung"(MDE, model-driven engineering) werden Technologien entwickelt, die darauf abzielen, Softwaresysteme vorwiegend auf Basis von im Vergleich zu Programmquelltexten relativ abstrakten Modellen zu entwickeln. Ein wesentlicher Bestandteil von MDE sind Techniken zur effizienten Entwicklung von "domänenspezifischen Sprachen"( DSL, domain-specific language), die auf Sprachmetamodellen beruhen. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie modellgetriebene Entwicklung, und insbesondere die metamodellbasierte Beschreibung von DSLs, darüber hinaus Aspekte der Pragmatik unterstützen kann, deren Relevanz im erkenntnistheoretischen und kognitiven Hintergrund wissenschaftlichen Forschens begründet wird. Hierzu wird vor dem Hintergrund der Erkenntnisse des "modellbasierten Forschens"(model-based science und model-based reasoning) gezeigt, wie insbesondere durch Metamodelle beschriebene DSLs Möglichkeiten bieten, entsprechende pragmatische Aspekte besonders zu berücksichtigen, indem sie als Werkzeug zur Erkenntnisgewinnung aufgefasst werden. Dies ist v.a. im Kontext großer Unsicherheiten, wie sie für weite Teile der Umweltmodellierung charakterisierend sind, von grundsätzlicher Bedeutung. Die Formulierung eines sprachzentrierten Ansatzes (LCA, language-centered approach) für die Werkzeugunterstützung konkretisiert die genannten Aspekte und bildet die Basis für eine beispielhafte Implementierung eines Werkzeuges mit einer DSL für die Beschreibung von Zellulären Automaten (ZA) für die Umweltmodellierung. Anwendungsfälle belegen die Verwendbarkeit von ECAL und der entsprechenden metamodellbasierten Werkzeugimplementierung. / The application of methods and technologies of software engineering to environmental modeling and simulation (EMS) is common, since both areas share basic issues of software development and digital simulation. Recent developments within the context of "Model-driven Engineering" (MDE) aim at supporting the development of software systems at the base of relatively abstract models as opposed to programming language code. A basic ingredient of MDE is the development of methods that allow the efficient development of "domain-specific languages" (DSL), in particular at the base of language metamodels. This thesis shows how MDE and language metamodeling in particular, may support pragmatic aspects that reflect epistemic and cognitive aspects of scientific investigations. For this, DSLs and language metamodeling in particular are set into the context of "model-based science" and "model-based reasoning". It is shown that the specific properties of metamodel-based DSLs may be used to support those properties, in particular transparency, which are of particular relevance against the background of uncertainty, that is a characterizing property of EMS. The findings are the base for the formulation of an corresponding specific metamodel- based approach for the provision of modeling tools for EMS (Language-centered Approach, LCA), which has been implemented (modeling tool ECA-EMS), including a new DSL for CA modeling for EMS (ECAL). At the base of this implementation, the applicability of this approach is shown.

Domain-specific query languages (DSQL) let users express custom business logic. Relational databases provide a limited set of options to execute business logic. Usually, stored procedures or a series of queries with some glue code. Both methods have drawbacks and often business logic is still executed on application side transferring large amounts of data between application and database, which is expensive. We translate a DSQL into a hybrid data-flow execution plan, containing relational operators mixed with procedural ones. A cost model is used to drive the translation towards an optimal mixture of relational and procedural plan operators.

Die Mensch-Computer-Interaktion wird dank neuer Eingabemöglichkeiten jenseits von Tastatur und Maus reicher, vielseitiger und intuitiver. Durch den Verzicht auf zusätzliche Geräte beim Umgang mit Computern geht seitens der Eingabeverarbeitung jedoch eine erhöhte Komplexität einher: Die Programmierung gestischer Eingabe für Multitouch-Systeme ist in derzeitigen Frameworks abgesehen von den verfügbaren Standard-Gesten mit hohem Aufwand verbunden. Die entwickelte Gestenformalisierung für Multitouch (GeForMT) definiert eine domänenspezifische Sprache zur Beschreibung von Multitouch-Gesten. Statt wie verwandte Formalisierungsansätze detaillierte Filter für die Rohdaten zu definieren, bedient sich GeForMT eines bildhaften Ansatzes, um Gesten zu beschreiben. Die Konzeption von Gesten wird unterstützt, indem beispielsweise in einem frühen Stadium der Entwicklung Konflikte zwischen ähnlichen Gesten aufgedeckt werden. Die formalisierten Gesten lassen sich direkt in den Code einbetten und vereinfachen damit die Programmierung. Das zugrundeliegende Framework sorgt für die Verbindung zu den Algorithmen der Gestenerkennung. Die Übertragung des semiotischen Ansatzes zur Formalisierung auf andere Formen gestischer Eingabe wird abschließend diskutiert.