領域特定語言

領域特定語言(英語:Domain-specific language縮寫DSL),也稱為特定域語言,是專門針對特定應用領域[註解 1]計算機語言,和可以用在多種領域的通用語言英語general-purpose language(GPL)恰好相反。像HTML專門用在網頁設計上,就屬於領域特定語言,也有些領域特定語言只用在一個或幾個軟件上,例如MUSH英語MESH軟件碼。領域特定語言還可以依使用的語言分類,像是領域特定的標記語言、領域特定的建模語言(或更廣義的規格語言)以及領域特定的程式語言。從電腦發明開始,就已出現特定用途的電腦語言。而「領域特定語言」一詞是隨着特定域建模(domain-specific modeling)的興起,才開始廣為使用。簡單的領域特定語言(特別是只有單一應用程式使用的領域特定語言),有時也會稱為迷你語言

領域特定語言和通用語言之間沒有明確的界線,因為可能某計算機語言原來有一些適用於特定領域的特徵,但也可以應用在更通用的範圍,相反的,也有可能某計算機語言理論上可以用在多種領域,但實務上只用在特定領域中。像Perl一開始是設計為文字處理語言以及膠水語言(和AWKshell script的領域相同),但後來成為通用的程式語言。相反的,PostScript圖靈完備的語言,但實際上只用作頁面描述語言(領域特定語言)。

用途

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設計及使用適合的語言,是領域工程英語domain engineering中重要的一環,作法可能是選擇適合此領域的現有語言(可能是某個領域特定語言或通用電腦語言),也可能是開發一種新的領域特定語言。面向語言的程序設計會把為了描述問題而創建特定語言一事,視為問題解決流程的標準步驟之一。假如用一種新的領域特定語言描述某種問題,會比用現有語言描述更加清楚,而且這種問題又常常出現,那麼創建此一領域特定語言(以及配合的軟件)就是值得的。領域特定語言可以針對特定的問題領域、特定的問題表示方式、特定的解決方案技術,或是某一領域的其他層面。

用在設計和實現上

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領域特定語言是在設計和實現上有特定目的的語言(或是宣告的語法或是文件)。領域特定語言可以是視覺對話語言(visual diagramming language),例如Generic Eclipse Modeling System英語Generic Eclipse Modeling System中建立的語言,可以是程式化抽象,例如Eclipse Modeling Framework,也可以是文字語言。例如,命名列工具grep正則表達式語法,可以在文字中尋找特殊排列規則的文字。sed工具定義了匹配和取代正則表達式的語法。一般來說,這些小工具可以在殼層內整合使用,以達到複雜的系統工作。

有時領域特定語言和腳本語言之間沒有清楚的分界,不過領域特定語言多半沒有處理檔案系統的低階功能、跨行程控制、以及一些全功能程式語言或腳本語言必須有的功能。許多領域特定語言不會編譯成字節碼或是可執行檔,而會轉換為許多不同的媒體格式。像GraphViz可以輸出PostScriptGIF檔、JPEG檔等。Csound則會編譯成聲音檔。像是POV-Ray之類的光線追蹤(ray-tracing)領域特定語言會轉換為圖形檔。像是SQL之類的電腦語言會有種特殊的情形:SQL是針對特定領域(存取和維護關聯資料庫)的,所以的確是領域特定語言,也常會其他應用程式呼叫,但SQL的關鍵字及函數比許多腳本語言都多,一般也會視為是獨立的語言,有可能是因為在程式中資料庫使用的普及性,以及要成為此語言專家需要有的掌握程度。

許多領域特定語言也有提供API,因此可以在其他程式執行時呼叫此API,不影響原程式的流程,此運作方式類似程式的函式庫,和腳本語言之間的差異就更小了。

程式開發工具

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有些領域特定語言會隨着時間擴展,加入全功能的程式開發工具,因此更增加了該語言是否是領域特定語言的問題難度。

模型驅動工程中,有許多領域特定語言的例子,像是用斷言說明模型的OCL英語Object Constraint Language、或是領域特定的轉換語言QVT英語QVT,不過統一建模語言(UML)反而是通用的建模語言。

有一個類推可以說明超小型語言及領域特定語言:超小型語言像是刀,有許多不同的使用方式,從切食物到鋸樹都可以。領域特定語言像是電鑽,也有很多不同的使用方式,不過都是用來在東西上鑽洞上。通用特定語言是完整的完整的工作枱,有許多特別用來進行特定工作的工具。程式設計師使用領域特定語言的方式類似他們看工具台,知道他們需要一個較好的電鑽,而且找到一個剛好適用的領域特定語言。

優點和缺點

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領域特定語言的一些優點如下[1][2]

  • 領域特定語言可以使解決方案以較簡潔的方式呈現,而且達到問題域上的抽象層次。意思就是領域專家自身可以理解、驗證、修改,甚至開發領域特定語言的程式。不過,可以達到此程度的例子不多[3]
  • 領域特定語言可以達到領域層次的計算機安全。只要其語言構造(language construct)是安全的,以此寫的所有程式碼可以視為是安全的[來源請求]
  • 領域特定語言有助於將商業資訊系統的開發,從傳統的軟件開發者轉到領域專家身上,此一群體人數較多,對此一領域有較深入知識,但程式技術較為不足[4]
  • 若領域特定語言的scope較小,會比較容易學習。

領域特定語言的一些缺點如下:

  • 學習新語言的成本。
  • 應用範圍受限。
  • 設計、實現及維護領域特定語言以及開發工具(集成開發環境)的成本。
  • 尋找、設定及維護適當的語言scope。
  • 設計領域特定語言時,需在領域專門的語言構造,以及通用的語言構造之間取捨平衡。
  • 相較於程式設計師撰寫的程式碼,領域特定語言的效率可能會比較低。
  • 同一領域可能有計多種非標準語言,例如不同保險公司開發、使用的領域特定語言[5]
  • 非技術背景的領域專家不容易自行撰寫或修改領域特定語言的程式[3]
  • 領域特定語言和(用通用語言撰寫的)IT系統其他模組不易整合。
  • 特定領域特定語言的專家人數較少,會帶來人力成本的增加。
  • 不容易找到相同領域特定語言的程式碼範例。

註解

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  1. ^ 此處的領域也可能是指業務領域(business area),例如壽險政策、戰鬥模擬、薪資計算、帳單管理等

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Marjan Mernik, Jan Heering, and Anthony M. Sloane. When and how to develop domain-specific languages. ACM Computing Surveys, 37(4):316–344, 2005.doi:10.1145/1118890.1118892
  2. ^ Diomidis Spinellis. Notable design patterns for domain specific languages頁面存檔備份,存於互聯網檔案館). Journal of Systems and Software, 56(1):91–99, February 2001. doi:10.1016/S0164-1212(00)00089-3
  3. ^ 3.0 3.1 Freudenthal, Margus. Domain Specific Languages in a Customs Information System. IEEE Software. 1 January 2009: 1. doi:10.1109/MS.2009.152. 
  4. ^ Aram, Michael; Neumann, Gustaf. Multilayered analysis of co-development of business information systems (PDF). Journal of Internet Services and Applications. 2015-07-01, 6 (1) [2022-10-08]. S2CID 16502371. doi:10.1186/s13174-015-0030-8 . (原始內容存檔 (PDF)於2015-09-07). 
  5. ^ Miotto, Eric. On the integration of domain-specific and scientific bodies of knowledge in Model Driven Engineering (PDF). [2010-11-22]. (原始內容 (PDF)存檔於2011-07-24).