Файл: Эволюция языков программирования.pdf

Также можно выделить еще одну большую группу программ - игровые программы. Они в основном используют специальные инструменты для отображения - игровые движки. Здесь для поддержки какой-либо платформы, в первую очередь, необходимо наличие версии игрового движка для нее.

Самую проблемную группу составляют программы со сложным графическим интерфейсом, требующие активного взаимодействия как различных экранных элементов, так и функциональных блоков программы. Это могут быть аналитические и деловые программы, стратегические и логические игры и многое другое. В создании таких программ важную роль играют дизайнеры пользовательского интерфейса. Указанная группа программ требует наибольших усилий по переносу, так как, с одной стороны, существует множество форм-факторов используемых устройств, а с другой стороны, концепции дизайна фирм- производителей (Apple, Google, Microsoft) сильно отличаются друг от друга.

Из краткого описания видно, что для любого современного приложения, независимо от его назначения, возникает потребность решения проблем кроссплатформенности на самых ранних этапах разработки. В следующих пунктах курсовой работы опишем возможные подходы к решению проблемы переносимости.

2.2. Критерии выбора языка программирования для современных кроссплатформенных приложений

Компании-поставщики операционных систем или платформ предоставляют разработчикам свои средства для разработки приложений. Родные средства базируются на каком-либо языке программирования и включают в себя набор системных библиотек.

Так, компания Microsoft предоставляет набор языков программирования для разработки приложений для Universal Windows Platform (единая платформа, работающая на персональных компьютерах, телефонах и планшетах) - C++, C#, Visual Basic и JavaScript^[7]. Компания Apple предлагает разработчикам использовать языки программирования Objective-C и Swift для создания программ для операционных систем macOS, iOS, watchOS and tvOS^[8]. А компания Google предлагает использовать язык Java^[9] для разработки программ для операционной системы Android.

Несколько иная ситуация с созданием веб - приложений. Традиционно они разделяются на две составляющие - клиентскую (front-end) и серверную (back-end), для каждой из которых может использоваться свой язык программирования. Для клиентской части в подавляющем большинстве случаев используется язык JavaScript. Для серверной части набор языков программирования просто огромен. Наиболее распространенные из них - это PHP, C#, Java, С++, Scala, Ruby, Python (Django), JavaScript (Node.js). Хотя есть и довольно экзотические варианты вроде Hack, Erlang, Haskell и Prolog. Такое обилие связано с тем, что общение между клиентской и сетевой частями стандартизовано, и реализация серверной части может быть выполнена на любом языке, лишь бы она предоставляла интерфейс доступа, соответствующий стандарту.

Основные языки программирования для разных платформ различаются. Тем не менее, практически каждый из указанных языков в той или иной степени доступен почти на всех платформах, вопрос только в качестве его реализации на неродных платформах.

Достаточно популярно стало использование наборов интегрированных библиотек (фреймворков), позволяющих вести разработку приложения на одном языке программирования для нескольких платформ. На данный момент существует несколько фреймворков. Описание возможностей и принципов работы каждого из них требует отдельного внимания, поэтому приведем краткое описание наиболее распространенных из них, различающихся языком разработки, чтобы показать неоднозначность в выборе языка программирования даже при выборе фреймворка.

Одним из самых распространенных фреймворков является Qt, позволяющий создавать приложения на языке С++ для множества платформ - Unix, Windows, macOS, Android, iOS. Он предоставляет встроенные библиотеки для взаимодействия с платформой на языке С++, а также встроенный редактор интерфейса.

Распространенным вариантом кроссплатформенных фреймворков являются реализации, использующие веб-технологии, в частности, язык JavaScript. Так как сейчас никакая платформа, предназначенная для широкого круга пользователей, не может существовать без возможности отображения веб-содержимого, то программы, написанные на языке JavaScript и использующие HTML и CSS для отображения, могут быть запущены практически на всех платформах. Существуют специальные библиотеки, которые упрощают процесс создания таких приложений и расширяют их возможности. Например, Apache Cordova для мобильных платформ и React для веб-сайтов и персональных компьютеров.

Другим примером кроссплатформенного фреймворка является сочетание пакетов Delphi RTL и FireMonkey. Существуют реализации для платформ Windows, Unix, macOS, iOS и Android. Фреймворк состоит из двух частей - среды выполнения (Delphi RTL) и кроссплатформенной библиотеки интерфейса (FireMonkey).

Опять же отдельно стоит выделить средства для создания игровых программ. Они, как правило, уже базируются на фреймворке или движке, который является кроссплатформенным. Примером может служить игровой движок Unity, предлагающий разработку на языке C#. Движок доступен для множества платформ, включая Windows, Unix, macOS, iOS и Android.

Каждый из фреймворков обладает определенными достоинствами и недостатками. Так, Qt и Delphi обеспечивают хорошую производительность программ, но для поддержки графического интерфейса требуются большие ресурсы, чем это требуется для родных приложений. JavaScript обеспечивает самую лучшую переносимость графических элементов под разные форм-факторы устройств, но более-менее сложные программы, написанные на JavaScript заметно тормозят, особенно на устаревших устройствах. Программы на С# зачастую плохо поддерживают весь набор библиотек, встроенных в операционную систему.

Получается, что выбор языка программирования для создания многоплатформенного приложения очень неоднозначный.

• Для каждой платформы можно использовать её родной язык программирования.

• Можно использовать хорошо освоенный разработчиками приложения их любимый язык, но постоянно решать проблемы, связанные с его некачественной реализацией на какой-либо платформе. Проблема не только в том, что группа программистов привыкла к определенному языку, а в том, что на этом языке уже написаны значительные объемы кода. И встает вопрос, использовать его как есть, или переписывать на другой язык.

• Можно использовать универсальный фреймворк, но каждый из них имеет как определенные достоинства, так и значимые недостатки, которые могут не позволить создать программу приемлемого качества. Каким бы заманчивым не было решение использовать единый код для всех платформ, стоит четко понимать, что фреймворки не могут быть также хороши как родные средства. Во-первых, в них с опозданием вносится поддержка новых функций операционных систем. Во-вторых, они добавляют слой программного кода. Наличие этого слоя как ведет к некоторой (а иногда и значительной) потере производительности, так и вызывает неизбежные ошибки, борьба с которыми вызывает постоянную головную боль у разработчиков.

2.3. Совмещение нескольких языков программирования

Любая программа, как только она выходит за рамки одного программного модуля или класса, становится представима в виде сочетания нескольких составных частей.

В программе можно выделить основную часть, не зависящую от конкретной платформы. Если говорить очень обобщенно, то это множество алгоритмов, реализующих основные функции программы, так называемая бизнес-логика приложения. Данная часть является основной составляющей программы, делающей эту программу значимой, весомой для пользователя. Поэтому к ней предъявляются повышенные требования по корректности, надежности и отказоустойчивости. Соответственно, на создание этой части требуются значительные усилия команды разработчиков, и возникает естественное желание использовать единственную, проверенную и надежную реализацию этой бизнес-логики на всех поддерживаемых платформах.

Но приложение состоит не только из бизнес-логики. В нем также есть и интерфейс взаимодействия с пользователем (пользовательский интерфейс). Как правило, пользовательский интерфейс зависит от платформы. Компания-поставщик платформы предоставляет специальные инструменты для построения пользовательского интерфейса, а в процессе работы программы он управляется программным кодом, написанным на одном из языков, предоставляемым поставщиком платформы. То есть, интерфейс является частью приложения, зависящей от конкретной платформы.

Принимая во внимание выводы, сделанные выше, можно считать оправданным разделение приложения на бизнес-логику и интерфейс, где бизнес-логика является кроссплатформенной частью. К счастью, для подобного разделения есть несколько доступных решений. Например, язык C# широко используется в программировании для Windows и Web, а также имеет специальную интегрированную среду разработки (IDE) Xamarin для создания приложения для мобильных платформ Android и iOS. Кроме того, с недавнего времени, язык поддерживается на macOS и Unix. Иными словами, бизнес-логика, написанная на языке C#, может быть использована на всех популярных платформах, и, с помощью специальных средств разработки, подключена к родному интерфейсу системы.

Другим языком кроссплатформенного программирования является С++. Так как первая его версия была создана давно (относительно других языков, предлагаемых для разработки на современных платформах), то при выходе более новых языков программирования (Java, Objective-C, C#) создателям приходилось оставлять возможность подключения модулей на С++. Отчасти, это было вызвано тем, что при появлении этих языков большое количество алгоритмов уже были реализованы на С++. К тому же, язык С++ отличается лучшей производительностью, нежели языки с автоматической сборкой мусора, поэтому части программ, требующие высокой производительности, по-прежнему было необходимо разрабатывать на С++.

В результате, сейчас программный код на языке С++ можно использовать на любой популярной платформе, в сочетании с другим языком программирования. Для Windows и Unix это осуществляется через динамически подключаемые библиотеки (.dll и .so), для Android с помощью технологии Java Native Interface (JNI), а для macOS и iOS компилятор языка Objective-C полностью поддерживает компиляцию языка С++. А новый язык Swift для разработки для платформ macOS и iOS поддерживает связь с языком Objective-C. Для подключения С++ к языку JavaScript есть несколько возможных вариантов - инструменты Emscripten и WebAssembly, позволяющие кросскомпилировать язык С++ в JavaScript и родные расширения для Node.js (Native Addons).^[10]

В качестве примера кроссплатформенного использования языка С++ можно привести алгоритмы кодирования и декодирования мультимедиа (JPEG, mp3, ffmpeg), реализованные на языке С++, которые используются почти ежедневно любым человеком, работающим с компьютером.

Также стоит отметить тот факт, что большинство современных приложений используют сетевые функции, которые разделяются на клиентскую и серверную части.

Взаимодействие с сервером ведется по заранее установленному протоколу, поэтому выбор языка программирования для основной программы не влияет на выбор серверного языка программирования. Для реализации серверной части доступен большой набор языков программирования, и здесь разработчики легко могут выбрать наиболее подходящий.

Другой вопрос состоит в реализации общения с сервером - использовать ли для него кроссплатформенный язык или нет. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Родные языки программирования предоставляют библиотеки для работы с сетью, которые могут использовать различные настройки и особенности системы.

Кроссплатформенные средства не всегда могут обеспечить весь набор возможностей. Но эти возможности не всегда необходимы для минимальных сетевых функций, поэтому окончательное решение зависит от требований к сетевой функциональности программы. Здесь тоже возможно смешанное решение. Например, формировать данные для сетевых запросов в кроссплатформенной части, а затем передавать их с помощью родных библиотек для каждой платформы.

2.4. Выбор средств реализации пользовательского интерфейса

Помимо бизнес-логики и сетевой части, в приложениях есть еще одна большая составляющая - пользовательский интерфейс. Его качеством никогда нельзя пренебрегать при создании приложений, ориентированных на конечных пользователей, а удобство и простота интерфейса облегчают жизнь как пользователям, так и разработчикам.

Можно выделить 3 основных технологии реализации пользовательского интерфейса:

A. Использование родных для платформы графических элементов.

B. Использование языка JavaScript и технологий HTML и CSS. Для краткости будем их далее называть JavaScript-технологиями.

C. Использование промежуточного графического движка, заменяющего родные графические средства (OpenGL, FireMonkey, Qt).

Родные технологии позволяют создавать интерфейс, наиболее отвечающий рекомендациям разработчиков платформ. Программы выглядят более привычными для пользователей, они знают, где искать необходимые функции. Кроме того, доступен большой дополнительный набор компонент, созданных как производителями платформ, так и сторонними разработчиками. Родной интерфейс при работе требует минимальных ресурсов и отличается хорошей реакцией. Единственный недостаток - для каждой новой платформы интерфейс программы требуется создавать заново в соответствии с требованиями этой платформы, её редактора интерфейса и родного языка программирования.

Напротив, JavaScript-технологии теоретически позволяют добиться полной переносимости. Браузерные движки хорошо стандартизированы (по сравнению с родными средствами), они установлены фактически на всех платформах. Правда, отметим, что для совместимости со всеми устройствами разработчикам приходится ориентироваться не на самые современные версии этих движков, а на более ранние, что снижает возможную функциональность.