BIP语言教程（一）
目前国内尚没有与BIP语言相关的中文资料，因此我决定将BIP官网的教程翻译成中文，供大家学习参考。我接触BIP语言的时间也不长，可能还存在一些理解偏差，如有错误请指出，谢谢！
原文链接：http://www-verimag.imag.fr/TOOLS/DCS/bip/doc/latest/html/tutorial.html
以下章节使用了一些简单的例子来指导大家如何使用BIP语言。第一部分给出了BIP语言基础用法的一些示例。第二部分用一些可以运行的示例演示了如何通过BIP引擎让BIP语言与C++进行交互。
重要：所有本章节中的例子都可以在网上下载：http://www-verimag.imag.fr/TOOLS/DCS/bip/doc/examples/。每一个例子都有一个build.sh脚本，可以用来编译对应的例子。还有个build_all.sh脚本可以用来一次性编译所有例子。
Hello world
下面我们先从一个简单的例子开始，在一个HelloPackage.bip文件中，输入以下代码：
package HelloPackage
port type HelloPort_t()
atom type HelloAtom()
port HelloPort_t p()
place START,END
initial to START
on p from START to END
end
compound type HelloCompound()
component HelloAtom c1()
end
end
这个包包含了三种类型：
- 一个没有参数的端口类型HelloPort_t
- 一个原子类型HelloAtom，包括：
两个状态：START，初始状态，和END
一个p端口上的迁移从START到END
- 一个复合类型HelloCompound，包括：
如果我们把HelloCompound类型的构件作为系统的根（译者注：类似main函数），那么p端口上的迁移被执行之后，原子构件c1从START切换到END，系统将会进入死锁。
下面我们通过这个简单的例子来演示如何通过BIP引擎来运行BIP代码。在这个例子中，我们将BIP语言编译并转换成C++（还可以转换成别的语言，但是目前只支持C++）。
用以下命令来将通过BIP引擎将BIP语言编译链接，并转换成C++：
$ bipc.sh -I . -p HelloPackage -d "HelloCompound()"\ --gencpp-output output $ mkdir output/build $ cd output/build $ cmake .. [...] $ make [...]
最后，我们来运行生成的可执行文件system：
$ ./system ... [BIP ENGINE]: initialize components... [BIP ENGINE]: state #0: 1 internal port: [BIP ENGINE]: [0] ROOT.c1._iport_decl__p [BIP ENGINE]: -> choose [0] ROOT.c1._iport_decl__p [BIP ENGINE]: state #1: deadlock!
在唯一的迁移触发之后，和我们预计的一样，系统进入了死锁。
使用BIP2中的交互来让各个构件进行同步
各个构件之间的强同步
下面我们来稍微修改一下之前的Hello World例子。我们再增加两个HelloAtom原子类型的实例，并强制他们进行迁移同步：
@cpp(include="stdio.h")
package HelloPackage
port type HelloPort_t()
atom type HelloAtom(int id)
export port HelloPort_t p()
place START,END
initial to START
on p from START to END do {printf("Hello World from %d\n", id);}
end
connector type ThreeRendezVous(HelloPort_t p1, HelloPort_t p2, HelloPort_t p3)
define p1 p2 p3
end
compound type HelloCompound()
component HelloAtom c1(1), c2(2), c3(3)
connector ThreeRendezVous connect(c1.p, c2.p, c3.p)
end
end
@cpp()符号我们之后会详细说明，它的作用是让我们可以使用标准C库中的printf()函数。在这个例子中，我们增加了一个连接子类型ThreeRendezVous，其中包括三个HelloPort_t类型的参数，以及一个同步三个端口的交互。
使用下面的命令来通过BIP引擎编译链接生成C++代码：
$ bipc.sh -I . -p HelloPackage -d "HelloCompound()"\ --gencpp-output output $ mkdir output/build $ cd output/build $ cmake .. [...] $ make [...]
运行可执行文件system之后，我们会发现三个原子构件的迁移被同时触发了。三个原子构件以一个随机的顺序相继被执行：
... [BIP ENGINE]: initialize components... [BIP ENGINE]: state #0: 1 interaction: [BIP ENGINE]: [0] ROOT.connect: ROOT.c1.p() ROOT.c2.p() ROOT.c3.p() [BIP ENGINE]: -> choose [0] ROOT.connect: ROOT.c1.p() ROOT.c2.p() ROOT.c3.p() Hello World from 1 Hello World from 2 Hello World from 3 [BIP ENGINE]: state #1: deadlock!
向几个构件广播数据
现在我们继续来修改上面这个例子，让它同时拥有一个sender构件和三个receiver构件。sender构件用于广播一个代表它id的整型变量到其他三个receiver构件。相应的BIP2代码如下：
@cpp(include="stdio.h")
package HelloPackage
port type HelloPort_t(int d)
atom type HelloSender(int id)
data int myd
export port HelloPort_t p(myd)
place START, END
initial to START do { myd = id; }
on p from START to END
do { printf("I'm %d, sending Hello World....\n", myd); }
end
atom type HelloReceiver(int id)
data int myd
export port HelloPort_t sync(myd)
place START,END
initial to START
on sync from START to END
provided (id == 1 || id == 3)
do { printf("I'm %d, Hello World received from %d\n", id, myd); }
end
connector type OneToThree(HelloPort_t s, HelloPort_t r1, HelloPort_t r2, HelloPort_t r3)
define s' r1 r2 r3
on s r1 r2 r3 down { r1.d = s.d; r2.d = s.d; r3.d = s.d; }
on s r1 r2 down { r1.d = s.d; r2.d = s.d; }
on s r1 r3 down { r1.d = s.d; r3.d = s.d; }
on s r2 r3 down { r2.d = s.d; r3.d = s.d; }
on s r1 down { r1.d = s.d; }
on s r2 down { r2.d = s.d; }
on s r3 down { r3.d = s.d; }
end
compound type HelloCompound()
component HelloSender s(0)
component HelloReceiver r1(1), r2(2), r3(3)
connector OneToThree brd(s.p, r1.sync, r2.sync, r3.sync)
end
end
在连接子类型OneToThree中，对应于sender的端口s是触发器。它可以被单独执行，而不需要与其他构件保持同步。由于其他构件都是同步的，OneToThree连接子定义了以下交互："s", "s,r1", "s,r2", "s,r3", "s,r1,r2", "s,r1,r3", "s,r2,r3"和"s,r1,r2,r3"。
为了实现从端口s广播数据，我们使用了一系列on语句，其中包括down代码块，它们定义了所有receiver中涉及到的所有交互。需要注意的是虽然交互s并没有包含在列表中，但是它仍被认为是一个可能发生的交互，只是在s单独执行时没有发生数据迁移。
由于我们在sync迁移中加上了约束条件，只有以下交互在初始迁移被执行之后才会被触发："s", "s,r1", "s,r3"和"s,r1,r3"。然而正如我们在Priorities中解释的那样，BIP2语言的默认优先级是执行端口数量最多的交互，所以"s,r1,r3"交互会被执行：
...
[BIP ENGINE]: initialize components...
[BIP ENGINE]: state #0: 1 interaction:
[BIP ENGINE]: [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.r1.p({d}=0;) ROOT.r3.p({d}=0;)
[BIP ENGINE]: -> choose [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.r1.p({d}=0;) ROOT.r3.p({d}=0;)
I'm 0, sending Hello World....
I'm 1, Hello World received from 0
I'm 3, Hello World received from 0
[BIP ENGINE]: state #1: deadlock!
广播可以用一个连接子（左图），也可以用两个层次的连接子（右图）。
使用层次连接子可以实现同样的效果。在这个例子中，三个receiver被一个SyncReceivers类型的sync连接子同步。sync连接子允许三个receiver中的任意子集参与到广播中。层次连接子是在sync的基础上建立的。所以我们需要在sender和sync的外部端口之间增加一个广播。在以下代码中我们省略了HelloPort_t，HelloSender和HelloReceiver的定义，由于它们和上一个例子中的定义相同。
@cpp(include="stdio.h")
package HelloPackage
// [...] definitions of HelloPort_t, HelloSender and HelloReceiver
connector type SyncRecvs(HelloPort_t r1, HelloPort_t r2, HelloPort_t r3)
data int d
export port HelloPort_t ep(d)
define r1' r2' r3'
on r1 r2 r3 down { r1.d = d; r2.d = d; r3.d = d; }
on r1 r2 down { r1.d = d; r2.d = d; }
on r1 r3 down { r1.d = d; r3.d = d; }
on r2 r3 down { r2.d = d; r3.d = d; }
on r1 down { r1.d = d; }
on r2 down { r2.d = d; }
on r3 down { r3.d = d; }
end
connector type OneToOne(HelloPort_t s, HelloPort_t c)
define s' c
on s c down { c.d = s.d; }
end
compound type HelloCompound()
component HelloSender s(0)
component HelloReceiver r1(1), r2(2), r3(3)
connector SyncRecvs sync(r1.p, r2.p, r3.p)
connector OneToOne brd(s.p, sync.ep)
end
end
这个层次连接子由brd和sync连接子组成。下面我们来说明一下它们之间的交互。首先，会计算出所有sync中可以进行的交互，它们是"r1", "r3"和"r1, r3"。然后，根据这三个交互我们可以计算出brd中可以进行的交互："s", "s,r1", "s,r3"和"s, r1, r3"。应用最大端口数的默认优先级，可以得到以下执行结果：
...
[BIP ENGINE]: initialize components...
[BIP ENGINE]: state #0: 1 interaction:
[BIP ENGINE]: [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.sync.ep({d}=135026452;)
[BIP ENGINE]: -> choose [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.sync.ep({d}=135026452;)
I'm 0, sending Hello World....
I'm 1, Hello World received from 0
I'm 3, Hello World received from 0
[BIP ENGINE]: state #1: deadlock!
将构件包含在一个复合构件中
假如我们想将上一个例子中提到的三个receiver包含到一个复合构件中，同时还要保证执行结果相同，那应该怎么做呢？事实上我们仅需要创建一个包含三个receiver的复合构件，一个负责同步它们的连接子，以及一个与外部交互的端口即可：
@cpp(include="stdio.h")
package HelloPackage
// [...] definitions of HelloPort_t, HelloSender, HelloReceiver,
// SyncReceivers and OneToOne
compound type RecvsCompound()
component HelloReceiver c1(1), c2(2), c3(3)
connector SyncRecvs sync(c1.p, c2.p, c3.p)
export port sync.ep as p
end
compound type HelloCompound()
component HelloSender s(0)
component RecvsCompound rcvrs()
connector OneToOne brd(s.p, rcvrs.p)
end
end
在这个例子中，我们可以得到一个与上一个例子相同的结果：
...
[BIP ENGINE]: initialize components...
[BIP ENGINE]: state #0: 1 interaction:
[BIP ENGINE]: [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.rcvrs.p({d}=135034644;)
[BIP ENGINE]: -> choose [0] ROOT.brd: ROOT.s.p({d}=0;) ROOT.rcvrs.p({d}=135034644;)
I'm 0, sending Hello World....
I'm 1, Hello World received from 0
I'm 3, Hello World received from 0
[BIP ENGINE]: state #1: deadlock!
HelloCompund实例中的结构
需要注意的是，在上面这个例子中，只有端口数最多的交互才能与brd通信，这是由于复合构件的外部端口也会使用默认优先级。最终的结果会与使用层次连接子但没有把三个receiver包含到一个复合构件中的结果相同。但一般来说并不是这样，原因如下：
重要：当在连接子中定义了约束条件后，将若干构件和连接子包含到一个复合构件中得到的结果，有可能会和不包含的结果不同。这是由于当连接子的端口被导出成为复合构件的端口时，连接子中的交互会应用默认优先级，只有端口数量最多的交互才可以在对应的复合构件的端口中触发。
这个执行过程在数据操作的部分还有一个有趣的地方，在输出结果的第四行我们可以看到：
ROOT.rcvrs.p({d}=135038644;)
这个数字135038644说明了相应的变量从未被初始化。同时，编译器也给出了我们一些警告，例如：
[WARNING] In path/to/HelloPackage.bip:
'up' maybe missing: data associated with exported port won't be "fresh" :
70:
71: on r1 r2
------------^
72: down {
73: r1.d = cd;
需要注意的是，这仅仅是一个警告，而不是一个必须修复的错误。在这个例子中，up{}语句被忽略是没有影响的，即时有一个包含变量的导出端口。只要与该导出端口绑定的实例在up{}语句块中不访问这个变量就不会有问题。在引擎中仍然会显示这个变量的值，在这里并没有参考价值。
提示：正如在其他编程语言中一样，你应该避免使用未初始化的变量，否则会导致潜在的错误，并且很难被发现。
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