利用模型驅動技術快速產生領域專屬語言之執行與偵錯環境 - 政大學術集成

全文

(1)國立政治大學資訊科學系 Department of Computer Science National Chengchi University 碩士論文 Master’s Thesis. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 利用模型驅動技術快速產生領域專屬語言之執行與偵錯環境. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. Rapid Generation of Executing and Debugging Environments for Domain-Specific Languages based on Model-Driven Technology. Ch. engchi. i Un. v. 研究生：趙仁鋒指導教授：陳正佳. 中華民國一○一年一月 January 2012.

(2) 利用模型驅動技術快速產生領域專屬語言之執行與偵錯環境 Rapid Generation of Executing and Debugging Environments for Domain-Specific Languages based on Model-Driven Technology. 研究生：趙仁鋒. Student: Jen-Feng Chao. 指導教授：陳正佳. Advisor: Cheng-Chia Chen. 政治大. 立. 學. ‧ 國. 國立政治大學資訊科學系. Nat. sit. y. ‧. 碩士論文. er. io. A Thesis. n. a l to Department of Computer submitted i v Science n. C. U h eChengchi National n g c h iUniversity. in partial fulfillment of the Requirements for the degree of Master in Computer Science. 中華民國一○一年一月 January 2012.

(3) 利用模型驅動技術快速產生領域專屬語言之執行與偵錯環境摘要領域專屬語言的設計理念是希望能夠協助使用者在特定領域上解決特定問題。然而，大多數領域專屬語言的開發環境與工具均非常貧乏，這將. 政治大. 會增加使用者在開發程式上的困難。. 立. 所以本研究利用模型導向技術來建構一套生成系統，使用者只要輸. ‧ 國. 學. 入領域專屬語言的語意以及偵錯定義，就能快速生成語言的執行與偵錯. ‧. 環境，並提供完善的操作介面，輔助使用者加快程式開發的速度。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 衩. i Un. v.

(4) Rapid Generation of Executing and Debugging Environments for Domain-Specific Languages based on Model-Driven Technology. Abstract 衔表补衰衵衲衰衯衳补衯衦衣衲补衡衴衩衮衧衤衯衭衡衩衮蠭衳衰补衣衩蠌衣衬衡衮衧衵衡衧补衳蠨衄術行衳蠩衩衳衴衯表补衬衰衵衳补衲. 政治大衳衯衬衶补衰衲衯衢衬补衭衳衩衮衡衰衡衲衴衩衣衵衬衡衲衤衯衭衡衩衮蠮衈衯衷补衶补衲蠬衭衯衳衴衄術行衳衡衲补衬衡衣衫衯衦立. ‧ 國. 學. 衤补衶补衬衯衰衭补衮衴补衮衶衩衲衯衮衭补衮衴衳衡衮衤衴衯衯衬衳蠬衷表衩衣表衷衯衵衬衤衢补衭衯衲补衤衩蠎衣衵衬衴衴衯衤补衶补衬衯衰衰衲衯衧衲衡衭衳蠮. ‧. sit. y. Nat. 衔表衩衳衴表补衳衩衳衩衳衡衩衭补衤衴衯衤补衶补衬衯衰衡衧补衮补衲衡衴衩衮衧衳衹衳衴补衭衢衡衳补衤衯衮衭衯衤补衬蠭. er. io. 衤衲衩衶补衮衴补衣表衮衯衬衯衧衹蠮衇衩衶补衮衴表补衳补衭衡衮衴衩衣衳衡衮衤衤补衢衵衧衧衩衮衧衤补蠌衮衩衴衩衯衮衳衯衦衡. n. a l 衴表补衳衹衳衴补衭衷衯衵衬衤衢补 i衡衢衬补 v 衴衯衧补衮补衲衡衴补衡衮补衸补衣衵衴蠭衤衯衭衡衩衮蠭衳衰补衣衩蠌衣衬衡衮衧衵衡衧补蠬 Ch. n engchi U. 衩衮衧衡衮衤衤补衢衵衧衧衩衮衧补衮衶衩衲衯衮衭补衮衴衦衯衲衴表补衬衡衮衧衵衡衧补衷衩衴表衦衲衩补衮衤衬衹衵衳补衲衩衮衴补衲蠭衦衡衣补蠬衴表衵衳衩衭衰衲衯衶衩衮衧补蠎衣衩补衮衣衹衡衮衤衰衲衯衤衵衣衴衩衶衩衴衹衯衦衵衳衩衮衧衴表补衬衡衮衧衵衡衧补蠮. 衩衩.

(5) 謝. 誌. 政大資科的研究生涯，讓我歷經了許多成長。學習期間幸蒙陳正佳老師的循循善誘以及敦敦教誨，帶領我開啟學術研究的大門，一窺資訊科學的奧妙。而在研究方向的訂定、基本觀念的建立、研究目標的實現，以及論文的撰寫等各階段也都受益匪淺。口試期間，亦承蒙淡江大學資訊與圖書館學系歐陽崇榮老師以及世新大學資訊管理學系鄭武堯老師的鼓勵與指教，指引學生由不同的角度探討本研究成果在未來的. 政治大. 發展性，也指明學生論文上的疏漏之處，使得本論文可更臻完善。. 立. 在論文研究期間，非常感謝曾仲瑋學長一路的陪伴與扶持，也感謝曾在同一實驗. ‧ 國. 學. 室的學長們的協助，以及在此期間一起相互砥礪的學弟們。除此之外，也對不吝嗇給予鼓勵及幫助的老師、助教和同學們致上由衷的感謝。. ‧. 最後特別要感謝我的家人，無條件給予我許多的支持與關懷，讓我能夠順利地完. y. Nat. n. er. io. al. sit. 成學業，願以此成果與家人共享。. Ch. engchi. i Un. v. 趙仁鋒謹誌於政治大學資訊科學研究所中華民國一○一年一月衩衩衩.

(6) 目. 錄. 第一章序論蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠱. 蠱蠮蠱. 問題動機. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠱. 蠱蠮蠲. 實現策略. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠱. 蠱蠮蠳. 特色貢獻. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠲. 蠱蠮蠴. 章節架構. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 立. 政治大. 第二章相關研究探討蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. ‧ 國. 學. 蠲蠮蠱. 正規語意. 蠲蠮蠲. 編譯器與直譯器生成工具蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. ‧. 使用者偵錯介面蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠶. er. al. n. 蠲蠮蠵. 蠵蠶. 蠲蠮蠳蠮蠱蠲蠮蠴. 蠴. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. sit. 衒补衬衡衴衩衯衮衡衬衍补衴衡蠭行衡衮衧衵衡衧补蠨衒衍行蠩衁衮衤衔衯衯衬衳. io. 蠲蠮蠳. 蠴. y. Nat. 蠲蠮蠲蠮蠱. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠳. Ch. engchi U. v ni. 衅衣衬衩衰衳补衄补衢衵衧衐衬衡衴衦衯衲衭蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠶. 語言開發框架蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠷. 蠲蠮蠴蠮蠱. 蠸. 衘衴补衸衴蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 相似系統. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠸. 蠲蠮蠵蠮蠱. 衄術行衄补衢衵衧衧衩衮衧衆衲衡衭补衷衯衲衫蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠸. 蠲蠮蠵蠮蠲. 衅衐衲衯衶衩衤补蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠹. 蠲蠮蠵蠮蠳. 術衰衯衯衦衡衸偵錯器生成框架蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠰. 衩衶.

(7) 蠲蠮蠵蠮蠴. 相似系統比較蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠱. 第三章系統架構分析蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠲. 蠳蠮蠲. 架構概要. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠲. 蠳蠮蠱蠮蠱. 系統生成時期架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠳. 蠳蠮蠱蠮蠲. 系統執行時期架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠴. 系統輸入模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠵. 政治大. 蠳蠮蠲蠮蠱. 文法蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠵. 蠳蠮蠲蠮蠲. 自然語意蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠶. 蠳蠮蠲蠮蠳. 偵錯指令蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠶. 立. 學. ‧. ‧ 國. 蠳蠮蠱. 衒衇衄蠲衃衯衤补蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠹. 蠳蠮蠴. 衒衡衧补衄补衮執行平台蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠰. 蠳蠮蠵. 衒衡衧补衄补衮偵錯套件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠱. n. al. er. io. sit. y. Nat. 蠳蠮蠳. Ch. engchi. i Un. v. 蠳蠮蠵蠮蠱. 啟動器蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠲. 蠳蠮蠵蠮蠲. 偵錯模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠲. 蠳蠮蠵蠮蠳. 中斷點機制蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠲. 蠳蠮蠵蠮蠴. 原始碼整合顯示蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠳. 第四章系統實作. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠵. 蠴蠮蠱. 建立衒衇衄蠲衃衯衤补蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠵. 蠴蠮蠲. 建構衒衡衧补衄补衮執行平台蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠷衶.

(8) 載入執行元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠷. 蠴蠮蠲蠮蠲. 實現偵錯機制蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠹. 蠴蠮蠲蠮蠳. 接收偵錯命令與回傳偵錯事件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠶. 實作衒衡衧补衄补衮偵錯套件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠷蠴蠮蠳蠮蠱. 建構啟動器蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠷. 蠴蠮蠳蠮蠲. 實作偵錯模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠸. 蠴蠮蠳蠮蠳. 設置中斷點機制蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠲. 蠴蠮蠳蠮蠴. 整合原始碼顯示蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠳. 立. 政治大. 學. ‧ 國. 蠴蠮蠳. 蠴蠮蠲蠮蠱. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠵. 蠵蠮蠱. 專案設置. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠵. 蠵蠮蠲. 建立衒衯衢衯衴的編輯環境蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠶. 蠵蠮蠳. 描述衒衯衢衯衴自然語意及偵錯指令蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠶. ‧. 第五章系統範例. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. v. 蠵蠮蠴. 生成執行元件並新增延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠳. 蠵蠮蠵. 執行與偵錯衒衯衢衯衴程式碼蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠳. 第六章結論與未來展望蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠶蠶蠮蠱. 結論蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠶. 蠶蠮蠲. 未來展望. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠶. 參考文獻蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠸附錄衁：衒衇衄文法規則蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠸蠲衶衩.

(9) 表. 目. 錄. 蠳蠮蠱. 衒衯衢衯衴蠮衸衴补衸衴蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠷. 蠳蠮蠲. 資料型態宣告蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠹. 蠳蠮蠳. 衆衲衵衩衴蠮衸衴补衸衴蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠱. 蠳蠮蠴. 衆衲衵衩衴蠮衲衧衤蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠱. 蠳蠮蠵. 規則的形式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠲. 蠳蠮蠶. 規則集合的形式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠳. 蠳蠮蠷. 衭衡衩衮蠮衲衧衤蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠵. 蠳蠮蠸. 中斷檢查點設置蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠷. 蠳蠮蠹. 新增與移除衳衴衡衣衫衦衲衡衭补設置蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠸. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i Un. v. 蠳蠮蠱蠰更新變數設置蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠹. Ch. engchi. 蠴蠮蠱. 衒衇衄衇补衮补衲衡衴衯衲蠮衸衴补衮衤蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠸. 蠴蠮蠲. 衍衯衤衵衬补蠌衬补衎衡衭补樣板碼蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠹. 蠴蠮蠳. 衭补衴表衯衤衃衡衬衬函式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠱. 蠴蠮蠴. 补衮衴补衲衁衣衴衩衶衡衴衩衯衮衒补衣衯衲衤函式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠲. 蠴蠮蠵. 衬补衡衶补衁衣衴衩衶衡衴衩衯衮衒补衣衯衲衤函式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠳. 蠴蠮蠶. 衭补衴表衯衤衒补衴衵衲衮函式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠴. 衶衩衩.

(10) 蠴蠮蠷. 衵衰衤衡衴补衖衡衲衩衡衢衬补函式蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠵. 蠴蠮蠸. 衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衣衯衲补蠮衬衡衵衮衣表衃衯衮蠌衧衵衲衡衴衩衯衮衔衹衰补衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠸. 蠴蠮蠹. 啟動代理：衒行衡衵衮衣表衄补衬补衧衡衴补蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠴蠹. 蠴蠮蠱蠰衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衵衩蠮衬衡衵衮衣表衃衯衮蠌衧衵衲衡衴衩衯衮衔衡衢衇衲衯衵衰衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠰蠴蠮蠱蠱啟動組態頁面組：衒衔衡衢衇衲衯衵衰蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠰蠴蠮蠱蠲衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衣衯衲补蠮衲补衳衯衵衲衣补衳蠮衭衡衲衫补衲衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠲. 政治大. 蠴蠮蠱蠳衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衣衯衲补蠮衢衲补衡衫衰衯衩衮衴衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠳. 立. ‧ 國. 學. 蠴蠮蠱蠴實作行中斷點：衒行衩衮补衂衲补衡衫衰衯衩衮衴蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠴蠴蠮蠱蠵衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衵衩蠮衰衯衰衵衰衍补衮衵衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠵. ‧. 蠴蠮蠱蠶衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衣衯衲补蠮衲衵衮衴衩衭补蠮衡衤衡衰衴补衲衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠵. sit. y. Nat. n. al. er. io. 蠴蠮蠱蠷實作 getAdapter()蠺衒衅衤衩衴衯衲衁衤衡衰衴补衲衆衡衣衴衯衲衹蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠶. i Un. v. 蠴蠮蠱蠸實作中斷點的衡衤衡衰衴补衲蠺衒衂衲补衡衫衰衯衩衮衴衁衤衡衰衴补衲蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠷. Ch. engchi. 蠴蠮蠱蠹衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衣衯衲补蠮衳衯衵衲衣补行衯衣衡衴衯衲衳延伸元件. 蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠸. 蠴蠮蠲蠰實作原始碼查看導引者：衒術衯衵衲衣补行衯衯衫衄衩衲补衣衴衯衲蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠵蠹蠴蠮蠲蠱實作原始碼查看參與者：衒術衯衵衲衣补行衯衯衫衵衰衐衡衲衴衩衣衩衰衡衮衴蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠰蠴蠮蠲蠲衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衣衯衲补蠮衳衯衵衲衣补衐衡衴表衃衯衭衰衵衴补衲衳延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠰蠴蠮蠲蠳實作原始碼路徑計算器代理：衒術衯衵衲衣补衐衡衴表衃衯衭衰衵衴补衲衄补衬补衧衡衴补蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠲蠴蠮蠲蠴衯衲衧蠮补衣衬衩衰衳补蠮衤补衢衵衧蠮衵衩蠮衤补衢衵衧衍衯衤补衬衐衲补衳补衮衴衡衴衩衯衮延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠳蠴蠮蠲蠵實作偵錯模型顯示：衒衄补衢衵衧衍衯衤补衬衐衲补衳补衮衴衡衴衩衯衮蠮衪衡衶衡蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠴衶衩衩衩.

(11) 蠵蠮蠱. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺提取器宣告蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠸. 蠵蠮蠲. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺解譯 Robot 模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠹. 蠵蠮蠳. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺解譯 Command 模型串列蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠰. 蠵蠮蠴. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺解譯 Command 模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠱. 蠵蠮蠵. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺解譯函式呼叫蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠲. 蠵蠮蠶. 衒衯衢衯衴蠮衲衧衤蠺更新變數資訊蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠳. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 衩衸. i Un. v.

(12) 圖. 目. 錄. 蠲蠮蠱. 衅衣衬衩衰衳补套件架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮. 蠳蠮蠱. 系統生成時期架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠳. 蠳蠮蠲. 系統執行時期架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠱蠵. 蠳蠮蠳. 衒衇衄蠲衣衯衤补架構蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠲蠹. 蠳蠮蠴. 政治大控制堆疊超模型蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮立. 蠷. 蠳蠱. 衅衣衬衩衰衳补內的偵錯模型衕衍行蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠳. 蠴蠮蠱. 藉由衘衴补衸衴專案精靈新增衒衇衄蠲衃衯衤补專案蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠳蠶. 蠵蠮蠱. 新增衒衯衢衯衴的衘衴补衸衴專案蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠶. 蠵蠮蠲. 衒衯衢衯衴需要的套件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠶蠷. 蠵蠮蠳. 生成衒衯衢衯衴執行元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠴. 蠵蠮蠴. 新增執行元件的延伸元件蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠴. 蠵蠮蠵. 偵錯补衸蠱蠮衲衯衢衯衴蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠮蠷蠵. ‧. ‧ 國. 學. 蠳蠮蠵. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 衸. i Un. v.

(13) 第一章序論. 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學. 1.1 問題動機. 領域專屬語言蠨衤衯衭衡衩衮蠭衳衰补衣衩蠌衣衬衡衮衧衵衡衧补蠬衄術行蠩衛蠱衝是開發人員為了解決特定領域的問題. Nat. sit. y. 所定義的專用語言。所以除了軟體工程師之外，許多毫無程式設計經驗的使用者也會. n. al. er. io. 利用衄術行來解決問題。然而大多數衄術行的開發環境與工具均非常貧乏，缺乏開發環. i Un. 境與工具的輔助將會降低使用者開發程式的效率。. Ch. engchi. v. 鑑於上述情況，擁有良好的輔助工具環境例如直譯器以及偵錯器將會對使用者有莫大的幫助。但從頭開發直譯器與偵錯器需要耗費大量的時間、金錢與人力，為了促進程式開發效率而花費太多時間去建置輔助工具也顯得本末倒置。所以，如何快速產生衄術行的執行與偵錯環境，並提供良好的操作介面，協助使用者加快程式開發的效率，即為本研究最主要的動機。. 1.2 實現策略為了要達到快速並簡易地產生衄術行執行與偵錯環境的目的，我們利用模型驅動技術蠱.

(14) 蠨衍衄衁蠩衛蠲衝來建構一套自動生成系統。開發人員只要定義出核心的骨幹，就能夠在不需要太多額外的前置作業或背景知識下快速打造出特定衄術行的開發環境。本研究首先定義一套實作正規語意並可加入偵錯定義的語言，讓開發人員可以利用此語言來描述衄術行。接著建立生成器來讀入這些描述，產生具備偵錯機制的執行元件。執行元件可被執行平台下的直譯器與偵錯器通用框架載入，以便執行與偵錯衄術行程式。除了執行與偵錯程式外，提供整合式開發環境也利於使用者撰寫程式。所以還. 政治大衅衣衬衩衰衳补衛蠳衝提供了完善的使用者介面，以及強大的偵錯平台衛蠴衝，開發人員能夠輕易地將立. 需要建構一個擁有人性化介面的環境，才能有助於增進程式開發速度的目的。由於. ‧ 國. 學. 自製的偵錯器整合進衅衣衬衩衰衳补內，輔助使用者開發衄術行程式。所以我們決定將系統整合至衅衣衬衩衰衳补平台，讓使用者可以在友善的整合式開發環境下執行與偵錯衄術行程式。. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. 1.3 特色貢獻. i Un. v. 本研究建立一套自動生成執行與偵錯環境的系統，能將衄術行的正規語意與偵錯定義轉. Ch. engchi. 換成具備偵錯機制的執行元件，此元件可由直譯器與偵錯器通用框架載入以便執行與偵錯衄術行程式，並整合至衅衣衬衩衰衳补平台。本系統擁有下列特色與貢獻： • 使用正規語意來描述語言：採用正規語意衛蠵衝來描述衄術行的語意，而不是直接以程式語言實作。使開發者能在較抽象的層面上描述一個語言如何在機器上運作，而不用去顧慮其他實作的細節。除此之外，我們也更容易追蹤程式的執行流程以及驗證程式的正確性。 • 抽象化偵錯機制：開發者不用一一實作每個偵錯元件或是功能，只要在衄術行的語意內加入偵錯定義，即可讓生成的執行元件擁有基本的偵錯機制，能夠偵錯衄術行程式。蠲.

(15) • 提供人性化開發環境：本系統建構在衅衣衬衩衰衳补平台之上，以便提供人性化的開發環境讓使用者撰寫程式。使用者偵錯程式時，也可利用衅衣衬衩衰衳补提供的偵錯介面來逐步追蹤程式的狀態。. 1.4 章節架構首先在第一章內，我們簡介本研究的動機、策略與貢獻。第二章則介紹相關的背景知. 政治大接著會描述使用者偵錯介面，其中包括了衅衣衬衩衰衳补與其偵錯平台，並介紹語言開發框架立. 識、工具以及相似系統，此章首先介紹正規語意，再探討編譯器與直譯器生成工具。. 蠨衦衲衡衭补衷衯衲衫蠩，最後則是幾個與本研究相近的系統分析與比較。. ‧ 國. 學. 第三章分析本系統的架構與輸入模型，並對系統各部分詳加介紹。第四章闡述如. ‧. 何建構執行與偵錯環境生成系統。第五章用範例實證本研究的成果。第六章則是結論. n. al. er. io. sit. y. Nat. 與未來展望。. Ch. engchi. 蠳. i Un. v.

(16) 第二章相關研究探討. 立. 政治大. 本研究所需的背景知識、相關工具以及相似系統，可分為下列幾個部分詳細探討：正. ‧ 國. 學. 規語意、編譯器與直譯器生成工具、使用者偵錯介面、語言開發框架以及相似系統. ‧. 分析與比較。首先，蠲蠮蠱節概述作為本系統輸入模型的正規語意。蠲蠮蠲節會介紹編譯. y. Nat. 器與直譯器的相關生成工具。接著在蠲蠮蠳節，針對衅衣衬衩衰衳补所提供的偵錯平台蠨衤补衢衵衧. io. sit. 衰衬衡衴衦衯衲衭蠩衛蠴衝作一個簡介。然後在蠲蠮蠴節中介紹語言開發框架。最後在蠲蠮蠵節中，介紹. n. al. er. 與本研究同樣都架構在衅衣衬衩衰衳补上的相似系統，並比較各系統的差異。. Ch. engchi. i Un. v. 2.1 正規語意在程式語言中，正規語意蠨衦衯衲衭衡衬衳补衭衡衮衴衩衣衳蠩是以嚴謹的數學方法來研究還有並定義程式的意義衛蠶衝。使用正規語意不僅利於各種分析與驗證，也能精確地定義程式的結構。常見的正規語意有操作語意蠨衯衰补衲衡衴衩衯衮衡衬衳补衭衡衮衴衩衣衳蠩、指稱語意蠨衤补衮衯衴衡衴衩衯衮衡衬衳补衭衡衮衴衩衣衳蠩以及公理語意蠨衡衸衩衯衭衳补衭衡衮衴衩衣衳蠩三種。其中的操作語意衛蠵衝藉由數學的推論系統來描述程式在機器上執行時的狀態，讓我們不僅獲得執行的結果，還能夠知道程式在執行的過程中，狀態如何遞變。而操作語意又包含結構操作語意蠨衳衴衲衵衣衴衵衲衡衬衯衰补衲衡衴衩衯衮衡衬衳补衭衡衮衴衩衣衳蠬術衏術蠩衛蠷衝與自然語意蠨衮衡衴衵衲衡衬衳补衭衡衮衴衩衣衳蠬衎術蠩衛蠸衝兩種方法。結構蠴.

(17) 操作語意又稱衳衭衡衬衬蠭衳衴补衰衳补衭衡衮衴衩衣衳，因為它關注於每個獨立計算步驟該如何執行；而自然語意又稱衢衩衧蠭衳衴补衰衳补衭衡衮衴衩衣衳，因為它著重在如何獲得整體的計算結果。因為正規語意使用嚴謹的數學方法來定義程式的意義，所以採用正規語意描述程式比較能確保程式的正確性。再加上操作語意比較貼近語言的實作，且自然語意也容易定義程式的意義。所以本系統將採用自然語意來描述衄術行的語意並作為輸入模型。. 2.2 編譯器與直譯器生成工具. 立. 政治大. 編譯器蠨衃衯衭衰衩衬补衲蠩是一個可以讀入原始語言蠨衳衯衵衲衣补衬衡衮衧衵衡衧补蠩，並將它轉換成另一種. ‧ 國. 學. 標的語言蠨衴衡衲衧补衴衬衡衮衧衵衡衧补蠩的程式衛蠹衝。然而轉換的過程需要經過許多繁複的階段與轉換，包括字彙分析、語法分析、語意分析，生成中間碼、程式碼最佳化、產生標的碼. ‧. 等等。直譯器雖不會產生標的碼，而是直接執行原始碼所描述的操作。但大部分的情. Nat. sit. n. al. er. io. 解譯。. y. 況下，還是需要對原始碼進行字彙分析與語法分析，將它轉換成語法樹以方便直譯器. i Un. v. 編譯器與直譯器的實作不但複雜且容易出錯，因此許多的生成工具因應而生。這. Ch. engchi. 些生成工具藉由讀入語言的規格描述，即可生成相對應的分析器。例如行补衸衛蠱蠰衝是以正規表達式當做輸入的字彙分析生成器，以及用文法描述當做輸入的衙衡衣衣衛蠱蠰衝語法分析生成器等等。而生成語意實作的工具也不少，如衒补衬衡衴衩衯衮衡衬衍补衴衡蠭行衡衮衧衵衡衧补衛蠱蠱衝、衫蠭衦衲衡衭补衷衯衲衫衛蠱蠲衝、衁術衆蠫術衄衆衛蠱蠳衝、術衴衲衡衴补衧衯蠯衘衔衛蠱蠴衝、衔衘行衛蠱蠵衝等等。由於本研究希望以自然語意為輸入模型，其中衒衍行雖然為實作自然語意的語言，但並不包含偵錯器的生成。所以本研究決定採用衒衍行的文法形式並加以擴充、修改來當作輸入語法，最後再加入偵錯定義，以便能夠生成直譯器以及偵錯器。. 蠵.

(18) 2.2.1 Relational Meta-Language (RML) And Tools 衒衍行是一套將自然語意編譯成高效率的可執行碼的系統，藉此實作語言的語意。自然語意是以衐衬衯衴衫衩衮的結構操作語意衛蠷衝為基礎並由衉衎衒衉衁的衋衡表衮衛蠸衝延續發展出來。它的規格包含了資料型態宣告以及規論規則蠨衩衮衦补衲补衮衣补衲衵衬补蠩的集合。推論規則是以類似衇补衮衴衺补衮的術补衱衵补衮衴衃衡衬衣衵衬衵衳格式描述物件之間的關聯蠨衲补衬衡衴衩衯衮蠩來進行自然推論蠨衮衡衴衵衲衡衬衤补衤衵衣衴衩衯衮蠩衛蠱蠶衝。衒衍行不但容易使用且提供了高度抽象能力來表達語言轉換與分析工作。雖然已有. 治政大衒衍行提供了一個表達自然語衔衙衐衏行衛蠱蠷衝可生成自然語意的實作，但卻缺乏效率。而立. 意的強型超語言生成工具─ 衲衭衬蠲衣，足以產生約略手寫般高效率的衃語言實作衛蠱蠸衝。. ‧. ‧ 國. 學. 2.3 使用者偵錯介面. sit. y. Nat. n. al. er. io. 本節將介紹衅衣衬衩衰衳补及其底下的偵錯平台。. Ch. engchi. i Un. v. 2.3.1 Eclipse Debug Platform. 衅衣衬衩衰衳补是一套開放原始碼的程式整合式開發環境蠨衉衄衅蠩，其可擴充的框架，允許第三方撰寫名為衰衬衵衧蠭衩衮的擴充套件，將既有的或是新開發的工具程式整合至此平台。衅衣衬衩衰衳补在衰衬衵衧蠭衩衮機制中定義了一組稱作延伸元件 ─ 延伸點蠨补衸衴补衮衳衩衯衮蠭补衸衴补衮衳衩衯衮衰衯衩衮衴蠩的概念，延伸元件代表延伸出來的功能，而延伸點則代表允許被延伸的功能衛蠱蠹衝。如果將延伸元件比擬成插頭，那麼延伸點就如同插座。圖蠲蠮蠱即為延伸元件與延伸點的運作方式，一個延伸元件對應至一個延伸點，但延伸點可以對應至多個延伸元件。. 蠶.

(19) 立. 政治大圖蠲蠮蠱蠺衅衣衬衩衰衳补套件架構. ‧ 國. 學. 衅衣衬衩衰衳补專案除了提供衊衡衶衡的開發工具蠨衊衄衔蠩衛蠲蠰衝外，也提供了擴充套件發展環境蠨衐衄衅蠩衛蠲蠱衝，讓開發人員可以藉此開發擴充套件。衅衣衬衩衰衳补並無任何偵錯實作，但提. ‧. 供了一個用於建構與整合偵錯器的偵錯框架，統稱為偵錯平台蠨衤补衢衵衧衰衬衡衴衦衯衲衭蠩衛蠴衝。偵. Nat. sit. y. 錯平台包含了偵錯模型蠨衤补衢衵衧衭衯衤补衬蠩與偵錯視圖蠨衤补衢衵衧衰补衲衳衰补衣衴衩衶补蠩，偵錯模型為一. n. al. er. io. 組供實作的通用偵錯介面，包括偵錯器常見的元件蠨例如執行緒、變數和中斷點蠩與動. i Un. v. 作蠨例如追蹤、暫停、回復與中止蠩。而偵錯視圖可操作偵錯模型，並提供相關元件的. Ch. engchi. 衶衩补衷衳，讓使用者能夠透過偵錯視圖逐步追蹤程式的執行流程與目前的狀態。換言之，開發者只要實作偵錯框架的核心介面而不用撰寫任何使用者介面的程式碼，便可以產生一個基本的偵錯器。. 2.4 語言開發框架本系統希望建構一個生成器，可以讀入衄術行的自然語意並產生實作語意的執行元件。除此之外也需要建立衄術行的編輯環境。所以我們利用語言開發框架─ 衘衴补衸衴來建構這些組件。. 蠷.

(20) 2.4.1 Xtext 衘衴补衸衴衛蠲蠲衝為衅衣衬衩衰衳补下的套件，它是奠基於衅衣衬衩衰衳补、衅衣衬衩衰衳补衍衯衤补衬衩衮衧衆衲衡衭补衷衯衲衫蠨衅衍衆蠩衛蠲蠳衝以及衁衎衔行衒解析器生成器衛蠲蠴衝的語言開發框架。使用者可以自訂一個衄術行並描述它的文法，衘衴补衸衴即可在衅衣衬衩衰衳补下產生衄術行的開發環境，包括了編輯器以及解析器，還有程式碼生成器等組件。程式碼生成器可以解析衄術行模型，並依照以衘衴补衮衤衛蠲蠵衝語言描述的樣板蠨衴补衭衰衬衡衴补蠩來生成實作的程式碼。衘衴补衮衤為一個靜態型別蠨衳衴衡衴衩衣衡衬衬衹蠭衴衹衰补衤蠩樣板語言，它可以幫助. 治政大蠨衳衴衲衩衮衧衣衯衮衣衡衴补衮衡衴衩衯衮蠩的程式，開發與維護程式碼生成器以及其他極度依賴字串連接立. 也可直接被編譯成可閱讀的衊衡衶衡程式碼，文法也與衊衡衶衡相似但較為精簡。. ‧. ‧ 國. 學. 2.5 相似系統. sit. y. Nat. n. al. er. io. 本研究與街衵等人的衄術行衄补衢衵衧衧衩衮衧衆衲衡衭补衷衯衲衫衛蠲蠶衝、衅衐衲衯衶衩衤补衛蠲蠷衝以及術衰衯衯衦衡衸衛蠲蠸衝. i Un. v. 的偵錯器生成框架衛蠲蠹衝均利用衅衣衬衩衰衳补平台建構偵錯器，故特此提出介紹並比較。. Ch. engchi. 2.5.1 DSL Debugging Framework 衄術行衄补衢衵衧衧衩衮衧衆衲衡衭补衷衯衲衫蠨衄衄衆蠩的目標在於提供一個偵錯器的生成框架，協助領域專家與使用者在他們熟悉的抽象層級上偵錯衄術行衛蠳蠰衝程式，而不用仰賴通用語言蠨衇衐行蠩的知識。衄衄衆利用文法驅動蠨衇衲衡衭衭衡衲蠭衄衲衩衶补衮蠩技術，藉由衄術行文法生成衄衄衆所需要的連結資訊，讓它能與整合式開發環境交流、互動，協助使用者偵錯衄術行程式。衄衄衆的做法是由衄術行的文法生成映對資訊，將衄術行原始碼轉換成實作的衇衐行. 蠸.

(21) 程式碼，然後利用已存在的衇衐行偵錯器來偵錯衇衐行程式碼，最後再將偵錯結果對映回衄術行層級。首先，衄術行原始碼會經由轉換器產生衇衐行程式碼以及與衄術行原始碼映對的資訊，包含以下三種蠺. • 原始碼映對蠨衳衯衵衲衣补衣衯衤补衭衡衰衰衩衮衧蠩：描述衄術行原始碼中哪一行會對映至相關聯衇衐行程式碼的哪個區段。 • 偵錯方法映對蠨衤补衢衵衧衧衩衮衧衭补衴表衯衤衳衭衡衰衰衩衮衧蠩：對映衄術行層級的偵錯命令至衇衐行層級。. 治政大衇衐行程式碼得到的結果對映 • 偵錯結果映對蠨衤补衢衵衧衧衩衮衧衲补衳衵衬衴衳衭衡衰衰衩衮衧蠩：將偵錯立回衄術行層級。. ‧ 國. 學 ‧. 接著衇衐行程式碼與前兩種映對資訊將會被重新解譯成偵錯命令並送至衇衐行偵錯伺服器。衇衐行偵錯伺服器負責處理從重新解譯器送來的偵錯命令，並將產生的結果藉. y. Nat. er. io. 前的執行狀態。. sit. 由偵錯結果映對轉換至衄術行層級並回傳，讓使用者透過偵錯視圖來觀測衄術行程式目. al. n. iv n C 街衵等人衛蠳蠱衝也利用此框架生成命令式蠨衤补衣衬衡衲衡衴衩衶补蠩以及混 h e n g c蠨衩衭衰补衲衡衴衩衶补蠩、宣告式 hi U. 合式蠨表衹衢衲衩衤蠩的衄術行偵錯器。證明只要利用衄衆衆以及少量的額外實作，即可將現有的偵錯工具重複應用至不同種類的衄術行衳上。. 2.5.2 EProvide 衅衐衲衯衶衩衤补為一個衅衣衬衩衰衳补上的專案，它允許使用者定義衄術行的操作語意以及視覺化的直譯器與偵錯器衛蠲蠷衝。要利用衅衐衲衯衶衩衤补開發衄術行的執行與偵錯環境，首先需要定義衄術行的超模型。除此之外，還需要在超模型內描述衄術行可能存在的狀態衛蠳蠲衝。定義衄術行操作語意的方式蠹.

(22) 即為實作模型的初始化狀態以及狀態遞變的步驟。當衅衐衲衯衶衩衤补執行衄術行模型時，衄術行的執行狀態會被初始化，接著再逐步遞變，並將狀態保存在模型之內。接著還需加入衄術行的偵錯描述，衅衐衲衯衶衩衤补內的通用偵錯器才能在衅衣衬衩衰衳补上偵錯衄術行程式衛蠳蠳衝。偵錯描述包含以下項目：. • 偵錯狀態：由於衄術行模型內的執行狀態為目前處於哪個節點，以及各自定義的變數等等。所以需要進行模型轉換，將衄術行模型轉換成符合衅衣衬衩衰衳补偵錯模型的偵錯狀態，以便透過偵錯視圖呈現給使用者觀看。. 政治大 • 程式位址：描述衄術行的程式位址，以便高亮程式內的元素，顯示目前執行至何立. ‧ 國. 學. 處。每個執行緒需要記錄目前執行緒執行至何處，而每個衳衴衡衣衫衦衲衡衭补也需記錄在此衳衴衡衣衫衦衲衡衭补下，程式執行至何處。. ‧. • 中斷點：允許特定的模型物件能夠新增或移除中斷點。. y. Nat. io. sit. • 術衴补衰操作：描述各種衳衴补衰的操作，讓偵錯器得知程式進行各種衳衴补衰的操作時，. n. al. er. 需要執行至何處才完成。. Ch. engchi. i Un. v. 2.5.3 Spoofax 偵錯器生成框架. 術衰衯衯衦衡衸是一個開發文字式蠨衴补衸衴衵衡衬蠩衄術行的工作平台，且擁有衅衣衬衩衰衳补編輯器功能。使用者可以使用術衄衆衛蠳蠴衝來描述衄術行的文法，術衰衯衯衦衡衸則會自動生成編輯器並提供簡單的編輯輔助。除此之外，術衰衯衯衦衡衸平台下也有一套偵錯器生成框架，讓使用者能以抽象化的方式定義衄術行偵錯器。偵錯器生成框架使用宣告式的術衅行語言來定義衄術行的通用偵錯模型，偵錯模型以偵錯事件為基礎來擷取程式的執行狀態。step 事件表示衄術行陳述式蠨衳衴衡衴补衭补衮衴蠩的順序；enter 與 exit 事件表示 step 之間的階層關系；var 事件則指定目前階層上，蠱蠰.

(23) 需要宣告的變數。術衅行描述如何在衄術行語法內產生偵錯事件，以及如何提取相關的偵錯資訊。當衄術行程式碼被解析成抽象語法樹後，系統會依據術衅行的描述，將偵錯事件加入至語法樹內。除此之外，系統還需要實作原生偵錯函式庫，以便將偵錯事件傳遞給偵錯器。偵錯器的執行時期的架構分為四層，其中包含一層通用的基礎建設蠨衩衮衦衲衡衳衴衲衵衣衴衵衲补蠩。藉由分層的架構，可以重複使用通用的組件，以便在新增衄術行偵錯器時，減少需要實作的組件。. 2.5.4 相似系統比較. 立. 政治大. 街衵等人衛蠲蠶衝的衄衄衆僅提供了一個基本的生成框架，語言的實作與偵錯器的生成仍需. ‧ 國. 學. 在通用語言的層級下描述。至於衅衐衲衯衶衩衤补則將程式的執行抽象化為 reset 與 step 兩個操作，實作此兩個操作可以讓衄術行程式逐步執行。但若要生成衄術行的偵錯器，則. ‧. 還得進行模型轉換並一一實作所需的偵錯介面。相較於上述兩者，本系統以自然語意. n. al. er. io. 言，不用涉及程式碼的實作以及額外的偵錯介面實作。. sit. y. Nat. 以及偵錯定義來生成語言的實作及偵錯器，讓使用者能夠於更抽象化的層級上描述語. Ch. i Un. v. 而術衰衯衯衦衡衸的偵錯器生成框架也提供了名為術衅行的語言來描述衄術行的偵錯定義，. engchi. 與本系統描述偵錯機制的做法頗為相似。然而它是以偵錯事件為基礎並與街衵等人衛蠳蠵衝同樣以衁衏衐蠨衁衳衰补衣衴蠭衯衲衩补衮衴补衤衰衲衯衧衲衡衭衭衩衮衧蠩衛蠳蠶衝的做法，將偵錯資訊衷补衡衶补至衄術行的抽象語法樹。最後還需實作衄術行的偵錯函式庫來傳遞偵錯事件。本系統則於描述程式語意的自然語意內加入偵錯定義，相較於從語法樹分析再加入的做法，在語意內描述偵錯定義會有比較大的彈性。除此之外，本系統也不需額外的實作來處理偵錯定義。. 蠱蠱.

(24) 第三章系統架構分析. 立. 政治大. 本章先於蠳蠮蠱小節簡單介紹本系統的架構概要，再於蠳蠮蠲小節介紹系統輸入模型，蠳蠮蠳. ‧ 國. 學. 至蠳蠮蠵小節則分析系統各部架構。. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. 3.1 架構概要. i Un. v. 本論文主要任務是實作一套可用以快速產生衄術行執行與偵錯環境的系統，我們將之命. Ch. engchi. 名為衒衡衧补衄补衮，它主要可分成三個部分：. • 衒衇衄蠲衃衯衤补 • 衒衡衧补衄补衮執行平台 • 衒衡衧补衄补衮偵錯套件. 除了產生執行與偵錯環境之外，仍需要衄術行編輯環境和偵錯視圖以便與執行與偵錯環境互動。以下將分別敘述系統生成時期與執行時期的架構以及各部元件。. 蠱蠲.

(25) 3.1.1 系統生成時期架構要生成特定衄術行的執行與偵錯環境，使用者需要定義衄術行的輸入模型，包括文法規則、自然語意還有偵錯定義。圖蠳蠮蠱顯示衒衡衧补衄补衮的生成時期架構，其主要元件如下：. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. i Un. v. 圖蠳蠮蠱蠺系統生成時期架構. Ch. engchi. • 衘衴补衸衴生成器：衘衴补衸衴為衅衣衬衩衰衳补上既有的工具，是一個語言開發框架。其中衘衴补衸衴生成器可讀入衄術行的文法規則，並生成編輯器、解析器與超模型等等組件，構成衄術行的編輯環境。編輯器輔助使用者編輯程式碼，解析器則會將衄術行程式碼轉換成以衅衍衆實作的抽象語法樹，而超模型可以描述語法樹的結構。 • 衒衇衄蠲衃衯衤补：語意定義描述衄術行程式該如何執行，衒衇衄蠲衃衯衤补能經由語意定義分析產生實作語意的執行元件。執行元件可以讀入衄術行的抽象語法樹並解譯程式。若加入偵錯定義，則產生的執行元件會具備偵錯機制，能夠與偵錯器互動並偵錯程式。. 蠱蠳.

(26) • 衒衡衧补衄补衮執行平台：每個衄術行均需直譯器與偵錯器來接收命令，控制程式流程並取得結果。而我們建構的執行平台內，包含了執行元件所需的函式庫以及直譯器與偵錯器通用框架。當使用者執行或偵錯一個特定衄術行的程式時，會啟動執行平台下的直譯器或偵錯器通用框架，此框架會載入對應此衄術行的執行元件來執行與偵錯程式。 • 偵錯模型：衅衣衬衩衰衳补平台下的偵錯模型為一組大部分偵錯器通用的元件與動作的抽象化介面，常見的元件例如衴表衲补衡衤、衳衴衡衣衫衦衲衡衭补、衶衡衲衩衡衢衬补等，常見的功能則有暫停、回復、中止等等。. 政治大 • 偵錯視圖：衅衣衬衩衰衳补平台提供了偵錯視圖，讓使用者能夠利用人性化的使用者介面立. ‧ 國. 學. 來偵錯程式。偵錯視圖包含許多種類的衶衩补衷，呈現代表被偵錯程式的偵錯模型資訊。每個衶衩补衷也提供許多偵錯命令供使用者下達，並經由偵錯視圖操作與觀測. ‧. 偵錯模型。. Nat. sit. y. • 衒衡衧补衄补衮偵錯套件：偵錯套件可視為偵錯視圖與偵錯器之間溝通的橋樑，它實作. n. al. er. io. 了偵錯模型介面以便與偵錯視圖互動。使用者經由偵錯視圖透過偵錯套件發送偵. i Un. v. 錯命令給執行平台，程式執行的狀態則由執行平台透過偵錯套件呈現在偵錯視圖上。. Ch. engchi. 3.1.2 系統執行時期架構圖蠳蠮蠲為衒衡衧补衄补衮執行時期的架構。使用者可在編輯環境內編輯衄術行，偵錯或執行衄術行程式時，衒衡衧补衄补衮偵錯套件會從編輯器取得衄術行的抽象語法樹，並啟動衒衡衧补衄补衮執行平台下直譯器或偵錯器的通用框架。直譯器或偵錯器的通用框架會載入相對應的衄術行執行元件，再直接由執行元件解譯或偵錯抽象語法樹。偵錯模式下，使用者可以利用偵錯視圖操作偵錯模型並下達命令，實作偵錯模型的偵錯套件會將命令發送至偵錯器，偵錯器則依此命令控制執行元件的執行流程。當執行暫停時，使用者可經由偵蠱蠴.

(27) 圖蠳蠮蠲蠺系統執行時期架構. 政治大. 錯視圖透過偵錯套件控制程式的執行流程以及觀測程式目前的執行狀態。. 立. ‧ 國. 學. 3.2 系統輸入模型. ‧. sit. y. Nat. 系統的輸入模型可分為文法、自然語意與偵錯指令三種。文法描述語言的具體語法與. io. n. al. er. 抽象語法，自然語意描述語言的執行語意，偵錯指令則描述語言的偵錯定義。. 3.2.1 文法. Ch. engchi. i Un. v. 文法的目的在於描述衄術行語言的語法結構，以及如何將程式碼對應成結構的規則。本系統使用衘衴补衸衴定義的文法規則當作輸入模型，當給定一個名稱為行的語言之後，即可利用衘衴补衸衴在行蠮衸衴补衸衴檔案內編輯行的文法規則。衘衴补衸衴生成器會依照文法規則生成編輯器、解析器以及超模型等元件，將行程式碼轉換成抽象語法樹。舉例來說，表蠳蠮蠱為一個衒衯衢衯衴衄術行文法範例，它是一個街衵等人衛蠳蠱衝定義的機器人語言，可藉由上下左右的命令來移動機器人的位置，也可執行函式呼叫，讓機器人依照函式內的命令移動，除此之外還可印出機器人所處的位置。要描述衒衯衢衯衴衄術行的文法規則，首先得於開頭處宣告文法的名稱─ Robot，接著匯入 org.eclipse.xtext. 蠱蠵.

(28) common.Terminals，以便使用 Terminals 預設的文法規則。由於衘衴补衸衴依照文法推論並. 自動產生衅衣衯衲补模型，所以在第四行得宣告此模型的 EPackage 名稱為 robot，nsURI 則為 "http://www.rageden.org/examples/robot/Robot"，衘衴补衸衴接著會根據不同的解析規則蠨衰衡衲衳补衲衲衵衬补蠩產生各種模型類別。生成 Ecore 模型後，衘衴补衸衴會依照解析規則將衒衯衢衯衴程式碼轉換成符合衅衣衯衲补模型的抽象語法樹。首先 Robot 解析規則會讀入整個程式碼，此規則包含了一組函式宣告與主函式，CallFunc 解析規則會解析函式宣告並產生 IFunc 的物件回傳給 arg2，其. 政治大串接起來。MainFunc 則會解析主函式宣告並將回傳的物件指定給 arg1，最後構成一個立. 中 arg2+=CallFunc* 表示 arg2 為一個串列蠨衬衩衳衴蠩，會將任意個 CallFunc 回傳的物件均. er. io. sit. y. Nat. 3.2.2 自然語意. ‧. ‧ 國. 類別回傳。. 學. 名為 IBOT 且包含 arg1、arg2 兩個特徵項目蠨衦补衡衴衵衲补蠩的模型類別，並視為 IRobot 的子. 本研究採用衒衇衄的語法規格來作為衄術行自然語意的輸入，它是以衘衴补衸衴實作的一個. al. n. iv n C 衄術行，其格式則參考衒衍行並加以修改而形成的。衒衇衄 h e n g c h i U 的架構主要是由模組蠨衭衯衤衵衬补蠩. 組成，每個模組定義了各自的結構，這些結構包含以下六種宣告：. • 匯入宣告蠨衉衭衰衯衲衴衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：以 import <PackageName> 表示。匯入其他套件的模組或衄術行抽象語法樹的模型類別。 • 型態宣告蠨衔衹衰补衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：以 type = <ID> 表示。給予型態另外一個別名。 • 變數宣告蠨衖衡衲衩衡衢衬补衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：以 val = <Expr> 表式。宣告變數並指定初始值。 • 資料型態宣告蠨衄衡衴衡衴衹衰补衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：宣告結構化的資料型態以及它的數值，以便進行模式比對蠨衰衡衴衴补衲衮衭衡衴衣表蠩。蠱蠶.

(29) 表蠳蠮蠱蠺衒衯衢衯衴蠮衸衴补衸衴 1. 2. grammar org . rageden . examples . robot . Robot with org . eclipse . xtext . common . Terminals. 3. 4. generate robot " http :// www . rageden . org / examples / robot / Robot ". 5. 6. 7. Robot returns IRobot : { IBOT } arg2 += CallFunc *. 立. 治政 arg1 = MainFunc ;大. 8. ‧ 國. MainFunc returns IFunction : { IMAIN } ’ robot ’ arg1 += Command + ’end ’;. io. y. al. { IFUNC } ’ function ’ arg1 = ID ’: ’ arg2 += Command * ’end ’;. n. 13. 14. 15. sit. CallFunc returns IFunction :. er. 12. Nat. 11. ‧. 10. 學. 9. Ch. engchi. i Un. v. Command returns ICommand :. 16. { IUP }. ’up ’. 17. | { IDOWN }. ’ down ’. 18. | { ILEFT }. ’ left ’. 19. | { IRIGHT } ’ right ’. 20. | { IWHERE } ’ where ’. 21. | { ICALL }. ’>’ arg1 = ID. 22. | { ISET }. ’set ’ ’( ’ arg1 = INT ’,’ arg2 = INT ’) ’;. 蠱蠷.

(30) • 提取器宣告蠨衅衸衴衲衡衣衴衯衲衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：類似資料型態，宣告抽象語法樹的結構與型態，並利用模式比對來匹配語法樹。 • 規則集合宣告蠨衒衵衬补術补衴衤补衣衬衡衲衡衴衩衯衮蠩：宣告一組規格集合，利用數學推論的方式來描述語意。其中引入宣告、型態宣告、變數宣告均為大部分程式語言常用的宣告，正式定義請參見附錄衁，於此不多介紹。我們在此僅詳加說明另外三個宣告：. 資料型態宣告. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 在衒衇衄內，資料型態就像術衍行衛蠳蠷衝的 datatype，例如表蠳蠮蠲宣告一個名為 Value 的資料型態，並宣告 eval 規則集合來解譯 Value。Value 的數值不是 Empty、Real，就是. ‧. Max 建構式。其中 Empty 建構式蠨衣衯衮衳衴衲衵衣衴衯衲蠩沒有任何參數，而 Real 建構式包含了一. sit. y. Nat. 個型態為 Float 的參數，Max 建構式則包含了兩個 Int 型態的參數。. n. al. er. io. 資料型態可當作規則集合的輸入參數並進行模式比對，以便判斷該用哪條規則來. i Un. v. 推論參數。表蠳蠮蠲的 eval 規則集合會讀入 Value 資料型態的數值當作參數，並進行. Ch. engchi. 模式比對。在相對應的規則內描述該如何計算數值，最後回傳 Int 型態的數值當作結果。例如 eval(Empty()) 的輸入參數會符合 Empty() 結構式模式，則推論結果為 0 並回傳。如果計算 eval(Real(3.2))，則輸入的參數會符合 Real(fVal)，Real 建構式內的 3.2 會指定給 fVal 變數，此規則會呼叫 FloatToInt 將 fVal 轉換成整數 3，並將結果. 指定給 iVal，最後將 3 作為計算的結果回傳。若要計算 eval(Max(5, 2))，此參數會符合 Max(x, y)，則 Max 建構式內的參數 5、2 會分別指定給 x 與 y，在推論過程中，若 x 比 y 的數值大，則 x > y => true 成立，並推導出 5 做為結果。然而，若 x 比 y 小，則 x > y => true 不成立，接著繼續比對下一條規則的模式。此輸入參數仍會符合 Max(x, y)，並同樣將 Max 內的參數分別指定給 x 與 y，推導出 x > y => false 成立，. 回傳 y 做為計算的結果。蠱蠸.

(31) 表蠳蠮蠲蠺資料型態宣告 1. datatype Value = Empty. 2. 3. | Real of Float. 4. | Max of Int * Int. 5. set eval ( Value ) : Int = {. 立. 學. ‧ 國. 7. 政治大. axiom Empty () = > 0. 8. 9. 11. ------------------------. 12. Real ( fVal ) = > iVal. ‧. rule FloatToInt ( fVal ) = > iVal. n. er. io. al. y. Nat. 10. sit. 6. 13. rule x > y = true. 14. 15. ----------------. 16. Max (x , y ) = > x. Ch. engchi. 17. rule x > y = true. 18. 19. ----------------. 20. Max (x , y ) = > y. 21. }. 蠱蠹. i Un. v.

(32) 提取器宣告由衘衴补衸衴生成的衄術行編輯器、解析器與超模型，會將程式碼轉換成以衅衍衆為基礎的抽象語法樹。由於抽象語法樹為模型物件，所以需要宣告提取器來分析與分解抽象語法樹，並以代數的方式來表示這些模型物件，以便進行模式比對。假設要生成一個衆衲衵衩衴衄術行的執行與偵錯環境，首先需要新增表蠳蠮蠳的文法規則至衆衲衵衩衴蠮衸衴补衸衴檔案並生成編輯環境。表蠳蠮蠴則宣告了相對應的提取器，這樣才能在衒衇衄內使用代數建構式 Apple、Orange 來分析與分解抽象語法樹，並提取語法樹內的節點進行模式比對。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 宣告提取器提取抽象語法樹的節點有以下兩個限制：. • 文法內所描述的模型類別名稱需與提取器的類別名稱相同，但多個前贅字蠧I蠧。. Nat. sit. y. • 文法的解析規則裡，模組類別的特徵名稱需以 arg1、arg2、arg3 等依序命名，而. n. al. er. io. 提取器內的參數型態則需符合類別內屬性的型態。例如 Int 對應至衅衍衆的 EInt. i Un. ，String 對應至 EString，List 對應至 EList。. Ch. engchi. v. 除此之外，提取器的功用在於提取抽象語法樹進行模式比對，它只能讀取語法樹但不能進行任何修改，不像資料型態一樣能夠任意新增或修改。. 規則集合宣告自然語意使用邏輯上的推論規則蠨衲衵衬补蠩及公理蠨衡衸衩衯衭蠩，藉此描述程式的語意。規則通常表示成： premises conclusion. 蠲蠰.

(33) 表蠳蠮蠳蠺衆衲衵衩衴蠮衸衴补衸衴 1. 2. Fruit returns IFruit : Apple | Orange ;. 3. 4. Apple returns IApple :. 5. ’ apple ’ arg1 = INT ;. 政治大. 立. 6. ‧ 國. Orange returns IOrange : ’ orange ’ arg1 = STRING ’@ ’ arg2 = INT ;. ‧. 8. 學. 7. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i Un. 表蠳蠮蠴蠺衆衲衵衩衴蠮衲衧衤 1. 2. 3. extractor Fruit = Apple of List [ Int ] | Orange of String * Int. 蠲蠱. v.

(34) 表蠳蠮蠵蠺規則的形式 1. rule premise1. &. 2. premise2. &. 3. premise3. &. .... 4. 5. premiseN. 6. -----------. 7. conclusion. 立. }. 學. ‧ 國. 一條規則會有數個前提蠨衰衲补衭衩衳补衳蠩與一個結論蠨衣衯衮衣衬衵衳衩衯衮蠩，當全部的前提均成立. ‧. 的情況下，結論才會成立。公理則可視為沒有前提的規則。. sit. y. Nat. 表蠳蠮蠵為規則在衒衇衄呈現的形式，一條規格以關鍵字 rule 開頭，後面接著數個. io. 由 & 區隔的前提，中間隔著一組破折號 - 構成的虛線，最底下則為結論衛蠱蠸衝。結論. al. er. 8. 政治大. v. n. 在衒衇衄下的形式為 <Pattern> => <Expression>，左端的 <Pattern> 為模式，右端的. Ch. engchi. i Un. <Expression> 為表達式。當規則集合在進行推導時，首先會把輸入的參數與結論左端. 的模式進行比對，判斷此表達式是否符合。模式比對的結果若成功，則會利用匹配的變數依序推論前提，直到全部的前提均滿足時，代表結論成立，並以右端的表達式計算的結果做為回傳。規則蠨衲衵衬补蠩描述一次執行中，其初始蠨衩衮衩衴衩衡衬蠩與最終蠨蠌衮衡衬蠩狀態之間的關聯蠨衲补衬衡衴衩衯衮蠩衛蠵衝。擁有相同輸入與輸出型態的規則可被組織成表蠳蠮蠶的規則集合，名稱為 name，輸入的參數型態為零或數個 inputType1, ...，回傳結果的型態為 resultType。. 模式的種類有以下幾種：. 蠲蠲.

(35) 表蠳蠮蠶蠺規則集合的形式 set name ( inputType1 , ...) : resultType = {. 2. axiom pattern1 = > result1. 3. rule premise1. &. 4. premise2. &. 5. premise3. &. 6. .... 7. premiseN. 8. -----------------. 9. pattern2 = > result2. ‧. ‧ 國. y. Nat. • 萬用字元模式蠨街衩衬衤衣衡衲衤衰衡衴衴补衲衮蠩：萬用字元模式蠨_蠩會符合任何輸入，亦即任何輸入與 _ 進行模式比對均會符合。. io. n. al. er. }. 學. 10. 立. 政治大. sit. 1. i Un. v. • 常數模式蠨衃衯衮衳衴衡衮衴衰衡衴衴补衲衮蠩：常數模式包括了整數、浮點數、字串與布林值等. Ch. engchi. 等，其中空串列可用 Nil 表示。. • 變數模式蠨衖衡衲衩衡衢衬补衰衡衴衴补衲衮蠩：變數模式就像萬用字元一樣，可以符合任何輸入，但它會綁定蠨衢衩衮衤蠩一個變數名稱給此輸入。另外，head :: rest 的形式會比對輸入的參數是否為串列，若是的話，則取出串列內第一個元素，並綁定給 head，而剩下的串列則綁定給 rest。 • 建構式模式蠨衃衯衮衳衴衲衵衣衴衯衲衰衡衴衴补衲衮蠩：建構式模式會比對資料型態或是提取器宣告的建構式是否與之符合。 • 衔衵衰衬补模式蠨衔衵衰衬补衰衡衴衴补衲衮蠩：衔衵衰衬补的形式就像 (a, b, c)，它會對每個衴衵衰衬补內的元素也進行比對。蠲蠳.

(36) • 變數綁定蠨衖衡衲衩衡衢衬补衢衩衮衤衩衮衧蠩：除了模式比對外，我們可以將任何一個符合模式比對的參數綁定至一個變數，在後續的推論中即可以使用此變數來代表此參數。它的格式為 variable as pattern，亦即如果比對的參數符合 pattern 時，參數的數值會被指定給 variable。. 當我們藉由模式比對，找出符合的規則並進行匹配之後，還要依序推導其前提是否全部成立，前提的種類有以下幾種：. 政治大數與 Expr 表達式的運算結果符合的話，則前提才會成立。立. • 相等前提蠨衅衱衵衡衬衰衲补衭衩衳补蠩：以 <ID> = <Expr> 的形式表達。如果名稱為 ID 的變. ‧ 國. 學. • 否定前提蠨衎衯衴衰衲补衭衩衳补蠩：以 not <Premise> 的形式表達。如果 Premise 成立的話，則此否定前提不成立，反之亦然。. ‧. y. Nat. • 假設前提蠨衬补衴衰衲补衭衩衳补蠩：以 let <Pat> = <Expr> 的形式表達。此前提會假設 Expr. er. io. sit. 表達式會符合 Pat 模式。. al. • 呼叫前提蠨衃衡衬衬衰衲补衭衩衳补蠩：以 <ID>(<Expr>, <Expr>, ...)=> <Pat> 的形式表達。. n. iv n C h e nExpr 呼叫名為 ID 的規則集合，並以 Pat 模式比 hi U g c當作參數，最後將回傳結果與對。. • 運算前提蠨衏衰补衲衡衴衩衯衮衰衲补衭衩衳补蠩：以 <Operation> => <Pat> 的形式表達，Operation 定義了基本的二元運算與關聯運算，運算結果會與 Pat 模式比對。. 當一條規則的前提均成立之後，我們需要回傳推論的結果。結果會以表達式蠨补衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩的形式呈現，可分為以下幾種：. • 常數表達式蠨衃衯衮衳衴衅衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩：常數表達式包括了整數、浮點數、字串與布林值等等。蠲蠴.

(37) 表蠳蠮蠷蠺衭衡衩衮蠮衲衧衤 1. module Main. 2. set main () { rule parseSource () = > model &. 3. 4. Robot . evalRobot ( model ). 5. ---------------------------. 6. _ = > (). 政治大. }. 立. • 變數表達式蠨衖衡衲衩衡衢衬补衅衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩：變數表達式以英文字母或是 _ 為起頭，之後. 學. ‧ 國. 可以參雜數字來命名。. ‧. • 結構式表達式蠨衃衯衮衳衴衲衵衣衴衯衲衅衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩：建構式表達式為資料型態或是提取器宣. sit. y. Nat. 告的建構式。. io. • 串列表達式蠨行衩衳衴衅衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩：串列的表達方式為 [a, b, c]，代表此為包含. n. al. er. 7. a, b, c 三個元素的串列。. Ch. engchi. i Un. v. • 衔衵衰衬补表達式蠨衔衵衰衬补衅衸衰衲补衳衳衩衯衮蠩：衔衵衰衬补的表達方式為 (a, b, c)，代表此為包含 a, b, c 三個元素的衴衵衰衬补。. 最後我們需要定義一個名為 Main 的模組，並宣告一個 main 的規則集合當作衒衇衄程式的進入點（补衮衴衲衹衰衯衩衮衴蠩。例如表蠳蠮蠷為衒衯衢衯衴的程式進入點，main 沒有輸入參數以及回傳結果，所以我們以萬用字元模式與參數進行比對，而回傳值則以空括號 () 表示並無回傳值。模式比對符合之後，會呼叫 parseSource 來讀取抽象語法樹，並將取得的抽象語法樹綁定給 model。接著再呼叫 Robot.evalRobot，將 model 傳遞給 Robot 模組內的 evalRobot 規則集合進行解譯。. 蠲蠵.

(38) 3.2.3 偵錯指令實作語意的執行元件雖然能夠解譯衄術行抽象語法樹，計算程式執行的結果，但無法進行偵錯。所以我們需在衒衇衄內加入偵錯指令，讓產生的執行元件能夠具備偵錯機制，與偵錯器互動。我們實現以下兩種偵錯機制： • 偵錯模式下，執行元件能夠在特定的位置暫停，並等待偵錯器的回應。 • 暫停時，能控制程式的執行流程並觀測程式目前的狀態。控制執行流程的命令包. 政治大. 括了新增、移除中斷點與恢復執行的偵錯命令，以及各種術衴补衰的操作。程式的. 立. 狀態則包括了函式蠨也可能是子程序或副程式等等蠩呼叫順序以及函式內的區域變. ‧ 國. 學. 數及其數值。. sit. y. Nat. 意義：. ‧. 所以我們定義四種偵錯指令來描述這些機制，以下將一一解釋這些指令的用法與. n. al. er. io. • 中斷檢查點：檢查執行元件執行至此處時是否需要暫停。. Ch. i Un. v. • 新增衳衴衡衣衫衦衲衡衭补：表示執行元件開始執行函式呼叫，並新增一個衳衴衡衣衫衦衲衡衭补記錄函式的資訊。. engchi. • 移除衳衴衡衣衫衦衲衡衭补：表示執行元件已離開目前所在的函式，並移除記錄函式資訊的衳衴衡衣衫衦衲衡衭补。 • 更新變數：更新目前所在函式內的區域變數及其數值。. 中斷檢查點中斷檢查點的語法規則為 SuspendCheck <ID>，其中 ID 為綁定抽象語法樹節點的變數名稱。例如表蠳蠮蠸中的 evalCommand 會解譯表蠳蠮蠱中衒衯衢衯衴衄術行的 ICommand 類蠲蠶.

(39) 表蠳蠮蠸蠺中斷檢查點設置 1. set a dd D e bu g I ns t r uc t i on ( Command , Location ) : Location = { rule SuspendCheck cmd &. 2. 3. evalCommand ( cmd , c ) = > c2. 4. --------------------------. 5. ( cmd , c ) = > c2 }. 7. 立. set evalCommand ( Command ,. 9. {. }. ‧ y. Nat. sit. 11. ‧ 國. .... 10. =. 學. 8. 政治大 Location ) : Location. 別，其中 Command 為 ICommand 的提取器，Location 為記錄機器人座標的資料型態。. io. er. 6. 若要以 ICommand 作為執行一次步驟蠨衳衩衮衧衬补蠭衳衴补衰蠩的最小單位，則可額外宣告一個. al. n. iv n C addDebugInstruction 規則集合，解譯 ICommand 命令前，加入 h在e執n行g cevalCommand hi U SuspendCheck cmd。表示在偵錯模式下，若執行元件解譯至此指令時，會檢查目前是否. 需要暫停，若為是則暫停並等待偵錯器的回應。cmd 則是 ICommand 在模式比對時綁定的變數，它代表著 ICommand 的模型物件。我們可利用此物件取得目前 ICommand 所在的程式碼行號，以便判斷目前執行元件執行至衄術行程式碼的哪一行。. 新增 stack frame 新增衳衴衡衣衫衦衲衡衭补的語法規則為 StackFrame <Expr> @ <Expr>。前者的 Expr 代表此函式的名稱，它必須為字串，或是數值為字串的變數。後者的 Expr 則代表此函式的抽象語. 蠲蠷.

(40) 表蠳蠮蠹蠺新增與移除衳衴衡衣衫衦衲衡衭补設置 1. set evalCall ( Location , Function ) : Location = { rule StackFrame fid @ node &. 2. 3. evalCommands ( cmds , c ) = > c2 &. 4. endStackFrame. 5. ----------------------------------. 6. (c , node as FUNC ( fid , cmds ) ) = > c2 }. 立. 政治大. 法樹節點。例如表蠳蠮蠹中的 evalCall 為衒衯衢衯衴解譯函式呼叫的規則集合，而其中的. 學. ‧ 國. evalCommands 會解譯函式內包含的命令，並回傳執行完函式呼叫後，機器人所處的座. ‧. 標。我們需要在執行 evalCommands 前加入 StackFrame id @ node，指示偵錯器新增一. sit. io. al. n. 移除 stack frame. y. Nat. 個衳衴衡衣衫衦衲衡衭补來記錄函式內的資訊。. er. 7. Ch. engchi. i Un. v. 移除衳衴衡衣衫衦衲衡衭补的語法規則為 endStackFrame。執行元件在執行完函式呼叫後，需要加入 endStackFrame，指示偵錯器移除記錄此函式的衳衴衡衣衫衦衲衡衭补。. 更新變數更新變數的語法規則為 Variable <Expr> : <Expr> = <Expr>。前者的 Expr 表示此變數的名稱，中間的 Expr 表示此變數的型態名稱，最後的 Expr 則表示此變數的數值。如表蠳蠮蠱蠰所示，Variable "x" : "int" = x 以及 Variable "y" : "int" = y 會新增名為 x 與 y，型態名稱均為 int ，數值分別為 x、y 的變數，並加入至目前所處的衳衴衡衣衫. 蠲蠸.

(41) 表蠳蠮蠱蠰蠺更新變數設置 1. set updateCoord ( Int , Int ) { rule Variable " x " : " int " = x &. 2. 3. Variable " y " : " int " = y. 4. ----------------------. 5. (x , y ) = > () }. 立. 政治大. 學 ‧. ‧ 國. 圖蠳蠮蠳蠺衒衇衄蠲衣衯衤补架構. sit. y. Nat. 衦衲衡衭补內。若衳衴衡衣衫衦衲衡衭补內已有名稱為 x 或 y 的變數，則會更新它們的數值。. io. n. al. er. 6. 3.3 RGD2Code. Ch. engchi. i Un. v. 衒衇衄蠲衃衯衤补可以讀入描述衄術行自然語意以及偵錯指令的衒衇衄程式碼，轉換並生成具備偵錯機制的衄術行執行元件。圖蠳蠮蠳為執行元件的生成過程，使用者可以利用衒衇衄編輯器編輯衒衇衄程式碼，衒衇衄生成器則會從編輯器取得由衒衇衄程式碼轉換成的抽象語法樹，並依照衒衇衄蠲衃衯衤补生成樣板的定義，解析抽象語法樹並生成實作語意的偵錯元件。. 蠲蠹.

(42) 3.4 RageDen 執行平台衒衡衧补衄补衮執行平台是一個讓執行元件能夠運作的環境，它包含了執行元件所需的函式庫，以及直譯器與偵錯器通用框架。當使用者想執行或偵錯衄術行程式時，只要啟動直譯器或偵錯器通用框架，載入特定衄術行的執行元件，即可對特定的衄術行程式碼進行執行與偵錯。由於衄術行的執行元件本身即可直接解譯衄術行程式碼，所以直譯器僅需載入並呼叫執行元件。至於偵錯器則需要控制執行元件，讓使用者跟隨程式的執行流. 政治大加入偵錯指令的衒衇衄立會生成具備偵錯機制的執行元件，其中暫停的機制由中. 程，在任何想要的地方暫停執行元件並觀測程式的狀態。. ‧ 國. 學. 斷檢查點來實現。另外還有新增與移除衳衴衡衣衫衦衲衡衭补，以及更新變數的偵錯指令，這些指令指示了衄術行的函式呼叫流程。所以偵錯器需要一個控制堆疊蠨衣衯衮衴衲衯衬衳衴衡衣衫蠩. ‧. 來紀錄衄術行函式呼叫的順序，以及函式內的區域變數。圖蠳蠮蠴為我們定義的控. sit. y. Nat. 制堆疊超模型，ControlStack 為一個堆疊蠨術衴衡衣衫蠩，它包含了一組記錄函式資訊的. er. io. ActivationRecord。當偵錯器收到新增衳衴衡衣衫衦衲衡衭补的指令時，代表此時執行元件已進. al. iv n C h e n g c h衳衴衡衣衫入堆疊的最頂層。若在函式下又再度收到新增 i U 衦衲衡衭补的指令，則會新增另外一個 n. 入一個衄術行函式，便會產生一個新的 ActivationRecord，然後呼叫 push 函式將它推. ActivationRecord，同樣推入堆疊的最頂層。所以顯示堆疊最頂層的 topMostFrame 函. 式代表執行元件目前所處的衳衴衡衣衫衦衲衡衭补。直到接收到離開衳衴衡衣衫衦衲衡衭补的指令時，表示此時已離開函式，才會呼叫 pop 函式將紀錄目前函式資訊的 ActivationRecord 從堆疊的最頂層取出並丟棄。ActivationRecord 中的 name 表示函式名稱，line 表示在此函式下，程式執行至哪一行，source 則為對應此函式的衄術行抽象語法樹節點，callerFrame 則指向呼叫此函式的 ActivationRecord。偵錯器若收到更新變數的指令時，會將變數的資訊儲存在 topMostFrame 的 variables 內，每個 Variable 均有一個 name 儲存變數的名稱，且擁有一個 Value. 蠳蠰.

(43) 立. 政治大. ‧ 國. 學圖蠳蠮蠴蠺控制堆疊超模型. ‧. y. Nat. 。Value 為一個介面，它定義 getValueString 抽象方法，目的在於以字串的形式表達. io. sit. 目前數值的內容。若 Value 包含一個以上的 Variable，則表示此 Value 擁有樹狀的結. n. al. er. 構。此控制堆疊可傳遞給偵錯套件，呈現目前衄術行的函式呼叫順序。. Ch. engchi. i Un. v. 3.5 RageDen 偵錯套件能夠執行與偵錯衄術行程式後，還需要提供使用者圖形介面，以方便使用者在偵錯模式下操作與觀測被偵錯的衄術行程式。由於衒衡衧补衄补衮偵錯器沒有使用者圖形介面，所以我們利用衅衣衬衩衰衳补的偵錯視圖做為使用者與偵錯器互動的介面。衒衡衧补衄补衮偵錯套件會實作衅衣衬衩衰衳补偵錯平台提供的框架，並定義一套偵錯命令與事件與偵錯器交流，讓使用者透過偵錯視圖經由偵錯套件來與偵錯器互動。以下是偵錯套件需具備的元件與功能：. 蠳蠱.