Sistematização da animação de programas : proposta de um novo sistema para construção automática e sistemática de animações de programas

Abstract

Este documento apresenta e discute a tese de doutoramento da autora. Defendendo a importância da visualização e animação de programas, esta dissertação aborda temas relacionados com a representação visual, estática e dinâmica, dos conceitos envolvidos nos programas de computador: variáveis, operações, instruções de entrada/saída e de controlo, fluxo de dados e de execução. O trabalho teve como principais objectivos aprofundar conhecimentos sobre os conceitos de animação e visualização de programas, rever os sistemas de animação existentes e propor algo inovador nesta área, no sentido da automatização e generalização do processo de construção dessas animações. Por automatização entende-se a capacidade de criar o visualizador/animador a partir de um programa fonte, sem custo adicional para o utilizador. Por generalização entende-se a sua adaptação a diferentes algoritmos e linguagens fonte. Para alem do estudo do estado actual da arte de animar programas, foi criado um sistema de classificação dos animadores existentes e foram efectuadas análises comparativas dos mesmos. E então proposto um novo sistema chamado Alma que separa o processo em front-end e back-end e usa uma representação intermédia universal para atingir a sistematização pretendida. No documento são apresentadas todas as especificações relativas a este sistema, assim como, diversos detalhes técnicos da sua prototipagem. A arquitectura concebida para o Alma, baseada em motores e regras de transformação independentes, concede-lhe um carácter extensível sendo, por isso, possível adaptá-lo facilmente a diferentes visualizações e diferentes paradigmas.

The PHD Thesis of the author is presented and discussed in this document. In this work, the author defends the usefulness of program animation and visualization, discussing subjects related with the visual representation of the concepts present in computer programs, such as: variables, operations, input and output statements, data and control flow. After getting a deeper knowledge about animation and visualization of programs, the work proceeded studying existing animation systems, attaining the definition of a classification criteria. Applying that criteria, those systems were grouped by their main characteristics, allowing to compare them and the identification of a class where a solution was lacking. The main contribution of this thesis is a system aiming at filling that gap. This proposal intends to automatize and generalize the construction of animation systems from the formal definition of programming languages. Automatization means the ability to generate a visualizer and animator program for a given programming language from its grammatical specification without the human intervention. Generalization means the ability of the generator to couple with different algorithms and programming paradigms. The proposed visualizer and animator is not algorithm neither language dependent; it processes any program in languages for which an appropriated parser was generated. Moreover, the animation does not require the use of special data types nor special annotations. The new system, called Alma, separates the front-end process from the back-end one and uses an universal intermediate representation in order to achieve the desired systematization. In this document, the system specification and technical details about Alma prototype are discussed. The system architecture, based on independent transformation rules and engines, allows to obtain an open system: it is easy to modify or add rewriting rules and drawings in order to process programs in different paradigms and to produce different visual results.