Question

我想知道是否存在任意描述数据结构的格式和语义的声明性语言，可以在任何一组目标语言中编译成该结构的特定实现。也就是说，类似于通用data definition language，但是用于描述任意数据结构，例如向量，列表，树等，以及对这些结构的操作语义。我问，因为我有一个关于这个概念的可行实现的想法，我只是想知道它是否值得，因此，它是否已经完成。

另一个稍微抽象的问题：数据结构的规范性规范（它的作用）与其实现（它是如何实现的）之间是否存在真正的区别？更具体地说，应该将相同需求的实现分开 ？

Answer 1

如果您愿意，XML和XSLT的组合可以描述数据结构，并且如果您愿意，可以提供基本上任何语言的匹配定义。我从来没有尝试过正式证明，但我的第一个猜测是S表达式是XML的超集（模数语法差异）。

至少在理论上，是的，数据结构的描述与其如何实现之间存在（或至少可能存在）差异。举一个明显的例子，您可以描述从键到值的通用映射，它可以使用基于哈希表，跳过列表，二进制搜索树等的实现。这主要是在足够高的抽象级别描述它的问题。允许实施中的差异。如果您包含太多要求（复杂性，排序等），您可以很快排除许多实现。

Answer 2

您可能对消息规范/数据序列化语言感兴趣，例如Google的Protocol Buffers以及ASN.1。它与你正在寻找的略有不同，但同样如此。

两者都是为通信声明通用消息的方式。协议缓冲消息规范“编译”到不同的语言，但中央协议是一致的。 ASN.1具有多个不同的编译实用程序以及不同的协议表示，在逻辑上与不同的文字实现保持一致。例如，看看XER，PER与BER。

我喜欢一种规范语言，它只关注逻辑内存结构的简单压缩二进制布局。可能是普通C结构是表达这一点的最简单的常见方式。我曾希望ASN.1有某种方法可以达到这个目的，但在看了一下之后，ASN.1 PER很接近，但不是很好。

修改：Apache Thrift和Capn' Proto也可能很有趣。

Answer 3

动态逻辑中存在类似事物的方法，它们试图捕获程序的语义。但是，动态逻辑方面的含义是前提条件和后置条件，对于列表的实际实现是不可知的。

这些数据结构本质上与实现有关，因为链表和数组之间的唯一区别在于它是如何在内存中布局的。

为此，有一种通用数据定义语言---任何高级编程语言 - C，C ++，java - 都指定了这一点。它们中的任何一个都是通用的，因为在这种情况下，它们中的任何一个都可以编译到另一个。

Answer 4

Cozy是“从非常高级的规范中综合数据结构实现的工具”，当我问这个问题时，它似乎实际上是我实际上正在寻找（或考虑编写）的语言。

它可以根据以其专有语言编写的数据结构规范自动生成实现（在撰写本文时，使用Java或C ++）。规范描述了数据结构的抽象状态，更新操作和查询操作，以及必须维护的不变式和假设可以被求解器用来优化实现。例如，这是图形数据结构的部分规范：

Graph:
    handletype Node = { id : Int }
    handletype Edge = { src : Int, dst : Int }

    state nodes : Bag<Node>
    state edges : Bag<Edge>

    // Invariant: disallow self-edges.
    invariant (sum [ 1 | e <- edges, e.val.src == e.val.dst ]) == 0;

    op addNode(n : Node)
        nodes.add(n);

    op addEdge(e : Edge)
        assume e.val.src != e.val.dst;
        edges.add(e);

    query out_degree(nodeId : Int)
        sum [ 1 | e <- edges, e.val.src == nodeId ]

    // …

Calvin Loncaric，Emina Torlak和Michael D. Ernst在Fast Synthesis of Fast Collections和Generalized Data Structure Synthesis中描述了其实现。

通用数据结构描述语言

4 个答案: