POLITECNICO DI TORINO SCUOLA DI DOTTORATO Dottorato in Ingegneria informatica e dei sistemi { XXVI ciclo Tesi di Dottorato Polyglot software development Benefits, problems and guidelines for the adoption and combination of domain specific formal languages Federico Cesare Argentino Tomassetti Tutore Coordinatore del corso di dottorato prof. Marco Torchiano prof. Pietro Laface December 2013 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial- ShareAlike 3.0 Unported License. iii Summary The languages we choose to design solutions influence the way we think about the problem, the words we use in discussing it with colleagues, the processes we adopt in developing the software which should solve that problem. Therefore we should strive to use the best language possible for depicting each facet of the system. To do that we have to solve two challenges: i) first of all to understand merits and issues brought by the languages we could adopt and their long reaching effects on the organizations, ii) combine them wisely, trying to reduce the overhead due to their assembling. In the first part of this dissertation we study the adoption of modeling and domain specific languages. On the basis of an industrial survey we individuate a list of benefits attainable through these languages, how frequently they can be reached and which techniques permit to improve the chances to obtain a particular benefit. In the same way we study also the common problems which either prevent or hinder the adoption of these languages. We then analyze the processes through which these languages are employed, studying the relative frequency of the usage of the different techniques and the factors influencing it. Finally we present two case-studies performed in a small and in a very large company, with the intent of presenting the peculiarities of the adoption in different contexts. As consequence of adopting specialized languages, many of them have to be employed to represent the complete solution. Therefore in the second part of the thesis we focus on the integration of these languages. Being this topic really new we performed preliminary studies to first understand the phenomenon, studying the different ways through which languages interact and their effects on defectivity. Later we present some prototypal solutions for i) the automatic spotting of cross- language relations, ii) the design of language integration tool support in language workbenches through the exploitation of common meta-metamodeling. This thesis wants to offer a contribution towards the productive adoption of mul- tiple, specific languages in the same software development project, hence polyglot software development. From this approach we should be able to reduce the com- plexity due to misrepresentation of solutions, offer a better facilities to think about problems and, finally to be able to solve more difficult problems with our limited iv brain resources. Our results consists in a better understanding of MDD and DSLs adoption in companies. From that we can derive guidelines for practitioners, lesson learned for deploying in companies, depending on the size of the company, and implications for other actors involved in the process: company management and universities. Regarding cross-language relations our contribution is an initial definition of the problem, supported by some empirical evidence to sustain its importance. The solutions we propose are not yet mature but we believe that from them future work can stem. v Acknowledgements Dear hyphotethical reader, I am sure you will understand my reasons to write most of this part of the thesis in my native language, considering it is mainly addressed to other Italian speakers. However, in accordance to the title, a few other languages are used in these pages. Ho imparato quanto sia vero che gli esami non finiscono mai. Non mi illudo di poterli considerare quindi del tutto terminati, cionondimeno con questa tesi e, sperabilmente, con un esito positivo degli esami di dottorato, raggiungo un traguardo che merita una piccola celebrazione. Per quanto questo percorso sia stato lungo e irto di ostacoli lo sarebbe stato ancora di pi`u(molto, anzi infinitamente di pi`u)senza il supporto, in forme diverse e complementari, di una miriade di soggetti. Vorrei prima di tutto ringraziare il mio relatore, il prof. Marco Torchiano per avermi guidato in questo percorso diversi anni orsono, iniziato con la tesi di laurea specialistica. Ero allora ben determinato a non intraprendere questa strada, tuttalpi`ua spendere una manciata di mesi in dipartimento e poi... Ed eccomi qua, immune a ogni forma di coerenza. Sebbene certi momenti sia stato leggermente meno che entusiasta di aver fatto questa scelta, a posteriori sono felice di averci ripensato e gli sono quindi grato di avermi proposto questa apparentemente malsana idea. Un grazie lo devo anche al prof. Maurizio Morisio, con cui avevo svolto la tesina di laurea triennale (sebbene lui non se ne ricordi). Ammiro molto la sua capacit`adi cogliere in un attimo il nocciolo del problema. Al contempo sono un po' spaventato dalla sua innata abilit`anello scovare la magagna che credi di aver ben nascosta. Ora, se Newton ha dichiarato di aver potuto vedere pi`uin l`asolamente perch´e abbarbicato sulle spalle di giganti, io, per ogni contributo anche minimo che possa aver offerto alla ricerca in questi anni, ho dovuto appoggiarmi a una stirpe di titani di proporzioni biblico-apocalittiche. Fra questi mi fa piacere ricordare Antonio Vetr`o, un uomo perennamente in lotta con le codifiche di carattere e le citazioni che non gli vengono riconosciute. Con lui ho orgogliosamente costituito la trasposizione nel mondo della ricerca di grandi vi coppie che hanno segnato l'immaginario collettivo. Ricordateci cos`ı,come i Gianni e Pinotto della ricerca italiana. Appena ho potuto ho cercato scuse per lavorare con Giuseppe Rizzo perch´e `emolto, molto bravo. Lavorare con lui `estato sempre stimolante. Non ho capito tutto quello che ha provato a insegnarmi, in compenso ho annuito moltissimo. Con Luca Ardito ho condiviso lo stesso percorso e si `ecazzeggiato il giusto. Bene cos`ı. Ho incrociato tante altre anime pi`uo meno pie in questi laboratori dei piani bassi. Li ricordo tutti con affetto: dai compagni di gruppo (Oscar, Cristhian, Al`ı e Najeeb) ai compagni di laboratorio (Andrea Martina, mio fiero compagno di scrivania per anni, Matteo e Sham). Ringrazio Sara per i molte caff`e,pranzi, sedute di psicoterapia fra dottorandi. Ci sono stati altri ricercatori pi`uesperti da cui ho potuto imparare molto (o almeno, loro me ne hanno offerto la possibilit`a). Fra questi Filippo Ricca, che ha anche scritto per me una lettera di raccomandazione che ha contribuito a farmi ottenere la borsa DAAD grazie alla quale ho speso un periodo in Germania. Del gruppo di Genova ringrazio anche Alessandro Tiso, Gianna Reggio e Maurizio Leotta. In Germany I had the possibility to work with Daniel Ratiu and Bernhard Sch¨atz. Daniel gave me a lot of practical advices (Put a figure in the first page!) and shared with me its wisdom. So I learnt to ^ıngr˘as, a porcul ^ınaintede Cr˘aciun. There I also met one of my idol: Markus V¨olter. To have the possibility to discuss with him, Bernd Kolb and Domenik Pavletic were very good reasons to bear a winter in M¨unchen. Credo che senza il contributo di chi lavora sul campo, e produce software vera- mente, molte idee non sarebbero mai nate e avrei spesso imboccato sentieri (ancora pi`u)improbabili. Fortunatamente abbiamo avuto la possibilit`adi scrivere alcuni la- vori con Trim, di cui ringrazio Lorenzo Bazzani e Felice Di Luca, e CSI Piemonte, di cui ringrazio Mauro Antonaci e Paolo Arvati. There is a full list of people who gave opinions, took part in experiments, surveys, interviews. There were students who shared ideas with me, who worked on bachelor and master thesis in directions helpful for my research. I could keep listing names for pages, let me instead sum up in a big THANK YOU, GRAZIE, DANKE, GRACIAS E i compagni di corso di dottorato, e i professori. Per voi ci sono parole che risuonano, con voce stonata, da qualche tempo: vii Vivat academia! Vivant professores! Vivat membrum quodlibet; Vivant membra quaelibet; Semper sint in flore. E poi c'`eil resto, l'esistenza, la Vita, il tutto. In ordine rigorosamente sparso. Luca Barbato, che conosco dal principio, mi ha dato diverse buone idee, molta cioccolata e supporto attraverso quest'avventura. C'`ela tesi di Luca Gilli che `estato un esempio. Da leggere, sfogliare e capirne l'introduzione. Poi, quando il gioco si fa serio e la matematica sovrabbondante, mi ritiro in buon ordine. There is Shalini. By looking her near to my old friend I feel all of a sudden the distance more bearable. Keep him in good hands. Chala Bagundi! La Goliardia, perch´erinverdisce l'amore per l'Universit`ae quello che rappre- senta. Al di l`adelle momentanee difficolt`ao errori (ad augusta per angusta). Perch´e entrambe siete eterne. I nostri vecchi chi hanno insegnato a dividere il pane ed il sale e ci hanno dato le gambe per incamminarci. E il cuore. Oggi ci mandano il vaglia delle loro trepidazioni. Bobo Rossi, Un Goliardo Vorrei ringraziare i nonni di cui porto il nome e a cui ripenso nei momenti di difficolt`a. Non ho avuto l'onore di conoscerli, per`oil loro esempio risuona nelle persone che gli sono state accanto, nei gesti e in ci`oche `erimasto dopo di loro. Perci`osono grato a mio nonno Argentino che ha trovato la forza per venire a Torino, mantenersi durante gli studi e laurearsi in questo ateneo nel 1929. Un grazie a mio nonno Cesare, che non pot`elaurearsi ma fu capace di diventare impresario e progettare edifici e strade, in Italia e all'estero.