Файл: История возникновения и развития языка программирования (Особенности реализации).pdf

Недостаток информации о типах данных во время компиляции (CTTI).

Метапрограммирование на основе шаблонов C++ сложно и при этом ограничено в возможностях. Оно состоит в реализации средствами шаблонов C++ интерпретатора примитивного функционального языка программирования выполняющегося во время компиляции. Сама по себе данная возможность весьма привлекательна, но такой код весьма трудно воспринимать и отлаживать. Языки Lisp/Scheme, Nemerle и некоторые другие имеют более мощные и одновременно более простые для восприятия подсистемы метапрограммирования. Кроме того, в языке D реализована сравнимая по мощности, но значительно более простая в применении подсистема шаблонного метапрограммирования.

Хотя декларируется, что С++ мультипарадигменный язык, реально в языке отсутствует поддержка функционального программирования. Отчасти, данный пробел устраняется различными библиотеками (Loki, Boost) использующими средства метапрограммирования для расширения языка функциональными конструкциями (например, поддержкой лямбд/анонимных методов), но качество подобных решений значительно уступает качеству встроенных в функциональные языки решений. Такие возможности функциональных языков, как сопоставление с образцом, вообще крайне сложно эмулировать средствами метапрограммирования.

Некоторые считают недостатком языка C++ отсутствие встроенной системы сборки мусора. С другой стороны, в C++ имеется достаточно средств, позволяющих почти исключить использование опасных указателей, нет принципиальных проблем и в реализации и использовании сборки мусора (на уровне библиотек, а не языка). Отсутствие встроенной сборки мусора позволяет пользователю самому выбрать стратегию управления ресурсами.

3.3 Достоинства Java

Независимость от архитектуры ЭВМ - самое большое преимущество Java — его “нейтральность” по отношению к любой архитектуре. Программа, полностью написанная на Java, будет исполняться везде, где есть Виртуальная Java-машина, JVM (Java Virtual Machine). Все оборудование и ОС спрятаны именно там. Разработка системы может вестись на любой удобной платформе, а затем, в зависимости от цены, производительности, имеющейся поддержки либо привязанностей продавца, сгенерированный Java-код, может быть перенесен на любую другую платформу. Единственное, что должны сделать программисты — это изучить язык Java и соответствующие библиотеки классов Java.

Безопасность - популярной литературе наших дней, особенно если речь заходит об Internet, стало модной темой обсуждение вопросов безопасности. Один из ключевых принципов разработки языка Java заключался в обеспечении защиты от несанкционированного доступа. Программы на Java не могут вызывать глобальные функции и получать доступ к произвольным системным ресурсам, что обеспечивает в Java уровень безопасности, недоступный для других языков.

Система интерпретации и система исполнения Java функционируют таким образом, чтобы Java-программа не смогла нанести какой-либо ущерб пользовательскому компьютеру. Виртуальная Java-машина проверяет каждый байт кода на допустимость, а затем интерпретирует его. И более того, нужно очень потрудиться, чтобы испортить загруженный Java-код. Байтовый код создается таким образом, чтобы директивы типа “записать данные поверх операционной системы” было невозможно выполнить, а те проблемы, которые байтовый код всё же может создать, блокируются виртуальной машиной.

Надежность - java ограничивает вас в нескольких ключевых областях и таким образом способствует обнаружению ошибок на ранних стадиях разработки программы. В то же время в ней отсутствуют многие источники ошибок, свойственных другим языкам программирования (строгая типизация, например). Большинство используемых сегодня программ “отказывают” в одной из двух ситуаций: при выделении памяти, либо при возникновении исключительных ситуаций. В традиционных средах программирования распределение памяти является довольно нудным занятием — программисту приходится самому следить за всей используемой в программе памятью, не забывая освобождать ее по мере того, как потребность в ней отпадает. Зачастую программисты забывают освобождать захваченную ими память или, что еще хуже, освобождают ту память, которая все еще используется какой-либо частью программы. Исключительные ситуации в традиционных средах программирования часто возникают в таких, например, случаях, как деление на нуль или попытка открыть несуществующий файл, и их приходится обрабатывать с помощью неуклюжих и нечитабельных конструкций (кроме Delphi). Java фактически снимает обе эти проблемы, используя сборщик мусора для освобождения незанятой памяти и встроенные объектно-ориентированные средства для обработки исключительных ситуаций.

Объектная ориентированность - поскольку при разработке языка отсутствовала тяжелая наследственность, для реализации объектов был избран удобный прагматичный подход. Объектная модель в Java проста и легко расширяется, в то же время, ради повышения производительности, числа и другие простые типы данных Java не являются объектами.

Простота и мощь - после освоения основных понятий объектно-ориентированного программирования вы быстро научитесь программировать на Java. В наши дни существует много систем программирования, гордящихся тем, что в них одной и той же цели можно достичь десятком различных способов. В языке Java изобилие решений отсутствует — для решения задачи у вас будет совсем немного вариантов. Стремление к простоте зачастую приводило к созданию неэффективных и невыразительных языков типа командных интерпретаторов. Java к числу таких языков не относится — для Вас вся мощность ООП и библиотек классов.

Богатая объектная среда - среда Java — это нечто гораздо большее, чем просто язык программирования. В нее встроен набор ключевых классов, содержащих основные абстракции реального мира, с которым придется иметь дело вашим программам. Основой популярности Java являются встроенные классы-абстракции, сделавшие его языком, действительно независимым от платформы.

Производительность и предсказуемость

Язык Java довольно медленный — в 40 раз медленнее C++. Java — язык медленный, потому что это интерпретатор, потому что он является объектно-ориентированным и потому что это язык с повышенным обеспечением безопасности. Его производительность предсказать трудно, поскольку в нём используется чистка памяти (“сборка мусора”).

3.4 Недостатки Java

Размер кода - в целом Java-система очень велика. Создаваемый код довольно велик — Windows-станции для хорошей работы должны иметь хотя бы 20 Мб памяти. Размер программы можно уменьшить, используя динамическую компоновку и подключение классов только в необходимый момент. Конечно, это не позволит исполнять на калькуляторе приложение, разработанное на использование всех ресурсов рабочей станции, однако позволит разрабатывать приложения для работы именно на калькуляторе. В некотором смысле это все-таки нарушает постулат “аппаратной независимости” Java, но только в том, что позволяет Java-приложениям работать там, где в противном случае речь о применении Java не шла бы вовсе.

Требования к памяти - требования к памяти очень тесно связаны с процессом “сборки мусора”. Java нужно очень много дополнительной памяти, чтобы чистка памяти не происходила в неподходящий момент. Наиболее простой способ борьбы с издержками “сборки мусора” — включить чистку памяти в механизм ее распределения. Тогда отпадает всякая необходимость заботиться о выделении времени или асинхронном запуске “сборки мусора” либо выделении дополнительной памяти для синхронного запуска этого процесса. Если память прикладной системы не слишком велика, то это может быть не так плохо, как кажется. Затраты на “сборку мусора” будут зависеть только от объема распределяемой памяти.

3.5 Отличия Java от C++

В большинстве книг по C++ вы найдете такое же описание достоинств объектно-ориентированного программирования и доказательства того, что это - очередная ступень в развитии индустрии программирования. В чем же беда C++ и почему была создана Java?

Фактически, большинство архитектурных решений, принятых при создании Java, было продиктовано желанием предоставить синтаксис, сходный с С и C++. В Java используются практически идентичные соглашения для объявления переменных, передачи параметров, операторов и для управления потоком выполнением кода. В Java добавлены все хорошие черты C++, но исключены недостатки последнего.

Глобальные переменные - в старые добрые времена Фортрана, когда "настоящие мужчины" писали на ассемблере, а программы хранились на перфокартах, главным инструментом в программировании были глобальные переменные. С перенял эту особенность и несколько ее усовершенствовал - программисту приходилось по крайней мере объявлять тип глобальной переменной. Конечно же, при использовании глобальных переменных проблема состояла в том, что любая функция могла привести к широкомасштабным побочным эффектам, изменив глобальное состояние системы.

В Java единственным глобальным пространством имен является классовая иерархия. В этом языке просто невозможно создать глобальную переменную, не принадлежащую ни одному из классов.

Goto - другая не слишком хорошая конструкция традиционных языков программирования - оператор goto, предназначенный для передачи управления. Всем нам на первых занятиях по программированию говорили, что можно обойтись без этого оператора, ухудшающего структуру программы и делающего ее неудобочитаемой. До того, как в C++ появился механизм работы с исключениями, goto активно использовался для выхода из циклов в исключительных ситуациях.

В Java оператора goto нет. В ней есть зарезервированное ключевое слово goto, но это сделано лишь во избежание возможной путаницы - для того, чтобы удержать программистов от его использования. Зато в Java есть операторы continue и break с меткой, восполняющие отсутствие goto в тех единственных случаях, когда использование последнего было бы оправдано. А мощный хорошо определенный встроенный в Java механизм исключений делает ненужным использование goto во всех остальных ситуациях.

Указатели - указатели или адреса в памяти - наиболее мощная и наиболее опасная черта C++. Причиной большинства ошибок в сегодняшнем коде является именно неправильная работа с указателями. Например, одна из типичных ошибок - просчитаться на единицу в размере массива и испортить содержимое ячейки памяти, расположенной вслед за ним.

Хотя в Java дескрипторы объектов и реализованы в виде указателей, в ней отсутствуют возможности работать непосредственно с указателями. Вы не можете преобразовать целое число в указатель, а также обратиться к произвольному адресу памяти.

Распределение памяти - в строю опасных качеств C++ рука об руку с указателями идет распределение памяти. Распределение памяти в С, а значит и в C++, опирается на инь и янь ненадежного кода - на вызовы библиотечных функций malloc() и free(). Если вы вызовете free() с указателем на блок памяти, который вы уже освободили ранее, или с указателем, память для которого никогда не выделялась - готовьтесь к худшему. Обратная проблема, когда вы просто забываете вызвать free(), чтобы освободить ненужный больше блок памяти, гораздо более коварна. "Утечка памяти" (memory leak) приводит к постепенному замедлению работы программы по мере того, как системе виртуальной памяти приходится сбрасывать на диск неиспользуемые страницы с мусором. И, наконец, когда все системные ресурсы исчерпаны, программа неожиданно аварийно завершается, а вы начинаете ломать голову над этой проблемой. В C++ добавлены два оператора - new и delete, которые используются во многом аналогично функциям malloc() и free(). Программист по-прежнему отвечает за то, чтобы каждый неиспользуемый объект, созданный с помощью оператора new, был уничтожен оператором delete.

в Java нет функций malloc() , free(). Поскольку в ней каждая сложная структура данных - это объект, память под такие структуры резервируется в куче (heap) с помощью оператора new. Реальные адреса памяти, выделенные этому объекту, могут изменяться во время работы программы, но вам не нужно об этом беспокоиться. Вам даже не придется вызывать free () или delete, поскольку Java - система с так называемым сборщиком мусора. Сборщик мусора запускается каждый раз, когда система простаивает, либо когда Java не может удовлетворить запрос на выделение памяти.

Хрупкие типы данных - C++ получил в наследство от С все обычные типы данных последнего. Эти типы служат для представления целых и вещественных чисел различных размеров и точности. К несчастью, реальный диапазон и точность этих типов колеблется в зависимости от конкретной реализации транслятора. Поведение кода, который прекрасно транслируется и выполняется на одной машине, может радикально отличаться при смене платформы. Различные трансляторы C++ могут резервировать под целый тип 16, 32 или 64 бита в зависимости от разрядности машинного слова.

В Java эта проблема решена, поскольку, как вы увидите в главе 4, в ней для всех базовых числовых типов независимо используются определенные соглашения, не зависящие от конкретной реализации среды. Не исключено, что на некоторых архитектурах реализовать работу с числами таких размеров в интерпретаторе Java окажется трудно, либо реализация будет неэффективна, однако это единственный способ гарантировать воспроизводимые результаты на широком спектре платформ.