Erläuterung
Formale Sprachen sind von Anfang an die entscheidende Schnittstelle zwischen
Mensch und Computer gewesen. Ihre Gestaltung beeinflußt Effizienz
und Qualität der Softwareentwicklung [8].
Der Kern der Programmierung ist es, Konzepte des Anwendungsbereichs möglichst
angemessen auf diejenigen der Programmiersprache abzubilden. Man hat schon
früh erkannt, daß durch an den Problembereich angepaßte
Sprachen (problemorientierte Programmiersprachen) große Produktivitätssteigerungen
möglich sind.
Allmählich setzt sich die Einsicht durch, daß die Schwierigkeiten
der Softwareentwicklung die Erschließung und Nutzung höherer
Abstraktionsebenen erfordern. Dabei sind wiederum problemorientierte Programmiersprachen
wichtig, die nun aber Fach(programmier)sprachen (auch DSL – Domain
Specific Languages bzw. Application Domain oder Little [5]
Languages) genannt werden.
Fachsprachen sollen für relativ abgegrenzte und überschaubare
Bereiche ein Verständigungsmittel sein, das Mehrdeutigkeiten und
unterschiedliche Interpretationen weitgehend ausschließt. Sie bestehen
aus spezifischen Grundbegriffen und Regeln, die die Verwendung der Grundelemente
bestimmten Beschränkungen unterwerfen. Beispielsweise existiert für
elektrische Schaltkreise eine allgemein bekannte (zweidimensionale) Fachsprache.
Ihre Grundelemente sind Symbole für Bauelemente (Widerstand, Kondensator,
Transistor usw.) und Verbindungen. Der Regel entsprechend können
dabei nur Leitungsenden miteinander verbunden werden. Diese Schaltpläne
zeigen zwei wesentliche Eigenschaften von Fachsprachen:
- Ihre Definition bedarf gewisser Erkenntnisse über den Gegenstandsbereich
(hier Elektrizitätslehre)
- Sie stellen mehr oder weniger formalisierte Beschreibungen von Sachverhalten
dar, d.h., sie sind deskriptiv geprägt.
Eine dritte, i.a. sehr unterschiedlich ausgeprägte Eigenschaft,
ist die Möglichkeit des formalen Manipulierens. Auf unser Beispiel
übertragen könnte man bestimmte Teilschaltungen durch andere
ersetzen, ohne das prinzipielle Verhalten der Gesamtschaltung zu verändern,
und zwar auf rein formaler (und damit automatisierbarer) Ebene. Das Zurückführen
inhaltlicher Operationen auf rein formale ist ein wesentliches Potential
formalisierter Fachsprachen. Es ist grundsätzliche Voraussetzung
für die Übertragung von inhaltlichen Aufgaben an den Computer.
Gegenwärtig herrscht der Gebrauch von Fachsprachen für die
deskriptive Problembeschreibung vor. Dies kann ebenfalls an unserem Beispiel
illustriert werden, denn auch ohne formale Umformungen lassen sich interessante
Untersuchungen anstellen. Man kann elektrische Eigenschaften (Gesamtwiderstand,
Resonanzfrequenzen) oder Kosten (Bauteile, Anzahl der Lötpunkte)
berechnen lassen. Typisch für diese Art der Verarbeitung ist, daß
die erforderlichen Algorithmen bereits vorliegen. Die Vorteile des Fachspracheinsatzes
ergeben sich aus dem Wegfall des Zwischenschritts Codierung in einem anderen
Formalismus (häufig Programmiersprache).
In [3] wird das an einem Beispiel aus dem Bankbereich
beschrieben. Die Fachsprache Risla (interest rate information system language)
wird benutzt, um neue Bankprodukte zu beschreiben. Die Implementation
stützt sich dabei auf eine vorhandene COBOL-Programmbibliothek. Der
Nutzen ergibt sich dabei aus der schnelleren Umsetzung von Produktdefinitionen
in Produkte und der Vermeidung von Reibungsverlusten und Mißverständnissen.
Die Autoren bewerten vor allem letzteres als sehr wichtig, da die Komplexität
der Bankprodukte zunimmt und damit die Vermittlung schwieriger wird.
Ähnlich wurden Fachsprachen definiert, um ein Programmpaket für
stöchiometrische Berechnungen Biochemikern direkt zugänglich
zu machen [1] bzw. den Aufwand für die
Vorbereitung bestimmter Simulationen zu verringern [2].
Ebenso ist es möglich, aus geeigneten Produktbeschreibungen Steuerprogramme
für Montagerobotor oder Treiberprogramme [4]
zu generieren.
Gemeinsam ist den Beispielen, daß eine Softwarebasis (Bibliotheken,
Programmpakete) vorhanden ist. Die Probleme entstehen daraus, daß
ihr Einsatz durch Abhängigkeiten u. ä. sehr schwierig ist und
deshalb nicht unmittelbar durch die Experten des Fachs erfolgen kann.
Solche Software stellt praktisch eine virtuelle Maschine dar, die auf
elementarem Niveau programmiert werden muß. Durch Fach(programmier)sprachen
kann dabei die Produktivität gesteigert werden.
Fachsprachen können unabhängig vom Computer existieren. Es
existieren in vielen Fachgebieten bereits stark formalisierte Fachsprachen,
die prinzipiell geeignet wären, die Basis entsprechender Fachprogrammiersprachen
zu bilden. Die Vorteile bei der Verwendung solcher Sprachen liegen auf
der Hand:
- kein sprachlicher Bruch zwischen Problem- und Programmbeschreibung
- daraus resultierender geringerer Wartungs- und Schulungsaufwand
- Programmbeschreibungen dokumentieren (und archivieren) gleichzeitig
Know-how
Die Entwicklung ist bisher allerdings vorwiegend anders verlaufen. Zunächst
wurden, bedingt durch Beschränkungen der Hardware, jeweils einzelne
Aufgaben implementiert und, im Laufe der Zeit, an immer größere
Einsatzbereiche angepaßt. Tatsächlich definieren Anwendungsprogramme
Fachsprachen für ihren Einsatzbereich. Der entscheidende Unterschied
zu den Fachsprachen im oben genannten Sinn besteht jedoch darin, daß
ihnen gewöhnlich eine dem Nutzer vermittelbare Theorie fehlt. Eine
solche Theorie ist jedoch Voraussetzung, um alle Vorteile nutzen zu können.
Damit wäre ein weiteres Merkmal von Fachsprachen berührt:
Sie sind (formaler) Ausdruck von Theorien ihres Objektbereichs. Ihre Gestaltung
berührt deshalb immer Kernfragen des Fachs und kann schwerlich an
reine Softwareproduzenten übergeben werden. Vielmehr gibt es praktische
Beispiele, daß die Gestaltung von Fachsprachen eine Herausforderung
an die Fachgebiete selbst darstellen kann, bekannte Fragen unter neuen
Gesichtspunkten zu analysieren. Zu Recht wird deshalb in [9]
als erster Forschungsschwerpunkt die Sammlung und Formalisierung von Fachwissen
in Sprachform genannt.
Fachsprachen können auch helfen, ein weiteres Problem zu lösen.
Heutige Programme sind größtenteils noch Einzelanfertigungen,
d.h., daß eine handwerkliche Produktion überwiegt. [12]
Ein höheres Niveau, d.h., eine industrielle Softwareerzeugung erfordert,
nicht Lösungen für einzelne Probleme, sondern für ganze
Problemklassen zu beschreiben. Das Ergebnis ist dann ein Programm, das,
statt eine gegebene Aufgabe zu lösen, solche Programme erzeugt: ein
Programmgenerator. Dabei werden (meist deskriptiv geprägte) Problemspezifikationen
verarbeitet, während der Lösungsalgorithmus bereits durch den
Generator vorgegeben ist.
Aus dem bisher gesagten ist klar, daß neben der Definition von
Fachsprachen ihre Implementation eine außerordentliche Herausforderung
darstellt.
- Sie erfordert das Verständnis der zugrundeliegenden Theorien/
Modelle, muß also in der Regel in enger Verbindung mit oder, besser,
durch Spezialisten des Fachgebiets erfolgen.
- Häufige Änderungen sind wahrscheinlich. Durch die enge Verbindung
mit den Theorien des Fachgebiets wird die Fachsprache selbst zum Mittel
des Erkenntnisgewinns, der gewöhnlich zu Modifikationen der Theorie
führt.
- In den Anwendungsgebieten verläuft die Entwicklung meist langsamer
und weniger sprunghaft als bei der eingesetzten Hardware. Das erfordert
zusätzliche Bemühungen, die erzielten Ergebnisse längerfristig
zu sichern.
- Der potentielle Benutzerkreis ist wesentlich kleiner als bei Universalsprachen.
Damit sind dem vertretbaren Aufwand enge Grenzen gesetzt.
Der breite Einsatz von Fachsprachen ist deshalb an die Verfügbarkeit
geeigneter Implementationswerkzeuge gebunden. Dabei zeichnen sich zwei
Hauptmethoden der Unterstützung ab: Übersetzergeneratoren und
Application-Frameworks.
Application-Frameworks sind Rahmenanwendungen, bei denen wesentliche
Konzepte schon in die Struktur eingebunden sind, während die konkreten
Operationen teilweise offen gelassen werden (d.h. abstrakt sind). Implementation
einer Fachsprache bedeutet dann Implementation solcher Funktionen. Dieses
Modell ist besonders vorteilhaft, wenn es mit einem Editor zur Framework-Generierung
kombiniert wird. Nachteilig ist die Beschränkung durch die starren
Vorgaben zu sehen. Solche Frameworks sind deshalb an bestimmte Aufgabenklassen
gebunden und wegen ihres Erstellungsaufwands nur für wirklich häufige
Teilaufgaben geeignet [6, 11].
Für Übersetzergeneratoren stehen zahlreiche Werkzeuge zur
Verfügung. Neben denjenigen, die solide Compilerbaukenntnisse voraussetzen,
findet man inzwischen auch solche, die sich an einen weiteren Interessentenkreis
wenden. Speziell die Verwendung als Vorübersetzer hat, bei Wahl einer
geeigneten Zwischensprache, große Vorteile. Es kann eine weitgehende
Portabilität und einfache Verbindung zu anderer Software erreicht
werden.
Gleichzeitig wird eine spezielle Form des Wiederverwendung praktiziert:
Die in den Compilern manifestierten Fertigkeiten und automatisch auch
künftige Verbesserungen werden ausgenutzt.
Die Implementation von Fachsprachen, die nicht nur der Beschreibung algorithmischer
Abläufe dienen, hat enge Beziehungen zu Expertensystem-Werkzeugen
[10]. Tatsächlich ist der Übergang fließend
(häufig sind beide Ansätze kombiniert), und der Unterschied
besteht allein darin, ob das Expertenwissen vorrangig in algorithmischoperativer
oder konstatierenddeskriptiver Weise formalisiert wird. Auch die sogenannten
Sprachen der vierten Generation (4GL) können, zumindest dem Anspruch
nach, zu den Fachsprachen gezählt werden.
In Deutschland ist der Fachsprachengedanke durch Prof. Lehmann in Dresden
frühzeitig [7] gefördert worden. Daß
dieses interessante und zukunftsweisende Gebiet nun wieder stärker
ins Blickfeld rückt, kann an einer zunehmenden Zahl von wissenschaftlichen
Veranstaltungen zu diesem Thema abgelesen werden.
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