سرفصل درس طراحی زبان های برنامه سازی

طراحی زبان های برنامه سازی (شماره درس: ۴٠٣۶۴)

Design of Programming Laguages

اهداف درس طراحی زبان های برنامه سازی

اهداف اصلی این درس عبارتند از: ١) مروری بر سیر طبیعی تحولات مفاهیم و روش های طراحی و پیاده سازی نسل های مختلف زبان های برنامه سازی به روشی تجربی و گام به گام، ٢) معرفی روش های مهندسی زبان های برنامه سازی در مراحل طراحی و پیاده سازی به کمک زبان های تغییرپذیر یا قابل برنامه سازی به خصوص با تاکید بر اهمیت طراحی و پیاده سازی زبان های ویژه دامنه، ٣) آشنایی با پیاده سازی مفسرها به ویژه بر بستر ماشین های مجازی و ۴) مروری بر اصول و مسائل مرتبط با طراحی زبان های برنامه سازی و همچنین روش ها و ساختارهای داده ای به کار رفته در پیاده سازی یا محقق کردن محیط برنامه نویسی.

سر فصل های درس طراحی زبان های برنامه سازی

1. مقدمه
   • تاریخچه تکاملی زبان های برنامه سازی و معرفی برخی زبان های مهم از منظر تحولات تاریخی
   • معرفی مقایسه ای سنت های اصلی برنامه سازی (سنت های برنامه سازی امری‐رویه ای، شی گرا، برنامه سازی مبتنی برقاعده و سنت برنامه سازی توصیفی‐تابعی ) از منظر نگاه آن ها به مفهوم و تعریف برنامه.
2. تفسیر یا ترجمه
   • مقایسه مفهوم تفسیر و ترجمه هم از منظر طراحی زبان و هم از منظر نحوه و مسائل مرحله ی پیاده سازی
3. مهندسی زبان
   • آشنایی با زبان ها و ابزارهای موجود برای ایجاد امکان طراحی زبان های ویژه ی دامنه و پیاده سازی کارا و سریع مفسر آن ها. پیشنهاد خاص: معرفی و تمرین عملی کار با ابزار برنامه پذیر DrRacket.
4. برنامه سازی تابعی
   • مروری بر مفاهیم اصلی برنامه نویسی تابعی و حساب لامبدا همراه با تمرینات و پروژه های عملی. زبان پیشنهادی Scheme (بر اساس نحو و معناشناسی کتاب Friedman ) یا Racket بر (اساس نحو و معناشناسی کتاب Krishnamurthi ). در واقع برداشتی امروزین از زبان Lisp بر بسترهای برنامه پذیر (معرفیی مختصری از امکانات برنامه سازی تابعی زبان Java ویرایش 8 به بعد و تمرینی عملی بر آن نیز برای علاقه مند سازی دانشجویان توصیه می شود)
5. طراحی تکاملی یک زبان برنامه نویسی و پیاده سازی گام به گام مفسر آن
   • زبان حاوی عبارات محاسباتی (بدون اثر جنبی حافظه ای)
   • افزودن رویه ها(زیربرنامه های) غیربازگشتی و سپس بازگشتی به زبان و مفسر آن
   • افزودن مفاهیم حوزه ی تعریف و دامنه اعتبار متغیرها به زبان و مفسر آن
   • افزودن امکان تاثیر بر مقادیر حافظه (وجود متغیر از نوع ارجاع دهنده یا آدرس) به زبان و مفسر آن
   • افزودن مفهوم نوع دار بودن متغیرها به زبان و مفسر آن
   • ایجاد امکان تعریف مادول، شی و کلاس (ایجاد امکان برنامه نویسی مادولار و شی گرا) در زبان طراحی شده و پیاده سازی مفسر آن.
6. مباحث تکمیلی منتخب
   • معرفی اجمالی برخی زبا ن های برنامه سازی مطرح مانند ML و برداشت های بعدی آن، Scala ،Haskell و F#
   • مروری بر نیازمند هایی از سایر زمینه ها که بر طراحی و پیاده سازی زبان ها تاثیر می گذارند مانند نیازمندی های
   • برنامه سازی موازی یا هم روند، بی درنگ بودن، تحت وب بودن و مهندسی نرم افزار مولفه گرا یا سرویس گرا.
7. مقدمه ای بر معناشناسی زبان های برنامه سازی و استدلال مبتنی بر آن
   • معناشناسی عملیاتی
   • معناشناسی ارجاعی
   • معناشناسی اصل موضوعی (منطق هور)

ارزیابی درس طراحی زبان های برنامه سازی

• آزمون نیم ترم (%٢۵ کل نمره)
• آزمون پایان ترم (%۴٠ کل نمره)
• تمرین: شامل ١) تمرینات برنامه نویسی تابعی ٢) تمرینات گام به گام طراحی مفسر ٣) تمرینات نظری (%٢٠ کل نمره)
• پروژه ( %١۵ کل نمره)

مراجع درس طراحی زبان های برنامه سازی

[1] D. P. Friedman, M. Wand. Essentials of Programming Languages. 3rd edition, MIT Press, 2008.
[2] S. Krishnamurthi. Programming Languages: Application and Interpretation. 2nd edition, 2017.
[3] M. Felleisen, R. B. Findler, M. Flatt, S. Krishnamurthi, E. Barzilay, J. McCarthy, S. Tobin-Hochstadt. A Programmable Programming Language. Communications of the ACM, Vol. 61, No. 3, Pp. 62-71, March 2018.
[4] Racket programming language and its toolkits