Systematische Fehlersuche in deklarativen Programmen
Final Report Abstract
In diesem Bericht sind die Arbeiten und Ergebnisse der zweiten Förderphase des Forschungsvorhabens dokumentiert. Die Schwerpunkte in dem Berichtszeitraum lagen in den Bereichen • Skalierung der erstellten Software um deren praktische Einsetzbarkeit zu ermöglichen • Entwurf eines flexiblen Rahmens zur Programmierung von Werkzeugen zur Fehlersuche • Erstellung verschiedener Werkzeuge zur Fehlersuche • Erweiterung der formalen Grundlagen • Erschließung weiterer Themengebiete der deklarativen Fehlersuche, wie (a) dynamische Überprüfung spezifizierter Eigenschaften (Zusicherungen) (b) automatische Testfallgenerierung und (c) anwendungsspezifische Programmanalysen. In Bezug auf die Skalierung des in der ersten Phase des Projektes erarbeiteten Ansatzes ist in der zweiten Projektphase ein wesentlicher Durchbruch gelungen. Wie berichtet, sah der erste Ansatz eine umfassende Aufzeichnung des operationalen Geschehens bei der Ausführung eines deklarativen Programms vor. In der zweiten Phase des Projektes stellte sich dann heraus, dass dieser Ansatz sowohl in Bezug auf die Effizienz der Aufzeichnung als auch im Aufwand der späteren Verarbeitung der gesammelten Daten nicht auf reale Anwendungen skalierbar sein würde. In der Folge haben wir einen rundum verbesserten Ansatz entwickeln können, der 1.) um Größenordnungen weniger Daten aufzeichnet und 2.) eine effiziente Bearbeitung der erhobenen Daten ermöglicht. Durch Ausnutzung einiger fortgeschrittener Techniken der deklarativen, in diesem Fall der funktionalen, Programmierung ist es gelungen, einen besonders ?exiblen Rahmen zu erstellen, in dem sich Werkzeuge zur Fehlersuche zum Teil mit wenigen Zeilen Programmcode erstellen lassen. Der Programmierer eines Werkzeugs ist dabei vollständig von der Aufgabe entlastet, die aufgezeichneten Daten der Programmausführung zu interpretieren. Seine Aufgabe ist damit auf die Erstellung der Funktionalität des eigentlichen Werkzeugs beschränkt. Mit Hilfe des flexiblen Rahmens konnten dann auch eine Reihe von Werkzeugen im Lauf der zweiten Projektphase umgesetzt werden. Diese Werkzeuge umfassen (a) die Übertragung bekannter Techniken der Fehlersuche aus Teilbereichen der deklarativen Programmierung auf den allgemeinen Sprachumfang der logisch-funktionalen Programmiersprachen, (b) Übertragung bekannter Techniken aus dem Bereich der imperativen Programmiersprachen, wobei erstmals auch ein simulierender Ansatz zur Fehlersuche in Programmen mit I/O-Operationen entwickelt wurde und (c) die Entwicklung neuer Techniken zum Beispiel für die Analyse von Programmen mit Endlosschleifen und der Geometrie von Suchräumen. Einige der entwickelten Werkzeuge sind dabei, entsprechend der Gutachterempfehlungen, auch graphisch umgesetzt worden. Zur Erweiterung der formalen Grundlage für die traceorientierte Fehlersuche war in der zweiten Projektphase zunächst die Korrektheit des neuen Ansatzes zu beweisen. Nichtsdestotrotz ist es gelungen, die formale Grundlage näher an die wirklich ablaufende Aufzeichnung zu bringen, was eines der Ziele der zweiten Phase war. Zudem konnte auch die geplante Erweiterung der allgemeinen Grundlagen zur logisch-funktionalen Programmierung auf das Phänomen des Sharings von deterministischen Berechnungen über verschiedene Bereiche des Suchraums hinweg durchgeführt werden. Ein wesentlicher Punkt des Antrages konnte nicht umgesetzt werden: die geplante Evaluation der entwickelten Werkzeuge zur Fehlersuche. Durch die Entwicklung des neuen Ansatzes musste der Zeitplan so überarbeitet werden, dass dieses Teilprojekt leider fallen gelassen werden musste.
Publications
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